CN104781639B - 多相超声管道流量计 - Google Patents

Abstract

一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的系统，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。该系统包括第一密度传感器、第二密度传感器和第三密度传感器，第一密度传感器在MFF的相通常分离的位置处感测MFF，第二密度传感器感测来自相混合器‑均化器的输出的MFF，并且第三密度传感器实时感测在气相开始分离或者已经与液相分离但液相没有分离处的MFF。该系统还包括一个或多个处理器，其用于执行一个或多个程序，以便基于来自第一、第二和第三密度传感器的读数来确定油相的密度、水相的密度、气相的密度和包括含水量和气体体积量的相比例。

Description

多相超声管道流量计

技术领域

本发明涉及一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的系统，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。本发明还涉及利用相的密度和比例借助流传感器来确定相的输出量。

背景技术

油气井的输出的测量需要测量系统考虑多相流体流(MFF)的单独成分。单独成分包括气相、水相和油相。在某些测量系统中，不同的相被分离且单独测量的，从而确定相之间的比例以及相的以体积或质量为单位的输出量。然而，分离是昂贵的工艺，其对于生产较少能量的较小的陆上井不具有高的成本有效性。或者，当测量来自井的MFF的输出时，使用相混合器-均化器作为分离器的不太昂贵的备选方案。相混合器-均化器通过减少输出方程中的变量数目而减少了用于计算相的输出测量值的数学方程的复杂性。例如，当气、油和水三相来自井时，它们通常是部分分离的，被称为段塞(slug)流或层流，其具有快速行进的气相和缓慢流动的液相。为了测量这种类型的分离的MFF的流率，必须单独地测量各个相的速度。然而，相混合器-均化器产生了掺合流或均匀的MFF，其中所有的相都以相同的速度或流率行进。因此，对于相混合器-均化器而言，只有一个流率需要测量，因为所有的相都以相同的速度行进。相反，对于分离器而言，需要测量三个不同的流率。

当求解来自油井或气井的不同相的输出时，不同相的密度测量是很重要的。密度测量用于计算在气、油和水的不同相之间的比例。例如，密度测量用于计算MFF的气体体积量，其是MFF中的气体的比例。密度测量还用于计算MFF的含水量，其是MFF中的水对油的比率。这些比例可与来自相混合器-均化器的输出的MFF的掺合混合物的单个流率结合，以确定气相、水相和油相的输出量。

另外，密度测量用于确定相比例，即使该比例不与流率一起用来求解输出量。不同相的比例被油气工业用于调整油气井的不同的生产输入，从而优化单独井的生产或优化整个井场的生产。油气井的输入可包括：压力、输入到井中的水量和泵的能量消耗。因而，油气井的密度测量也是很重要的，因为在没有流量计量的条件下，单单相比例对于优化油气井的输入也是有用的。

然而，传统的MFF密度计对于连续使用于大多数小型或中型陆上油气井过于昂贵。因此，传统的MFF密度计配置为便携式单元，以便用于多个油井。这需要职员附连和移动密度传感器，因而便携式密度传感器增加人力费用。传统的MFF密度计还会发射辐射，包括X-射线和伽马射线。另外，传统的MFF密度计只是周期性地附连在油井上，通常在测量之间间隔数月。在这些情形下，油井或油田输出方面的变化，例如相比例方面的变化由于井的密度测量之间的长的周期而不容易检测到。频繁的密度测量对于确定相比例方面的变化是必须的，所述变化用于优化油井的生产输入。频繁的密度测量还改善了不同相的输出量(例如体积或质量)的精度，因为频繁的密度测量考虑了相之间的比例变化，所述变化会影响输出量计算的精度。许多较小输出的陆基油井可使用廉价的不发出辐射的永久计量仪，用于测量MFF密度以检测变化，因而提高了优化油井生产的能力，做出快速业务决策，同时还增加了安全性。

发明内容

为了提供对这里论述的系统和/或方法的某些方面的基本理解，以下概要展现了简化的概述。这一概述不是这里所论述的系统和/或方法的广泛综述。其并不意图确定主要/关键的元件或限定这种系统和/或方法的范围。其唯一目的是以简化的形式展现某些概念作为后文所展现的更详细说明的序言。

本发明的一个方面提供了一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的系统，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。出于本申请的目的，应该懂得术语MFF可指三相的流体流。该系统包括第一密度传感器，其实时地在第一位置处感测MFF的多个第一密度分布，其中在第一位置处，MFF的相至少分离达短时间间隔。该系统还包括第二密度传感器，其在第二位置处感测MFF的多个第二密度分布，其中在第二位置处，MFF是至少油相、水相和气相的掺合混合物。该系统还包括第三密度传感器，其实时地在第三位置处感测MFF的多个第三密度分布，其中在第三位置处，气相与MFF的混合的液体部分分离，混合的液体部分至少包括水相和油相。该系统还可包括一个或多个处理器，其用于执行一个或多个程序，以便基于多个第一、第二和第三密度分布来确定油相的密度、水相的密度、气相的密度和包括含水量和气体体积量的相比例。

本发明的另一方面提供了一种用于确定MFF中的相的密度和比例的方法，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。该方法包括利用第一密度传感器实时地在第一位置处感测MFF的多个第一密度分布，其中在第一位置处，MFF的相至少分离达短时间间隔。该方法还包括利用第二密度传感器在第二位置处感测MFF的多个第二密度分布，其中在第二位置处，MFF至少是油相、水相和气相的掺合混合物。该方法还包括利用第三密度传感器实时地在第三位置处感测MFF的多个第三密度分布。第三位置是MFF的气相与MFF的混合的液体部分分离的地方，MFF的混合的液体部分至少包括水相和油相。该方法还可包括至少利用瞬态分析来分析多个第一密度分布，并确定油相的密度、水相的密度和气相的密度。该方法还可包括基于多个第一、第二和第三密度分布而确定包括含水量和气体体积量的相比例。

本发明的又一方面提供了一种用于确定MFF中的相的输出量的系统，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。该系统通过确定MFF中的相的密度和比例，来确定相的输出量。该系统包括第一密度传感器，其实时地在第一位置处感测MFF的多个第一密度分布，其中在第一位置处，MFF的相至少分离达短时间间隔。该系统还包括第二密度传感器，其在第二位置处感测MFF的多个第二密度分布，其中在第二位置处，MFF至少是油相、水相和气相的掺合混合物。第二密度传感器的第二位置可位于使MFF均匀化成掺合混合物的相混合器-均化器的输出处。该系统还包括第三密度传感器，其实时地在第三位置处感测MFF的多个第三密度分布，其中在第三位置处，气相与MFF的混合的液体部分分离，混合的液体部分至少包括水相和油相。该系统还包括至少一个流传感器，其感测掺合混合物的速度。该系统还可包括一个或多个处理器，其用于执行一个或多个程序，以便基于多个第一、第二和第三密度分布来确定油相的密度、水相的密度、气相的密度和相比例。用于执行一个或多个程序的所述一个或多个处理器还用于至少基于掺合混合物的速度、油相的密度，水相的密度、气相的密度和相比例，从而确定油相的输出量、水相的输出量和气相的输出量中的一个或多个且将其输出给用户。

附图说明

对于本发明所涉及的领域中的技术人员而言，本发明的前述方面以及其它方面将在参照附图阅读以下描述时变得清晰明了，其中：

图1是用于确定MFF中的相的密度和比例的系统的一个示例实施例，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。

图2是安装在示例环境中的声波导组件的一个示例实施例。

图3是图2的声波导组件的另一透视图。

图4是图2和图3的声波导组件中所使用的波导杆的一个示例实施例。

图5是图1的用于确定MFF中的相的密度和比例的系统的一个示例实施例，其还确定了MFF中的相的输出量。

图6是用于感测MFF的速度或流率的声学流传感器的一个示例实施例。

图7是从图1和/或图5的第一密度传感器获取的分离的MFF的第一密度分布的示例图。

图8是用于确定MFF中的相的密度和比例的示例方法，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。

具体实施方式

在附图中描述和显示了包含本发明的一个或多个方面的示例实施例。这些所示的示例并不意图限制本发明。例如，在其它实施例中和甚至其它类型的装置中可利用本发明的一个或多个方面。此外，某些术语在这里仅仅是出于便利而使用的，并且不应被认为是对本发明的限制。而且在附图中，采用了相同的标号来表示相同的元件。

在图1中显示了用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的系统6的示例实施例。MFF包括油相、水相和气相，其来自井10，井10可为气井、油井或石油井。在系统6中至少包含三个密度传感器。密度传感器包括第一密度传感器12、第二密度传感器14和第三密度传感器16。在系统6中还包含了一个或多个处理器17，其用于运行一个或多个程序。可选地，在系统6中还可包含相混合器-均化器18。或者，系统6可与不依赖系统6的现有的相混合器-均化器18一起使用，或者与产生MFF的均匀的掺合混合物的另一装置一起使用。在示例实施例中，MFF从第一密度传感器12穿过相混合器-均化器18而流向第二密度传感器14，然后流向第三密度传感器16。应该懂得，在其它实施例中，密度传感器的顺序可为不同于图1中所示的顺序。来自油井或气井的MFF可指油、水和气体的三相流体流。

第一密度传感器12位于在相混合器-均化器18的上游的第一位置处，其中MFF至少分离达短时间间隔。所示的MFF从第一密度传感器12的上游位置流向第三密度传感器16的下游位置。MFF是分离的流，其可为例如气相，之后是水相，之后是油相，之后是水相和油相的混合物。这种类型的分离流通常被称为段塞流。第一密度传感器12实时地感测分离流，并容许传感器捕获与单独的相经过传感器时的密度相对应的分布。实时感测容许第一密度传感器12被用于确定来自油井或气井的分离流或段塞流中的MFF的不同相(例如气体、油和水)的单独的密度。这是在没有执行昂贵的分离不同相的程序的条件下实现的。以下参照图7描述了第一密度传感器12的密度分布的一个示例。

实时感测包括瞬时地感测密度分布以检测不同相在分离时的密度。实时密度感测还可用于检测不同相的混合物的密度。例如，可检测油和水的混合物的密度。相反，非实时的感测只是感测在较长的时间长度上的平均密度分布，并且不能用于检测分离的MFF中的不同的相和/或不同相的混合物。

第二密度传感器14放置在第二位置处，其中MFF是至少油相、水相和气相的掺合混合物。在示例实施例中，第二位置是相混合器-均化器18的输出。相混合器-均化器18使分离的MFF的多个相混合/掺合成单个均匀的掺合混合物，其不再分离。相混合器-均化器18还通常用于使多个(例如三个)相的速度平衡。然而，相混合器-均化器18具有提供用于密度感测的掺合混合物的附加好处。通过感测掺合混合物密度，人们可确定MFF的平均密度。第二密度传感器14可以是与第一密度传感器12相似的实时传感器，或者可选地，其可为较慢的平均密度传感器，其不会快速地响应变化，并且不能感测来自井的分离流的单独的相。实时密度感测用于确定气相、水相和油相在相分离时单独的相的密度。相反，第二密度传感器14用于确定当流进行掺合时的MFF的平均密度，并且不需要实时密度传感器。

第三密度传感器16位于相混合器-均化器18的下游的第三位置处。这个下游第三位置是至少在水相和油相之间保持混合的位置，水相和油相被称为混合的液体部分。然而，这个下游第三位置也是气相在掺合工艺之后与混合的液体部分分离的位置。这容许混合的液体部分在没有气相的条件下进行密度测量。在实践中，这个第三位置位于相混合器-均化器18略微下游的距离处，因为在水相和油相彼此分离之前，气相从掺合混合物中分离。相混合器-均化器18的下游距离可为相混合器-均化器18的输出导管或开口的一个或两个周长。

系统6还包括一个或多个处理器17，其用于执行一个或多个程序，以便基于多个第一、第二和第三密度分布来确定油相的密度、水相的密度、气相的密度和包括含水量和气体体积量的相比例。

例如，通过知道油相和水相的混合物的密度以及油和水的单独的密度，所述一个或多个处理器17可确定水与油的比例，其被称为含水量。通过知道当三个相掺合时的三个相的平均密度(从第二密度传感器14)，通过知道气相的密度(从第一密度传感器12)，以及通过知道混合的油相和气相的密度，然后所述一个或多个处理器17可确定气体体积量，其是MFF中的气体比例。一旦知道气体体积量和含水量，三个相相对彼此的比例就可通过一个或多个处理器17计算出来。可选地，这些比例可与来自测量相混合器-均化器18的输出的可选的流传感器的测量相结合，从而确定相的输出量。

一个或多个处理器17可操作地连接在(未显示)第一密度传感器12、第二密度传感器14和第三密度传感器16上，从而从传感器接收与所感测的密度相关的信息。一个或多个处理器17还用于分析来自各个传感器的密度分布信息，对密度分布信息执行瞬态分析，并确定单独的相的密度、液体部分(例如水和油)的密度和平均密度。

应该懂得，图1中所描绘的系统6可包括或不包括相混合器-均化器18。虽然系统6利用掺合混合物的测量值来计算其确定值，其确定值通常与相混合器或相均化器的输出相关联，但是掺合混合物还可来自另一来源。另外，图1的系统6并不意图限制权利要求于仅包括或不包括相混合器-均化器18的系统。

以下是流过系统6的MFF的一个示例，系统6用于确定MFF中的相的密度和比例。分离的MFF(例如段塞流)流过第一密度传感器12，其测量第一密度分布，第一密度分布用于确定气体、油和水的密度分布。MFF然后流过用分离的MFF产生的掺合混合物的相混合器-均化器18，并流向第二密度传感器14，第二密度传感器14通过感测掺合混合物而测量MFF的平均密度。MFF然后流过第三密度传感器16，其检测气相与相的液体部分(油和水)分离时的流，从而测量液体部分的密度。

转到图2，其显示了示例环境中的声波导组件30的一个示例实施例。声波导组件30是第一密度传感器12、第二密度传感器14和/或第三密度传感器16的一个实施例，并且显示为在示例环境2中安装在管道或导管上。至少一个声波导组件30用于密度传感器中。然而，应该懂得，图1中所述的密度传感器并不局限于单个传感器。声波导组件30包括波导杆32，其具有近端34和远端36。在示例环境中，至少波导杆32的一部分浸在流动的MFF38中的位置37处。声波导组件30还包括波导传感器40，其连接到波导杆32的远端36上，用于感测从波导杆32的末端反射的声信号的多个渡越时间。波导传感器40可选地发射声信号，声信号被反射。声信号从近端34反射，而声信号的另一部分从波导杆32的另一部分反射。通过比较声信号的不同反射部分的渡越时间，可测量出经过波导杆32的流体的密度分布。或者，对不同的声信号可执行比较，从而获得密度分布。这种密度分布可被一个或多个处理器17用于计算经过波导杆32并通过波导杆32进行测量的流体的密度。

应该懂得，一个或多个处理器17可在不同的位置包括不同的处理器。例如，各个密度传感器可具有其自身的处理器，其是所述一个或多个处理器17中的一个。

显示图2的声波导组件30在示例环境中安装在引导MFF38的导管42上。导管42典型地包含高压下的MFF38。典型地利用系统6的油气井通常保持在高压下，造成地下的自然资源上升到地面。系统6可选地用于保持在高压下的管路中。导管42是用于携带和/或包含MFF的管道或其它容器。高压联接器43将导管42连接到波导杆32上，并在波导杆32的内部部分和波导杆32的外部部分之间形成了高压密封，其中内部部分定位在导管42中，外部部分定位在导管外面。波导传感器40附连到波导杆32上，并且典型地定位在导管42的高压环境的外部。导管42的示例环境可选地包括凸缘44。

转到图3，其显示了图2的声波导组件30的另一轮廓或透视图。图3的声波导组件30是与图2中所示的角度相差九十度的视图。

转到图4，其显示了波导杆50的一个示例实施例。图4的波导杆50是图2和图3中所示的波导杆32的另一示例，其增加了声信号来显示关于波导杆50所测量的声信号。同样，波导杆50的声信号用于确定MFF经过波导杆50时的相的密度分布和密度，其中波导杆浸在图2中所示的MFF38中。波导杆50具有位于远端处的第一横截面51和近端处的第二横截面52。波导杆50的一部分浸在流动的MFF中。具体地说，第二横截面52浸在MFF中，而第一横截面51不浸在MFF中。第一横截面51还可部分地浸在MFF中。波导传感器53发射声信号54，其沿着第一横截面51行进。

第一部分声信号55从第一横截面51的末端反射，以返回波导传感器53。在声信号54的发射和第一部分声信号55返回至波导传感器53之间的时间通过传感器进行测量，并且被称为第一渡越时间。第二部分声信号56从第二横截面52的末端反射并返回至波导传感器53。在声信号54的发射和第二部分声信号56的返回之间的时间被称为第二渡越时间。应该懂得第一部分声信号55和第二部分声信号56可为从波导传感器53发射出的同一声信号(例如声信号54)的一部分，或者可为从波导传感器53发射出的不同声信号的一部分。在一个示例中，声信号54是扭转声波，其在第一横截面51和第二横截面52的外部上行进。美国专利第6,912,918号公开了扭转声波导传感器的进一步的细节，该专利通过引用而结合在本文中，并转让给通用电器公司。

通过比较第一部分声信号55和第二部分声信号56的渡越时间，人们可确定在渡越时间期间包围波导杆50的流体或流体混合物的密度分布。例如，波导传感器53感测第一部分声信号55的第一渡越时间，其典型地用作基准信号以确定周围条件(例如温度和压力)下的传感器中的声速。这个基准信号用于说明由于影响渡越时间的温度而产生的相密度方面的变化。然后通过计算在第一渡越时间和第二渡越时间之间的差值确定比较后的渡越时间57。比较后的渡越时间57是MFF中的声波的渡越时间。比较后的渡越时间57与包围波导杆50的流体密度相对应。基准信号可用于调整比较后的渡越时间57，以确定波导杆50附近的流体密度。

另外，人们可迭代重复声信号54的发送、第一渡越时间的感测和第二渡越时间的感测，从而获得多个渡越时间，其用于确定多个密度分布。在以下图7的描述中将进一步论述多个密度分布。图1和图5的一个或多个处理器17可用于比较第一越渡时间和第二渡越时间，从而确定比较后的渡越时间57。或者，越渡时间可在波导传感器53所包含的处理器中进行比较，然后与一个或多个处理器17共享。然后使用比较后的渡越时间57(例如MFF中的渡越时间)和第一渡越时间(例如基准信号)来确定密度分布。

在另一示例实施例中，如图5中所示，用于确定MFF中的相的密度和比例的系统8还确定了MFF中的相的输出量。图5的系统8通过确定MFF中的相的密度和比例，从而确定了来自井10的油相、水相和气相的输出量，其类似于图1的系统6，但系统8还测量了相的速度或流率，并且以体积或质量计算输出量。

图5的系统8类似于图1的系统6。两个系统包括第一密度传感器12、第二密度传感器14和第三密度传感器16。可选地，在系统8中还可包含图5的相混合器-均化器18。该系统8还包括一个或多个处理器17，其确定了相密度，并基于不同的相密度确定相比例。然而，图5的系统8还包括至少一个流传感器20的附加特征，用于感测来自相混合器-均化器18的掺合混合物的速度。在这个实施例中，至少一个流传感器20放置在相混合器-均化器18的输出处，其中MFF的不同的相具有均匀的速度。至少一个流传感器20更类似于密度传感器而可操作地连接在一个或多个处理器17(未显示)。

图5的系统8还包括一个或多个处理器17，以便至少基于掺合混合物的相密度、相比例和速度而确定油相的输出量、水相的输出量和气相的输出量。输出量可为例如不同相在给定的时间周期的体积量和/或质量量。相的输出量可选地基于下者中的一个或多个进行确定：MFF的温度、MFF的压力、引导MFF的导管的表面积和/或横截面、至少一个流传感器20的表面积或横截面、以及在MFF或传感器中和周围所测量的其它环境因素。至少一个流传感器20可为一对声学流传感器22，其与图6相关联，并在下面进行描述。

用于执行一个或多个程序的一个或多个处理器17还确定了油相的输出量、水相的输出量和气相的输出量。这些输出量至少部分地基于下者中的一个或多个：油相的密度、水相的密度、气相的密度；相比例；掺合混合物的速度和/或流率；导管、油井、气井或相混合器-均化器18内部的MFF的压力；以及MFF的温度。系统8可选地包括接口，其为用户输出油相的输出量、水相的输出量和气相的输出量中的至少一个。

应该懂得，MFF通常上非常复杂的，其在以不同速度行进的流中具有不同的相。这里包含了涉及图5的流传感器20的MFF的简要论述，从而进一步有助于读者理解一个或多个处理器17所执行的计算过程以确定相的输出量。典型地在管路和/或油气井的应用中，层流或段塞流将具有高速气体和低速液体。在这种情形中的输出量的测量将需要通过分离相而测量各个单独相(例如油、水和气体)的速度。这是困难且昂贵的。然而，如果段塞流通过相混合器-均化器18进行均匀化或掺合，那么所有不同相(包括气相、油相和水相)的速度都是均匀的，并因此只需要测量MFF的一个速度。在这种情况下，在MFF进行掺合的点位所得到的掺合相的速度和平均密度的测量均用于计算MFF的总的输出量，包括所有不同的相。这样，可包括含水量和气体体积量的比例或相比例可用于从MFF的总输出量中确定单独的相的输出量。对比而言，在MFF进行掺合的点位利用至少一个流传感器20测量MFF的流率或速度通过消除单独测量各个相的速度的需求而降低了确定相的输出量的方程的复杂性。相混合器-均化器18还提供了可进行感测的掺合混合物，以用于确定具有所有三相的MFF的平均密度。

转到图6，其显示了第一声学流传感器60和第二声学流传感器62的示例实施例，其用于测量流体流的速度。第一声学流传感器60和第二声学流传感器62是与图5的至少一个流传感器20中的一个相对应的图5的一对声学流传感器22的示例实施例。第一声学流传感器60至少感测声波相对MFF68的流向反向行进的上游渡越时间64。第二声学流传感器62感测声波以MFF68的流向行进的下游渡越时间66。应该懂得，第一声学流传感器60和第二声学流传感器62可配置为一个单元，其通过在该单元的两端具有声音发射器和检测器，从而感测声波通过MFF68的流向而行进的上游渡越时间64和下游渡越时间66。

第一声学流传感器60和第二声学流传感器62在对面定位在彼此交错的位置。在图5中也描绘了流传感器的这种配置。交错的配置允许当发射器和传感器放置在两端时感测流向上游和下游的声信号。上游和下游声信号的比较用于确定流过传感器的MFF的速度。声信号的渡越时间可通过一个或多个处理器17进行比较，以确定用于MFF的流速或流率。

转到图7，其显示了分离的MFF的密度分布70。密度分布70的图表与通过分离的MFF的第一密度传感器12实时测量的密度分布相关联，分离的MFF也被称为段塞流或层流。水密度分布72显示为最重的密度分布，之后是油密度分布74，其在大多数条件下轻于水。人们应该懂得，在某些温度和压力条件下，油可重于水。图中还显示气体密度分布76轻于水密度分布72和油密度分布74。密度分布70的图表描绘了MFF的分离流，其在第一半的时间间隔期间在水相和油相之间交替，并且在第二半的时间间隔期间主要转变成气相。这在第一密度传感器12的位置对于来自井10的分离流或段塞流是典型的情形。

通过图1和图5的一个或多个处理器17对密度分布70执行瞬态分析，从而确定水密度分布72、油密度分布74和气体密度分布76，如图7中所示。这些确定值然后用于确定油相的密度、水相的密度和气相的密度。这种密度分布然后通过一个或多个处理器17用于确定气体、水和油的密度。

第三密度传感器16的第三密度分布测量了不包含气体的水和油的混合物的混合的液体部分的密度分布。这密度分布将定位在图7的水密度分布72和油密度分布74之间。对第三密度分布执行瞬态分析，从而确定水和油的混合物的混合的液体部分的密度，其中气相已经与混合的液体部分分离。水和油的混合物的密度与油的密度和水的密度一起用于确定含水量。含水量是MFF中的水与油的比率。一个或多个处理器17可用于确定不同的相和相的混合物的密度，从而确定相比例(例如含水量和气体体积量)。

在另一示例实施例中，图1和图5的系统6和8包括实时感测的第二密度传感器14。实时密度传感器感测多个第二密度分布。第二密度传感器14还可包括图2的声波导组件30。一个或多个处理器可对第二密度分布执行瞬态分析，从而确定MFF的平均密度。平均密度可通过将第二密度传感器14放置在图1的相混合器-均化器18的输出处而获得。

转到图8，其显示了一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的方法，MFF可包括来自井的油相、水相和气相。该方法包括利用第一密度传感器实时地在第一位置处感测MFF的多个第一密度分布82，其中在第一位置处，MFF的相至少分离达短时间间隔。该方法还包括利用第二密度传感器在第二位置处感测MFF的多个第二密度分布84，其中在第二位置处，MFF是至少油相、水相和气相的掺合混合物。该方法还包括利用第三密度传感器在第三位置实时地感测MFF的多个第三密度分布86。第三位置是MFF的气相与MFF的混合的液体部分分离的地方，MFF的混合的液体部分至少包括水相和油相。该方法还包括至少利用瞬态分析88来分析多个第一密度分布，并确定油相的密度、水相的密度和气相的密度。该方法还包括基于多个第一、第二和第三密度分布而确定相比例90，包括含水量和气体体积量。

在另一示例实施例中，用于确定相比例的图8的方法包括基于含水量和气体体积量而确定油相的比例、水相的比例和气相的比例。另外，确定相比例的方法包括确定含水量和气体体积量。

在又一示例实施例中，用于确定相比例的图8的方法还包括基于多个第二密度分布中的至少一个而确定MFF的平均密度。确定相比例的方法还包括基于多个第三密度分布的瞬态分析而确定MFF的混合的液体部分的密度。确定相比例的方法还包括基于混合的液体部分的密度、MFF的水相的密度和油相的密度而确定MFF的混合的液体部分的含水量。确定相比例的方法还包括至少基于平均密度和气相的密度而确定气体体积量。

在又一示例实施例中，用于确定多相流体流中的相的密度和比例的图8的方法可与附加的算法和数据采集的步骤和/或序列一起用于确定单独的相的总输出。附加步骤包括利用至少第一流传感器来感测掺合混合物的速度或流率。第一流传感器定位在相混合器-均化器的输出处。单独的相的输出量得以计算出来。单独的相的输出量包括下者中的一个或多个：油相的输出量、水相的输出量和气相的输出量。这些输出量至少部分地基于下者中的一个或多个：相比例(例如含水量和气体体积量)、MFF的平均密度、油相的密度、水相的密度、气相的密度、以及所感测的掺合的MFF的速度或流率。油相的密度、水相的密度和气相的密度基于多个第一密度分布的瞬态分析。

上面已经参照一个或多个处理器描述了本发明，其用于计算并确定不同相的密度、比例和输出量。所述一个或多个处理器包括图1和图5的一个或多个处理器17。所述一个或多个处理器可包括一个或多个程序，其包括多个程序、子程序或程序段，下文都称为程序。这些程序在一个或多个处理器上执行。

在一个示例实施例中，所述一个或多个程序包括第一程序，其利用瞬态分析来分析多个第一密度分布，从而确定油相的密度、水相的密度和气相的密度。所述多个第一密度分布是分离的MFF的分布。所述一个或多个程序还包括第二程序，其基于所述多个第二密度分布中的至少一个而确定MFF的平均密度。第二程序利用瞬态分析来分析多个第二密度信号，从而确定平均密度。所述一个或多个程序还包括第三程序，其利用瞬态分析来分析多个第三密度分布，从而确定混合的液体部分的密度，其包括水相和油相作为没有气相的混合的液体。所述一个或多个程序还包括第四程序，其基于混合的液体部分的密度、油相的密度和水相的密度而确定含水量。所述一个或多个程序还包括第五程序，其基于气相的密度和平均密度而确定气体体积量。应该懂得，作为含水量和气体体积量的补充或替代，第四程序和第五程序可选地用于确定气相的比例、水相的比例和油相的比例。

应该意识到，在一个或多个处理器上执行的一个或多个程序并不局限于执行单个程序的单个处理器。例如，第一程序、第二程序和第三程序可均是独立的程序，或者可一起是具有三个独立子程序的单个程序的一部分。这些程序可全部在所述一个或多个处理器中的单个处理器或多个处理器上执行。例如，第一程序、第二程序和第三程序可在单个处理器上执行，并且/或者在多个处理器上执行。另外，不同的程序在第一时间周期内可在单个处理器上执行，并且在另一时间周期内可在多个处理器上执行。例如，图1和图5的一个或多个处理器17可直接或通过其它装置连接在第一密度传感器12、第二密度传感器14和第三密度传感器16上，从而接收第一、第二和第三密度分布。然后将密度分布提供给所述一个或多个程序，其对密度分布执行瞬态分析，从而确定MFF中的不同相的不同的密度和比例。

上面已经参照上述示例实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解本说明书时将会想到变体和改型。包含本发明的一个或多个方面的示例实施例意图包括所有这种变体和改型，只要其在附属权利要求的范围内即可。

Claims (20)

1.一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的系统，所述MFF包括来自井的油相、水相和气相，所述系统包括：

第一密度传感器，其实时地在第一位置处感测所述MFF的多个第一密度分布，其中在所述第一位置处，所述MFF的相至少分离达短时间间隔；

第二密度传感器，其在第二位置处感测所述MFF的多个第二密度分布，其中在所述第二位置处，所述MFF是至少所述油相、所述水相和所述气相的掺合混合物；

第三密度传感器，其实时地在第三位置处感测所述MFF的多个第三密度分布，其中在所述第三位置处，所述气相与所述MFF的混合的液体部分分离，所述混合的液体部分至少包括水相和油相；和

一个或多个处理器，其用于执行一个或多个程序，以便基于所述多个第一、第二和第三密度分布来确定所述油相的密度、所述水相的密度、所述气相的密度和包括含水量和气体体积量的相比例。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MFF来自高压井，其包括下者中的一个或多个：气井、油井和石油井。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

其中所述第一密度传感器的第一位置位于相混合器-均化器的上游，

其中所述第二密度传感器的第二位置位于使所述MFF均匀化成所述掺合混合物的所述相混合器-均化器的输出处，且

其中所述第三密度传感器的第三位置位于所述相混合器-均化器的下游，并且在该处，至少在所述混合的液体部分的水相和油相之间保持混合。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

其中至少实时感测的所述第一密度传感器和所述第三密度传感器均包括至少一个声波导组件，

声波导组件还包括：

波导杆，其具有近端和远端，其中所述波导杆的至少一部分浸在所述MFF中；和

波导传感器，其连接到所述波导杆的远端上，用于感测至少从所述波导杆的近端反射的声信号的多个渡越时间，

其中所述声信号的多个渡越时间中的一个用于确定所述MFF的第一流体区域的密度分布，且

其中当所述声信号的多个渡越时间中的所述一个被所述波导传感器感测到时，所述波导杆浸在所述第一流体区域中。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

其中所述波导杆具有位于所述远端处的第一横截面和位于所述近端处的第二横截面，

其中所述波导杆的一部分浸在所述MFF中，

其中所述波导传感器感测撞击具有所述第一横截面的波导杆的末端并反射回所述波导传感器的声信号的第一部分的第一渡越时间，并感测撞击具有第二横截面的波导杆的末端并反射回所述波导传感器的声信号的第二部分的第二渡越时间，且

其中所述一个或多个处理器还比较所述第一渡越时间和所述第二渡越时间，从而确定密度分布。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述声波导组件配置为安装在引导高压MFF的导管上。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

其中所述第二密度传感器实时地感测所述多个第二密度分布，

其中所述第二密度传感器包括至少一个声波导组件，且

其中在所述一个或多个处理器上执行的另一程序要利用瞬态分析来分析所述多个第二密度分布，从而确定所述MFF的平均密度。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

至少一个流传感器，其感测所述掺合混合物的速度，

其中用于执行一个或多个程序的所述一个或多个处理器还要至少基于所述油相的密度，所述水相的密度、所述气相的密度、所述相比例和所述掺合混合物的速度，来确定所述油相的输出量、所述水相的输出量和所述气相的输出量；和

接口，其为用户输出下者中的至少一个：所述油相的输出量、所述水相的输出量和所述气相的输出量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个流传感器还包括：

声学流传感器，其至少感测声波相对所述MFF的流向反向行进的上游渡越时间和声波随着所述MFF的流向行进的下游渡越时间。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述一个或多个处理器上执行的一个或多个程序包括：

第一程序，其利用瞬态分析来分析所述多个第一密度分布，从而确定所述油相的密度、所述水相的密度和所述气相的密度；

第二程序，其基于所述多个第二密度分布中的至少一个而确定所述MFF的平均密度；

第三程序，其利用瞬态分析来分析所述多个第三密度分布，从而确定所述混合的液体部分的密度；

第四程序，其基于所述混合的液体部分的密度、所述油相的密度和所述水相的密度而确定含水量；和

第五程序，其基于所述气相的密度和所述平均密度而确定气体体积量。

11.一种用于确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例的方法，所述MFF包括来自井的油相、水相和气相，所述方法包括：

利用第一密度传感器实时地在第一位置处感测所述MFF的多个第一密度分布，其中在所述第一位置处，所述MFF的相至少分离达短时间间隔；

利用第二密度传感器在第二位置处感测所述MFF的多个第二密度分布，其中在所述第二位置处，所述MFF是至少所述油相、所述水相和所述气相的掺合混合物；

利用第三密度传感器实时地在第三位置处感测所述MFF的多个第三密度分布，其中所述第三位置是所述MFF的气相与所述MFF的混合的液体部分分离的位置，所述混合的液体部分至少包括水相和油相；

利用瞬态分析来分析至少所述多个第一密度分布，并确定所述油相的密度、所述水相的密度和所述气相的密度，且

基于所述多个第一、第二和第三密度分布而确定包括含水量和气体体积量的相比例。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述确定包括含水量和气体体积量的相比例还包括：

基于所述多个第二密度分布中的至少一个而确定所述MFF的平均密度；

基于所述多个第三密度分布的瞬态分析而确定所述MFF的混合的液体部分的密度；

基于所述混合的液体部分的密度、所述MFF的水相的密度和所述油相的密度而确定所述MFF的混合的液体部分的含水量；

基于所述平均密度和所述气相的密度而确定气体体积量。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一密度传感器定位在相混合器-均化器的上游的第一位置处，在该处，相是分离的；

将所述第二密度传感器定位在位于所述相混合器-均化器的输出处的第二位置处，所述相混合器-均化器使所述MFF均匀化成掺合混合物，且

将所述第三密度传感器定位在位于所述相混合器-均化器的下游的第三位置处，其中所述第三位置是至少在所述混合的液体部分的水相和油相之间保持混合的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述实时感测所述多个第一密度分布和第三密度分布还包括：

沿着波导杆发送声信号，所述波导杆在远端处具有第一横截面，并且在近端处具有第二横截面；

感测撞击所述第一横截面的末端并反射回波导传感器的所述声信号的第一部分的第一渡越时间；

感测撞击所述第二横截面的末端并反射回所述波导传感器的所述声信号的第二部分的第二渡越时间；

比较所述第一渡越时间和所述第二渡越时间，从而确定所述多个第一密度分布和所述多个第三密度分布中的一个或多个；且

迭代重复所述发送声信号和所述感测所述第一渡越时间和第二渡越时间，从而获得所述多个第一密度分布和所述多个第三密度分布中的一个或多个，

其中所述波导杆的一部分浸在所述MFF中。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：

利用换能器沿着所述波导杆发送声信号，

其中所述波导杆的内部部分配置为承受包含所述MFF的导管中的高压环境，且

其中高压联接器将所述导管和所述波导杆连接起来，并在定位于所述导管内的所述波导杆的内部部分和定位于所述导管外的所述波导杆的外部部分之间形成高压密封，其中所述换能器附连到所述波导杆上。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

利用至少第一流传感器感测所述掺合混合物的速度，其中所述第一流传感器定位在所述相混合器-均化器的输出处。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述相混合器-均化器使所述MFF的相混合，以使所述油相、所述水相和所述气相的流率具有均匀的流率。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述感测所述速度还包括：

感测声波相对所述MFF的流向反向行进的上游渡越时间，

感测声波随着所述MFF的流向行进的下游渡越时间，且

至少部分地基于所述上游渡越时间和所述下游渡越时间而计算所述MFF的速度，

其中所述第一流传感器是声学流传感器。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：

至少部分地基于所述含水量、所述气体体积量、所述MFF的平均密度、所述油相的密度、所述水相的密度和所述气相的密度，而计算单独的相的输出量，其包括所述油相的输出量、所述水相的输出量和所述气相的输出量，

其中所述油相的密度、所述水相的密度和所述气相的密度基于所述多个第一密度分布的瞬态分析。

20.一种用于通过确定多相流体流(MFF)中的相的密度和比例，从而确定所述MFF中的相的输出量的系统，所述MFF包括来自井的油相、水相和气相，所述系统包括：

第一密度传感器，其实时地在第一位置处感测所述MFF的多个第一密度分布，其中在所述第一位置处，所述MFF的相至少分离达短时间间隔；

第二密度传感器，其在第二位置处感测所述MFF的多个第二密度分布，其中在所述第二位置处，所述MFF是至少所述油相、所述水相和所述气相的掺合混合物，其中所述第二密度传感器的第二位置位于相混合器-均化器的输出处，所述相混合器-均化器使所述MFF均匀化成所述掺合混合物；

第三密度传感器，其实时地在第三位置处感测所述MFF的多个第三密度分布，其中在所述第三位置处，所述气相与所述MFF的混合的液体部分分离，所述混合的液体部分至少包括水相和油相；

至少一个流传感器，其感测所述掺合混合物的速度；和

一个或多个处理器，其用于执行一个或多个程序，以便基于所述多个第一、第二和第三密度分布来确定所述油相的密度、所述水相的密度、所述气相的密度和相比例；

用于执行一个或多个程序的所述一个或多个处理器还要至少基于所述掺合混合物的速度、所述油相的密度，所述水相的密度、所述气相的密度和所述相比例，而确定下者中的一个或多个且将其输出给用户：所述油相的输出量、所述水相的输出量和所述气相的输出量。