CN103542898A - 核磁式流量测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核磁式流量测量仪(2)，其带有可被多相介质(3)流过的测量管(1)，它可联接到在介质(3)的流动方向上布置在测量管(1)之前的进口管(6)处和到在流动方向上布置在测量管(1)之后的出口管(7)处。根据本发明的核磁式流量测量仪(2)首先且主要特征在于，测量管(1)关联有介质旁路(8)，旁路管(9)、进口阀(10)和/或出口阀(11)属于介质旁路(8)，并且对于标定运行旁路管(9)可一方面与进口管(7)而另一方面与出口管(7)相连接，亦即经由进口阀(10)、经由出口阀(11)或者经由进口阀(10)和经由出口阀(11)。

Description

核磁式流量测量仪
技术领域
本发明涉及一种核磁式(kernmagnetisch)流量测量仪，即一方面一种带有标定装置(Kalibriervorrichtung)的这样的流量测量仪，另一方面一种用于核磁式流量测量仪的标定方法(Kalibrierverfahren)。
背景技术
首先功能上必要地，一种可被多相介质流过的测量管属于核磁式流量测量仪，测量管可联接到在介质的流动方向上布置在测量管之前的进口管(Einlaufrohr)处和到在流动方向上布置在测量管之后的出口管(Auslaufrohr)处。
元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))还具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解为可通过一向量描述的角动量(Drehimpuls)，并且磁矩相应地也可通过一向量来说明，其平行于角动量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏观磁场时平行于在原子核的部位处宏观磁场的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量围绕在原子核的部位处宏观磁场的向量进动。进动(Präzession)的频率被称为拉莫尔频率ωL并且与磁场强度B的量成比例。拉莫尔频率根据ωL=γ·B来计算。在此，γ是旋磁比，其对于氢原子核最大。
测量和分析方法(其在存在宏观磁场的情况下利用带有磁矩的原子核的进动的特性)被称为核磁共振测量或分析方法。核磁共振的英文术语是“nuclear magnetic resonance”。通常，由进动的原子核在不同的边界条件下在传感器线圈中所感应的电压被用作对于测量和分析方法的输出量。对于利用核磁共振的测量计的示例是核磁式流量测量仪，其测量流过测量管的多相介质的流量且分析该介质。
对于在利用核磁共振的情况下的分析的前提条件是，介质的待分析的相可被激励成可区别的核磁共振。该分析可包括介质的各个相的流速和多相介质的各个相的相对含量。核磁式流量测量仪例如可被用于分析从油井输送的多相介质，一种主要由原油、天然气和盐水这些相构成的介质，其中，所有相包含氢原子核。
从油井输送的介质的分析也可利用所谓的计量分离器(Testseparator)实现。其分出所输送的介质的一小部分、使介质的各个相彼此分离并且确定介质的各个相的含量。然而计量分离器不能可靠地测量小于5%的原油含量。因为每个井的原油含量持续降低并且许多井的原油含量已小于5%，目前不可能在使用计量分离器的情况下经济地开采这些井。为了还能够继续开采带有非常小的原油含量的井，即需要相应精确的流量测量仪。
核磁式流量测量仪可满足大量应用要求，例如在通过测量管测量从井输送的多相介质的流量时和在确定介质中的原油、天然气和盐水的含量时。小于5%的原油含量也可利用核磁式流量测量仪测量。
为了核磁式流量测量仪达到对于许多应用必要的测量精度，流量测量仪的标定是必需的，在其中来确定标定参数。如在任何其它测量计中那样，在核磁式流量测量仪中以有规律的时间间隔重复标定也是必要的，以便还持续地达到可能的测量精度。由现有技术已知的标定方法和标定装置在此设置成，待标定的流量测量仪被联接到标定装置处并且借助于标定方法来标定。
标定装置构造用于产生通过流量测量仪的测量管的不同介质的不同的已知的流量。作为介质可使用单相或多相介质，其带有相应的介质中的各个相的已知含量，其中，尤其需要认识介质的核磁共振特性。标定方法可包括在带有不同介质的不同流量的情况下通过流量测量仪的测量。从测量的测量值和介质的属于此的已知的流量和特性可获得流量测量仪的标定参数。
由现有技术已知的标定方法和标定装置的缺点是，待标定的核磁式流量测量仪在应用中必须以有规律的时间间隔被从测量部位拆卸并且输送至标定装置，一种一方面非常复杂且成本集中而另一方面干扰使用流程的过程。
发明内容
本发明的目的说明一种核磁式流量测量仪，在其中消除之前所列举的缺点，即其不那么复杂和成本集中，并且在其中不时必要的标定不或基本上不干扰使用的过程、即实际的流量测量，以及说明一种相应的标定方法。
根据本发明的核磁式流量测量仪(在其中实现之前所得出的和所列举的目的)首先且主要特征在于，测量管关联有介质旁路(Mediumsumleitung)，旁路管(Umleitungsrohr)、进口阀和/或出口阀属于介质旁路，并且对于标定运行，旁路管可一方面与进口阀而另一方面与出口阀连接，亦即经由进口阀、经由出口阀或者经由进口阀和经由出口阀。
接下来，结合根据本发明的核磁式流量测量仪总是实施成，除旁通管之外两个阀、即进口阀和出口阀属于介质旁路。如果如之前所实施的那样仅仅一个阀、即或者进口阀(在流动方向上在测量管之前)或者出口阀(在流动方向上在测量管之后)属于介质旁路，根据本发明的核磁式流量测量仪但是那么也是有效的。如果除旁路管之外仅进口阀、即没有出口阀属于介质旁路，那么旁路管在排出侧直接与出口管相连接。反过来对于该情况适用，即除旁路管外之仅出口阀属于介质旁路、即没有进口阀，那么旁路管在进入侧直接与进口管相连接。
根据本发明的核磁式流量测量仪可以以不同的方式来设计和改进。
对于根据本发明的核磁式流量测量仪的第一优选的实施形式适用的是，介质旁路在“正常运行”中(“正常运行”=流量测量仪的测量运行)允许介质从进口管经由进口阀流动到测量管中并且从测量管经由出口阀流动到出口管中而没有介质流动绕过测量管、即没有介质经由介质旁路流动。此外，推荐一实施形式，尤其结合直接前面所说明的那些，其特征在于，介质旁路在“特殊运行”中(“特殊运行”=标定运行=流量测量仪的标定)允许介质从进口管经由对于标定运行进行调节的进口阀流动到旁路管中并且从旁路管经由对于标定运行进行调节的出口阀流动到出口管中，即没有介质流动通过测量管。
最后推荐，在根据本发明的核磁式流量测量仪中为了控制在流量测量仪中介质旁路的进口阀和介质旁路的出口阀设置有控制部并且将该控制部一方面经由控制线路与进口阀而另一方面经由控制线路与出口阀相连接。
之前结合根据本发明的核磁式流量测量仪总是实施成，除旁路管之外两个阀、即进口阀和出口阀属于介质旁路。如果仅仅一个阀、即或者进口阀(在流动方向上在测量管之前)或者出口阀(在流动方向上在测量管之后)属于介质旁路，根据本发明的核磁式流量测量仪但是那么也是有效的。
开头实施的是，本发明涉及一种核磁式流量测量仪，但是不仅涉及作为这样的一种核磁式流量测量仪，而且涉及一种用于核磁式流量测量仪的标定方法。
在方法方面，对于核磁式流量测量仪的、尤其对于根据本发明的核磁式流量测量仪的上面另外得出的和所列举的目的首先且主要特征在于，流量测量仪可一方面在“正常运行”中(“正常运行”=流量测量仪的测量运行)而另一方面在“特殊运行”中(“特殊运行”=标定运行=流量测量仪的标定)工作。
如果并且只要根据本发明的标定方法结合根据本发明的核磁式流量测量仪来运用，一优选的实施形式特征在于，在“正常运行”中介质被从进口管经由介质旁路的进口阀引导到测量管中并且从测量管经由介质旁路的出口阀引导到出口管中，而在“特殊运行”中介质被从进口管经由介质旁路的进口阀引导到旁路管中并且从旁路管经由介质偏转部(Mediumsumlenkung)的出口阀引导到出口管中。
测量的执行属于每个标定方法，以便利用在此所获得的测量值能够改善实际流量测量的测量精度。因此，通常还属于根据本发明的标定方法的是，在“特殊运行”中由流量测量仪来执行处于测量管中的介质的测量。对处于测量管中的介质所执行的测量那么被用于提高对处于测量管中的介质所执行的测量的精度。
在根据本发明的标定方法中，可来确定处于测量管中的介质的不同参数，尤其介质的每个相的自旋-点阵-弛豫时间(Spin-Gitter-Relaxationszeit)、介质的每个相的自旋-自旋-弛豫信号(Spin-Spin-Relaxationssignal)、介质的每个相的体积含量和/或介质的每个相的质量含量。特别地，介质的每个相的质量含量可由自旋-点阵-弛豫信号关于时间的变化和/或由自旋-自旋-弛豫信号关于时间的变化来确定。
特别存在设计和改进根据本发明的核磁式流量测量仪和根据本发明的标定方法的不同可能性。对此，一方面参考从属于并列的独立权利要求的从属权利要求而另一方面参考接下来所说明的、在包含仅仅一个附图的示图中所示出的实施例。
附图说明
附图显示了根据本发明的带有标定装置1的核磁式流量测量仪2的一实施例的示意性的图示。
附图标记清单
1 标定装置
2 核磁式流量测量仪
3 多相介质
4 测量管
5 流动方向
6 进口管
7 出口管
8 介质旁路
9 旁路管
10 进口阀
11 出口阀
12 控制线路。
具体实施方式
可被多相介质3流过的测量管4属于核磁式流量测量仪2。测量管4可联接到在介质3的流动方向5上布置在测量管4之前的进口管6处和到在介质3的流动方向5上布置在测量管4之后的出口管7处。如果测量管4不仅联接到进口管6处而且联接到出口管7处，则该结构相应于由现有技术已知的用于借助于核磁式流量测量仪2进行流动通过测量管4的多相介质3的流量测量和分析的结构。
属于核磁式流量测量仪2的标定装置7主要包括介质旁路8，旁路管9、进口阀10和出口阀11属于它。进口阀10与测量管4、进口管6和旁路管9相连接，而出口阀11与测量管4、出口管7和旁路管9相连接。
在“正常运行”中(“正常运行”=流量测量仪2的测量运行)，介质3从进口管6经由进口阀10流动到测量管3中并且从测量管3经由出口阀11流动到出口管7中。即没有介质3流动绕过测量管4，即没有介质3经过介质旁路8。核磁式流量测量仪2可“正常”工作、即在“正常运行”中工作。
在“特殊运行”中(“特殊运行”=标定运行=核磁式流量测量仪2的标定)，介质3从进口管6经由对于标定运行进行调节的进口阀10流动到介质旁路9中并且从介质旁路9经由对于标定运行进行调节的出口阀11流动到出口管7中。即没有介质3流动通过测量管4。而是存在于测量管4中的介质3“静止”。对于根据本发明的标定方法必要的对包围在测量管4中的且停滞的介质3的测量可由流量测量仪2来执行。
在所示出的实施例中，根据本发明的核磁式流量测量仪2为了控制介质旁路8的进口阀10和介质旁路8的出口阀11而具有控制线路12。当然，介质旁路8的进口阀10的控制和介质旁路8的出口阀11的控制也可通过单独的控制件实现。
介质旁路8的进口阀10和介质旁路8的出口阀11设计成使得介质3在进口管3和出口管7中的流动即使在从“正常运行”变换成“特殊运行”和反过来时不显著受影响。“正常运行”=流量测量仪2的测量运行因此通过流量测量仪2的不时必需的标定仅以该方式来影响，即对于相应短的时间间隔不能通过流量测量仪2进行介质3的流量测量和分析。
从“正常运行”出发，在所示出的实施例中以此开始标定，即首先如“特殊运行”=标定运行所要求的那样来调节介质旁路8的进口阀10和介质旁路8的出口阀11。如已实施的那样，由此中断介质3在测量管4中的流动。接着确定在测量管4中的介质3的每个相的自旋-点阵-弛豫时间、自旋-自旋-弛豫时间、氢指数(Wasserstoffindex)、体积含量和质量含量。之后那么如对于“正常运行”=流量测量仪2的测量运行必需的那样来调节介质旁路8的进口阀10和介质旁路8的出口阀11，使得介质3即又可流动到测量管4中并且通过测量管4。

Claims (15)

1. 一种核磁式流量测量仪，其带有能够被多相介质(3)流过的测量管(1)，所述测量管(1)能够联接到在所述介质(3)的流动方向上布置在所述测量管(1)之前的进口管(6)处和到在流动方向上布置在所述测量管(1)之后的出口管(7)处，
其特征在于，
所述测量管(1)关联有介质旁路(8)，
旁路管(9)、进口阀(10)和/或出口阀(11)属于所述介质旁路(8)并且
对于标定运行，所述旁路管(9)能够一方面与所述进口管(7)而另一方面与所述出口管(7)连接，亦即经由所述进口阀(10)、经由所述出口阀(11)或者经由所述进口阀(10)和经由所述出口阀(11)。
2. 根据权利要求1所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述介质旁路(8)在“正常运行”中允许所述介质(3)从所述进口管(6)经由所述进口阀(10)流动到所述测量管(3)中并且从所述测量管(3)经由所述出口阀(11)流动到所述出口管(7)中而没有介质(3)流动绕过所述测量管(4)、即没有介质(3)经由所述介质旁路(8)流动，“正常运行”=所述流量测量仪(2)的测量运行。
3. 根据权利要求1或2所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述介质旁路(8)在“特殊运行”中允许所述介质(3)从所述进口管(6)经由对所述标定运行进行调节的所述进口阀(10)流动到所述旁路管(9)中并且从所述旁路管(9)经由对所述标定运行进行调节的所述出口阀(11)流动到所述出口管(7)中，即没有介质(3)流动通过所述测量管(4)，“特殊运行”=标定运行=所述流量测量仪(2)的标定。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，在所述流量测量仪(2)中为了控制所述介质旁路(8)的进口阀(10)和所述介质旁路(8)的出口阀(11)设置有控制部，并且所述控制部一方面经由控制线路(12)与所述进口阀(10)而另一方面经由控制线路(12)与所述出口阀(11)相连接。
5. 一种用于核磁式流量测量仪、尤其用于根据权利要求1至4中任一项所述的核磁式流量测量仪的标定方法，其特征在于，所述流量测量仪(2)一方面在“正常运行”中而另一方面在“特殊运行”中能够工作，“正常运行”=所述流量测量仪(2)的测量运行，“特殊运行”=标定运行=所述流量测量仪(2)的标定。
6. 结合根据权利要求1至5中任一项所述的流量测量仪(2)的根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，在“正常运行”中所述介质(3)从所述进口管(6)经由所述介质旁路(8)的进口阀(10)被引导到所述测量管(3)中并且从所述测量管(3)经由所述介质旁路(8)的出口阀(11) 被引导到所述出口管(7)中，而在“特殊运行”中所述介质(3)从所述进口管(6)经由所述介质旁路的进口阀(10)被引导到所述旁路管(9)中并且从所述旁路管(9)经由所述介质旁路(8)的出口阀(11)被引导到所述出口管(7)中。
7. 根据权利要求6或7所述的标定方法，其特征在于，在“特殊运行”中由所述流量测量仪(2)在处于所述测量管(4)中的所述介质(3)处执行测量。
8. 根据权利要求8所述的标定方法，其特征在于，在处于所述测量管(4)中的所述介质(3)处所执行的测量被用于提高在在所述测量管(4)中流动的所述介质(3)处所执行的测量的精度。
9. 根据权利要求6至9中任一项所述的标定方法，其特征在于，确定所述介质(3)的每个相的自旋-点阵-弛豫时间(T1)。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的标定方法，其特征在于，确定所述介质(3)的每个相的自旋-自旋-弛豫时间(T2)。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的标定方法，其特征在于，确定所述介质(3)的每个相的体积含量。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的标定方法，其特征在于，确定所述介质(3)的每个相的质量含量。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的标定方法，其特征在于，由所述自旋-点阵-弛豫信号关于时间的变化来确定所述介质(3)的每个相的质量含量。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的标定方法，其特征在于，从所述自旋-自旋-弛豫信号关于时间的变化来确定所述介质(3)的每个相的质量含量。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的标定方法，其特征在于，以有规律的时间间隔来执行所述标定方法。
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