非圆形横截面管道中的流体的NMR成像制造技术

用于测量流体物理性质的基于NMR的系统(100)，所述基于NMR的系统包括：a.NMR波谱仪(110)，用于令所述流体在产生的磁场中受射频(RF)信号作用，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.计算机处理器(120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.计算机可读介质(CRM)(130)，用于存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.视觉显示器(140)，用于指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.数字电子连接端口(150)，用于所述基于NMR的系统和计算机通讯网络之间的数字通讯；f.管道(160)，所述管道设有预定的非圆形截面节段，用于供所述流体流动；以及g.流激机构(170)，用于在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述CRM(130)包括多个由所述计算机处理器(120)执行的步骤，用于分析处理流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流‑湍流混合流条件下的物理性质相关的数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用于以基于NMR的系统分析流经非圆形截面管道的流体的物理性质的装置和方法。
技术介绍
对复杂流体的流动行为的观察和分析能够提供对物质物理性质的重要理解。因此，这对于工业过程的控制和优化也成为了重要因素。所述过程的示例包括但不限于勘探性油田钻井、流体运输以及食物加工处理。在石油工业中，钻井液沿钻杆向下流通再向上回到围绕钻杆的钻孔环形区域，其流变学性质和组成性质将提供必要的过程控制信息。该信息往往带来钻井液组成成分或钻井参数(例如钻井速度和钻压)的实时流程变化。基于油田钻井操作的性质，此类控制决策可能带来数千万美元的经济结果。核磁共振(NMR)成像已知是可用于在复杂流体流动和流体移动性质中采集数据的高灵敏度非侵入性方法。一些极为有效的分析应用是基于脉冲场梯度自旋回声影像(PGSE)和信号成像实验。这些阴影依靠的是在不同流动区条件下采集到的流体数据，包括层流、湍流和层流-湍流混合流。基于此，显然需要一种用于对流经核磁共振成像装置的流体进行观察和分析的方法和系统，其中所述核磁共振成像装置的设计特征可提供不同相对大小的层流-湍流瞬变流动区域。
技术实现思路
本专利技术提供用于测量流体物理性质的基于NMR的系统(100)，所述基于NMR的系统包括：a.NMR波谱仪(110)，用于令所述流体在产生的磁场中接触射频(RF)，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.计算机处理器(120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.计算机可读介质(CRM)(130)，用于存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.视觉显示器(140)，用于指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.数字电子连接端口(150)，用于所述基于NMR的系统和计算机通讯网络之间的数字通讯；f.管道(160)，所述管道设有预定的非圆形截面节段，用于供所述流体流动；以及g.流激机构(170)，用于在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述CRM(130)包括多个由所述计算机处理器(120)执行的步骤，用于分析处理流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流-湍流混合流条件下的物理性质相关的数据。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括至少一种物质的浓度和鉴定，以及所述物质的粒径、粒径分布、颗粒形状、动态流体特征和水含量。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括电导率、介电常数和磁性性质这些电化学和/或化学性质。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中所述非圆形截面管道的规格使得所述管道中得到预测的层流、湍流和层流-湍流混合流区域。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中所述管道的非圆形截面的截面形状为简单椭圆形，且通过所述截面的所述流体速度剖面vz在笛卡尔坐标系中如下公式所示：vz=2Qπab(1-x2a2-y2b2),]]>其中，Q为流经所述管道的流体的总流量，“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径；沿所述截面的不同x、y坐标的速度差与所述管道中的相对层流、湍流和层流-湍流混合流流量具有相关性。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统(100)，其中所述椭圆形截面管道(310)被串联配置，作为工业过程的串联组成部件，其中所述流体的物理性质得到测量。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统(100)，其中述椭圆形截面管道(410)在线配置，其容纳与工业流程常规流体(420)平行流动的所述流体，即其中从所述常规流体中抽取流体，并在所述基于NMR的系统的监控点之后再将其重新并入所述常规流体中。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中所述椭圆形截面管道是多个具有不同椭圆度e的截面的管道之一，所述e的范围在最小值0至最大值0.98之间，其中e如以下公式所示：e=1-(b2a2),]]>其中“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的基于NMR的系统，其中所述椭圆形截面管道是多个具有不同程度的表面粗度的内壁的管道之一，所述管道中产生不同的流体湍流水平，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。本专利技术提供用于测量流体的物理性质的方法，所述方法包括以下步骤：a.令所述流体在使用NMR波谱仪(110)产生的磁场中接触射频(RF)，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.使用计算机处理器(120)控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.使用计算机可读介质(CRM)(130)存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.使用视觉显示器(140)指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.使用数字电子连接端口(150)在所述基于NMR的系统和计算机通讯网络之间进行数字通讯；f.使用设有预定的非圆形截面节段的管道(160)供所述流体流动；以及g.使用流激机构(170)在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述CRM(130)包括多个由所述计算机处理器(120)执行的步骤，用于分析处理流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流-湍流混合流条件下的物理性质相关的数据。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括至少一种物质的浓度和鉴定，以及所述物质的粒径、粒径分布、颗粒形状、动态流体特征和水含量。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中测量所述流动物的物理性质包括电导率、介电常数和磁性性质这些电化学和/或化学性质。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中所述椭圆形截面管道是工业流程的串联组成部分，其中所述流体的物理性质受到监控。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中所述椭圆形截面管道在线连接，其容纳与工业流程常规流体平行流动的所述流体，即其中从所述常规流体中抽取流体，并在经过所述基于NMR的系统的监控点之后再将其重新并入所述常规流体中。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括至少一种物质的浓度和鉴定，以及所述物质的粒径、粒径分布、颗粒形状、动态流体特征和水含量。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中测量所述流动物的物理性质包括电导率、介电常数和磁性性质这些电化学和/或化学性质。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中所述非圆形截面管道的规格使得所述管道中得到预测的层流、湍流和层流-湍流混合流区域。本专利技术的又一目的在于公开任一种如上所述的方法，其中所述管道的非圆形截面的截面形状为简单椭圆形，且通过所述截面的所述流体速度剖面vz在笛卡尔坐标系中如下公式所示：vz=2Qπab(1-x2a2-y2b2),]]>其中，Q为流经所述管道的流体的总流量，“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量流体物理性质的基于核磁共振(NMR)的系统(100)，所述基于NMR的系统包括：a.NMR波谱仪(110)，用于令所述流体在产生的磁场中受射频(RF)信号作用，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.计算机处理器(120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.计算机可读介质(CRM)(130)，用于存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.视觉显示器(140)，用于指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.数字电子连接端口(150)，用于所述基于NMR的系统和计算机通讯网络之间的数字通讯；f.管道(160)，所述管道设有非圆形截面的预定节段，用于供所述流体流动；以及g.流激机构(170)，用于在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述CRM(130)包括多个由所述计算机处理器(120)执行的步骤，用于分析处理与流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流‑湍流混合流条件下的物理性质相关的数据。

【技术特征摘要】
2015.04.12 US 62/146,3161.用于测量流体物理性质的基于核磁共振(NMR)的系统(100)，所述基于NMR的系统包括：a.NMR波谱仪(110)，用于令所述流体在产生的磁场中受射频(RF)信号作用，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.计算机处理器(120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.计算机可读介质(CRM)(130)，用于存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.视觉显示器(140)，用于指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.数字电子连接端口(150)，用于所述基于NMR的系统和计算机通讯网络之间的数字通讯；f.管道(160)，所述管道设有非圆形截面的预定节段，用于供所述流体流动；以及g.流激机构(170)，用于在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述CRM(130)包括多个由所述计算机处理器(120)执行的步骤，用于分析处理与流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流-湍流混合流条件下的物理性质相关的数据。2.根据权利要求1所述的基于NMR的系统，其特征在于，由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括至少一种物质的浓度和鉴定，以及所述物质的粒径、粒径分布、颗粒形状、动态流体特征和水含量。3.根据权利要求1所述的基于NMR的系统，其特征在于，由所述基于NMR的系统测量的所述流动物的物理性质包括电导率、介电常数和磁性性质这些电化学和/或化学性质。4.根据权利要求1所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述非圆形截面管道的规格使得所述管道中得到层流、湍流和层流-湍流混合流的预测区域。5.根据权利要求4所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述管道的非圆形截面的截面形状为简单椭圆形，且通过所述截面的所述流体速度剖面vz在笛卡尔坐标系中如下公式所示：vz=2Qπab(1-x2a2-y2b2),]]>其中，Q为流经所述管道的流体的总流量，“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径；沿所述截面的不同x、y坐标的速度差与所述管道中的相对层流、湍流和层流-湍流混合流流量具有相关性。6.根据权利要求5所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述椭圆形截面管道(310)被串联配置，作为工业过程的串联组成部分，其中所述流体的物理性质受到监控。7.根据权利要求5所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述椭圆形截面管道(410)为在线配置，其容纳与工业过程的常规流体(420)平行流动的所述流体的流，即其中从所述常规流体中抽取流体，并在经过所述基于NMR的系统的监控点之后再使所述流体重新并入所述常规流体中。8.根据权利要求5所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述椭圆形截面管道是具有不同椭圆度e的截面的多个管道之一，所述e的范围在最小值0至最大值0.98之间，其中e如以下公式所示：e=1-(b2a2),]]>其中“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。9.根据权利要求5所述的基于NMR的系统，其特征在于，所述椭圆形截面管道是具有不同程度的表面粗度的内壁的多个管道之一，所述管道中产生不同的流体湍流水平，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。10.用于测量流体的物理性质的方法，所述方法包括以下步骤：a.令所述流体在使用NMR波谱仪(110)产生的磁场中受射频(RF)信号作用，测量所述流体再发射的RF信号，并产生所述流体的NMR图像；b.使用计算机处理器(120)控制所述RF造波和所述NMR波谱仪的检测功能；c.使用计算机可读介质(CRM)(130)存储供所述计算机处理器使用的机器指令和存储所述RF信号测量的相关信息；d.使用视觉显示器(140)指示所述基于NMR的系统的当前状态和功能；e.使用数字电子连接端口(150)在所述计算机处理器(120)与计算机通讯网络之间进行数字通讯；f.使用设有非圆形截面节段的预定管道(160)供所述流体在所述磁场中流动；以及g.使用流激机构(170)在所述管道中引起所述流体的流动；其中，所述方法进一步包括所述CRM(130)执行用于处理与流经所述非圆形截面管道的所述流体在层流和层流-湍流混合流条件下的物理性质相关的数据的指令的步骤。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述处理与流动物的测得物理性质相关的数据的步骤包括确定至少一种材料的浓度和鉴定，以及所述材料的粒径、粒径分布、颗粒形状、动态流体特征和水含量。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述流动物的测得物理性质包括电导率、介电常数和磁性性质这些电化学和/或化学性质。13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述非圆形截面管道的规格使得所述管道中得到层流、湍流和层流-湍流混合流的预测区域。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述管道的非圆形截面的截面形状为简单椭圆形，且通过所述截面的所述流体速度剖面vz在笛卡尔坐标系中如下公式所示：vz=2Qπab(1-x2a2-y2b2),]]>其中，Q为流经所述管道的流体的总流量，“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径；沿所述截面的不同x、y坐标的速度差与所述管道中的相对层流、湍流和层流-湍流混合流流量具有相关性。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述椭圆形截面管道(310)被串联配置，作为工业过程的串联组成部分，其中所述流体的物理性质受到监控。16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述椭圆形截面管道(410)为在线配置的，其容纳与工业过程的常规流体(420)平行流动的所述流体，即其中从所述常规流体中抽取流体，并在经过测量区域之后再将该流体重新并入所述常规流体中。17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述椭圆形截面管道是具有不同椭圆度e的截面的多个管道之一，所述e的范围在最小值0至最大值0.98之间，其中e如以下公式所示：e=1-(b2a2),]]>其中“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述椭圆形截面管道是具有不同程度的表面粗度的内壁的多个管道之一，所述管道中产生不同的流体湍流水平，与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。19.用于测量流动流体物理性质的基于NMR的系统的配件盒(500)，其中所述配件盒包括至少一个椭圆形截面管道节段，所述管道节段具有(i)截面椭圆度和(ii)内表面粗度的特定组合性质，在所述管道内产生层流、湍流和层流-湍流混合流的特定的条件，所述组合性质与所述数据分析处理参数在操作上相匹配。20.根据权利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2个管道节段，其中所述管道节段的内部均方根粗度RRMS的范围在最小值约0.2μm至最大值约20μm之间，其中RRMS如以下公式所示：RRMS=1nΣi=1nyi2,]]>其中n为测量次数，y为与平均表面高度之间的差值。21.根据权利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2个管道节段，其中所述管道节段的椭圆度e的范围在最小值约0至最大值约0.98之间，其中e如以下公式所示：e=1-(b2a2),]]>其中“a”是所述管道沿x轴的半径，“b”是所述管道沿y轴的半径。22.根据权利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2个管道节段，其中对于密度为10磅/加仑、平均速度为7.5ft/s且动态粘度为160cp的参照流体而言，用于预测所述管道节段的层流-湍流流动特征的雷诺数NRe的范围在最小值1000至最大值5000之间，其中NRe如以下公式所示：NRe=ρv‾DHμ,]]>其中ρ为流经所述管道节段的流体的密度，为流体的平均速度，DH是管道的水压直径，且μ为所述流体的动态粘度。23.根据权利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2个管道节段，其中，对于密度为10磅/加仑、平均速度为7.5ft/s且动态粘度为160cp的参照流体而言，所述管道节段中的层流-湍流混合流(MLTF)截面区域范围为占所述管道节段的总截面面积的最小值约10％至最大值约70％，其中所述MLTF区域限定为具有在约2000至约4000之间的雷诺数NR...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里·拉波波特，伊泰·巴鲁奇，
申请(专利权)人：艾斯拜克特AI有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL