[發明專利]用于測量多相流體流的設備和方法

無效

• 申請號: 200980160339.5
• 申請日: 2009-07-07
• 公開（公告）號: CN102472649A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: S.A.波利克霍夫
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01F1/704
• 分類號: G01F1/704;G01F1/74
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;盧江

技術領域

本發明涉及用于測量多相混合物的流的流量計。本發明的實施例可以例如在石油和天然氣工業中找到應用，其中，關系到液態烴和氣態烴的混合物。

背景技術

在不需要在測量過程期間斷開流體流或分離多個相（phase）的情況下測量多相流體的流率的問題在化學工業和石油工業中特別重要。因為幾乎所有的井都產生油、水、以及氣體的混合物，所以流體混合物的各個組分的流測量在儲油器的有效生產中是必需的。通常，在表面處，這些測量通過特別用于近海應用的昂貴并且體積大的分離器完成。

以上問題已經通過現在通常在石油和天然氣工業以及其他化學工業中使用的多相流量計設備解決。這樣的設備通過在兩個不同能級（即，“高”能級和“低”能級）處測量經過混合物的伽馬射線或X-射線衰減，來測量多相流體混合物的多種組分的流速。該測量基于伽馬射線/X-射線輻射的吸收系數取決于材料和光子能量的事實。因此，“高”能級被確定為使得在該光子能級處對于油和水的光子吸收系數基本相同。“低”能級被確定為使得在該光子能級處對于水的光子吸收系數顯著高于對于油的光子吸收系數。伽馬射線/X-射線經過導管的測試區段中的混合物，并且照射對在這兩個能級處的光子敏感的檢測器。由檢測器記錄的信號的分析允許對通過測試區段的水、油和氣體流率的估計。

在這種現有技術設備中的體積流率計算基于壓力微差測量，因為這個原因，測試區段被提供有收縮，例如文氏管節流。文氏管節流干擾流體流。而且，這樣的布置提供流測量的有限精度，并且在非均勻流組合物的情況下（特別是跨過混合物流的橫截面）特別不利。

發明內容

本發明的目標在于提供用于測量多相流體流的改進設備和方法。

以上目標通過根據權利要求1的設備和根據權利要求10的方法實現。

本發明的以下思想在于基于從由檢測裝置接收的混合物發出的光子的空間分布的時間序列，直接測量混合物的一個或多個相的流速。輻射裝置相應地適用于沿著混合物流的方向提供混合物的空間照射，而檢測裝置被配置為用于在空間上接收從混合物發出的光子。該布置因此在不需要通過引入對混合物流的收縮（例如文氏管節流）使混合物流經歷壓力下降的情況下直接測量體積流速。

在優選實施例中，所述檢測裝置包括檢測器元件的二維陣列。該實施例有利地允許橫穿混合物的流動方向的混合物的空間密度分布的測量。

在進一步有利實施例中，所提出的設備進一步包括：測量管，其形成用于混合物的流的所述區段的管道，所述測量管具有矩形橫截面。具有矩形橫截面的測量管提供圖像的便利處理，以測量跨過混合物流的該區段的各個相的空間密度分布。

在示例性實施例中，為了提供混合物的合適空間照射，輻射裝置被定位在離混合物的流的該區段大于0.3m的距離處。

在一個實施例中，所述分析裝置適用于基于所接收的光子的空間分布的圖像的所述時間序列的互相關，確定所述混合物的一個或多個相的流速。

在優選實施例中，所述輻射裝置適用于生成處于第一能級和第二能級的光子，其中，對于第一能級，針對包括在所述混合物中的兩個不同相的光子吸收系數基本相等，并且其中，對于第二能級，針對所述混合物的所述兩個相的光子吸收系數是不同的。對于具有兩個液相和一個氣相的三相混合物，具有第一能級的光子從而幫助指示混合物中的液體的共同（collective）密度，從而幫助識別混合物流中的氣體的比例。另一方面，具有第二能級的光子幫助指示液相之間的密度差，從而幫助識別兩個液相的相對比例。

在優選的另一實施例中，所述輻射生成裝置適用于交替地生成光子的第一和第二脈沖，其中，所述第一脈沖中的光子具有所述第一能級，并且所述第二脈沖中的光子具有所述第二能級。本實施例使用脈沖調制（pulsed）電源，其有利地提供低的總功率消耗，而在脈沖期間提供大的瞬時功率。

為了提供混合物的所有相的速度的直接測量，所述檢測裝置適用于交替地形成第一和第二圖像，所述第一圖像對應于在對應于所述第一脈沖的持續時間的第一時間間隔期間具有所述第一能級的所接收的光子的空間分布，所述第二圖像對應于在對應于所述第一脈沖的持續時間的第二時間間隔期間具有所述第二能級的所接收的光子的空間分布。

在示例性實施例中，所述光子是X-射線光子。利用用于測量的X-射線是有利的，這是因為其不需要放射性材料，所述放射性材料需要附加安全測量并且還可能導致輸入/輸出操作的顯著問題。

附圖說明

參考附圖中所示的示意性實施例在下文中進一步描述本發明，其中：