流量计中漂移的检测和补偿系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量管道中混合流体流，尤其是湿气和干气烃类流体流的水体积分数(WVF)的系统，该系统包括用于测量所述流体混合物的介电常数的测量单元，和在以介电常数的绝对值和在预定时间段内所述流体混合物的介电常数的统计变化为基础的，用于计算和存储两种WVF的计算单元。该系统还包括一个分析单元，用于通过比较和分析计算的WVF的发展与所述时间段内介电常数的统计变化，来检测计算的WVF中的漂移，并且以检测到的漂移为基础来确定WVF的明显变化是否反映在介电常数统计变化的相应变化中，同时，以所述对比为基础，确定漂移是否是由WVF的实际变化引起。是否是由WVF的实际变化引起。是否是由WVF的实际变化引起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流量计中漂移的检测和补偿系统


[0001]本专利技术涉及一种用于监测烃类流体流中水体积分数(WVF)的长期趋势的系统，主要是在一个烃相为主的流中，在连续地或在重复出现并可检测到的时间段内。

技术介绍

[0002]许多湿气田的WVF值接近于0％，在地层水水窜前，通常在0.005
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0.3％的范围内。在这种条件之下，介电常数测量是WVF主要的传感器原理，因为它对少量水非常敏感。对于基于介电常数传感器测量湿气流中WVF的常用方法是使用测量到的混合物介电常数的绝对值，以下简称混合物介电常数，并使用某种形式的混合方程式来求解混合物的水的分数，例如布鲁曼混合方程式2[Bruggeman，Annalen Der Physik 24(1935)636
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664]。在美国专利2016/202231中讨论了另一个使用介电常数测量流体流量来计算流体中水含量的例子。
[0003]在气态和液体状态下，水和烃类的高介电常数差异使混合介电常数传感器成为检测和测量烃类流中水含量的首选：水的介电常数>70，取决于盐度和温度；油的介电常数通常为1.8
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2.5，与油的密度密切相关；通常气体的介电常数为小于1.5，与气体密度和成分密切相关。在湿气流中，需要及其灵敏的介电常数测量技术来检测WVF的变化，其中WVF低至ppm级水平，例如微波谐振器。
[0004]混合介电常数完全由烃类介电常数决定，要将烃类中的介电常数从ppm级水平的水中分离出来，需要烃类介电常数的模型的精度极高。烃类介电常数的微小变化，例如压力变化，烃类成分变化，会导致混合介电常数的变化，所以一定要进行补偿才能计算出正确的WVF。
[0005]即使存在完美的烃类介电常数模型和混合方程式，显著的不确定性也与烃类本身成分，温度和压力测量，和其它可能影响混合介电常数测量有关的其它来源有关，例如形成水垢层和蜡层的堆积，或者由于侵蚀，腐蚀，和电子漂移对测量腔的长期改变。当混合绝对介电常数基于计算时，在较长时间内测量的WVF中，某种形式的漂移是不可避免的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种解决方案，用于区分WVF的长期明显趋势是WVF的实际变化还是由各种形式的漂移引起的，例如对烃类介电常数的长期变化的不完全补偿，由侵蚀，腐蚀，水垢层，蜡层或由于其他种类层的堆积而形成的测量腔的变化，此外还具有自动补偿检测到的漂移的功能。
[0007]在包含水的烃类流中，流的自然变化反应在测量混合介电常数变化中；在许多流动条件下，WVF完全控制介电常数变化的变化程度，所以WVF的实际变化总是可以通过关联介电常数的变化来验证。
[0008]本专利技术基于运用混合物的介电常数统计变化的长期趋势(以下称为介电常数变化)，该混合物由气或油为主的烃类流体流构成，包括含量，结合测量的WFV长期趋势来提高WVF的测量准确性，并且确保没有任何形式的漂移影响测量。当烃类流体流动以气体或油为
主时，将导致低混合介电常数，影响介电常数变化的因素完全由含水量决定。混合介电常数的长期变化或静态永久变化不会影响介电常数变化，从而将各种形式的长期漂移，烃类介电常数模型的不准确和混合介电常数的静态变化与实际WVF变化分开。
[0009]对于大多数常规湿气的应用，流动成分可以在几年之内保持几乎不变(稳定状态)，直到地层水水窜或者其它成分发生重大动态变化。通常调节总流量，压力和温度来实现优化生产，但是WVF在此期间保持稳定，因为它主要是来自由离开储层的水蒸气所饱和的气体的冷凝水。
[0010]在此期间，由于水的含量可能接近于0，以尽可能高的精度测量水体积分数至关重要。这也是测量最容易受到测量中任何形式漂移影响的期间，因此小的绝对误差构成了大的相对误差。混合介电常数任何形式的变化，可以由例如压力，温度或流体速度的改变导致，为了得到正确的WVF必须进行完美的补偿，对于使用混合介电常数测量方法为基础的试验是非常具有挑战性的。本专利技术的目的是在地层水水窜之前的稳定时期，水体积分数测量没有任何形式的漂移，以确保尽可能早的以高精度检测地层水水窜。
[0011]一些基于使用介电函数的统计变化的应用是已知的。他们与测量气体，油和水的多相流组成的介电常数变化技术有关，通常目的是通过各种特定的方法直接计算一种或多种成分的分数或比率，例如US2011290035，US5576974和GB2221042.
[0012]US2011290035描述了一种改进湿气流中的液体分数、WLR和流速的具体方法，该方法基于通过使用介电常数变化和经验得出的曲线来补偿从测得的混合物介电常数和混合物密度得出的水分数。这种方法的挑战在于，它依赖于接近完美的混合密度测量和经验校准曲线。众所周知，以伽马为基础的密度传感器会随着时间显著漂移，并且具有很高的密度不确定性，无法在湿气条件下区分水和油。水和油之间的密度对比太小(水为～1000kg/m^3，油为～750kg/m^3)，以至于当液体体积系数在0
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2％区间内时，无法提供出随时间变化的各种水液比率。
[0013]US5576974描述了各种特定方法和方程式直接以与信号和经验因素有关的各种介电常数的介电常数变化为基础，推导气体分数，并且通过气体分数校正低气含水率监测仪中的水分数。
[0014]GB2221042A描述一种更通用的方法，用于映射各种探测器的电输出信号，其中包括绝对值和标准偏差，并且通过使用经验推导出来的校准图，将其映射到流速。
[0015]以上所述的所有解决方案直接计算一个或多个流动成分，其中一个或多个统计参数的水平作为方程的关键输入。直接测量的统计方法的通常挑战是，它们在很大程度上依赖于仅对专用电子设备，传感器类型，传感器尺寸，传感器位置，上游管道布置等有效的经验推导模型；将统计参数转换成能代入以物理为基础的既定方程式的通用参数是一个挑战。此外，对于包括水在内的烃类流，方法的范围因流体特定组合的模糊性而受到限制，并且建立统计代表性参数所需的时间通常比混合物介电常数方法长。
[0016]本专利技术结合了两种方法的优点，用于推导以气和油为主的烃类流中的WVF。基于混合介电常数方法，利用介电常数变化的长期趋势来检测和校正导出的WVF中的漂移，这消除了与混合介质介电常数绝对值有关的各种形式的漂移的挑战，同时使运用基于物理的通用和完善的方程式来计算WVF成为可能。对于统计变化参数和流动组成之间的关系，不再需要流量计和装置特定的经验模型，这是对已知统计方法的通常挑战；这种方法的关键输入是
介电常数变化趋势本身的模式，并且这种模式与流量计的设计和安装无关。
[0017]本专利技术从介电常数变化中提取关键信息，用于无漂移WVF测量，并且不存在已知统计方法的缺点。通过评估介电常数变化趋势，可以表征漂移的来源，计算适当的校正，并向用户反馈已检测到的漂移类型和所做的校正。这完全符合多相和湿气流量计行业的关键趋势：摆脱占主导地位的黑盒策略，即摆脱基于各种无法确定的以经验为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种测量管道中混合流体流的水体积分数(WVF)的系统，特别是湿气和干气烃类流体流，所述系统包括：测量单元，用于测量所述流体混合物的介电常数；计算单元，用于计算和存储基于电介质介电常数WVF和在预定时间段内所述流体混合物的电介质介电常数的统计变化，该所述系统还包括分析单元，用于通过比较和分析计算的WVF的发展和所述时间段内介电常数的统计变化，来检测计算的WVF中的漂移；基于检测到的漂移判断计算的WVF的发展是否反映在介电常数统计变化的相应变化中；并且，基于所述比较和分析，判断漂移是否是由WVF的实际变化引起。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述WVF可以从混合物的测量介电常数、烃类流体的预测介电常数、基于烃类组成的油和气之间预测的比，以及已知混合方程导出。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述混合物的密度可以作为附加输入添加到方程中，以计算油和气的比，而不是基于烃类成分的预测。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合物的介电常数和介电常数变化是用微波谐振器的现有谐振中的至少一个的谐振频率和Q因数来测量的。5.根据权利要求1所述，其特征在于，所述混合物的介电常数和介电常数变化是用微波传输传感器测量的。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合物的介电常数和介电常数变化是用电容性介电常数传感器测量的。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合物的介电常数和介电常数变化是用电感传感器测量的。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合物的介电常数的虚部和所述虚部的变化是用电导传感器测量的，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾瑞克，
申请(专利权)人：洛克斯流量测量公司，
类型：发明
国别省市：