CN105659075B - 多相计量中的结垢监测和抑制剂量化技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测沉积物或化学抑制剂的系统，沉积物或化学抑制剂靠近电极或检测针的面向液体流的表面或者在电极或检测针的面向液体流的表面上，液体流中可存在油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的任何组合，并且其中，电极或检测针被耦接到测量装置，测量装置用于监测所述流的电特性，电特性包括复数阻抗或复介电常数；所述系统包括检测装置，如果在烃连续流的情况下所述复数阻抗的实部或者在水连续流的情况下所述复数阻抗的虚部偏离与所述流的所述电特性有关的预定限度、模型或趋势，则检测装置连续地或周期性地发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于对在处理流中形成在管壁上的沉积物进行早期检测的系统和方法。
背景技术
在对例如水、油和/或气体流的多相流执行测量中，已知的问题是沉积物可以形成在已经与流接触的测量装置上并且因此影响测量的品质(quality)。该沉积物可以以不同的方式除去或者通过流体被冲掉。清洁的必要性以及清洁的时间间隔可以根据环境和流中的成分而改变。本发明将在沉积物影响流测量传感器前检测沉积物的发生(onset)并且提供一种用于对沉积物进行早期处理的装置。在下文中，对于沉积物，我们还考虑被注入到流体中的化学品用以除去可能粘住管、传感器壁以及电极的沉积物。这种化学注入剂，也称作抑制剂，目的在于防止或者除去沉积物并且清洁管和/或传感器。
多相流体的成分可以使用测量流体的阻抗的电极来估计，即通过求得流体的介电常数和电导率来估计。例如正如在WO2007/018434、WO2008/085065、WO2005/057142以及US6182504中所讨论的，已知若干这样的解决方案。在所有这些出版物中，该测量通过与液体流接触的电极来执行，并且测量的品质可通过结垢或者积累在电极上的沉积物来降低。WO01/65212A1讨论了与材料的沉积和其他作用于测量性能的环境影响有关的问题，并且提出使用标定液体来补偿误差，但是没有提供检测沉积物的发生的方法，特别是因为该出版物没有包括用以区分沉积物与其他误差源的技术。GB2246866A记载了阻抗测量的使用，然而，其并未深入讨论而仅提及：取决于流体表现为水连续还是油连续，阻抗测量由实部或者虚部支配，同时另一个是可忽略的。因此，所述的全部现有技术没有提供与沉积物检测的应用有关的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种对计量器本体上的沉积物进行实时检测的装置，以便在影响到测量的品质之前的早期可进行清除并且，如果需要的话，可对测量结果进行校准或调整。这由在独立权利要求中说明的方法和系统来实现。此外，本发明使得能够开发能够在管道中进行沉积物早期检测的独立传感器。
本发明基于以下认识：在流体中所测量的某些电特性不对应于流体的本质特性。例如，油连续流不具有显著的电导率，而水连续流根据流的盐分而显示可变电导率但是没有显著的电容。因为这些参数可以通过监测由传感器所测量的管中成分的复数阻抗来进行计算，可以通过分析传感器输出值相对于期望值或者其模型的趋势来检测沉积物的形成。
相当普通的方法将是利用电极测量流的复数阻抗。在电阻抗测量背景下，复数阻抗具有实部(电导)和虚部(电抗)，电抗在流测量传感器的情况下主要是电容。作为一般特性，在传感器电极之间流通的流的组分通常随着时间而变化，因此通过传感器所测量的实部和虚部与流的组分成比例地改变。为了感测沉积物或者例如抑制剂的其它化学品的存在，在本发明中提出了对传感器输出值中不规则行为的分析。
在流测量背景下，所测量的复数阻抗的实部和虚部分别涉及该处理的电导率和介电常数/介电系数。测量在低频率处执行，通常在10MHz下，其中，处理的复数阻抗被直接测量，或者，在高频率处，通常比10MHz更高，其中复介电常数被测量。在高频测量中，通常使用微波探针来执行，复介电常数用于描述该处理的电特性。工作为发送器和接收器的微波探针被用来测量例如相位和振幅的参数，其然后与该处理的复介电常数的实部和虚部有关。
相对复介电常数是无量纲量，其比较了材料(ε*)的复介电常数与自由空间的介电常数ε0(ε0＝8.854*10-12F/m)。它描述材料与电场的相互作用并且包括实部ε′r(其表示能量存储能力)和虚部ε″r(其表示损耗)。相对介电常数的实部(ε′r)是来自外部电场的多少能量将由材料储存的度量。它常常被称为“介电常数(dielectric constant)”并且与流电容有关。对于大多数固体和液体ε′r>1并且对于大多数气体相对介电常数的虚部(ε″r)被称作“损耗因子”并且与流电导率有关。
附图说明
以下将参考附图详细地描述本发明，附图以示例方式示出了本发明。
图1示出了作为水分数的函数的多相流体的混合物电导率。
图2示出了传感器所测量的流体混合物的简化等效电路。
图3示出了根据本发明的第一实施例的电极丛(electrode constellation)。
图4示出了对在沉积在油连续流体系中的导电层的情况下由传感器所测量的简化等效电路的变型。
图5a、5b示出了使用时间段测量(time period measurements)以完成复数阻抗测量的根据本发明的信号处理系统的实施例。
图6示出了作为水连续流中的油分数的函数的介电常数。
图7示出了作为水连续流中的油分数的函数的电导率。
图8示出了电极配置，该电极配置包括位于电极的部分上的电容层。
图9示出了描述电容层对阻抗传感器的电极/检测针的影响的一般电气网络。
图10a,10b示出了包括在左边的两个电容层和在左边没有电容层的电极配置。
图11示出了根据本发明的测量顺序的实施例。
具体实施方式
Maxwell(1904)、Bruggeman(1935)、Wagner(1973)、Sillars(1937)(参见以下完整的参考)和许多其他人已经形成用于估计两种不同相的均质混合物的有效复介电常数的公式。有效复介电常数是在代替两种或更多种材料的混合物时显示相同电磁行为的虚拟材料的介电常数。
为了简便，在这里将讨论成分中的一种成分(盐水)具有与另一成分(油和/或气体)相比的高电导率的情况，并且其目的在于估计油连续流状态和水连续流状态中的正常流有效复介电常数。正常复介电常数在本文件中被限定为在没有沉积物的情况下阻抗传感器或者微波传感器所测量的三相流的有效复介电常数的实部和虚部的期望值。
油连续流(油中的水W/O)的情况
根据Hanai在1963年的著作(见下面的完成参考文献)，W/O中的混合物有效电导率σm与油电导率σo的关系由下式给出：
其中，β是水分数比(water fraction ratio)。图1示出了与油电导率相比的混合物电导率的kσ，m的增加。
传感器所测量的混合物的等效电路在图2中示出，其中，Cm和Rm分别是有效介质电容和电阻。
尽管Hanai公式仅仅是估计有效混合物电导率的方法中的一种，但是它能够以可接受的精度计算期望值的范围并且与所有已出版作品(Bruggeman等)十分吻合。在油连续流体系的情况下，考虑到在水分数比50-70％更高时流体状态变成水连续，通过本发明的发明人所进行的分析已经可以认识到，预期最大流有效电导率或者正常流电导率不会高于纯油电导率的40倍。本发明人已经设计一种方法，基于传感器响应的瞬态分析来测量流阻抗而不是电导率。等效地，限定所述最大流有效电导率极限的陈述能够被修改为：在油连续流体系中，流体阻抗的实部不会低于流过没有沉积物或化学抑制剂的完全相同计量器的纯油介质的阻抗的实部的1/40。
在油连续流体系中，在由于自由电子或者由于传感器的壁处的离子导电层而产生导电特性的沉积物时，所测量的有效电导率可比预期电导率高得多。正如通过发明人执行的分析所支持的，如果所测量的有效电导率增加到纯油电导率的60倍或更多，则传感器能够可靠地提供导电特性的层已经形成在计量器壁上的信号。正如以前讨论的，所述分析指示分散在油中的水能够引起混合物的电导率最大增加到大约40倍。
图3示出了传感器壳4，该传感器壳4由嵌入在绝缘材料6中的两个电极1组成，其中，已经形成有导电沉积物2(由点区域示出)，导电电流3(由箭头示出)流过增加油连续流5的有效电导率的沉积物层。图中的等值线示出了电势(V)以及箭头示出了电流密度。所述导电电流是一种漏损量，该漏损量是计量器的适当运行所不需要的参数。
即使使用单个电极，例如在同轴微波探针的情况下，也可以监测到由于沉积物的影响而产生的导电电流或者泄漏电流，在使用单个电极的情况下，泄漏电流将从探针的中央检测针通过导电沉积物层流到计量器本体。对于包括多于2个电极的传感器，也是如此，只要在激励电极或激励检测针与另一电极或检测针或者计量器本体之间形成了由于沉积物层而产生的导电泄损路径，从而使得不需要的导电电流能够流动。
上面所讨论的图3示出了与包括两个阻抗测量电极1的阻抗传感器的流垂直的截面，两个阻抗测量电极1与穿过计量器本体的内表面所包围的导管的流相接触。该流处于油连续态并且因此没有显著的导电电流流过该流。采用箭头所示出的泄漏电流通过沉积在计量器本体的内表面上的导电层在电极之间流动。在图中也示出了电位移场(electricdisplacement field)等值线。
Tore Tjomsland等人的论文(见下面的完整参考文献)讨论了与各种原油的介电常数的虚部和频率的关系有关的问题。
此处，需要重点注意的是，沉积物层的早期检测可在不测量混合物电容的情况下使用在本发明中所描述的想法来实现。正如在本发明中提出的，预先获知流的类型(该情况下为油连续流)以及获知为纯油电导率的60倍的导电率足以推断出存在导电沉积物层。
另外，考虑到典型的油电导率在纳西门子/米(nanoS/m)到皮西门子/米(picoS/m)的范围之内而水连续流中的电导率处于西门子/米(S/m)区域，在混合电导率落在微西门子/米(microS/m)到nanoS/m区域中(远低于水连续流时通过流量计所读出的测量值的区域，例如S/m至毫西门子/米(milliS/m)电导率范围)时，本发明将获知沉积物层/化学品注入的存在。
一个示例是处于油连续流状态的情况，其中，静态电导率被用来通过测量传导检测针与金属本体之间的电导来监测沉积物的存在，传导检测针的半径为2mm高度为5mm并且在该传导检测针与金属本体之间具有1cm的绝缘材料。由具有1S/m的电导率的材料制成的导电层在层厚度落在纳米的范围中时将使混合电导率增加到油电导率的60倍，该层厚度可能是有经验技术人员所看不得见的。另外，大多数情况下，这种沉积物负担不影响流测量装置的性能。在这种意义上，未利用本发明的流测量装置不能用于监测沉积物层的发生。由于沉积物抑制剂化学品的注入对测量的影响通常与沉积物层的情况下所产生的影响相似，现有技术与本发明不同将不能检测痕量或低浓度的抑制剂注入。
在图4中所示出的电气网络给出了简化等效电路，该简化等效电路针对连接在出口电极/检测针7与另一电极/检测针或者计量器本体8之间的、处于油连续流体系中的导电沉积物层的情况。分量Cm和Rm表示流测量所关注的参数并且与在图2中引入的参数相同。
在图4的这个网络中，Cm和Rm用于描述流的复数阻抗而Rd是沉积物层的电阻，沉积物层的电阻与沉积物层的电导率成反比。如果Rd比最小Rm少得多，则可呈现为W/O混合物进而并且因此，传感器所测量的混合物电导率将受层的电导率支配并且传感器能够提供用于导电沉积物层的存在的信号。
也值得评论的是，因为网络的所测量的电容Cm的重要性没有变化，并且它仍然是关注的测量参数，该传感器因此应该被仔细地设计以便a)能够测量流的复数阻抗，b)覆盖由Rd测量所指定的复数阻抗的实部的扩展动态范围，c)能够在存在导电泄漏电流时以足够的精度测量流电容Cm，并且因此，d)使得能够在沉积物体积分数与传感器的体积相比足够小时在没有性能劣化的情况下进行准确的流分数(flow fraction)计算。
在以流电容和层电导两者为目标的测量中，本发明所描述的技术的实施例可以通过对传感器被低通滤波的矩形脉冲502激励时的系统响应进行瞬态分析来实现。如图5a和5b所示，在这种实施方式中，矩形脉冲501由脉冲发生器51生成而低通滤波器52限定用于待实施的测量的所关注频率。信号502通过电极53激励流54并且第二电极55用于监测流过电荷放大器56的电流，电荷放大器56例如被实现为具有有限DC反馈的低阻抗输入密勒积分器。图5a给出信号处理系统的示例，完整的信号处理系统将包括电荷放大器56的、连接到合适的信号转换装置(例如ADC)的输出端，后面是储存和分析测量结果和其趋势的数字信号处理器。所述信号处理器也可以包括例如数字存储器的存储装置，该存储装置用于存储例如为提高测量精度而用于比较和分析的数学模型，该模型根据环境因素进行调整。
通过对激励子电路和接收子电路进行仔细的部件选择和电气分析择，如图5b所示，能够分别限定采样时间tCm和tRd，采样时间tCm和tRd使得能够对流电容和层电阻进行同时精确测量。时间tCm在这里被定义为从脉冲的激发t0直至相等电压点的时间，即输出电压保持未受并联电阻的改变干扰的时间。在这里，无论在时间tRd处所测量的层电阻的大小，流的电容(该情况下为0.2pF)在时间tCm处被正确地测量。时间tRd是输出电压已经达到稳定值的时刻，并且当然比激励脉冲的半周期更短。作为仪器电子设备开发流程或相似流程的一部分，这两个时间步长的选择可以由人进行。脉冲宽度应该足以确保通过低通滤波器所选择的频率能够激励电极。输出电压至流电容(在采样时间tCm处的输出电压)和层电阻(在采样时间tRd处的输出电压)的映射通常在电子设备的生产期间通过校准来实现。
在相同图5b中示出了该测量非常快并且流电容和层电阻两者的单次测量能够在激励脉冲的半周期内完成。在特定示例中，激励脉冲的频率是22kHz并且低通滤波器3dB频率在100kHz处，使得能够以优于25微秒的时间分辨率对有效流复数阻抗进行连续监测。
当实现该技术时，必须按照计量器和电极/检测针的尺寸、目标值以及要处理的电容和阻抗的动态范围来设计对脉冲和3dB低通滤波器频率以及激励和接收子电路部件的选择。
水连续流(水中的油O/W)的情况
根据(Hanai,1963)，W/O中的混合物有效介电常数的实部(εm)与油介电常数(εo)和水介电常数(εw)的关系由下式给出:
其中，Φ是油分数比(oil fraction ratio)并且Φ＝1-β，β为水分数比。
假设水的介电常数的实部为81以及油的介电常数的实部为22，这些是在文献中找到并且在本申请仅仅用于理解该技术的值，则O/W混合物的介电常数的相对实部按照如图6所示的因子改变。
因此，有效介质介电常数的实部随着油量增加而降低并且流保持在水连续相。
O/W中的混合物有效介电常数的虚部与水分数比的关系由下式给出：
如图7所示，其中Φ是油分数比。因此，与混合物电导率有关的有效介质介电常数的虚部随着油量增加而降低并且流保持在水连续相。
再次参考如图2所示的传感器所测量的混合物的等效电路，现在随着油分数增加并且混合物保持在水连续态，有效介质的电容Cm减小并且有效介质的电阻Rm增加，其中L为电阻器Rm的长度，A为电阻器Rm的横截面积以及σm为电阻器Rm的电导率。
在水连续流中，存在于水中的盐使得水导电并且因此当传感器激励流时，流过Cm的电流将被Rm旁路。能够看出，对于100％水分数，如果测量在频率fc处做出，则流过Cm的电流等于流过Rm的电流，fc由下式给出：
其中，ε0是自由空间的介电常数(ε0＝8.854·10-12F/m)。
对于σw＝1S/m以及εw＝81，在220MHz的范围内计算使得电流振幅相等的频率。
考虑到在水连续流中的测量是在比fc明显更低频率处做出的，复介电常数由虚部支配，借此流电容(有效介质介电常数的实部)的变化对于流测量而言是可忽略的。由于传感器的电子器件中的寄生效应以及电极与流之间的表面上的双层极化效应，对流电容在水连续流状态中的微小变化进行监测是复杂的。做出阻抗测量的最佳频率位于10kHz至20MHz的区域，在该区域中，双层极化效应被避免。
图8示出了包括介于电极与流15之间的电容层12的电极配置11。在该层的侧面(一侧附接到激励电极并且另一侧附接到流体)之间具有电压差。激励电极的所有部分处于等电位值，因为它是良导体。图中的等值线示出了电势(V)以及箭头示出了电流密度(A/m2)。
在基于图8中的配置的以下示例中，我们看到包括两个电极/检测针11的阻抗传感器的垂直截面通过不导电的绝缘材料16与计量器本体14隔离。流15被认为是导电的并且两个电极11由面积为A并且厚度为d的电容层12部分地覆盖。左侧电极被认为是激励电极而右侧电极是接收电极。在左侧电容层上能够看到在接触电极(电极电压是1V)的层表面和与流(流电压是大约0.9V)接触的表面之间具有电压差。为了简便假设两侧的电压是恒定的并且忽略靠近电容层的顶侧和底侧的电磁效应，平板电容器是与该层的电磁现象等效的电气网络。平板电容器的电容能够被定义为：
其中，εl是该层的材料的相对复介电常数的实部并且εo是自由空间的介电常数。考虑表面积A等于1cm2、厚度d为0.5mm以及εl＝2.5，则该层的电容在15nF的范围之内，该范围比在水连续流因而是导电流中利用阻抗传感器所测量的任何可能的电容高得多。通过测量包括电容层的流的能量存储能力来实现对层的检测。如果不存在电容层，则导电流不能储存大量的电荷，而所示出的示例的电容层将储存Q＝C·ΔV＝15nF·0.1V＝1.5n库伦的电荷，其中，ΔV是电容层两侧之间的电压差。当激励电极或检测针上具有电容层时由O/W流所存储的该过量电荷能够使用沿用已久的技术由传感器进行监测。
该测量的实施方式为对电压脉冲被施加到激励电极上时流过传感器的电流进行瞬态分析，这类似于针对W/O层监测实施所描述的实施方式。
与在油连续流的情况下一样，电容最小阈值或者电荷最小阈值能够基于测量技术和电容测量的频率进行限定。超过这个阈值的所测量的电容或者电荷表明电极或者检测针的表面上存在电容层。再次，该处理中对有效电导率的精确测量与电容层的检测无关。该系统可以测量流的有效电导率以(使用与本发明无关的算法)确定什么时候过程状态处于水连续模式，或者该系统可被设计为得到过程状态作为输入。
图9中示出了对阻抗传感器的电极/检测针中的电容层的影响进行描述的普通电气网络，其中，电阻器R1至Rn用于描述流体的导电特性并且电容器C1至Cm表示附接到激励探针的电容层的分布电容。该网络连接在激励电极/检测针17与接收电极/检测针18或者计量器本体之间。
值得提及的是，只要电容层没有覆盖电极的主要区域以致与该处理的导电接触被影响，传感器就仍然能够测量流的阻抗。由于电极本质上是导电的，它们的整个表面处于相同电势，因此只要在电极和流之间具有接触，(激励电极17和R1)如上所述的网络的稳态电流不受电容C1至Cm的影响并且能够实现流体电导率的正确测量。该理论在实践中仍然有效，因为电容层将仅仅引入靠近激励电极的近场影响因而在接收电极/检测针处对电场的影响可忽略。接下来两个图，图10a和10b示出了这个现象。在图10a中包括两个电容层的电极丛中和在图10b中不包括层的电极丛中，示出了来自清洁传感器的电势分布和电流密度以及来自在激励探针和接收探针上具有两个电容层的传感器的电势分布和电流密度。很明显的是，在离激励电极近的距离处，两种情况下的场分布是相同的。
为了概括测量方法，在图11中示出了根据本发明的测量序列的示例。根据这个实施例，首先测量复数阻抗101。如果示出了流是油连续流或者烃连续流，则确定复数阻抗的实部是否超过正常期望值102。测量结果能够随着时间而被评估和监测，例如作为趋势，以观察沉积物的进展。测量结果能够进一步与储存在储存介质中的传感器系统的数学模型相比，并且所述模型随着时间由信号处理系统或者操作者修改以考虑例如压力、温度以及老化之类的外界影响，以提高系统在使用期限内的测量精度。对测量结果的趋势的评估能够进一步用于判断是否使用例如标定液体之类的技术对系统进行校准。如果测量值在极限范围内或者按照可接受的趋势，则继续正常流测量计算112，但是如果它们位于正常范围以外，则检查化学抑制剂存在的可能性103。由于化学抑制剂通常是有意注入的，通常能够预期它的存在，因此针对是否存在化学品注入的问题，通常能够由操作者或者控制化学品注入过程的其它仪器来提供答案。
如果化学抑制剂已经被施加，则基于复数阻抗的实部来定性地监测流中的化学注入剂或者抑制剂浓度104，但是如果未施加化学抑制剂，则指示在电极上存在导电层的信号被发送105例如至监测人员或者监测设备。
在两种情况下，如果需要，复数阻抗的虚部可以被修正以提高流测量精度106，并且流测量可以继续112。这种修正可以包括针对可能由管中的沉积物的存在而降低的测量截面或者体积的修正或者甚至包括对电测量的修正以将沉积物的电特性考虑在内。
替换地，如果第一步骤101指示该流是水连续的，则复数阻抗的虚部被估算107。与针对实部所说明的测量技术102类似，如果在正常范围或者趋势内，继续流测量计算112，否则，考虑化学抑制剂的注入108。
如果化学抑制剂已经被施加，则基于复数阻抗的虚部来定性地监测化学注入剂109，但是如果未施加化学抑制剂，则指示在电极上存在电容层的信号被发送110例如至监测人员或者监测设备。
在两个情况中，如果需要，复数阻抗的虚部可以被修正以提高流体测量精度111，并且流测量可以继续112。这种修正可以包括针对可能由管中的沉积物的存在而降低的测量截面或者体积的修正或者甚至包括对电测量的修正以将沉积物的电特性考虑在内。
在图11中给出的序列以预定时间间隔被完全或者部分地重复以提供对沉积物的连续监测。
因此，总而言之，本发明涉及一种用于对沉积物或化学抑制剂进行实时检测的系统，所述沉积物或化学抑制剂在电极的面向液体流的表面上或者靠近电极的面向液体流的表面，并且其中，所述液体流可包括油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的任何组合。该系统包括耦接到用于监测流的电特性的测量装置的电极，电特性包括复数阻抗。该系统使得能够在沉积物影响测量前对所述沉积物进行早期检测。
该系统包括检测装置，如果所监测的电特性偏差超过来自预记录值的预定限度，则所述检测装置发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号，该预记录值代表在没有沉积物的情况下的情形。如果该流是烃连续流，则该偏差具体地在复数阻抗的实部中进行限定。如果该流是水连续流，则电特性的虚部偏离预定限度。
该系统包括发送信号的检测装置，该信号指示在烃连续流的情况下复数阻抗的实部或者在水连续流的情况下复数阻抗的虚部是否偏离与所述流的电特性有关的预定限度。
沉积物的鉴别然后可以被记录，并且可以在以下情况下发送指示这种检测的信号：如果复数阻抗的实部或者电阻低于预定值(这是烃连续流的情况)，或者复数阻抗的虚部或者电容高于预定值(这是当流是水连续流的情况)。
因此，根据本发明的系统和方法可以包括装置，该装置要么基于所测量的特性要么基于其他以用于确定该流是水连续的还是烃连续的。要么为油连续要么为水连续的流状态可以是系统的输入或者由为人们所知的方法进行确定，例如在US 4,774,680或者US 6,182,504中所描述的方法。
指示检测到沉积物或者注入剂的预定限度可以是固定值，但是还可以是预定函数，例如相对值。可以随着时间存储、估算以及监测测量结果，例如作为趋势，以观察沉积物的累积。测量结果可进一步与传感器系统的数学模型相比较，并且所述模型随着时间而调整以考虑例如压力、温度以及老化的外界影响，以提高随着系统的使用寿命的测量精度。对测量结果的趋势的估计能够进一步用于使用例如标定液体的技术来判断该系统的校准。比较装置可以包括高级多元或者神经网络方法，该方法比较与流有关的许多不同的已知或者所测量的参数，或者通过一组预定的相关参数来限定结垢检测。
在这种情况下，如果成分和/或分数和/或压力和/或水的盐分和/或温度和/或速率和/或密度的测量改变了烃连续流体系中的所述多相流的有效复介电常数的实部或者改变了水连续流体系中的所述多相流的有效复介电常数的虚部，则所述预定限度或模型使用提供该测量的装置来动态地进行调整。
另一方面，在所述流处于烃连续态时可基于所测量的复数阻抗的实部，或者在所述流处于水连续态时可基于所测量的复数阻抗的虚部，来提供对所述传感器附近的沉积物的定性测量。
在所述流处于烃连续态时可基于连续测量或者周期性测量以及所测量的复数阻抗的实部的趋势，或者在所述流处于水连续态时可基于所测量的复数阻抗的虚部，来提供对传感器附近的沉积物的生长速率的测量。
此外，化学抑制剂去除沉积物的有效性在所述流处于烃连续态时可通过比较该抑制剂注入至该流前后所测量的复数阻抗的实部来进行测量，或者在所述流处于水连续态时可基于该抑制剂注入至该流前后所测量的复数阻抗的虚部来进行测量。此外，管道中用于清除沉积物的化学抑制剂注入的量和/或速率和/或周期可基于所述系统所监测到的所述抑制剂对所述沉积物的有效性。
该系统和方法也可以包括用于检测或者记录化学抑制剂已经释放到所述流中的装置并且在分析所测量的参数时考虑这个信息。这可以通过对注入流线(injection flowline)的单独测量或者通过接收表明这样的抑制剂已经被注入到流体的其它指示(例如来自操作者)来进行获取。指示沉积物层的存在或者流中的抑制剂的定性测量的预定限度然后可以基于抑制剂的电学和其它特性来进行调整。
因此，本发明涉及用于确定液体流是水连续流还是烃连续流的装置，如果液体流是烃连续流并且电导率高于预定限度，指示信号通过比较装置发送。替换地或者此外，本发明涉及用于确定液体流是水连续流还是烃连续流的装置，如果液体流是水连续流并且电容高于预定限度，指示信号通过比较装置发送。由于检测到了沉积物，该系统或者方法可以包括用于将化学抑制剂释放到所述流体中的装置，以提供用于沉积物的早期处理的装置。
附加文献:
-D.A.G.布鲁格曼，物理学编年史24(1935)第636-679页(D.A.G.Bruggeman,Annalen Der Physik 24(1935)636–679).
-J.C.麦克斯韦，电学与磁学专论，牛津大学出版社，英国伦敦，1904(J.C.Maxwell,A treatise on Electricity and Magnetism,Oxford University Press,Cambridge,UK,1904).
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Claims (18)
1.一种用于对沉积物或化学抑制剂进行实时检测的系统，所述沉积物或化学抑制剂靠近电极或检测针的面向流体流的表面或者在电极或检测针的面向流体流的表面上，所述流体流中能够存在油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的任何组合，并且
其中，所述电极或检测针被耦接到测量装置，所述测量装置被配置为用于确定所述流体流的电特性，所述电特性包括复数阻抗或复介电常数的实部和虚部；
其中，所述测量装置还被配置为通过测量所述系统的瞬态响应来同时监测所述电特性的实部和虚部，
所述测量装置用于在利用经低通滤波的矩形脉冲激励所述电极后测量所述瞬态响应；
其中，所述系统还包括信号处理装置，
所述信号处理装置被配置为：
将所述瞬态响应与储存在储存介质上的、与所述流体流的所述电特性有关的预定限度、模型或趋势相比较；以及
检测所述实部和所述虚部同所述预定限度、模型或趋势的偏差；
所述信号处理装置还配置为：如果在烃连续流的情况下所述复数阻抗的实部或者在水连续流的情况下所述复数阻抗的虚部偏离与所述流体流的所述电特性有关的所述预定限度、模型或趋势，则连续地或周期性地发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号，以使得所述系统能够在所述沉积物影响到所述电极或检测针的性能之前监测该沉积物的发生。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体流呈现为烃连续流，并且所述信号处理装置被配置为当所述复数阻抗的实部或者电阻偏离预定限度或者预期趋势时发送信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述实部的最小预定限度是流过没有任何沉积物的相同计量器的纯油介质的阻抗的实部的1/40。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述实部的最小预定限度是流过没有任何沉积物的相同计量器的纯油介质的阻抗的实部的1/60。
5.根据权利要求3或者4所述的系统，其中，所述系统被配置为当所述实部的偏差低于所述最小预定限度时发送所述信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体流呈现为水连续流，并且所述信号处理装置被配置为当所述复数阻抗的虚部或者电容偏离预定限度或者预期趋势时发送信号。
7.根据权利要求2或者6所述的系统，其中，所述系统包括确定所述流体流是烃连续还是水连续的装置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为：如果环境因素改变了烃连续流体系中的所述流体流的有效复介电常数的实部或者改变了水连续流体系中的所述流体流的有效复介电常数的虚部，则使用一用于提供所述环境因素的测量结果的测量装置来动态地调整所述预定限度或模型，所述环境因素包括所述流体流的组分、所述流体流的水分数比或油分数比、所述流体流的压力、所述流体流中水的盐分、以及所述流体流的温度、速率和密度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统被配置为通过以下各项来限定所述预定限度或模型：通过计算有效介质阻抗的公式所进行的计算、多元回归模型及分析或者人工神经网络。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为：在所述流体流处于烃连续态时基于连续测量或者周期性测量以及所测量的复数阻抗的实部的历史趋势，或者在所述流体流处于水连续态时基于所测量的复数阻抗的虚部，来测量所述沉积物的生长速率。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统连接到用于将化学抑制剂释放至所述流体流的装置。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括确定装置用以获取化学抑制剂是否存在于所述流体流中的信息和/或用以确定注入到所述流体流中的化学抑制剂的量和/或种类。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统被配置为基于已知的或者预期的化学抑制剂的量来调整所述预定限度或所述模型。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为：在所述流体流处于烃连续态时通过比较所述化学抑制剂注入至该流体流前后所测量的复数阻抗的实部来测量该化学抑制剂去除沉积物的有效性，或者在所述流体流处于水连续态时基于所述化学抑制剂注入至该流体流前后所测量的复数阻抗的虚部来测量该化学抑制剂去除沉积物的有效性。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述系统被配置为基于所述系统所监测到的所述化学抑制剂对所述沉积物的有效性来调整管道中用于清除该沉积物的化学抑制剂注入的量和/或速率和/或周期。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为通过测量激励时间t0后所选择的时间tRd处的瞬态响应来确定所述复数阻抗的实部的偏差或者电导的偏差。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为通过测量激励时间t0后所选择的时间tCm处的瞬态响应来确定所述复数阻抗的虚部的偏差或者电容的偏差。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统被配置为基于瞬态响应的比较结果来预测并且通知校准的需要以保持所述系统的性能。
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