核磁共振流体计量仪的永磁体装置及计量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的核磁共振流体计量仪的永磁体装置及计量方法，永磁体装置包括依次同轴设置的两段预极化磁体和一段主磁体；所述预极化磁体和主磁体均为圆管状结构，中心的空腔为流体流动的通道；所述预极化磁体和主磁体轴向剖面上的等效模型均为N极和S极相对的磁体；所述预极化磁体能够沿着其中轴线转动。该永磁体装置预极化磁体无论是磁场方向相同或相反的情况，都能对纵向弛豫时间较短的流体产生一定的磁化效应，这使得主磁体的长度可以不用太长。只需要一层磁体结构就可以实现预极化磁体有效长度的改变，缩短永磁体装置的整体长度，结构更紧凑简单。

【技术实现步骤摘要】
核磁共振流体计量仪的永磁体装置及计量方法
本专利技术属于核磁共振
，具体涉及核磁共振流体计量仪的永磁体装置及计量方法。
技术介绍
在石油和天然气生产管理过程中，油气井出产的混合流体中所含油、气、水的比例和流速往往是随时间实时变化的，甚至油、气的粘稠度、温度、压力等指标也会随之变化。常规的在线检测的多相流体计量仪是以伽马射线为基础的放射密度法，它利用了不同物质对伽马射线吸收能力的差异，从而可以推算出混合流体中各相流体所占的比例。然而，伽马流体计量仪含有核放射源，存在泄漏的安全隐患。另外伽马射线流体计量仪在工作前需要提前对样品在实验室中进行刻度标定，因此对于油气性质实时发生改变的情况，它无法做出及时有效的准确识别。为了取代常规的伽马射线流体计量仪，目前国际上已经提出了其他的多相流体计量方案，其中最典型的是基于核磁共振物理原理的多相流体计量方法。但是现有的核磁共振流体计量仪中永磁体装置长度较长，磁体用量很大大，成本高昂。另外，磁体的结构也比较复杂，体积偏大、重量超重，不利于仪器的操作和使用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供核磁共振流体计量仪的永磁体装置，结构紧凑简单，长度较短。本专利技术另一个目的在于提供上述核磁共振流体计量仪的计量方法。第一方面，一种核磁共振流体计量仪的永磁体装置，包括依次同轴设置的两段预极化磁体和一段主磁体；所述主磁体中还含有测量天线；所述预极化磁体和主磁体均为圆管状结构，中心的空腔为流体流动的通道；所述预极化磁体和主磁体轴向剖面上的等效模型均为N极和S极相对的磁体；所述预极化磁体能够沿着其中轴线转动。进一步地，所述预极化磁体和主磁体均采用单极圆柱形Halbach永磁阵列结构。进一步地，所述两段预极化磁体形状相同；所述预极化磁体和主磁体外部均有圆管状磁屏蔽层。第二方面，一种核磁共振流体计量仪的计量方法，包括以下步骤：转动上述永磁体装置中的预极化磁体，使得两个预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第一磁化矢量；所述待测流体包含两种成分：第一成分和第二成分；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第一核磁信号；保持第二段预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同，转动第一段预极化磁体，使得两个预极化磁体产生的磁场方向相反；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第二磁化矢量；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第二核磁信号；据第一核磁信号和第二核磁信号计算待测流体中两种成分的比例。进一步地，假设待测流体中第一成分的比例为λo，则待测流体中第二成分的比例为λw＝1-λo；当两个预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同时，待测流体通过第一段预极化磁体产生的磁化矢量Mz(t1)为：其中，t1为待测流体通过第一段预极化磁体所需的时间，为第二成分的纵向弛豫时间，为第一成分的纵向弛豫时间，为待测流体中第一成分在t时刻的磁化矢量，为待测流体中第二成分在t时刻的磁化矢量；为油的饱和磁化矢量，为水的饱和磁化矢量；待测流体通过第二段预极化磁体产生的磁化矢量Mz(t1+t2)为：其中，t2为待测流体通过第二段预极化磁体所需的时间；待测流体通过主磁体测量天线时产生的磁化矢量，即第一磁化矢量Mz(t1+t2+t3)为：其中，t3为待测流体从进入主磁体到通过测量天线所需的时间；y函数通过以下方法获得：构建以下方程式：将和带入到上述公式，提取公因式，就得到y函数。进一步地，当两个预极化磁体产生的磁场方向相反时，待测流体通过第一段预极化磁体产生的磁化矢量Mz(t1)为：待测流体通过第二段预极化磁体产生的磁化矢量Mz′(t1+t2)为：待测流体通过主磁体测量天线时产生的磁化矢量，即第二磁化矢量M′z(t1+t2+t3)为：其中，y′函数通过以下方法获得：构建以下方程式：将和入到上述公式，提取公因式，就得到y′函数。进一步地，所述根据第一核磁信号和二核磁信号计算待测流体中第一成分和第二成分的比例具体包括：构建以下方程式：其中，S为第一核磁信号，S/为第二核磁信号。第三方面，一种核磁共振流体计量仪的计量方法，包括以下步骤：转动上述所述永磁体装置中的预极化磁体，使得两个预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第一磁化矢量；所述待测流体包含三种成分；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第一核磁信号；保持第二段预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同，转动第一段预极化磁体，使得两个预极化磁体产生的磁场方向相反；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第二磁化矢量；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第二核磁信号；保持第一段预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同，转动第二段预极化磁体，使得第二段预极化磁体产生的磁场方向和主磁体产生的磁场方向相反；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第三磁化矢量；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第三核磁信号；据第一核磁信号、第二核磁信号和第三核磁信号计算待测流体中三种成分的比例。由上述技术方案可知，本专利技术提供的永磁体装置，预极化磁体无论是磁场方向相同或相反的情况，都能对纵向弛豫时间较短的流体产生一定的磁化效应，这使得主磁体的长度可以不用太长。只需要一层磁体结构就可以实现预极化磁体有效长度的改变，缩短永磁体装置的整体长度，结构更紧凑简单。本专利技术提供的计量方法，根据不同预极化条件下的核磁信号差异，就可以计算出混合流体中各个成分所占的比例。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为实施例一提供的永磁体装置的结构示意图。图2为实施例二提供的方法流程图。图3为实施例二提供的两种情况下转动预极化磁体的结构示意图。其中(a)为预极化磁体产生方向相同磁场的永磁体装置；(b)为预极化磁体产生方向相反磁场的永磁体装置；图4为实施例二提供的两种情况下，预极化磁体在空腔中产生的静磁场强度，横坐标是距离，纵坐标是磁感应强度。其中(a)为预极化磁体产生方向相同磁场的静磁场强度；(b)为预极化磁体产生方向相反磁场的静磁场强度；图5为实施例二提供的两种情况下油和水的磁化矢量变化。其中(a)为预极化磁体产生方向相同磁场的磁化矢量变化；(b)为预极化磁体产生方向相反磁场的磁化矢量变化；图6为实施例四提供的方法流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。自旋是微观粒子的内禀属性，自旋不为零的粒子在外磁场B0的磁化作用下会产生净磁矩，该磁矩沿外磁场方向做拉莫尔进动。当施加一个与外磁场方向正交且频率与磁矩拉莫尔进动频率一致的脉冲射频场B1时，大量的自旋粒子就会从低能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振流体计量仪的永磁体装置，其特征在于，包括依次同轴设置的两段预极化磁体和一段主磁体；所述主磁体中还含有测量天线；所述预极化磁体和主磁体均为圆管状结构，中心的空腔为流体流动的通道；所述预极化磁体和主磁体轴向剖面上的等效模型均为N极和S极相对的磁体；所述预极化磁体能够沿着其中轴线转动。

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振流体计量仪的永磁体装置，其特征在于，包括依次同轴设置的两段预极化磁体和一段主磁体；所述主磁体中还含有测量天线；所述预极化磁体和主磁体均为圆管状结构，中心的空腔为流体流动的通道；所述预极化磁体和主磁体轴向剖面上的等效模型均为N极和S极相对的磁体；所述预极化磁体能够沿着其中轴线转动。2.根据权利要求1所述核磁共振流体计量仪的永磁体装置，其特征在于，所述预极化磁体和主磁体均采用单极圆柱形Halbach永磁阵列结构。3.根据权利要求1所述核磁共振流体计量仪的永磁体装置，其特征在于，所述两段预极化磁体形状相同；所述预极化磁体和主磁体外部均有圆管状磁屏蔽层。4.一种核磁共振流体计量仪的计量方法，其特征在于，包括以下步骤：转动权利要求1所述永磁体装置中的预极化磁体，使得两个预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第一磁化矢量；所述待测流体包含两种成分：第一成分和第二成分；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第一核磁信号；保持第二段预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同，转动第一段预极化磁体，使得两个预极化磁体产生的磁场方向相反；将待测流体流经预极化磁体和主磁体，定义经过磁场磁化产生的磁化矢量为第二磁化矢量；主磁体测量天线检测待测流体的核磁信号，定义为第二核磁信号；据第一核磁信号和第二核磁信号计算待测流体中两种成分的比例。5.根据权利要求4所述核磁共振流体计量仪的计量方法，其特征在于，假设待测流体中第一成分的比例为λo，则待测流体中第二成分的比例为λw＝1-λo；当两个预极化磁体和主磁体产生的磁场方向相同时，待测流体通过第一段预极化磁体产生的磁化矢量Mz(t1)为：其中，t1为待测流体通过第一段预极化磁体所需的时间，T1w为第二成分的纵向弛豫时间，T1o为第一成分的纵向弛豫时间，为待测流体中第一成分在t时刻的磁化矢量，为待测流体中第二成分在t时刻的磁化矢量；为油的饱和磁化矢量，为水的饱和磁化矢量；待测流体通过第二段预极化磁体产生的磁化矢量Mz(t1+t2)为：其中，t2为待测流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善文，张然翔，张尧，
申请(专利权)人：张善文，
类型：发明
国别省市：北京,11