[发明专利]具有可压缩和不可压缩成分的多成分流体的流体特性确定

说明书

技术领域

下列描述的实施例涉及多成分流体，并且更具体地，涉及用于确定具有一种或更多种可压缩成分和一种或更多种不可压缩成分的多成分流体的各种流体特性的方法。

背景技术

振动流体传感器(例如科氏质量流量计(Coriolis mass flow meter)和振动密度计)典型地通过探测包含流动材料的振动导管的运动来操作。与导管中的流体相关的特性(例如质量流量、密度等)可通过处理从与导管相关的运动转换器(motion transducer)接收的测量信号来确定。填充振动材料的系统的振动模式通常受包含的导管和包含在其中的材料的结合的质量、硬度和阻尼特性影响。

在系统中，典型的振动流体计包括一个或更多个导管，导管在管线或其他运输系统中串联地连接并且运送材料，例如流体、泥浆等。各导管可视为具有一组自然振动模式，包括例如简单的弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的科氏质量流量测量应用中，当材料流动穿过导管时，以一个或更多个振动模式激励导管，并且在沿着导管分开的点处测量导管的运动。激励典型地由促动器(例如机电装置)提供，例如以周期方式干扰导管的音圈型驱动器。质量流速可通过测量转换器位置处的运动之间的延时或相位差来确定。典型地利用两个这种转换器(或拾取(pickoff)传感器)，以便测量流导管或多个流导管的振动响应，并且两个这种转换器典型地定位在促动器的上游和下游的位置处。该两个拾取传感器通过布线(例如通过两个独立的电线对)连接至电子仪器。该仪器接收来自两个拾取传感器的信号并且处理信号，以便导出质量流速测量结果。

振动流体计为单成分流提供高精度。但是，当振动流体计用于测量包括附带气体的流体、包括附带液滴的气体、或含有可压缩和不可压缩成分两者的其他类型的流体时，测量计的精度可显著地降低。附带气体在流动材料中通常作为气泡存在。由气泡引起的一个问题是分离(decoupling)。当流量计振动时，小气泡通常与液体流动材料一起移动。但是，在流动管的振动期间，较大的泡沫不与液体一起移动。相反，气泡可与液体分离并且可与液体无关地移动。因此，液体可在气泡周围流动。这不利地影响流体计的振动响应。

附带气泡的尺寸可取决于流体速度、粘性、表面张力和其他参数而改变。性能的降低程度不仅涉及存在多少总体气体，而且还涉及流中的单独气泡的尺寸。气泡的尺寸影响测量的精度。较大的气泡占有更多的体积并且更大程度地分离，从而导致流动材料的测量中的更大误差。由于气体的可压缩性，故气泡可在气体量方面改变，而可以不一定在尺寸方面改变。相反地，如果压力改变，那么气泡尺寸可对应地改变，当压力下降时膨胀或在压力增大时收缩。这还可导致流量计的固有或共振频率方面的变化。

振动流体计用于执行用于多种流体流的质量流速和密度测量。其中可使用科氏流量计的一个领域是在油气井的计量中。这种井的产物可包括多成分流体，其含有油或气体，但还包括其他成分，例如水和空气。非常合乎需要的是，所得的计量尽可能精确，即使对于这种多成分流。而且，在这种情况下，使用者通常希望不仅知道流体的总体流速和密度，且知道其他流体特性，例如液相的密度和多成分流的单独成分的流速。通常，科氏流量计将仅测量流体的总体流速和密度。在具有已知密度的两个流体成分的情况下，能够在现有技术流量计中确定单独成分分率和流速。目前市场上的流量计电子器件设想流体流仅包含油和水，并且使用方程(1)和(2)来确定各成分的量。该算法在油气产业中作为纯油计算机(Net Oil Computer)众所周知。

其中：

φ_o是油的体积分率；

φ_w是水的体积分率；

ρ_measured是由振动流体计测得的流体密度；

ρ_o是油密度；且

ρ_w是水密度。

使用方程(1)和(2)，如果水和油的密度是已知或假设的，那么可确定油和水的体积分率。借助确定的体积分率，可确定单独成分的流速。重要的是注意到，方程(2)中的测得密度实际上由于两种不同成分之间的分离而是稍微不精确的。但是，由于水和油的密度相似，故分离十分少并且测量结果基本足够精确。