[发明专利]多相测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相测量仪系统，用于对管道内的流体流的组成和/或盐度进行测量。

更具体地，本发明涉及在石油和天然气储藏的勘探中测量流体流内的水、油、气和/或盐度分数。

背景技术

市场上的多种不同的商用流量计可用于测量来自油井的流体流的成分。某些测量仪基于放射性辐射的使用，某些测量仪为电容式，并且某些测量仪基于微波的使用。

由于不受限于与基于放射性辐射的测量仪相关的健康风险及其相当低的精确度或污染对电容传感器的不利影响，因而微波传感器受到关注。

用于对流体的特性进行测量的方法以及用于执行该方法的计量设备和传感器的示例已在国际专利申请PCT/NO01/00200中进行描述，对此的美国专利(US6,826,964 B2)已授权。该传感器采用微波共振原理来测量连续油流(油中的水滴和气泡，即该油流处于连续态)并且针对连续水流(水中的油滴和气泡，即该水流处于连续态)测量导电性，并且该传感器被用于安装在油井内部的开采区。多相流的共振测量的另一示例在挪威专利308922(对应于WO99/63331)中进行了描述。

在美国专利6,915,707中已描述了用于对具有更高气体含量的流体，即湿气或高气多相流进行测量的方法的另一示例，湿气流为具有典型地大于99％的高气体体积分数(通常称为气体空隙率(GVF))的多相流。该方法同样基于微波共振原理。

该微波共振原理基于测量流体的电容率/介电常数，并且在WO 2008/085065中参照水体积分数(WVF)进行了描述。

其他系统在US5101163和WO2007/018434，以及US5341100中进行了描述，其中组成和水盐度通过测量被放置在距发射器天线不同距离处的两个天线所接收到的信号的差别来进行测量，其被称为传输法。当流体流的损耗很高时，例如在具有相对较高的水盐度的连续水流中时，通常优选该方法。

现有技术的固有问题在于，在相同流体体积内难以提供完整范围的成分和盐度的足够精确的测量。如上所述，共振频率和Q因子适用于一定范围的分数，但当流体中的损耗变得足够高时不太适用，因而精度被降低。根据权利要求中所述的实施方案来解决该问题。

发明内容

因此，本发明涉及一种在金属管道中流动的MUT(被测材料)，其中该MUT的介电性能将通过微波进行测量，例如旨在查明该MUT的组成，例如水与油之间的混合比例。根据例如在油/水混合物的情况下，水或油是否处于连续态，并且根据水是否包含溶解的离子例如盐，该MUT可呈现出所谓的高损耗或低损耗性能，从而使其更加导电或较少导电。在微波技术第51、52页上的参考文献[4]，即Fra于2005年发表的“Handbook of Multiphase Flow Metering(多相流量计量手册)”中，第52页上的内容阐明了：实际微波MPFM(多相流量计)使用针对连续油流的共振器原理以及在连续水流方面的不同频率传输原理，从而利用相同的探针。当处于低衰减时，管道用作共振器，并且当处于高衰减时，对两个接收探针之间的相差进行检测。参考文献[4]中所述的解决方案基于作为共振器的管道的使用。在WO 2005/057142和US7631543中提供了其他示例。这样的共振器并不理想，这是因为主共振发生在截止频率处，并且共振能量将沿管道方向泄露，从而降低该系统的精确度。本发明通过以下方法解决该问题：利用具有低于截止频率的共振频率的共振器，因而易于检测到共振峰，从而还提高了流体测量的性能。

出于测量的目的，微波共振器已在管道中实现用于在低损耗情况下进行测量，并且通常三个天线用于实现高损耗情况下的差分传输测量。使用两种方法的原因在于，当损耗针对该方法运行足够低时，共振器方法是最精确的方法，并且传输方法最适于高损耗，这是因为传输方法可被用在宽动态范围中。

除此之外，由于微波模式和反射的影响，传输方法在低损耗情况下是不太精确的。在优选实施例中，相同的天线被用于耦合到共振器并且用于执行传输测量，不同之处在于，仅有两个天线被用于共振器测量。