帶有實(shí)現(xiàn)層析成像測(cè)量原理的測(cè)量裝置的流量測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定流過(guò)測(cè)量管的多相介質(zhì)的流量的流量測(cè)量?jī)x，其帶有實(shí)現(xiàn)層析成像測(cè)量原理的測(cè)量裝置。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行這樣的流量測(cè)量?jī)x的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))還具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解為可通過(guò)一向量描述的角動(dòng)量(Drehimpuls)，并且磁矩相應(yīng)地也可通過(guò)一向量來(lái)說(shuō)明，其平行于角動(dòng)量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏觀磁場(chǎng)時(shí)平行于在原子核的部位處宏觀磁場(chǎng)的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量圍繞在原子核的部位處宏觀磁場(chǎng)的向量進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)(Pdzess1n)的頻率被稱為拉莫爾頻率并且與磁場(chǎng)強(qiáng)度B的量成比例。拉莫爾頻率根據(jù).Β來(lái)計(jì)算。在此，γ是旋磁比，其對(duì)于氫原子核最大。旋磁比說(shuō)明了在粒子的自旋或角動(dòng)量與屬于此的磁矩之間的比例因數(shù)。
[0003]測(cè)量和分析方法(其在存在宏觀磁場(chǎng)的情況下利用帶有磁矩的原子核的進(jìn)動(dòng)的特性)被稱為核磁共振測(cè)量或分析方法。核磁共振的英文術(shù)語(yǔ)是Nuclear MagneticResonance (NMR)。
[0004]這些測(cè)量原理的重要代表是磁共振層析成像術(shù)(Magnetresonanztomographie)(MR，或者由英文Magnetic Resonance Imaging，MRI)。通常，由進(jìn)動(dòng)的原子核在不同邊界條件下在傳感器線圈中感應(yīng)的電氣信號(hào)被用作用于測(cè)量和分析方法的輸出量。
[0005]對(duì)利用核磁共振的測(cè)量?jī)x的一示例是核磁式流量測(cè)量?jī)x，其測(cè)量流過(guò)測(cè)量管的多相介質(zhì)的流量并且分析介質(zhì)。
[0006]對(duì)于在利用核磁共振的情況下的分析的前提條件是，介質(zhì)的待分析的相可被激勵(lì)成可區(qū)別的核磁共振。該分析可包括介質(zhì)的各個(gè)相的流速和多相介質(zhì)的各個(gè)相的相對(duì)含量。核磁式流量測(cè)量?jī)x例如可被用于分析從油井輸送的多相介質(zhì)。該介質(zhì)那么主要由原油、天然氣和鹽水這些相構(gòu)成，其中，所有相包含氫原子核。
[0007]從油井輸送的介質(zhì)的分析也可利用所謂的計(jì)量分離器(Testseparator)實(shí)現(xiàn)。其分出所輸送的介質(zhì)的一小部分、使介質(zhì)的各個(gè)相彼此分離并且確定介質(zhì)的各個(gè)相的含量。然而計(jì)量分離器不能可靠地測(cè)量小于5%的原油含量。因?yàn)槊總€(gè)井的原油含量持續(xù)降低并且許多井的原油含量已小于5%，目前不可能在使用計(jì)量分離器的情況下經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采這些井。為了另外還能夠開(kāi)采帶有非常小的原油含量的井，需要相應(yīng)精確的流量測(cè)量?jī)x。
[0008]通常將由旋進(jìn)的原子核在激勵(lì)之后在傳感器線圈中所感應(yīng)的電氣信號(hào)用作用于評(píng)估的輸出量。如已實(shí)施的那樣，對(duì)于測(cè)量多相介質(zhì)的前提條件是介質(zhì)的各個(gè)相可被激勵(lì)至可區(qū)別的核磁共振。由介質(zhì)的相的旋進(jìn)的原子核在傳感器線圈中所感應(yīng)的電氣信號(hào)的大小取決于在該相中每個(gè)體積元旋進(jìn)的原子核的數(shù)量，相應(yīng)地即取決于該相的密度，但是也取決于原子核在影響的受控制的磁場(chǎng)中的影響持續(xù)時(shí)間。因此，在液態(tài)相中所感應(yīng)的電氣信號(hào)的大小大于在氣態(tài)相中。
[0009]對(duì)于磁共振層析成像術(shù)必需的位置信息例如通過(guò)梯度場(chǎng)被施加到試樣上。由于核自旋的拉莫爾頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例，通過(guò)梯度場(chǎng)產(chǎn)生核自旋的不同拉莫爾頻率的與位置相關(guān)的分布和因此由原子核感應(yīng)的電氣信號(hào)的位置相關(guān)性。
[0010]如上面已舉出的那樣，MR信號(hào)與介質(zhì)的密度相關(guān)。在比較每立方米氣體、油和水的信號(hào)幅度的平均值時(shí)可確定，氣體的信號(hào)明顯不同于油和水的信號(hào)，然而在油和水的信號(hào)之間幾乎不存在區(qū)別。信號(hào)的強(qiáng)度可通過(guò)所謂的氫指數(shù)HI來(lái)表示。氫指數(shù)HI說(shuō)明介質(zhì)的氫原子相對(duì)于水的相對(duì)份額。相應(yīng)地，水的輕指數(shù)為HIwassw=I。對(duì)于油和氣體的指數(shù)適用HIei=0.9-1.1而HIeas=O-0.2。借助于MR信號(hào)，相應(yīng)地可很好地在一方面氣體與另一方面液體(包括水和油)之間來(lái)區(qū)分。而水和油的區(qū)分證實(shí)為困難的或非常復(fù)雜，因?yàn)镸R信號(hào)的幅度幾乎無(wú)區(qū)別。
[0011]如已舉出的那樣，核磁的測(cè)量和分析方法基于該效應(yīng)，即核的磁矩沿著外部施加的磁場(chǎng)的場(chǎng)線取向。這導(dǎo)致介質(zhì)的膨脹磁化(Bulkmagnetisierung)。該磁化建立的速率通過(guò)所謂的自旋-點(diǎn)陣-弛豫時(shí)間T1來(lái)確定并且具有指數(shù)走勢(shì)。
[0012]另一對(duì)于核磁測(cè)量和分析方法典型的測(cè)量參數(shù)是自旋-自旋-弛豫時(shí)間T2。該時(shí)間是對(duì)在包圍單個(gè)自旋的磁場(chǎng)中的不均勻性的度量。
[0013]確定1\和T 2的值的機(jī)構(gòu)與測(cè)試試樣的分子動(dòng)力學(xué)相關(guān)。分子動(dòng)力學(xué)又與分子的大小且同樣與分子間的距離相關(guān)。這些對(duì)于每個(gè)介質(zhì)是不同的。相應(yīng)地，不同的介質(zhì)同樣具有不同的TjPT2的值。
[0014]由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于表征多相介質(zhì)的各個(gè)相的測(cè)量方法通過(guò)預(yù)磁化對(duì)比測(cè)量的測(cè)量方法來(lái)提供。該測(cè)量方法基于在對(duì)于多相介質(zhì)的不同相的T1時(shí)間中的區(qū)別并且特別適合用于確定在試樣中的油份額和水份額以及油份額與水份額的相對(duì)比例。
[0015]多相的介質(zhì)流過(guò)以恒定的磁場(chǎng)貫穿的路段。在此，磁場(chǎng)具有至少一個(gè)垂直于介質(zhì)的流動(dòng)方向的分量。由于磁矩在磁場(chǎng)中的取向與介質(zhì)的相應(yīng)的相相關(guān)，在磁場(chǎng)的作用持續(xù)時(shí)間相同的情況下引起在各個(gè)相中磁化的不同構(gòu)造。磁場(chǎng)的作用持續(xù)時(shí)間由以恒定的磁場(chǎng)貫穿的路段的長(zhǎng)度和介質(zhì)的流動(dòng)速度來(lái)確定。
[0016]通常，油的縱向的弛豫時(shí)間T1明顯小于水的。相應(yīng)地，平行于外部磁場(chǎng)的油的磁化比水的建立得更快。通過(guò)預(yù)磁化段的長(zhǎng)度的變化，油和水的信號(hào)即分別被構(gòu)造成不同水平，從而由與預(yù)磁化段相關(guān)的油-水-信號(hào)比例可推出在介質(zhì)中油份額與水份額的比。根據(jù)預(yù)磁化段在油信號(hào)與水信號(hào)之間的強(qiáng)對(duì)比提供確定介質(zhì)的油-水-比(OWR)的良好可能性。
[0017]由于氣體份額的信號(hào)非常弱，該方法一方面與氣體份額無(wú)關(guān)，然而另一方面其也不適合于確定它，從而通過(guò)預(yù)磁化對(duì)比測(cè)量的測(cè)量方法不能來(lái)表征介質(zhì)的所有三個(gè)相。
[0018]同樣常常運(yùn)用在流量測(cè)量技術(shù)中且不基于核自旋共振(Kernspinresonanz)的另一測(cè)量方法通過(guò)電容層析成像術(shù)(英文electrical capacitance tomography, ECT)來(lái)提供。
[0019]電容層析成像術(shù)是一種由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于測(cè)量和表征多相介質(zhì)的方法。其通常適合于介電材料并且基于不同的材料具有不同的介電常數(shù)(Permittivitaet)的事實(shí)。
[0020]用于電容層析成像術(shù)的典型的測(cè)量裝置設(shè)計(jì)成使得圍繞測(cè)量管布置有一定數(shù)量的電極。由現(xiàn)有技術(shù)已知的測(cè)量裝置大多具有八個(gè)、十二個(gè)或十六個(gè)電極。
[0021 ] 在所談及的類型的測(cè)量裝置中，將激勵(lì)電壓施加到一電極上且在所有其它電極上測(cè)量感應(yīng)電壓/電流，而其電勢(shì)被保持為零。對(duì)于所有存在的電極都來(lái)執(zhí)行這。以帶有八個(gè)電極的測(cè)量裝置為例，在第一步驟中，電極I用作激勵(lì)電極而電極2至8用作探測(cè)電極。在下一步驟中，電極2用作激勵(lì)電極而電極3至8用作探測(cè)電極，等等。在帶有N個(gè)電極的測(cè)量裝置中，即存在N.(N-1) /2個(gè)電極對(duì)組合且因此存在N.(N-1) /2個(gè)電容測(cè)量值，由其可構(gòu)造圖像。該構(gòu)造借助于評(píng)估算法(對(duì)其在此不進(jìn)行詳細(xì)研宄)進(jìn)行。
[0022]由于電容與在電極之間的多相介質(zhì)的介電常數(shù)、即材料對(duì)于電場(chǎng)的通過(guò)性相關(guān)，相應(yīng)地可能通過(guò)所測(cè)量的值分辨各個(gè)相的分布，因?yàn)榻橘|(zhì)的每個(gè)相具有不同介電常數(shù)。
[0023]氣體的介電常數(shù)大約為1，ε 1，油的介電常數(shù)在2與4之間，ε^~2-4，而水的介電常數(shù)大于50，￡^>50。根據(jù)這里所列舉的對(duì)于各個(gè)相的介電常數(shù)的值已能確定，將氣態(tài)的相與油相分開(kāi)證實(shí)為非常困難和復(fù)雜的，因?yàn)楸碚鬟@兩個(gè)相的介電常數(shù)值相差不遠(yuǎn)、即幾乎相同。從以上闡述中，電容層析成像術(shù)證實(shí)為確定多相介質(zhì)的碳?xì)浠衔锓蓊~(其累加地由油份額和氣體份額組成)和介質(zhì)的水份額的好方法。
[0024]如所闡述的那樣，上述測(cè)量方法在測(cè)量多相介質(zhì)的一定特性時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)。然而另一方面，其也具有所示出的缺點(diǎn)或限制，使得確定多相介質(zhì)的所有三個(gè)相不可能、不精確或者極其復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是說(shuō)明一種流量測(cè)量?jī)x和一種用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的流量測(cè)量?jī)x的方法，利用其能夠以簡(jiǎn)單的方式可靠地來(lái)確定多相介質(zhì)的所有三個(gè)相。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的流量測(cè)量?jī)x(在其中來(lái)實(shí)現(xiàn)之前所引出的和指出的目的)首先且主要特征在于，設(shè)置有至少一個(gè)另外的測(cè)量裝置并且測(cè)量裝置中的至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)基于核自旋共振的測(cè)量原理。第二測(cè)量裝置可同樣實(shí)現(xiàn)層析成像的或者但是也可實(shí)現(xiàn)非層析成像的測(cè)量原理。
[0027]相對(duì)于由現(xiàn)有技術(shù)已知的流量測(cè)量?jī)x，根據(jù)本發(fā)明的流量測(cè)量?jī)x的優(yōu)點(diǎn)在于可能確定多相介質(zhì)的所有三個(gè)相的流量，而不必將各個(gè)相分開(kāi)。由此顯著減小了對(duì)于確定流過(guò)測(cè)量管的多相介質(zhì)的流量必需的耗費(fèi)。
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