流体测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量管道中的多相流体流的电学特性的系统，系统包括基本为同轴的插入件，该插入件在所述流中限定出处于所述插入件的选定的部分和管壁之间的环形空间。系统包括谐振测量装置，该谐振测量装置包括至少一个第一天线，谐振测量装置适于将在一频率范围内的电磁信号发射到所述容积中，该频率范围包含所述容积中的至少一个预定的谐振，谐振测量装置还适于测量所述容积中的谐振特性，所述谐振在所述容积中的至少一个已知位置处具有振幅最小点，并且所述第一天线被定位在所述振幅最小点的已知位置外部。系统还包括传输测量装置，该传输测量装置包含位于或接近于所述振幅最小点的已知位置的第二天线，并且该传输测量装置适于测量所述第二天线与所述谐振测量装置中的所述第一天线中的至少一个之间的传输特性。基于这些测量，系统适于计算所述电学特性。

Fluid measurement system

The invention relates to a system for measuring the electrical characteristics of a multiphase fluid flow in a pipeline, which includes a basically coaxial insert, which defines the annular space between the selected part of the insert and the pipe wall in the flow. The system includes a resonance measuring device, the resonant measuring device comprises at least a first antenna, resonant measuring device suitable for electromagnetic signal in a frequency range of emission to the volume, the resonant frequency range contains at least one predetermined in the volume of the resonance measuring device is suitable for measuring the resonant characteristics the volume of the resonator, at least at a known location in the volume of the small amplitude, and the first antenna is positioned in a known position outside of the minimum amplitude point. The system also includes a transmission measuring device, the measuring device includes a second antenna transmission known position at or near the minimum amplitude point, and the transmission device is suitable for measuring the transmission characteristics between at least one of the measurement of the second antenna and the resonant measuring device of the first antenna in. Based on these measurements, the system is suitable for calculating the electrical characteristics described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流体测量系统
本专利技术涉及一种测量系统，该测量系统用于测量流体流的特性，尤其是包含一部分水的多相流体流的特性。
技术介绍
在油气生产和加工中，需要监测流体流的成分含量与特性，诸如石油、天然气和水的分数以及水的盐度，这是因为它们会在生产过程中发生改变并且影响进一步的加工。已经使用了多种类型的技术来采集对确定分数与盐度所必需的信息，诸如声学测量值、压强、伽马射线和电学测量值。本专利技术涉及电学测量，该电学测量被用于使用在流中选定的电磁信号的谐振特性和传输特性来确定石油、天然气和水的混合物中的成分含量(例如组分和盐度)。这例如可涉及流的传导率，从而能够指示流中的例如盐度和/或水含量。后一个示例是基于水中溶解的盐赋予水传导性的事实。可以不同方式(例如，通过使用电磁信号的系统)对该后一示例进行测量，其中，盐度会对电磁信号的状态造成在微波范围内或接近于微波范围的影响，更具体地说，如在下文讨论的本公开中所讨论的，是对流中的电磁信号的谐振特性或传输特性产生影响。传导率取决于溶液中离子的数量和种类以及取决于温度。石油工业中多相流中的水可含有多种类型的离子，但目前最常见的离子是来自氯化钠的Na+和Cl-。本文中盐度是指产生与实际溶液相同的传导率的等量氯化钠，通常以占盐水的重量百分比(％)来表达盐度。正如WO2013/164303中所讨论的，可以通过测量穿过流体的传输特性或通过包含流体的腔中的谐振状态来测量流的盐度，该传输特性或谐振状态取决于流体的特性，尤其是与穿过流体传播的电磁能量的损耗相关。谐振特性例如可被用于在相关电磁频率下具有低损耗的流体中，而当损耗较高时可以使用传输特性测量。例如，用于测量在管道中流动的流体的谐振器例如可以通过在管道中引入插入件来形成。在WO2013/164303中以及在WO2014122093、WO2003/034051以及WO99/63331中也讨论了涉及不同类型的插入件的谐振特性的使用，其中在传导管和插入件之间得到微波范围内或接近微波范围的谐振电磁波。在WO2014122093中，还确认可以得到多个谐振频率，其与谐振峰的Q因子一同可以被用于表征流体传导率。更具体地，论述了一种解决方案，该解决方案的目的在于通过提供处于两个谐振态下的电磁场并测量谐振频率和Q因子来优化传导率测量。WO2014/122093中的不同的谐振频率可以通过几种不同的方式得到。其中一个可以是在EP2500699B1中论述的同轴TEM模式，而其它几种可以是TEM模式的更高阶谐振，或者是通过以特定方式构建插入件或安置包括天线或换能器的探针而得到的所谓的波导模式(见下文)。与在WO2013/164303中描述的解决方案相关的问题是可能存在当介质既不明显地是高损耗介质也不是低损耗介质时的情况。于是谐振的质量过于不良以至于不能用于测量并且或许应使用传输测量来代替，但是谐振仍然足够强，足以影响传输测量，从而常常干扰传输信号并导致测量的质量降低。NO313647中讨论了用于测量流体的介电常数的测量系统，该测量系统使用发射器天线和接收器天线来进行谐振测量，其中，选择天线的位置以限制其它谐振模式的影响。因此，可通过以下方式来执行对流体的介电特性进行的用于确定例如水成分的组分或盐度的测量：当流体是低损耗流体时，使用电磁(例如微波)谐振器传感器，以及当流体是高损耗流体时，使用传输测量。根据测得的频率响应确定的谐振器特性通常是谐振频率和/或Q因子。通常可使用单个天线通过测量作为频率的函数的反射系数或者使用两个天线来测量谐振器特性，在使用两个天线的情况下，一个天线激发谐振，另一个天线感测所得到的电磁场。当频率扫过谐振频率时，在频率响应中显示谐振峰。本文中的传输测量是指使用第一天线发射电磁波并且在传播后使用一个或几个其它天线接收该电磁波。所确定的传输特性通常是由信号通过流体从一个天线传播到另一个天线引起的相变和/或衰减。
技术实现思路
本专利技术的目的是减少一个或多个谐振对传输信号的干扰，从而当在管道的同一部段中结合谐振测量和传输测量时(例如WO2013/164303中所描述的)，得到改善的测量质量。这通过如所附的权利要求所详述的来达成。发射天线和接收天线之间，或者是用于执行谐振测量或传输测量的天线之间在原理上没有区别，尽管它们可能因实际原因而不同。因此，可使用相同的天线来发射波或激发谐振，以及用来接收信号或感测电磁场。在本专利技术的说明书中提到的个体天线可被用于多于一个的目的。在本讨论中，会根据所讨论的用途来称呼它们，但不排除当讨论其它用途时，在说明书的其它部分可能对它们使用不同称呼的可能性。作为示例，谐振测量装置中的谐振天线可将电磁信号发射到谐振器中并且还可基于已知的现有技术所描述的原理接收与测量谐振特性，例如谐振频率与Q-因子。当使用单个谐振天线时，同一天线可以既进行发射又进行接收，但是在其它系统中，一个谐振天线可以是发射器而另一个天线是接收器。对于传输测量装置类似，在所示的示例中，被定位在最小值点处的天线将是发射天线，但是系统可被重新配置为从谐振测量装置中的所述第一天线中的至少一个接收特定的信号。从传输测量装置可得到在谐振测量装置和传输测量装置中的发射天线与接收天线之间发射的信号的相位。除了相位之外，还可以得到阻尼特性和其它特性。此外，当使用多于两个天线时，可以使用通过不同的传播路径穿过流所得到的差分相位信号。本文中无需提及在测量系统中进行差分测量的优点，因为所述优点对电路和测量领域的技术人员是已知的。所述优点通常包括：抑制大的共模信号(有助于降低对测量系统的要求)、抑制共模噪声和减少漂移。在本专利技术中，所公开的天线定位通过利用以下事实提供了传输信号和谐振信号之间的更容易的分隔方法：如WO2014/122093中讨论的更高的谐振频率将具有干扰最小点，在该干扰最小点处某一频率下的振幅将为零或至少足够低从而不会干扰传输信号。附图说明现在将在下文中参照通过示例的方式示出本专利技术的附图来更详细地描述本专利技术。图1A-D示出了围绕圆柱形插入件的不同谐振，该圆柱形插入件通过传导支撑翅片被安装在管壁上。图2A和图2B示出了在两处不同位置测得的信号。具体实施方式图1A、图1B和图1C示出了围绕传导翅片1和圆柱形插入件3的谐振电磁场4，该圆柱形插入件被定位在传导材料材质的管道6中，因此提供了一种微波腔谐振器。圆柱形插入件3在用于使流体通过的管道6中产生了环形空间。图1D示出了测量值的标绘图，其示出了系统的响应曲线。在位于翅片1和插入件3的端部处的天线2上施加扫频，并测量天线2处的电响应。如图1A-D所示，场4在三个不同谐振A、B、C处将取决于频率而沿着并围绕插入件有差别地分布。如图1D所示的响应是振幅响应。在第一谐振模式A下，场4除了在靠近支撑翅片1处之外沿着插入件3以及围绕该插入件均匀分布，其中，管道、插入件3和翅片1由传导材料制成。按照EbbeGustafNyfors在技术理学博士学位论文“Cylindricalmicrowaveresonatorsensorsformeasuringmaterialsunderflow”(用于测量流中的材料的圆柱形微波谐振器传感器)(报告S243，2000年5月，赫尔辛基理工大学(ISBN951-22-4983-9))中介绍的规约本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量管道中的多相流体流的电学特性的系统，所述系统包括同轴的插入件，所述插入件在所述流中限定出处于所述插入件的一部分和管壁之间的环形容积，其中：所述系统包括谐振测量装置，所述谐振测量装置包括至少一个第一天线，所述谐振测量装置适于将在一频率范围内的电磁信号发射到所述容积中，该频率范围包含所述容积中的至少一个预定的谐振，所述谐振测量装置还适于测量所述容积中的谐振特性，所述谐振在所述容积中的至少一个已知位置处具有振幅最小点，并且所述第一天线被定位在所述振幅最小点的已知位置外部；所述系统还包括传输测量装置，所述传输测量装置包含位于所述振幅最小点的已知位置处的第二天线，并且所述传输测量装置适于测量所述第二天线与所述谐振测量装置中的所述第一天线中的至少一个之间的传输特性；所述系统还适于基于所述谐振特性和传输特性计算所述电学特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 NO 201507731.用于测量管道中的多相流体流的电学特性的系统，所述系统包括同轴的插入件，所述插入件在所述流中限定出处于所述插入件的一部分和管壁之间的环形容积，其中：所述系统包括谐振测量装置，所述谐振测量装置包括至少一个第一天线，所述谐振测量装置适于将在一频率范围内的电磁信号发射到所述容积中，该频率范围包含所述容积中的至少一个预定的谐振，所述谐振测量装置还适于测量所述容积中的谐振特性，所述谐振在所述容积中的至少一个已知位置处具有振幅最小点，并且所述第一天线被定位在所述振幅最小点的已知位置外部；所述系统还包括传输测量装置，所述传输测量装置包含位于所述振幅最小点的已知位置处的第二天线，并且所述传输测量装置适于测量所述第二天线与所述谐振测量装置中的所述第一天线中的至少一个之间的传输特性；所述系统还适于基于所述谐振特性和传输特性计算所述电学特性。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率范围包含至少两个谐振频率，所述谐振频率中的至少一个在...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃伯·古斯塔夫·耐福斯，
申请(专利权)人：朗盛流量测量公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO