[發明專利]多相測量儀

有效

• 申請號: 201380022698.0
• 申請日: 2013-04-29
• 公開（公告）號: CN104272105B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 埃伯·古斯塔夫·耐福斯
• 申請（專利權）人: 朗盛流量測量公司
• 主分類號: G01N33/28
• 分類號: G01N33/28
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司11270
• 代理人: 王琳,武晨燕

技術領域

本發明涉及一種多相測量儀系統，用于對管道內的流體流的組成和/或鹽度進行測量。

更具體地，本發明涉及在石油和天然氣儲藏的勘探中測量流體流內的水、油、氣和/或鹽度分數。

背景技術

市場上的多種不同的商用流量計可用于測量來自油井的流體流的成分。某些測量儀基于放射性輻射的使用，某些測量儀為電容式，并且某些測量儀基于微波的使用。

由于不受限于與基于放射性輻射的測量儀相關的健康風險及其相當低的精確度或污染對電容傳感器的不利影響，因而微波傳感器受到關注。

用于對流體的特性進行測量的方法以及用于執行該方法的計量設備和傳感器的示例已在國際專利申請PCT/NO01/00200中進行描述，對此的美國專利(US6,826,964?B2)已授權。該傳感器采用微波共振原理來測量連續油流(油中的水滴和氣泡，即該油流處于連續態)并且針對連續水流(水中的油滴和氣泡，即該水流處于連續態)測量導電性，并且該傳感器被用于安裝在油井內部的開采區。多相流的共振測量的另一示例在挪威專利308922(對應于WO99/63331)中進行了描述。

在美國專利6,915,707中已描述了用于對具有更高氣體含量的流體，即濕氣或高氣多相流進行測量的方法的另一示例，濕氣流為具有典型地大于99％的高氣體體積分數(通常稱為氣體空隙率(GVF))的多相流。該方法同樣基于微波共振原理。

該微波共振原理基于測量流體的電容率/介電常數，并且在WO?2008/085065中參照水體積分數(WVF)進行了描述。

其他系統在US5101163和WO2007/018434，以及US5341100中進行了描述，其中組成和水鹽度通過測量被放置在距發射器天線不同距離處的兩個天線所接收到的信號的差別來進行測量，其被稱為傳輸法。當流體流的損耗很高時，例如在具有相對較高的水鹽度的連續水流中時，通常優選該方法。

現有技術的固有問題在于，在相同流體體積內難以提供完整范圍的成分和鹽度的足夠精確的測量。如上所述，共振頻率和Q因子適用于一定范圍的分數，但當流體中的損耗變得足夠高時不太適用，因而精度被降低。根據權利要求中所述的實施方案來解決該問題。

發明內容

因此，本發明涉及一種在金屬管道中流動的MUT(被測材料)，其中該MUT的介電性能將通過微波進行測量，例如旨在查明該MUT的組成，例如水與油之間的混合比例。根據例如在油/水混合物的情況下，水或油是否處于連續態，并且根據水是否包含溶解的離子例如鹽，該MUT可呈現出所謂的高損耗或低損耗性能，從而使其更加導電或較少導電。在微波技術第51、52頁上的參考文獻[4]，即Fra于2005年發表的“Handbook?of?Multiphase?Flow?Metering(多相流量計量手冊)”中，第52頁上的內容闡明了：實際微波MPFM(多相流量計)使用針對連續油流的共振器原理以及在連續水流方面的不同頻率傳輸原理，從而利用相同的探針。當處于低衰減時，管道用作共振器，并且當處于高衰減時，對兩個接收探針之間的相差進行檢測。參考文獻[4]中所述的解決方案基于作為共振器的管道的使用。在WO?2005/057142和US7631543中提供了其他示例。這樣的共振器并不理想，這是因為主共振發生在截止頻率處，并且共振能量將沿管道方向泄露，從而降低該系統的精確度。本發明通過以下方法解決該問題：利用具有低于截止頻率的共振頻率的共振器，因而易于檢測到共振峰，從而還提高了流體測量的性能。

出于測量的目的，微波共振器已在管道中實現用于在低損耗情況下進行測量，并且通常三個天線用于實現高損耗情況下的差分傳輸測量。使用兩種方法的原因在于，當損耗針對該方法運行足夠低時，共振器方法是最精確的方法，并且傳輸方法最適于高損耗，這是因為傳輸方法可被用在寬動態范圍中。

除此之外，由于微波模式和反射的影響，傳輸方法在低損耗情況下是不太精確的。在優選實施例中，相同的天線被用于耦合到共振器并且用于執行傳輸測量，不同之處在于，僅有兩個天線被用于共振器測量。