使用核磁流量计确定流动介质的液体部分的方法技术

本发明专利技术描述一种使用核磁流量计确定流动介质的液体部分的方法，其中核磁流量计具有带有测量体积的测量管、测量装置和磁化装置，其中介质流过测量管并具有液体部分和气体部分，其中由磁化装置在测量体积内产生磁场且介质被磁场磁化。磁化装置在测量体积中产生梯度磁场，介质承受磁场和梯度磁场，测量装置执行：产生激励信号并将其入射到磁化介质中以在磁化介质中沿第一梯度方向激励起核磁共振，测量核磁共振作为测量信号，在测量信号中确定沿第一梯度方向的核磁共振的频率；测量装置执行：将确定的频率分配给沿第一梯度方向的位置，将所述位置处的核磁共振分配给介质的液体部分和气体部分并从其核磁共振的位置确定测量体积中流动介质的液体部分。中流动介质的液体部分。中流动介质的液体部分。

【技术实现步骤摘要】
使用核磁流量计确定流动介质的液体部分的方法


[0001]本专利技术涉及一种使用核磁流量计确定流动介质的液体部分的方法。所述核磁流量计具有带有测量体积的测量管、测量装置和磁化装置。所述介质流过所述测量管并具有液体部分和气体部分。所述磁化装置在测量体积内产生沿磁场方向的磁场，并且所述介质被所述磁场磁化。这意味着所述介质在流过所述测量体积时承受磁场并被所述磁场磁化。

技术介绍

[0002]本专利技术属于核磁流量计领域。核磁流量计的测量装置被构造为对流过测量管的测量体积的介质进行测量，并从所述测量中确定关于所述介质的信息。当通过所述测量装置进行测量时，所述介质的原子核在磁场存在下的进动（所述磁场事先已使所述介质磁化）由于原子核被激励为核磁共振而受到影响并且测量所述核磁共振。核磁共振例如可以以自由感应衰减（FID）或自旋回波的形式出现。这种测量也称为磁共振测量。
[0003]进动是元素的具有核自旋的原子核的一种特性。所述核自旋可以理解为可通过矢量来描述的角动量，并且对应地，由核自旋引起的磁矩也可以通过与所述角动量的矢量平行的矢量来描述。宏观磁场的存在导致介质中具有与所述宏观磁场平行取向的磁矩的原子核过量，由此所述介质具有宏观磁化，这种宏观磁化的整体可以通过矢量描述。在存在宏观磁场的情况下，原子核磁矩的矢量围绕宏观磁场在原子核位置处的矢量进动。这是进动特性。进动的频率称为拉莫尔频率f
L
并且与宏观磁场的磁通密度B的绝对值成比例。拉莫尔频率根据f
L
=(γ/2π)B计算得出。在此γ是旋磁比，该旋磁比对于氢核是最大的。拉莫尔频率在下文中也简称为频率。
[0004]这些磁矩和进动受到电磁脉冲的影响，所述电磁脉冲向磁矩施加转矩并由此使磁矩旋转在磁矩矢量与宏观磁场之间绘制的角度。如果下面提到脉冲，则指的是这样的脉冲。
[0005]由于所述介质具有液体部分和气体部分，因此所述介质也具有至少两相。因此，所述介质是多相介质。例如，气体部分是一种相，而液体部分是另一种相。液体部分通常也具有多于一种相，例如原油相和（盐）水相。气体相是例如天然气。
[0006]为了确定关于多相介质的各个相的信息，必须将各个相的原子核激励为可区分的核磁共振。例如，如果各个相的自旋晶格弛豫具有不同的自旋晶格弛豫时间常数T1，则可以将核磁共振彼此区分开来。自旋晶格弛豫时间常数是相的特性。其他特性是自旋
‑
自旋弛豫时间常数T2和扩散时间常数D。关于介质相的信息可以使用至少一种列出的特性来确定。信息例如是流过测量管的介质的各个相的流速和所述介质在测量管中的液体部分。关于各个相的信息还包括相的特性。
[0007]已经提到了原油相、（盐）水相和天然气相。这些也是从油井中输送的多相介质的基本相。由于所有这些相的原子核都具有氢核并且通常特别是原油相和（盐）水相以不同的自旋晶格弛豫时间常数T1为特征，因此核磁流量计特别适用于确定从油井中输送的介质的信息。
[0008]一个重要的信息是已经提到的介质在测量管的测量体积中的液体部分，该液体部
分也称为管道填充系数（pipe filling factor）或持液率（liquid holdup）。液体部分例如是作为被除数的测量体积中被液体部分占据的体积与作为除数的测量体积的商。所述测量体积完全被液体部分的体积和气体部分的体积占据。由现有技术已知，通过首先使用激励信号在测量体积中介质的整个液体部分中激励起核磁共振，然后将该核磁共振作为测量信号进行测量来确定液体部分。此后确定所述测量信号的幅度，并从该幅度中推导出液体部分。这种确定液体部分的方法具有各种缺点。
[0009]一个缺点是气体部分也被所述激励信号激励为核磁共振并且该核磁共振然后也可能被一起测量，从而该核磁共振存在于所述测量信号中并且增大了所述幅度并因此使所述幅度失真。
[0010]另一个缺点是不能在所述激励信号之后立即测量核磁共振，而只能在所述激励信号衰减之后测量，否则所述激励信号会使测量信号失真。在从所述幅度中确定液体部分的情况下，必须在所述激励信号的时刻确定所述幅度，这需要从测量时刻到激励时刻的外推。在该推断时必须考虑各种影响。从而必须考虑到具有核磁共振的磁化介质以一定的速度流出测量体积。还必须考虑到核磁共振由于弛豫效应而降低，所述弛豫效应例如通过自旋
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自旋弛豫时间常数T2来描述。因此，所述外推的准确性取决于了解所述速度和所述自旋
‑
自旋弛豫时间常数的准确性。还包括其他影响所述外推的准确性的效应。
[0011]还有一个缺点是不准确地了解测量体积中介质的磁化会导致幅度的对应不准确，从而导致液体部分的对应不准确。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术的任务是说明一种至少减轻所列缺点中的至少一个的方法。
[0013]该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。
[0014]具体地，在梯度步骤中，由所述磁化装置在所述测量体积中产生具有沿第一梯度方向的强度梯度的梯度磁场，并且所述介质除了承受所述磁场之外还承受所述梯度磁场。因此，测量体积中的流动介质同时承受所述磁场和所述梯度磁场。
[0015]此外，所述测量装置执行以下测量步骤：
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产生激励信号并将所述激励信号入射到所述测量体积中的磁化介质中，以在所述磁化介质中沿所述第一梯度方向激励起核磁共振。由于梯度磁场，沿第一梯度方向激励的核磁共振彼此不同。
[0016]‑
在测量体积中测量由所述激励信号在所述磁化介质中沿所述第一梯度方向激励的核磁共振作为测量信号。因此，在介质中测量先前由所述激励信号激励的核磁共振。
[0017]‑
在所述测量信号中确定沿所述第一梯度方向的核磁共振频率。频率的确定包括例如傅立叶变换。由于所述磁场与所述梯度磁场的叠加，根据f
L
=(γ/2π)B的频率取决于介质沿第一梯度方向的位置。B是由于所述磁场和所述梯度磁场叠加而产生的磁通密度。介质在测量体积中与第一梯度方向正交取向的无穷小薄片具有频率。例如如果所述梯度磁场在第一梯度方向上的强度增加，则介质薄片中第一梯度方向上的频率也根据旋磁比而增加。
[0018]这些测量步骤是在流动介质基本上位于测量体积中时执行的。
[0019]然后由所述测量装置执行以下评估步骤：
‑
将所确定的频率分配给沿所述第一梯度方向的位置。所述位置例如分配给介质
在所述测量体积中的与所述第一梯度方向正交取向的薄片，其中所述薄片薄到使得向每个薄片分配一个频率。
[0020]‑
将所述位置处的核磁共振分配给所述介质的液体部分和气体部分。由于所述介质的各个相以及因此所述介质的液体部分和气体部分被激励为可区分的核磁共振，因此这些位置处的核磁共振也可以分配给所述介质的液体部分或气体部分。将核磁共振分配给液体部分和气体部分优选地通过评估核磁共振的强度（例如振幅）来执行。液体部分的核磁共振强度大于气体部分的核磁共振强度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.使用核磁流量计（1）确定流动介质（6）的液体部分的方法，其中所述核磁流量计（1）具有带有测量体积（3）的测量管（2）、测量装置（4）和磁化装置（5），其中所述介质（6）流过所述测量管（2）并具有液体部分（7）和气体部分（8），其中由所述磁化装置（5）在所述测量体积（3）内产生沿磁场方向（10）的磁场（9），并且所述介质（6）被所述磁场（9）磁化，其特征在于，在梯度步骤中，由所述磁化装置（5）在所述测量体积（3）中产生具有沿第一梯度方向（12）的强度梯度的梯度磁场（11），并且所述介质（6）除了承受所述磁场（9）之外还承受所述梯度磁场（11），由所述测量装置（4）执行以下测量步骤：
‑
产生激励信号并将所述激励信号入射到所述测量体积（3）中的磁化介质（6）中，以在所述磁化介质（6）中沿所述第一梯度方向（12）激励起核磁共振，
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在所述测量体积（3）中测量由所述激励信号在所述磁化介质（6）中沿所述第一梯度方向（12）激励的核磁共振作为测量信号，
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在所述测量信号中确定沿所述第一梯度方向（12）的核磁共振的频率，然后由所述测量装置（4）执行以下评估步骤：
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将所确定的频率分配给沿所述第一梯度方向（12）的位置，
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将所述位置处的核磁共振分配给所述介质（6）的液体部分（7）和气体部分（8），以及
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从所述介质（6）的液体部分（7）的核磁共振的位置和气体部分（8）的核磁共振的位置中确定所述测量体积（3）中流动介质（6）的液体部分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量管（2）水平定向，以及所述第一梯度方向（12）垂直定向。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定所述磁场（9）的均匀性，基于所确定的均匀性和沿所述梯度方向（12）的所要求的精度确定所述强度梯度的强度，并且所要求的精度优选在所述测量体积（3）中沿所述梯度方向（12）的距离的10％以内，更优选5％以内，特别优选1％以内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述激励信号具有至少一个激励脉冲（14、19、22），由所述磁化装置（4）基于所述磁场（9）的均匀性和所述强度梯度的强度来确定所述至少一个激励脉冲（14、19、22）的带宽，优选地产生所述至少一个激励脉冲（14、19、22）以使所述磁化介质（6）的磁矩旋转5
°
到45
°
之间的角度，更优选地旋转90
°
的角度，以及优选地将硬脉冲、软脉冲、绝热脉冲、CHIRP脉冲（24）或WURST脉冲用作所述至少一个激励脉冲（14、19、22）。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由所述磁化装置（4）确定所述核磁共振相对于其频率的强度，并且归一化所述核磁共振相对于其频率的强度，使得所述核磁共振的与频率相关的激励效率通过所述至少一个激励脉冲（14、19、22）来补偿。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述激励信号具有至少一个重聚焦脉冲（15、20、21），以及优选地产生所述至少一个重聚焦脉冲（15、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：克洛纳有限公司，
类型：发明
国别省市：