[发明专利]用于非侵入式确定管道内部的流体的声学特性的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月3日提交的美国临时专利申请号61/379898“Method for Noninvasive Determination Of Acoustic Properties Of Fluids Inside Pipes”的权益，在此为了它公开和教导的所有内容，专门通过引用将该专利申请的全部内容并入本文。

关于联邦政府权利的陈述

利用根据美国能源部所颁发的合同No.DE-AC52-06NA25396下的政府支持做出本发明。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明通常涉及用于确定流经管道的流体的构成的方法，更具体地，涉及用于非侵入式地确定流经厚壁管道的流体的声速和声衰减的方法和用于确定流体的构成的导管。

背景技术

确定容器中的或流经导管和管道的流体的声学特性在很多工业中，特别是在石油生产中是重要的，因为这些特性可用于确定流体构成。一般，利用穿过被机器加工到管道壁中的特殊窗口附着到管道的传感器来进行声学测量（例如，液体中的声速和声吸收），其中传感器元件与流体物理接触，或传感器元件被直接安装在流体中。在这样的情况下，该传感器或该窗口遭受流体的污染，使长期操作和维护变得困难。而且，如果传感器被放置在流体内部或穿过该壁侵入到液体中，则它可能影响流型（flow pattern)并污损对流型的损坏很敏感的测量。

已使用具有10μs持续时间的高电压脉冲信号来在被附着到适应管道的外部曲率的弯曲延迟线的超声换能器中激发声波，该声波在横穿管道中的流体之后由第二换能器检测。通过所接收的信号的阈值检测来测量脉冲的渡越时间，这是困难的，由于在容器壁中的多次反射并且还由于穿过壁本身的声的传播。对于用于渡越时间度量的正确阈值检测需要100个信号的平均值，根据该渡越时间度量来确定流体声速和随后的流体构成。

发明内容

本发明的实施例通过提供用于确定管道内部的流体的构成的非侵入式方法来克服现有技术的缺点和限制。

本发明的额外的目的、优点和新颖特征将在接下来的描述中部分地被阐述，且对于检查了下文后的本领域技术人员来说将部分地变得清楚，或可通过实践本发明来学习本发明的额外的目的、优点和新颖特征。可借助于特别在所附权利要求中指出的手段和组合来实现和获得本发明的目的和优点。

为了实现前述和其它目的，且根据如在本文中体现和广泛描述的本发明的目的，用于非侵入式地确定流经具有壁和外表面的管道的包括油和水的多相流体的构成的方法于此包括：使用与管道的外表面超声通信的发射换能器来生成超声频率啁啾信号（ultrasonic frequency chirp signal）；在啁啾信号穿过所述多相流体之后，在与管道的外表面超声通信的与发射换能器完全（diametrically）相对的接收换能器上接收所生成的频率啁啾信号，其中响应于此而生成电信号；接收电信号；通过将所接收的信号与所生成的频率啁啾信号进行相乘来对频率啁啾并且得到差别频率来进行解啁啾（dechirping），根据该差别频率来确定频率啁啾信号的总渡越时间；确定频率啁啾信号在管道的壁中的时间延迟；以及从总渡越时间减去时间延迟以确定频率啁啾信号穿过多相流体的传播时间，根据该传播时间来确定多相流体的构成。

在本发明的另一方面中并且根据其目的和意图，用于非侵入式地确定流经具有壁和外表面的管道的包括油和水的多相流体的构成的方法于此包括：使用与管道的外表面超声通信的发射换能器生成超声频率啁啾信号；在啁啾信号穿过所述多相流体之后，在与管道的外表面超声通信的与发射换能器完全相对的接收换能器上接收所生成的频率啁啾信号，其中响应于此而生成电信号；接收电信号；将所发射的信号与所接收的信号互相关，其中生成互相关峰值；选择最高峰值，该最高峰值对应于频率啁啾信号的总渡越时间；确定频率啁啾信号在管道的壁中的时间延迟；以及从总渡越时间减去时间延迟以确定频率啁啾信号穿过所述多相流体的传播时间，根据传播时间来确定所述多相流体的构成。