[发明专利]利用NMR传感器测量多相流体的流动分量、流动速度和流动速率

说明书

                        发明的技术领域

本发明一般涉及测定多相流体的仪器，即测量在这种流体中气体和液体(或诸如油和水的单独液体)各自百分比以及测量混合流体的速度和速率或分别的液体速度和速率和气体速度和速率的仪器。

                            发明背景

“流量计”是一种用于测量流体材料流过有限面积，如管道截面的装置。“流动”是指流体的运动，流体可以是液体或气体或是二者的组合。流量计以流动速率、在给定期间内流过的流体量来测量流动。

有多种不同的表示流动速率的方法，如质量流动速率、体积流动速率或流动速度。质量流动速率是指以每单位时间的质量，即每秒千克为单位表示的流动速率。体积流动速率是指以每单位时间的体积，即每秒立方米为单位表示的流动速率。流动速度是指以每单位时间的长度，即每秒米为单位表示的流动速率。

绝大多数的流动测量是用体积流动速率的。从这一测量结果可以计算质量流动速率，当然必须考虑到压力、密度、温度上的变化，尤其是对于气体而言。同样，可以采用流动速度的测量结果来计算质量或体积流动速率。

传统的流量计是为单相流体，即或是气体或是液体的流体而设计的。现行的一些流量计为机械式的，这里流动流体使一个固体位移或旋转。位移或旋转与流动速率成正比。另一种类型的流量计是差压流量计，其中迫使流体流过特定类型的限制区。这引起其速度变化，从而引起压差与流动成正比。通过测量压差，例如采用差压传感器，能够确定流动速率。其它的流量计类型有热、电磁、涡旋发生和超声等。criolis力流量计广泛用于测量质量流动。

当要测量其流动速率的流体是多相流体时，出现了一些特别的问题。这种流体的一个例子便是碳氢化合物流体，他通常是油和气体以及水的混合物。对于多相流体，常常需要知道液体和气体“馏份(cut)”，即在流线中给定点处每种组分的百分比数量以及它们的速率。在石油流体的情况中，需要知道油馏份，以与水和气体馏份的区别。

测量多相液体的流动速率时要考虑的一点是气体组分会比液体组分以更高的速度流动。因此需要分别测量气体和液体流动速度或者在使流体混合后测量总流动速度。

在测量多相流体时要考虑的另一点是，除非压力非常高，气体的密度要比液体的密度低。这使得直接测量气体分量变得困难。通常，测量液体分量，其余的便假设是气体的。换句话说，如果管道截面一半被液体充满，那么，另一半假设是气体。

测量多相流动速率的常规方法是将流体按照其成分进行分离。这允许采用传统的单相测量技术。然而，尤其是在石油工业中，由于可回收石油输出的水和气体含量已经增加，油田也越来越难于寻觅，因此需要更复杂的多相流量计设备。

已经公布的几项专利描述了采用核磁共振(NMR)分析方法来分析流体流动，流体不一定是多相的。这些专利包括授予Rollwitz等人的第4,531,093号美国专利，题目为“煤分析和流动测量的方法和装置”、授予King等人的第4,536,711号美国专利，题目为“测量管线或管道中流动的方法和装置”、以及授予Reichwein的第4,866,385号美国专利，题目为“一致性测量装置”。

NMR技术曾专门用来分析多相流体。第4,785,245号美国专利，题目为“快速脉冲NMR馏份计”描述一种流量计，它采用NMR分析来确定在管道中流动的多相流体中一种组分的分量。来自所需组分的NMR信号的幅度与代表该组分100％取样的参考信号相当。

                              发明概要

本发明的一个方面是一种流量计，含有NMR传感器和处理器，该处理器已编程得能确定流动速度。计算是基于传感器线圈完全充满新鲜极化流体所花的时间。当充满新鲜流体时，NMR信号幅度最大。当准许传感器仅部分填充新鲜流体时，信号幅度较小。两个信号之间的差可以被用于确定流动速度。

本发明的其它各种实施例采用NMR传感技术来直接确定流动速率以及确定多相流体的分别的流动速度。可以采用含有两个NMR传感器的流量计来确定多相流体的分别的流动分量。

本发明的优点在于能够确定流动的多相流体的每一个分量。根据采用的多种技术中的哪一种技术，能够测量每一个流动分量的总的或者分别的流动速度，以及总体和分量流动速率。

传感器设备可以与检测电子和处理设备分开定位。结果可以在流体流动的现场实时地获得。

                           附图简述