Способ калибровки ядерно-магнитного расходомера

Изобретение относится к способу калибровки ядерно-магнитного расходомера. Способ калибровки ядерно-магнитного расходомера (2), выполненного с возможностью протекания многофазной среды (3) через его измерительную трубу (4), подключаемую к входной трубе (6), расположенной перед измерительной трубой (4) по направлению (5) потока среды, и к выходной трубе (7), расположенной после измерительной трубы (4) по направлению (5) потока среды, причем с измерительной трубой (4) соотнесен байпас (8), к которому относятся входной клапан (10) и/или выходной клапан (11), а также обводная труба (9), соединяемая для калибровки с одной стороны с входной трубой (6), а с другой стороны - с выходной трубой (7), а именно через входной клапан (10), или через выходной клапан (11), или через входной клапан (10) и через выходной клапан (11), характеризующийся тем, что в режиме калибровки расходомера (2) среду (3), которая в режиме измерений проходит из входной трубы (6) через входной клапан (10) байпаса (8) в измерительную трубу (3), а оттуда - через выходной клапан (11) байпаса (8) в выходную трубу (7), направляют из входной трубы (6) через входной клапан (10) байпаса (8) в обводную трубу (9), а оттуда - через выходной клапан (11) байпаса (8) в выходную трубу (7), и выполняют измерения в отношении среды (3), стоящей в измерительной трубе (4). Технический результат – обеспечение максимально незаметного переключения между режимами калибровки и измерения расхода при минимальном усложнении конструкции и эксплуатации ядерно-магнитного расходомера, что согласно изобретению обеспечивается за счет управления входным и выходным клапанами таким образом, чтобы в режиме калибровки они запирали среду в измерительной трубе. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу калибровки ядерно-магнитного расходомера.

К ядерно-магнитному расходомеру, в первую очередь, относится необходимая для его функционирования выполненная с возможностью протекания через нее многофазной среды измерительная труба, которая выполнена с возможностью подключения к расположенной в направлении потока среды перед измерительной трубой входной трубе и к расположенной в направлении потока после измерительной трубы выходной трубе.

Атомные ядра элементов, которые имеют ядерный спин, также имеют магнитный момент, вызванный ядерным спином. Ядерный спин можно понимать как описываемый вектором момент количества движения, и соответственно также и магнитный момент может быть описан вектором, который параллелен вектору момента количества движения. Вектор магнитного момента атомного ядра в присутствии макроскопического магнитного поля выстраивается параллельно вектору макроскопического магнитного поля на месте атомного ядра. При этом вектор магнитного момента атомного ядра находится в состоянии прецессии вокруг вектора макроскопического магнитного поля на месте атомного ядра. Частота прецессии обозначается как ларморова частота ω_L и пропорциональна значению напряженности В магнитного поля. Ларморова частота рассчитывается согласно ω_L=γ⋅В, где γ - гиромагнитное отношение, максимальное для атомных ядер водорода.

Способы измерения и анализа, которые используют свойство прецессии атомных ядер с магнитным моментом в присутствии макроскопического магнитного поля, обозначают способами измерения и анализа на основании ядерно-магнитного резонанса. Английский термин, обозначающий ядерно-магнитный резонанс - «nuclear magnetic resonance». Обычно индуцированные функционирующими атомными ядрами при различных рамочных условиях в измерительной катушке напряжения используются в качестве исходной величины для способов измерения и анализа. Примером для измерительных приборов, которые используют ядерно-магнитный резонанс, являются ядерно-магнитные расходомеры, которые измеряют расход протекающей через измерительную трубу многофазной среды и анализируют среду.

Условием для анализа с использованием ядерно-магнитного резонанса является то, что анализируемые фазы среды могут возбуждаться и создавать различаемые ядерно-магнитные резонансы. Анализ может включать в себя скорости потока отдельных фаз среды и относительные доли отдельных фаз в многофазной среде. Ядерно-магнитные расходомеры могут использоваться, например, для анализа добываемой из нефтяных источников многофазной среды среды, которая, по существу, состоит из фаз: неочищенная нефть, природный газ и соленая вода, причем все фазы содержат атомные ядра водорода.

Анализ добытой из нефтяных источников среды также может выполняться посредством так называемых тестовых сепараторов. Они отделяют небольшую часть полученной среды, отделяют отдельные фазы среды друг от друга и определяют доли отдельных фаз от среды. Однако тестовые сепараторы не могут надежно измерять доли неочищенной нефти менее 5%. Поскольку доля неочищенной нефти каждого источника постоянно падает, а доля неочищенной нефти множества источников уже менее 5%, в настоящее время невозможно экономично эксплуатировать эти источники с использованием тестовых сепараторов. Чтобы и дальше использовать источники с очень низкой долей неочищенной нефти, необходимы соответственно точные расходомеры.

Ядерно-магнитные расходомеры могут отвечать требованиям множества вариантов применения, таким как, например, при измерении расхода добываемой из источника многофазной среды по измерительной трубе и при определении долей необработанной нефти, природного газа и соленой воды в среде. С помощью ядерно-магнитных расходомеров можно изменять также и доли необработанной нефти менее 5%.

Чтобы ядерно-магнитные расходомеры достигали необходимой для многих вариантов применения точности измерения, требуется калибровка расходомеров, в которой определяют параметры калибровки. Как в любом другом измерительном приборе, так же и в ядерно-магнитных расходомерах необходим регулярный повтор калибровки, чтобы также постоянно достигать возможной точности измерения. Известные из уровня техники способы калибровки и калибровочные приспособления при этом предусматривают, что калибрируемый расходомер подключается к калибровочному приспособлению и калибруется посредством способа калибровки.

Калибровочное приспособление выполнено для создания различных известных протоков различных сред через измерительную трубу расходомера. В качестве сред могут использоваться однофазные или многофазные среды с известными долями отдельных фаз в соответствующей среде, причем необходимо, прежде всего, знание свойств ядерно-магнитного резонанса сред. Способ калибровки может включать в себя измерения посредством расходомера при различных протоках различными средами. Из значений измерений и соответствующих известных протоков и свойств сред можно получить параметры калибровки расходомера.

Недостатком известных из уровня техники способов калибровки и калибровочных приспособлений является то, что калибрируемый ядерно-магнитный расходомер необходимо регулярно снимать с точки измерения в варианте применения и транспортировать к калибровочному приспособлению: процесс, который, во-первых, очень затратен и дорогостоящ, а во-вторых, мешает выполнению применения.

Задача настоящего изобретения заключается в создании ядерно-магнитного расходомера и способа его калибровки, в которых были бы устранены рассмотренные недостатки уровня техники, т.е. которые обеспечили менее сложную и дорогостоящую эксплуатацию расходомера, при которой необходимая время от времени калибровка не мешала бы собственно измерению расхода.

Для решения поставленной задачи предложен способ калибровки ядерно-магнитного расходомера, выполненного с возможностью протекания многофазной среды через его измерительную трубу, подключаемую к входной трубе, расположенной перед измерительной трубой по направлению потока среды, и к выходной трубе, расположенной после измерительной трубы по направлению потока среды, причем с измерительной трубой соотнесен байпас, к которому относятся входной клапан и/или выходной клапан, а также обводная труба, соединяемая для калибровки с одной стороны с входной трубой, а с другой стороны - с выходной трубой, а именно через входной клапан, или через выходной клапан, или через входной клапан и через выходной клапан. Предлагаемый в изобретении способ характеризуется тем, что в режиме калибровки расходомера среду, которая в режиме измерений проходит из входной трубы через входной клапан байпаса в измерительную трубу, а оттуда - через выходной клапан байпаса в выходную трубу, направляют из входной трубы через входной клапан байпаса в обводную трубу, а оттуда - через выходной клапан байпаса в выходную трубу, и выполняют измерения в отношении среды, стоящей в измерительной трубе.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в максимально незаметном переключении между режимами калибровки и измерения расхода при минимальном усложнении конструкции и эксплуатации ядерно-магнитного расходомера, что согласно изобретению обеспечивается за счет управления входным и выходным клапанами таким образом, чтобы в режиме калибровки они запирали среду в измерительной трубе.

Соответствующий ядерно-магнитный расходомер характеризуется тем, что с измерительной трубой соотнесен байпас, что к байпасу относятся обводная труба, входной клапан и/или выходная труба и что для калибровочного режима обводная труба, с одной стороны, выполнена с возможностью соединения с входной трубой, а с другой стороны - с выходной трубой, а именно через входной клапан, выходной клапан или через входной клапан и через выходной клапан

Как указано выше, к байпасу наряду с обводной трубой относятся два клапана, а именно входной клапан и выходной клапан. Однако предлагаемый ядерно-магнитный расходомер работоспособен также и в том случае, если, как разъяснялось ранее, к байпасу относится только один клапан, то есть либо один входной клапан - в направлении потока перед измерительной трубой, либо один выходной клапан - в направлении потока за измерительной трубой. Если к байпасу наряду с обводной трубой относится только один входной клапан, то есть не выходной клапан, тогда обводная труба со стороны выхода соединена непосредственно с выходной трубой. Наоборот, в случае, если к байпасу наряду с обводной трубой относится только один выходной клапан, то есть не входной клапан, тогда обводная труба со стороны входа непосредственно с входной трубой.

Предлагаемый ядерно-магнитный расходомер можно осуществить и усовершенствовать различными способами.

Для первой предпочтительной формы осуществления предлагаемого ядерно-магнитного расходомера действительно, что байпас в "нормальном режиме" - "нормальный режим" = режим измерения расходомера - позволяет среде течь от входной трубы через входной клапан в измерительную трубу и от измерительной трубы через выходной клапан в выходную трубу и не течь мимо измерительной трубы, то есть через байпас среда не течет. В остальном рекомендуется форма осуществления, прежде всего в комбинации с тем, что было описано непосредственно до этого, которая отличается тем, что байпас в "специальном режиме" - "специальный режим" = режим калибровки = калибровка расходомера - позволяет среде течь от входной трубы через установленный для калибровочного режима входной клапан в обводную трубу и от обводной трубы через установленный для калибровочного режима выходной клапан в выходную трубу, то есть через измерительную трубу среды среда не течет.

Наконец, рекомендуется в предлагаемом ядерно-магнитном расходомере для управления входным клапаном байпаса и выходным клапаном байпаса предусмотреть управление и соединить управление, с одной стороны, посредством управляющей линии с входным клапаном, а с другой стороны, посредством управляющего линии с выходным клапаном.

Ранее в связи с предлагаемым ядерно-магнитным расходомером всегда разъяснялось, что к байпасу наряду с обводной трубой относятся два клапана, а именно входной клапан и выходной клапан. Но предлагаемый ядерно-магнитный расходомер работоспособен также и в том случае, если к байпасу относится только один клапан, то есть либо входной клапан - в направлении потока перед измерительной трубой, либо выходной клапан - в направлении потока за измерительной трубой.

Вначале было указано, что изобретение относится к ядерно-магнитному расходомеру, но не только к ядерно-магнитному расходомеру как таковому, но также и к способу калибровки для ядерно-магнитного расходомера.

Согласно способу выведенная ранее и показанная задача для ядерно-магнитного расходомера, прежде всего для предлагаемого ядерно-магнитного расходомера, в первую очередь и по существу отличается тем, что расходомер может работать с одной стороны в «нормальном режиме» - «нормальный режим» = режим измерения расходомера, а с другой стороны, в «специальном режиме» = «специальный режим» = режим калибровки = калибровка расходомера.

Когда и если предлагаемый способ калибровки применяется в комбинации с предлагаемым ядерно-магнитным расходомером, предпочтительная форма осуществления отличается тем, что в «нормальном режиме» среду направляют от входной трубы через входной клапан байпаса в измерительную трубу, а от измерительной трубы через выходной клапан байпаса - в выходную трубу и что в «специальном режиме» среду направляют от входной трубы через входной клапан байпаса в обводную трубу, а от обводной трубы через выходной клапан байпаса - в выходную трубу.

К каждому способу калибровки относится выполнение измерений, чтобы посредством полученных таким образом значений измерений можно было улучшить точность измерения собственного измерения расхода. Следовательно, к предлагаемому способу калибровки обычно также относится то, что в "специальном режиме" с помощью расходомера выполняют измерения стоящей в измерительной трубе среды. Проведенные на стоящей в измерительной трубе среде измерения затем применяют для повышения точности выполненных на стоящей в измерительной трубе среде измерений.

В предлагаемом способе измерения в стоящей в измерительной трубе среде можно определить различные параметры, прежде всего время спин-решеточной релаксации каждой из фаз среды, время спин-спиновой релаксации каждой из фаз среды, объемную долю каждой из фаз среды и/или массовую долю каждой из фаз среды. При подробном представлении массовая доля каждой из фаз среды может быть определена из прохождения сигнала времени спин-решеточной релаксации во времени и/или из прохождения сигнала времени спин-спиновой релаксации во времени.

Говоря подробнее, существуют различные возможности для осуществления и усовершенствования предлагаемого ядерно-магнитного расходомера и предлагаемого способа калибровки. Для этого, с одной стороны, указывается на зависимые пункты дополнительных независимых пунктов формулы изобретения, а с другой стороны, на описанный ниже пример осуществления, представленный на содержащем только одну фигуру чертеже.

На фигуре показано схематическое представление примера осуществления предлагаемого ядерно-магнитного расходомера 2 с калибровочным приспособлением 1.

К ядерно-магнитному расходомеру 2 относится выполненная с возможностью протекания через нее многофазной среды 3 измерительная труба 4. Измерительная труба 4 может подключаться к входной трубе 6, расположенной по направлению 5 потока среды 3 перед измерительной трубой 4, и к выходной трубе 7, расположенной по направлению 5 потока среды 3 за измерительной трубой 4. Если измерительная труба 4 подключена как к входной трубе 6, так и к выходной трубе 7, то конструкция соответствует известной из уровня техники конструкции для измерения расхода и анализа с помощью ядерно-магнитного расходомера 2 протекающей через измерительную трубу 4 многофазной среды 3.

Относящееся к ядерно-магнитному расходомеру 2 калибровочное приспособление 7 состоит, по существу, из байпаса 8, к которому относятся обводная труба 9, входной клапан 10 и выходной клапан 11. Входной клапан 10 соединен с измерительной трубой 4, входной трубой 6 и обводной трубой 9, в то время как выходной клапан 11 соединен с измерительной трубой 4, выходной трубой 7 и обводной трубой 9.

В «нормальном режиме» - «нормальный режим» = режим измерения расходомера 2 - среда 3 течет от входной трубы 6 через входной клапан 10 в измерительную трубу 3 и от измерительной трубы 3 через выходной клапан 11 в выходную трубу 7. То есть мимо измерительной трубы 4 среда 3 не течет, то есть в байпасе 8 среды 3 нет. Ядерно-магнитный расходомер 2 может работать «нормально», то есть в «нормальном режиме».

В «специальном режиме» - «специальный режим» = режим калибровки = калибровка ядерно-магнитного расходомера 2 среда 3 течет от входной трубы 6 через установленный для калибровочного режима входной клапан 10, в обводную трубу 9 и от обводной трубы 9 через установленный для калибровочного режима выходной клапан 11 в выходную трубу 7. То есть через измерительную трубу 4 не течет среда 3. Более того, имеющаяся в измерительной трубе 4 среда 3 стоит «спокойно». Необходимые для предлагаемого способа калибровки измерения на заключенной в измерительную трубу 4 и стоящей среде 3 могут быть выполнены с помощью расходомера 2.

В представленном примере осуществления предлагаемый ядерно-магнитный расходомер 2 имеет для управления входным клапаном 10 байпаса 8 и выходным клапаном 11 байпаса 8 управляющие линии 12. Разумеется, управление входным клапаном 10 байпаса 8 и управление выходным клапаном 11 байпаса 8 могут выполнять также и отдельные средства управления.

Входной клапан 10 байпаса 8 и выходной клапан 11 байпаса 8 выполнены таким образом, что на поток байпаса 8 во входной трубе 3 и в выходной трубе 7 не оказывается существенного отрицательного воздействия также при переходе от «нормального режима» в «специальный режим» и наоборот. Следовательно, на «нормальный режим» = измерительный режим расходомера 2 необходимые время от времени калибровки расходомера 2 будут отрицательно воздействовать только таким образом, что соответственно в течение коротких временных интервалов расходомер 2 не может выполнять измерения расхода и анализ среды 3.

Исходя из «нормального режима» в представленном примере осуществления калибровка начинается с того, что сначала входной клапан 10 байпаса 8 и выходной клапан 11 байпаса 8 регулируются таким образом, как того требует «специальный режим» - режим калибровки. За счет этого, как уже описано, прерывается поток среды 3 в измерительной трубе 4. Затем определяется спин-решеточное время релаксации, спин-спиновое время релаксации, показатель водорода, объемная доля и массовая доля любой из фаз среды 3 в измерительной трубе 4. Затем входной клапан 10 байпаса 8 и выходной клапан 11 байпаса 8 регулируются таким образом, как это необходимо для «нормального режима» - режима измерения расходомера 2, так что в результате среда 3 снова может течь в измерительную трубу 4 и через измерительную трубу 4.

ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. Калибровочное приспособление

2. Ядерно-магнитный расходомер

3. Многофазная среда

4. Измерительная труба

5. Направление потока

6. Входная труба

7. Выходная труба

8. Байпас

9. Обводная труба

10. Входной клапан

11. Выходной клапан

12. Управляющие линии

1. Способ калибровки ядерно-магнитного расходомера (2), выполненного с возможностью протекания многофазной среды (3) через его измерительную трубу (4), подключаемую к входной трубе (6), расположенной перед измерительной трубой (4) по направлению (5) потока среды, и к выходной трубе (7), расположенной после измерительной трубы (4) по направлению (5) потока среды, причем с измерительной трубой (4) соотнесен байпас (8), к которому относятся входной клапан (10) и/или выходной клапан (11), а также обводная труба (9), соединяемая для калибровки с одной стороны с входной трубой (6), а с другой стороны - с выходной трубой (7), а именно через входной клапан (10), или через выходной клапан (11), или через входной клапан (10) и через выходной клапан (11), характеризующийся тем, что в режиме калибровки расходомера (2) среду (3), которая в режиме измерений проходит из входной трубы (6) через входной клапан (10) байпаса (8) в измерительную трубу (3), а оттуда - через выходной клапан (11) байпаса (8) в выходную трубу (7), направляют из входной трубы (6) через входной клапан (10) байпаса (8) в обводную трубу (9), а оттуда - через выходной клапан (11) байпаса (8) в выходную трубу (7) и выполняют измерения в отношении среды (3), стоящей в измерительной трубе (4).

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что определяют спин-решеточное время (T₁) релаксации каждой из фаз среды (3).

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что определяют спин-спиновое время (Т₂) релаксации каждой из фаз среды (3).

4. Способ по одному из пп. 1-3, характеризующийся тем, что определяют объемную долю каждой из фаз среды (3).

5. Способ по одному из пп. 1-3, характеризующийся тем, что определяют массовую долю каждой из фаз среды (3).

6. Способ по одному из пп. 1-3, характеризующийся тем, что массовую долю каждой из фаз среды (3) определяют из прохождения сигнала спин-решеточной релаксации во времени.

7. Способ по одному из пп. 1-3, характеризующийся тем, что массовую долю каждой из фаз среды (3) определяют из прохождения сигнала спин-спиновой релаксации во времени.

8. Способ по одному из пп. 1-3, характеризующийся тем, что калибровку выполняют через регулярные временные интервалы.