Расходомер с реализующим томографический принцип измерения измерительным приспособлением

Использование: для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды. Сущность изобретения заключается в том, что представленный расходомер имеет реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление и второе измерительное приспособление. По меньшей мере одно из измерительных приспособлений реализует основывающийся на ядерно-спиновом резонансе принцип измерения. В представленном варианте осуществления второе измерительное приспособление реализовано посредством магнитно-резонансного томографа. Первое измерительное приспособление реализовано иначе, а именно посредством реализованного по принципу измерения контраста предварительной намагниченности измерительного приспособления. Магнитное поле имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный направлению протока среды, и создается посредством элементов генерации магнитного поля, которые расположены вокруг измерительной трубки. Помимо этого, к измерительному приспособлению относится конструктивный узел для возбуждения ядерных спинов за счет РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов возбуждения. Технический результат: обеспечение возможности достоверного определения фазового состава многофазной среды. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к расходомеру для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды, имеющему реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление. Кроме того, изобретение также относится к способу эксплуатации такого расходомера.

Атомные ядра элементов, имеющие ядерный спин, также имеют вызванный ядерным спином магнитный момент. Ядерный спин также может быть представлен вектором поддающегося описанию импульса вращения, и, соответственно, магнитный момент также может быть описан вектором, который параллелен вектору импульса вращения. При присутствии макроскопического магнитного поля вектор магнитного момента атомного ядра направляется параллельно вектору макроскопического магнитного поля на месте атомного ядра. При этом вектор магнитного момента атомного ядра прецессирует вокруг вектора макроскопического магнитного поля на месте атомного ядра. Частоту прецессии называют ларморовой частотой ωL, и она пропорциональна значению силы магнитного поля В. Ларморова частота рассчитывается согласно ωL=γ⋅В, где γ - гиромагнитное соотношение, которое максимально для атомов водорода. Гиромагнитное соотношение задает коэффициент пропорциональности между моментом импульса или же спином частицы и соответствующим магнитным моментом.

Способы измерения и анализа, которые используют свойство прецессии атомных ядер с магнитным моментом при присутствии макроскопического магнитного поля, называют способами измерения и анализа посредством ядерного магнитного резонанса. Английское понятие ядерно-магнитного резонанса - Nuclear Magnetic Resonance (NMR).

Важным представителем принципов измерения является магнитно-резонансная томография (МРТ, или на английском Magnetic Resonance Imaging, MRI). Обычно индуцированные прецессирующими атомными ядрами в различных рамочных условиях в возбуждения в измерительной катушке электрические сигналы используются в качестве исходной величины для измерения и анализа.

Примером измерительных приборов, которые используют ядерно-магнитный резонанс, являются ядерно-магнитные расходомеры, которые измеряют расход протекающей через измерительную трубку многофазной среды и анализируют среду.

Условием для анализа с использованием ядерно-магнитного резонанса является возможность возбуждения различаемых ядерно-магнитных резонансов в анализируемых фазах среды. Анализ может включать в себя скорости протока отдельных фаз среды и относительных долей отдельных фаз в многофазной среде. Ядерно-магнитные расходомеры могут использоваться, например, для анализа добываемых из нефтяных скважин многофазных сред. В этом случае среда состоит по существу из фаз сырой нефти, природного газа и соленой воды, причем все фазы содержат ядра водорода.

Анализ добываемой из нефтяных скважин среды может выполняться также посредством так называемых мерных сепараторов. Они отделяют одну часть добываемой среды, отделяют отдельные фазы среды друг от друга и определяют доли отдельных фаз в среде. Но мерные сепараторы не в состоянии надежно измерять доли сырой нефти менее 5%. Поскольку доля сырой нефти каждой скважины постоянно снижается, а доля сырой нефти во многих скважинах уже менее 5%, то в настоящее время невозможно экономически эксплуатировать эти скважины с использованием мерным сепаратором. Чтобы можно было и дальше эксплуатировать скважины с очень низкой долей сырой нефти, необходимы соответственно точные расходомеры.

Обычно индуцированные прецессирующими атомными ядрами после возбуждения в измерительной катушке электрические сигналы используются в качестве исходной величины для анализа. Условием для измерения многофазной среды, как уже разъяснялось, является возможность возбуждения различаемых ядерно-магнитных резонансов в отдельных фазах среды. Величина индуцированных прецессирующими атомными ядрами одной фазы среды в измерительной катушке электрических сигналов зависит от количества прецессирующих атомных ядер на элемент объема в этой фазе, соответственно она также зависит от плотности фазы, но также от продолжительности воздействия прецессирующих атомных ядер в оказывающем воздействие управляемом магнитном поле. Следовательно, величина индуцированных электрических сигналов в жидких фазах выше, чем в газообразных фазах.

Необходимая для магнитно-резонансной томографии информация о месте наносится на пробу, например, через градиентное поле. Поскольку Ларморова частота ядерных спинов пропорциональна силе магнитного поля, за счет градиентного поля возникает зависящее от места распределение различных Ларморовых частот ядерных спинов и тем самым зависимость индуцированных атомными ядрами электрических сигналов от места.

Как уже было разъяснено выше, сигнал МРТ зависит от плотности среды. При сравнении средних значений амплитуд сигнала на один кубический метр газа, масла и воды можно установить, что сигнал газа явно отличается от масла и воды, но между сигналами масла и воды практически нет различия. Сила сигнала может быть выражена посредством так называемого индекса HI водорода. Индекс HI водорода описывает относительную долю атомов водорода среды по сравнению с водой. Следовательно, индекс водорода воды HIWasser=1. Для индексов масла и газа действует HIÖl=0,9-1,1 и HIGas=0-0,2. Следовательно, с помощью сигналов МРТ можно хорошо различать газ, с одной стороны, и жидкость (состоящую из воды и масла) с другой стороны. Напротив, различение воды и масла является сложным или же очень затратным, поскольку амплитуды сигналов МРТ практически не различаются.

Как уже было разъяснено, ядерно-магнитные способы измерения и анализа основываются на том эффекте, что магнитные моменты спина выровнены вдоль линий поля приложенного снаружи магнитного поля. Это приводит к объемной намагниченности среды. Скорость, с которой возникает эта намагниченность, определяется так называемым временем T1 спин-решеточной релаксации и имеет экспоненциальное прохождение.

Еще одной типичной для ядерно-магнитных способов измерения и анализа измеряемой величиной является время Т2 спин-спиновой релаксации. Это время является величиной неоднородностей в окружающем отдельный спин магнитном поле.

Механизмы, которые определяют значения для T1 и Т2, зависят от молекулярной динамики тестовой пробы. Молекулярная динамика зависит в свою очередь от размера молекулы и также от внутримолекулярных расстояний. Они различны для каждой среды. Следовательно, различные среды также имеют различные значения для T1 и Т2.

Один известный из уровня техники метод измерения для определения параметров отдельных фаз многофазной среды определен способом для измерения контраста предварительной намагниченности. Этот способ измерения основывается на разнице времени T1 для различных фаз многофазной среды и особо подходит для определения доли масла и доли воды, а также относительного соотношения доли масла к доле воды в пробе.

Многофазная среда течет через пронизанный постоянным магнитным полем участок. При этом магнитное поле имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный направлению протока среды. Поскольку выравнивание магнитных моментов в магнитном поле зависит от соответствующей фазы среды, то при одинаковой продолжительности воздействия магнитного поля происходит различное образование намагниченности в отдельных фазах. Продолжительность воздействия магнитного поля определяется длиной пронизанного постоянным магнитным полем участка и скоростью течения среды.

В общем, долготное время T1 релаксации для масла явно меньше времени для воды. Следовательно, намагниченность масла устанавливается параллельно наружному магнитному полю быстрее, чем намагниченность воды. То есть за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания сигналы масла и воды соответственно выполнены на различном уровне, благодаря чему из зависящих от участка предварительного намагничивания отношений сигналов масла и воды можно сделать вывод о соотношении доли масла и доли воды в среде. Сильный контраст между сигналом масла и сигналом воды в зависимости от участка предварительного намагничивания предлагает хорошую возможность для определения отношения масла и воды (ОМВ) в среде.

Поскольку сигнал доли газа очень слаб, метод, во-первых, не зависит от доли газа, но, с другой стороны, он также не подходит для ее определения, в результате чего не все три фазы среды можно охарактеризовать методом измерения контраста предварительного намагничивания.

Другой способ измерения, который также часто применяется в расходомерной технике и не основывается на ядерно-спиновом резонансе, - это электрическая емкостная томография (от английского - electrical capacitance tomography, ЕСТ).

Электрическая емкостная томография это известный из уровня техники метод для измерения и определения параметров многофазных сред. Он, как правило, подходит для диэлектрических материалов и основывается на том факте, что различные материалы имеют различные значения диэлектрической проницаемости.

Типичное измерительное приспособление для электрической емкостной томографии выполнено таким образом, что вокруг измерительной трубки расположено определенное количество электродов. Известные из уровня техники измерительные приспособления обычно имеют восемь, двенадцать или шестнадцать электродов.

В измерительном приспособлении указанного типа напряжение возбуждения подают на электрод и на всех остальных электродах измеряют индуктированное напряжение/ток, в то время как их электрический потенциал удерживают равным нулем. Это выполняют для всех имеющихся электродов. На примере измерительного приспособления с восемью электродами в первом шаге электрод 1 служит как электрод возбуждения, а электроды 2-8 - как детекторные электроды. Во время следующего шага электрод 2 служит как электрод возбуждения, а электроды 3-8 - как детекторные электроды и т.д. Таким образом, в измерительном приспособлении с N электродов имеется N⋅(N-1)/2 комбинаций пар электродов, а тем самым N⋅(N-1)/2 значений измерения емкости, из которых можно сконструировать изображение. Конструирование происходит посредством аналитического алгоритма, который здесь подробнее разъясняться не будет.

Поскольку емкость зависит от диэлектрической проницаемости, то есть проницаемости материала для электрического поля, многофазной среды между электродами, следовательно, можно раскрыть за счет измеренных значений распределение отдельных фаз, поскольку каждая фаза среды имеет иную проницаемость.

Проницаемость для газа составляет примерно 1, εr≈1, проницаемость масла от 2 до 4, εr≈2-4, а проницаемость воды больше 50, εr>50. На основании показанных здесь значений для проницаемости отдельных фаз уже можно установить, что отделение газообразной фазы от масляной фазы окажется очень сложным и затратным, поскольку характеризующие обе фазы значения проницаемости расходятся не слишком далеко, а именно практически равны. Электрическая емкостная томография на основании выше изложенного показывает себя как хороший метод для определения доли углеводорода многофазной среды, которая складывается из доли масла и доли газа, и доли воды в среде.

Указанные выше методы измерения имеют, как представлено выше, большие преимущества при измерении определенных свойств многофазной среды. Однако, с другой стороны они также имеют представленные недостатки или же ограничения, в результате чего определение всех трех фаз многофазной среды либо не возможно, либо неточно или крайне затратно.

Согласно этому задача настоящего изобретения заключается в указании расходомера и способа эксплуатации предлагаемого расходомера, посредством которого можно надежно определить простым способом все три фазы многофазной среды.

Предлагаемый расходомер, в котором решена выведенная ранее и показанная задача, прежде всего и по существу, отличается тем, что предусмотрено по меньшей мере одно другое измерительное приспособление, и по меньшей мере одно из измерительных приспособлений реализует основывающийся на ядерно-спиновом резонансе принцип измерения. Второе измерительное приспособление также может реализовывать томографический или также нетомографический принцип измерения.

В отличие от известных из уровня техники расходомеров, преимущество предлагаемого расходомера заключается в том, что можно определять расход всех трех фаз многофазной среды без необходимости отделять отдельные фазы. За счет этого необходимые затраты на определение расхода многофазной среды, протекающей через измерительную трубку.

Различные способы измерения имеют различные преимущества и недостатки. В случае комбинирования двух измерительных приспособлений, реализующих различные принципы измерения, в одном расходомере, недостатки одного принципа измерения можно, по меньшей мере, частично компенсировать преимуществами другого принципа измерения, в результате чего с помощью комбинированных принципов измерения можно получить оптимизированные результаты измерения.

Предпочтительная форма осуществления предлагаемого расходомера, в котором томографический принцип измерения реализован за счет магнитно-резонансной томографии, дополнительно отличается тем, что измерительное приспособление реализует принцип измерения электрической емкостной томографии. При этом оба измерительных приспособления расположены по направлению протекания среды друг за другом вокруг измерительной трубки, через которую течет многофазная среда. При этом первое измерительное приспособление может быть тем, которое реализует томографический принцип измерения за счет магнитно-резонансной томографии, в то время как второе измерительное приспособление реализует принцип измерения электрической емкостной томографии. Но, кроме того, также возможна обратная последовательность обоих измерительных приспособлений.

Реализующее томографический принцип измерения посредством магнитно-резонансной томографии измерительное приспособление состоит из магнитно-резонансного томографа, который расположен вокруг измерительной трубки. Магнитно-резонансный томограф включает в себя, предпочтительным образом, по меньшей мере одно устройство для генерации магнитных полей для постоянного магнитного поля и одно устройство для генерации магнитных полей для градиентного магнитного поля, это может быть реализовано предпочтительным образом за счет градиентной катушки. Градиентное поле может быть наложено на постоянное магнитное поле, чтобы таким образом нанести информацию о месте на пробу. К тому же магнитно-резонансный томограф предпочтительным образом также содержит сигнальную катушку для генерации РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов для возбуждения ядерных спинов и детекторную катушку для возможности обнаружения сгенерированных ядерными спинами измерительных сигналов. При этом сигнальная и детекторная катушка могут быть различными катушками или быть реализованы одной катушкой.

Без ограничений общности направление течения среды через измерительную трубку определено как направление х. То есть при введении координатной системы ось x выбрана вдоль продольной оси измерительной трубки. Ось y определена как ось по горизонтали, ось z определена как ось по вертикали.

Магнитно-резонансный томограф теперь выполнен так, что необходимая для томографии информация о месте может быть нанесена в различных направлениях. Информация о месте может быть сгенерирована, например, за счет градиентного поля различных градиентных устройств. Это преимущественно, прежде всего, в том отношении, что измерение может быть приведено в соответствие соответствующим свойствам среды, в результате чего можно снизить затраты на измерения.

Генерация градиентного поля вдоль направления z подходит, прежде всего, тогда, когда имеется среда, в которой жидкая фаза и газовая фаза являются «разделенными», то есть жидкая фаза, например, течет в нижней части трубки, а газовая фаза по причине меньшей плотности течет в верхней области трубки. Для такой среды достаточно нанести информацию о месте только в направлении z, чтобы полностью охарактеризовать среду.

Если многофазная среда такого вида, что газовая фаза по всему поперечному сечению измерительной трубки смешана с жидкой фазой, то есть, например, в форме газовых пузырей в жидкости, то информации о месте в направлении z не достаточно, чтобы охарактеризовать всю среду. Более того, теперь необходимо иметь возможность измерить каждую точку вдоль поперечного сечения измерительной трубки. Следовательно, необходимо нанести информацию о месте как в направлении z, так и в направлении y. Реализация может быть выполнена двумя различными способами. Во-первых, сначала можно сгенерировать градиентное поле вдоль оси z, G=Gz⋅ez. После этого можно сгенерировать градиентное поле вдоль оси у, G=Gy⋅еу. Таким образом на первом шаге можно сгенерировать и измерить информацию о месте вдоль оси z, а на втором шаге можно сгенерировать и измерить информацию о месте вдоль оси у. Комбинация сгенерированных таким образом наборов результатов измерения дает полную картину. Во-вторых, также можно сгенерировать градиентное поле, которое имеет как градиент вдоль оси z, так и градиент вдоль оси у, G=Gy⋅еу+Gz⋅ez. За счет подобного поля информация о месте наносится непосредственно на все поперечное сечение измерительной трубки.

Теперь возможно различным образом кодировать информацию о месте с помощью градиентного поля.

Если градиентное поле подано еще до возбуждения системы спинов импульсом возбуждения, то есть, если спины прецессируют еще до возбуждения в зависимости от места с различными значениями Ларморовой частоты, то за счет ширины импульса возбуждения можно выбрать определенную часть спина, которая возбуждается. То есть имеет место селективное возбуждение системы спинов, следовательно, измерительный сигнал также излучает только селективно возбужденная часть.

Также возможно закодировать информацию о месте за счет смещения фаз спина. Градиентное поле подается между возбуждением системы спинов за счет импульса возбуждения и считывания сгенерированных системой спинов сигналов на определенный интервал времени. За счет градиентного поля частота прецессии изменяется в зависимости от места, поскольку, как уже разъяснялось, Ларморова частота пропорциональна силе магнитного поля. Если градиентное поле снова отключается, спины снова прецессируют со своей «старой» частотой, но если произошло изменение фазового положения возбужденных спинов в зависимости от места, то говорят о кодировании фаз.

Если спины возбуждаются за счет импульса возбуждения и затем во время считывания подается градиентное поле («градиентное поле считывания»), то это приводит к тому, что спины во время измерения отправляют сигналы с различными в зависимости от места частотами. Измеренная «смесь частот» может быть декодирована посредством трансформации Фурье. То есть кодирование информации о месте возможно посредством частоты, говорят о частотном кодировании.

Предусмотренный в качестве дополнительного измерительного приспособления электрический емкостной томограф может быть выполнен так, как это описано ранее в общем для электрических емкостных томографов, поэтому не требуется здесь еще раз описывать все детально.

Электрический емкостной томограф содержит некое количество электродов, которые расположены симметрично вокруг измерительной трубки. Количество электродов может выбираться любым. Электроды закрепляются предпочтительным образом снаружи на измерительной трубке. За счет этого обеспечивается, что поток среды через электроды не нарушается и на него оказывается влияние. Через измерительное устройство на один из электродов подают напряжение возбуждения и детектируют измерительный сигнал остальных электродов. Этот процесс повторяется как описано выше для всех электродов и реконструирует за счет алгоритма распределение проницаемости в пробе.

Еще одна предпочтительная форма осуществления предлагаемого расходомера, в котором томографический принцип измерения реализован за счет электрической емкостной томографии, дополнительно отличается тем, что измерительное приспособление реализует принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности. Реализующее принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности измерительное приспособление включает в себя пронизанный постоянным магнитным полем участок предварительного намагничивания, причем магнитное поле имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный относительно протекающей среды, а также один конструктивный узел, с помощью которого ядерные спины могут возбуждаться посредством РЧ-импульса возбуждения или последовательностью РЧ-импульсов возбуждения, и сгенерированный ядерными спинами измерительный сигнал может быть обнаружен.

Чтобы можно было реализовать метод измерения контраста предварительной намагниченности, пронизанный постоянным магнитным полем участок предварительного намагничивания должен иметь вариабельную длину, что может быть реализовано различными способами.

Вначале разъяснено, что изобретение также относится к способу эксплуатации расходомера для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды причем к расходомеру относится реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление.

Здесь есть множество возможностей, причем общим для всех возможностей является то, что применяются два принципа измерения, и по меньшей мере один из принципов измерения является основывающимся на ядерно-спиновом резонансе принципе измерения.

Если томографический принцип измерения реализуется посредством магнитно-резонансной томографии, то, кроме того, может быть применен либо способ измерения за счет электрической емкостной томографии, либо способ измерения контраста предварительной намагниченности. Если томографический принцип измерения реализуется посредством электрической емкостной томографии, то, кроме того, может быть применен способ измерения контраста предварительной намагниченности.

Если применяется томографический принцип измерения посредством магнитно-резонансной томографии и, кроме того, способ измерения посредством электрической емкостной томографии, тогда в отдельном случае можно действовать так, что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αG газа и долю αL жидкости, которая складывается из суммы доли αW воды и доли αO масла, то есть αLWO, причем информация о месте кодируется за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и градиентное поле прилагается вдоль оси z, G=Gz⋅ez или градиентное поле прилагается вдоль оси у, G=Gy⋅еу или градиентное поле сначала прилагается вдоль оси z, а затем вдоль оси у, и оба набора данных комбинируются или градиентное поле прилагается одновременно вдоль оси z и оси у, G=Gy⋅еу+Gz⋅ez, что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю воды и долю углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды и что с помощью измеренных значений рассчитывают долю αO масла, вычитая измеренную посредством электрической емкостной томографии долю αW воды из измеренной посредством магнитно-резонансной томографии доли αL жидкости, то есть αOL,MRW.ECT, или что рассчитывают долю масла, вычитая измеренную посредством магнитно-резонансной томографии долю αG газа из измеренной посредством электрической емкостной томографии доли углеводорода αC, то есть αOC,MRTG,MR.

В последнем описанном способе также рекомендуется определять среднюю проводимость среды из измеренных посредством электрической емкостной томографии значений, обусловленную средней проводимостью среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазой многофазной среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитного-резонансного томографа, и повышать подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется.

В последнем описанном способе, кроме того, рекомендуется действовать так, что посредством электрической емкостной томографии составляется карта проводимости среды по поперечному сечению трубы, что из карты проводимости рассчитывают среднюю проводимость среды, и что с помощью карты проводимости дополнительно определяют локальные отклонения проводимости от средней проводимости среды, что определяют определенную за счет средней проводимости среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитного-резонансного томографа, и что дополнительно определяют локальные, возникающие по причине отклонений локальных значений проводимости от средней проводимости затухания РЧ-поля, и что подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов повышают таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется, и что дополнительно в среду локально подводится РЧ-мощность таким образом, что компенсируется влияние отклоняющихся от средней проводимости локальных проводимостей на возбуждение ядерных спинов.

Если в предлагаемом способе применяется томографический принцип измерения посредством магнитно-резонансной томографии и, кроме того, применяется способ измерения контраста предварительной намагниченности, то дальнейшая теория изобретения отличается тем, что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности измеряют долю αO масла и долю αW воды, причем контраст предварительной намагниченности реализуется за счет варьирования участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αO газа, причем информация о месте кодируется за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и вдоль оси z прилагается градиентное поле, G=Gz⋅ez, или градиентное поле прилагается вдоль оси у, G=Gy⋅еу, или градиентное поле сначала прилагается вдоль оси z, а затем вдоль оси у, и оба набора данных комбинируют, или градиентное поле одновременно прилагается вдоль оси z и оси у, G=Gy⋅еу+Gz⋅ez.

Другая реализация предлагаемого способа, в котором реализуется томографический принцип измерения посредством магнитно-резонансной томографии и, кроме того, применяется способ измерения контраста предварительной намагниченности, отличается тем, что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности измеряют соотношение доли αO масла к доле αW воды (OWR=αOw), причем контраст предварительной намагниченности реализуется за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αL жидкости и долю αG газа, причем информация о месте кодируется за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и вдоль оси z прилагается градиентное поле, G=Gz⋅ez, или градиентное поле прилагается вдоль оси у, G=Gy⋅еу, или градиентное поле сначала прилагается вдоль оси z, а затем вдоль оси у, и оба набора данных комбинируют, или градиентное поле одновременно прилагается вдоль оси z и оси у, G=Gy⋅еу+Gz⋅ez и что долю воды рассчитывают из измеренной посредством способа измерения магнитно-резонансной томографии доли αL жидкости и определенного посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности соотношения OWR доли масла к доле воды согласно αWL,MR/(OWR+1).

Предлагаемый способ может, как было разъяснено, также содержать реализацию томографического принципа измерения посредством электрической емкостной томографии, и, кроме того, может быть применен способ измерения контраста предварительной намагниченности. При этом в отдельном случае можно действовать так, что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю воды и долю углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды и что с помощью способа измерения контраста предварительной намагниченности значений рассчитывают долю αW воды и долю αO масла, причем контраст предварительной намагниченности реализуется за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и что посредством измеренных значений рассчитывают долю αG газа, вычитая измеренную посредством принципа измерения контраста предварительной намагниченности долю αO масла из измеренной посредством электрической емкостной томографии доли углеводорода αC, αGС,ЕСТО,VМ.

Но также можно действовать так, что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю αW воды и долю αC углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды и что с помощью способа измерения контраста предварительной намагниченности значений определяют отношение доли αO масла к доле αW воды (OWR=αOW), причем контраст предварительной намагниченности реализуется за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и что посредством измеренных значений сначала рассчитывают долю αG газа, умножая измеренную посредством электрической емкостной томографии долю αW воды на определенную посредством принципа измерения контраста предварительной намагниченности OWR, αO=OWR⋅αW,ECT, и затем определяют долю αG газа, вычитая определенную ранее долю αO масла из определенной посредством электрической емкостной томографии доли углеводорода αC, αGC,ЕСТO.

При конкретной реализации способа, в котором реализован томографический принцип измерения посредством электрической емкостной томографии и, кроме того, применяется способ измерения контраста предварительной намагниченности, который был описан выше подробнее, дополнительно можно действовать таким образом, что определяют среднюю проводимость среды из измеренных посредством электрической емкостной томографии значений, что определяют обусловленную средней проводимостью среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазой многофазной среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитного-резонансного томографа, и что повышают подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется.

Это в отдельных случаях дополнительно можно реализовать за счет того, что посредством электрической емкостной томографии составляется карта проводимости среды по поперечному сечению трубы, что из карты проводимости рассчитывают среднюю проводимость среды, и что с помощью карты проводимости дополнительно определяют локальные отклонения проводимости от средней проводимости среды, что определяют определенную за счет средней проводимости среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитного-резонансного измерительного прибора, и что дополнительно определяют локальные, возникающие по причине отклонений локальных значений проводимости от средней проводимости затухания РЧ-поля, и что подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов повышают таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется, и что дополнительно в среду локально подводится РЧ-мощность таким образом, что компенсируется влияние отклоняющихся от средней проводимости локальных проводимостей на возбуждение ядерных спинов.

Наконец, предлагаемый способ, как это было описано выше подробнее, также может использоваться для того, чтобы из проводимости среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазы многофазной среды определить содержание соли в среде и/или по меньшей мере в одной проводящей среде многофазной среды.

В частности, имеются различные возможности для осуществления и усовершенствования предлагаемого расходомера. В этом отношении следует указать на зависимые от пункта 1 формулы изобретения и на описание в связи с чертежом. На чертеже показаны:

Фиг. 1 первый пример осуществления предлагаемого расходомера, в котором реализуется принцип измерения магнитно-резонансной томографии и принцип измерения электрической емкостной томографии,

Фиг. 2 второй пример осуществления предлагаемого расходомера, в котором реализуется принцип измерения электрической емкостной томографии и принцип измерения контраста предварительной намагниченности, и

Фиг. 3 третий пример осуществления предлагаемого расходомера, в котором реализуется принцип измерения магнитно-резонансной томографии и принцип измерения контраста предварительной намагниченности.

На всех фигурах соответственно показан расходомер 1 для определения расхода многофазной среды, протекающей через измерительную трубку 2. Общим для представленных на фигурах расходомеров 1 является также то, что они имеют реализующее томографический принцип измерения первое измерительное приспособление 3 и второе измерительное приспособление 4. По меньшей мере одно из измерительных приспособлений 3 и 4 реализует основывающийся на ядерно-спиновом резонансе принцип измерения.

В показанном на фиг. 1 примере осуществления предлагаемого расходомера 1 реализовано первое измерительное приспособление 3 за счет электрического емкостного томографа 5. Этот электрический емкостной томограф 5 содержит некое количество электродов 6, которые расположены симметрично вокруг измерительной трубки 2. Электрический емкостной томограф 5 выполнен таким образом, что электроды 6 могут быть закреплены снаружи на измерительной трубке 2. За счет этого обеспечивается, что электроды 6 не мешают или не препятствуют течению многофазной среды через измерительную трубку 2. Возникающие на электродах 6 измерительные сигналы анализируют в не показанном анализаторе и посредством подходящего алгоритма конструируют из них двухмерную карту распределения проницаемости поперечного сечения измерительной трубки 2.

Второе измерительное приспособление 4 показанного на фиг. 1 расходомера 1 реализовано посредством магнитно-резонансного томографа 7, который также расположен вокруг измерительной трубки 2. Магнитно-резонансный томограф 7 включает в себя не показанное подробно устройство для генерации магнитного поля для генерации постоянного магнитного поля для магнитного градиентного поля G, которое может быть наложено на постоянное магнитное поле, опять же не показанная катушка возбуждения для генерации РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов возбуждения и не показанная детекторная катушка, посредством которой можно обнаружить сгенерированный ядерными спинами измерительный сигнал. Катушка возбуждения и детекторная катушка могут быть реализованы одной катушкой. С помощью магнитно-резонансного томографа 7 можно сгенерировать градиентное поле G вдоль направления z, G=Gz⋅ez, и/или градиентное поле G вдоль направления у, G=Gy⋅еу. Это может выполняться как одновременно, G=Gy⋅еу+Gz⋅ez, так и последовательно во времени. Определения направления x, у и z можно найти на чертеже, под фиг. 3.

Для примера осуществления по фиг. 2 действует, что первое измерительное приспособление 3 реализовано за счет реализующего принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности измерительного приспособления, которое имеет участок 8 предварительного намагничивания с постоянным магнитным полем. Магнитное поле имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный направлению протока многофазной среды, и генерируется за счет элементов 9 генерации магнитного поля, которые расположены вокруг измерительной трубки 2. Пронизанный магнитным полем участок зависит от количества элементов 9 генерации магнитного поля и направления сгенерированных магнитных полей относительно друг друга.

В остальном, к первому измерительному приспособлению 3 относится конструктивный узел 10 для возбуждения ядерных спинов за счет РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов возбуждения и для измерения, сгенерированного ядерными спинами измерительного сигнала.

Второе измерительное приспособление 4 в показанном на фиг. 2 примере осуществления предлагаемого расходомера реализовано за счет электрического емкостного томографа 5. Этот электрический емкостный томограф 5 может быть реализован точно так и с его помощью можно получить именно то, что сказано выше в связи с относящимся к примеру осуществления по фиг.1 емкостному томографу 5.

Для показанного на фиг. 3 примера осуществления предлагаемого расходомера 1 действует, как уже было разъяснено выше, что он имеет первое измерительное приспособление 3 и второе измерительное приспособление 4. При этом первое измерительное приспособление 3 реализует принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности и включает в себя участок 8 предварительного намагничивания, который пронизан постоянным магнитным полем. Также и здесь магнитное поле сгенерировано неким количеством элементов 9 генерации магнитного поля, которые расположены вокруг измерительной трубки 2, и имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный направлению протока многофазной среды. Также и здесь измерительное приспособление 3 включает в себя конструктивный узел 10 для возбуждения ядерных спинов за счет РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов возбуждения и для измерения сгенерированных ядерными спинами измерительных сигналов. За счет количества элементов 9 генерации магнитного поля и/или направления сгенерированных элементами 9 генерации магнитного поля магнитных полей относительно друг друга определяют и варьируют пронизанный эффективным магнитным полем участок 8 предварительного намагничивания.

Для показанного на фиг. 3 схематически примера осуществления предлагаемого расходомера 1 также действует, что томографический принцип измерения реализован посредством магнитно-резонансной томографии. То есть сюда относится магнитно-резонансный томограф 7. Этот магнитно-резонансный томограф 7 может быть реализован точно так и с его помощью можно получить именно то, что сказано выше в связи с относящимся к примеру осуществления по фиг. 1 магнитно-резонансному томографу 7.

1. Расходомер для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды, имеющий реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление,

отличающийся тем, что

предусмотрено по меньшей мере одно другое измерительное приспособление, и по меньшей мере одно из измерительных приспособлений реализует основывающийся на ядерно-спиновом резонансе принцип измерения.

2. Расходомер по п. 1, причем томографический принцип измерения реализован за счет магнитно-резонансной томографии, отличающийся тем, что измерительное приспособление реализует принцип измерения электрической емкостной томографии.

3. Расходомер по п. 1, причем томографический принцип измерения реализован за счет электрической емкостной томографии, отличающийся тем, что измерительное приспособление реализует принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности.

4. Расходомер по п. 1, причем томографический принцип измерения реализован за счет магнитно-резонансной томографии, отличающийся тем, что измерительное приспособление реализует принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности.

5. Способ эксплуатации расходомера для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды, имеющего реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление, отличающийся тем, что

применяют два принципа измерения, и по меньшей мере один из принципов измерения является основывающимся на ядерно-спиновом резонансе принципе измерения.

6. Способ по п. 5, причем томографический принцип измерения реализован за счет магнитно-резонансной томографии, отличающийся тем, что, кроме того, применяют принцип измерения электрической емкостной томографии.

7. Способ по п. 5, причем томографический принцип измерения реализован за счет магнитно-резонансной томографии, отличающийся тем, что, кроме того, применяют принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности.

8. Способ по п. 5, причем томографический принцип измерения реализован за счет электрической емкостной томографии, отличающийся тем, что, кроме того, применяют принцип измерения измерения контраста предварительной намагниченности.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем,

что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αG газа и долю αL жидкости, которая складывается из суммы доли αW воды и доли αO масла, то есть αLWO, причем информацию о месте кодируют за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и вдоль оси z прилагают градиентное поле, G=Gz⋅ez, или градиентное поле прилагают вдоль оси у, G=Gy⋅ey, или градиентное поле сначала прилагают вдоль оси z, а затем вдоль оси y, и оба набора данных комбинируют, или градиентное поле одновременно прилагают вдоль оси z и оси у, G=Gy⋅ey+Gz⋅ez,

что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю воды и долю углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды, и

что с помощью измеренных значений рассчитывают долю αO масла, вычитая измеренную посредством электрической емкостной томографии долю αw воды из измеренной посредством магнитно-резонансной томографии доли αL жидкости, то есть αOL,MRW,ECT, или что рассчитывают долю αO масла, вычитая измеренную посредством магнитно-резонансной томографии долю αG газа из измеренной посредством электрической емкостной томографии доли углеводородов αC, то есть αOC,MRTG,MR.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем,

что определяют среднюю проводимость среды из измеренных посредством электрической емкостной томографии значений,

что определяют обусловленную средней проводимостью среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазой многофазной среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитно-резонансного томографа, и

что повышают подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем,

что посредством электрической емкостной томографии составляют карту проводимости среды по поперечному сечению трубы, что из карты проводимости рассчитывают среднюю проводимость среды, и что с помощью карты проводимости дополнительно определяют локальные отклонения проводимости от средней проводимости среды,

что определяют определенную за счет средней проводимости среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитно-резонансного измерительного прибора, и что дополнительно определяют локальные, возникающие по причине отклонений локальных значений проводимости от средней проводимости затухания РЧ-поля, и

что подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов повышают таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется, и что дополнительно в среду локально подводится РЧ-мощность таким образом, что компенсируется влияние отклоняющихся от средней проводимости локальных проводимостей на возбуждение ядерных спинов.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем,

что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности измеряют долю αO масла и долю αW воды, причем контраст предварительной намагниченности реализуют за счет варьирования участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и

что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αG газа, причем информацию о месте кодируют за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и вдоль оси z прилагают градиентное поле, G=Gz⋅ez, или градиентное поле прилагают вдоль оси у, G=Gy⋅ey, или градиентное поле сначала прилагают вдоль оси z, а затем вдоль оси y, и оба набора данных комбинируют, или градиентное поле одновременно прилагают вдоль оси z и оси y, G=Gy⋅ey+Gz⋅ez.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем,

что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности определяют соотношение доли αO масла и доли aw воды, (OWR=αOw), причем контраст предварительной намагниченности реализуют за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и

что посредством магнитно-резонансной томографии измеряют долю αL жидкости и долю αG газа, причем информацию о месте кодируют за счет селективного возбуждения и/или кодирования фаз и/или частотного кодирования, и вдоль оси z прилагают градиентное поле, G=Gz⋅ez, или градиентное поле прилагают вдоль оси y, G=Gy⋅ey, или градиентное поле сначала прилагают вдоль оси z, а затем вдоль оси y, и оба набора данных комбинируют, или градиентное поле одновременно прилагают вдоль оси z и оси y, G=Gy⋅ey+Gz⋅ez, и

что долю αW воды рассчитывают из измеренной посредством магнитно-резонансной томографии доли αL жидкости и определенного посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности соотношения OWR доли масла и доли воды согласно αWL,MR/(OWR+1).

14. Способ по п. 8, отличающийся тем,

что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю воды и долю углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды,

что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности измеряют долю αW воды и долю αO масла, причем контраст предварительной намагниченности реализуют за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и

что посредством измеренных значений рассчитывают долю αG газа, вычитая измеренную посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности долю αO масла из измеренной посредством электрической емкостной томографии доли углеводорода αC, αGC,ECTO,MR.

15. Способ по п. 8, отличающийся тем,

что посредством электрической емкостной томографии измеряют долю αW воды и долю αC углеводорода, которая складывается из суммы доли αO масла и доли αG газа согласно αCOG, и определяют долю αW воды и долю αC углеводорода из распределения значений проницаемости или из распределения значений проводимости среды,

что посредством способа измерения контраста предварительной намагниченности определяют соотношение доли αO масла и доли αW воды, (OWR=αOw), причем контраст предварительной намагниченности реализуют за счет варьирования длины участка предварительного намагничивания или за счет варьирования позиций измерения, и

что посредством измеренных значений сначала рассчитывают долю αO масла, умножая измеренную посредством электрической емкостной томографии долю αw воды на определенную посредством принципа измерения контраста предварительной намагниченности OWR, αO=OWR⋅αW,ECT, и затем определяют долю αG газа, вычитая определенную ранее долю αO масла из определенной посредством электрической емкостной томографии доли углеводорода αC, αGC,ECTO.

16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем,

что определяют среднюю проводимость среды из измеренных посредством электрической емкостной томографии значений,

что определяют обусловленную средней проводимостью среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазой многофазной среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитно-резонансного измерительного прибора, и

что повышают подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем,

что посредством электрической емкостной томографии составляют карту проводимости среды по поперечному сечению трубы, что из карты проводимости рассчитывают среднюю проводимость среды, и что с помощью карты проводимости дополнительно определяют локальные отклонения проводимости от средней проводимости среды,

что определяют определенную за счет средней проводимости среды дополнительную нагрузку в контуре РЧ-резонатора магнитно-резонансного измерительного прибора, и что дополнительно определяют локальные, возникающие по причине отклонений локальных значений проводимости от средней проводимости затухания РЧ-поля, и

что подведенную в среду РЧ-мощность для возбуждения ядерных спинов повышают таким образом, что влияние дополнительно возникающей за счет средней проводимости нагрузки на возбуждение ядерных спинов компенсируется, и что дополнительно в среду локально подводят РЧ-мощность таким образом, что компенсируется влияние отклоняющихся от средней проводимости локальных проводимостей на возбуждение ядерных спинов.

18. Способ по п. 10 или 16, отличающийся тем, что из проводимости среды и/или по меньшей мере одной проводящей фазы многофазной среды определяют содержание соли в среде и/или по меньшей мере в одной проводящей среде многофазной среды.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение в целом относится к способу и устройству для измерений на основе магнитного резонанса и анализа режимов многофазного потока в транспортной или эксплуатационной трубе.

Изобретение относится к ядерно-магнитный расходомеру (1) для определения расхода текущей через измерительную трубу (2) среды, с устройством (4) создания магнитного поля, измерительным устройством (5) и антенным устройством (6) с антенной (7).

Описан и представлен ядерно-магнитный расходомер (1) для измерения расхода протекающей через измерительную трубку (3) многофазной среды (4) с ядерно-магнитным измерительным устройством (2), причем ядерно-магнитное измерительное устройство (2) расположено вокруг измерительной трубки (3).

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).

Изобретение относится к способам измерения расхода жидкости, а именно к области автоматизированного бесконтактного контроля расхода жидкости в трубопроводе методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР), и может быть использовано в химической, атомной, нефтеперерабатывающей промышленности для контроля агрессивных, абразивных и загрязненных жидкостей.

Изобретение относится к области измерения расхода жидкости методом анализа сигналов ЯМР. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в ядерно-магнитных расходомерах для многофазной среды, предназначенных преимущественно для измерения количества жидкости в протекающей через трубопровод многофазной среде и используемых в условиях значительных перепадов температуры и влажности воздуха, в частности для измерения количества нефти, подаваемой из скважины в смеси с газом, глиной, песком и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в жидкостных ядерно-магнитных расходомерах, предназначенных преимущественно для измерения больших количеств протекающих под повышенным давлением жидкостей и пригодных для работы с агрессивными средами.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения расхода жидкости, транспортируемой по трубопроводу, а более конкретно к области измерения расхода нефти при взаимных расчетах.

Использование: для определения расхода протекающей через измерительную трубку многофазной среды. Сущность изобретения заключается в том, что представленный расходомер имеет реализующее томографический принцип измерения измерительное приспособление и второе измерительное приспособление. По меньшей мере одно из измерительных приспособлений реализует основывающийся на ядерно-спиновом резонансе принцип измерения. В представленном варианте осуществления второе измерительное приспособление реализовано посредством магнитно-резонансного томографа. Первое измерительное приспособление реализовано иначе, а именно посредством реализованного по принципу измерения контраста предварительной намагниченности измерительного приспособления. Магнитное поле имеет по меньшей мере один компонент, перпендикулярный направлению протока среды, и создается посредством элементов генерации магнитного поля, которые расположены вокруг измерительной трубки. Помимо этого, к измерительному приспособлению относится конструктивный узел для возбуждения ядерных спинов за счет РЧ-импульса возбуждения или последовательности РЧ-импульсов возбуждения. Технический результат: обеспечение возможности достоверного определения фазового состава многофазной среды. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх