CN107110677B

CN107110677B - 断层摄影装置、多相流监测系统及相应方法

Info

Publication number: CN107110677B
Application number: CN201580061077.2A
Authority: CN
Inventors: M·王; J·贾; 尤瑟夫·法拉吉; 王强
Original assignee: University of Leeds
Current assignee: University of Leeds
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: EP3194085B1; CN107110677A; EP3194085A1; GB201416287D0; US20170261357A1; US10732017B2; WO2016042317A1

Abstract

描述了一种用于监测混合相样品的流的流监测方法，混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且第一相是液体且具有比第二相更高的电导率。该系统包括：导管，混合相样品可以被布置成流过导管；断层摄影装置，其被布置成生成指示当混合相样品流过导管时混合相样品的第一横截面的至少一部分的至少第一电导率分布的断层摄影数据；流量计，其被布置成检测通过导管的第一相的流，并提供指示第一相的流速的流信号；以及处理装置，其适于根据所述数据计算第一相占据所述第一横截面的分数，并且根据所述分数和所述流信号计算通过导管的第一相的体积流量。

Description

断层摄影装置、多相流监测系统及相应方法

发明领域

本发明的某些实施例涉及用于监测混合相样品(特别是但不仅仅是两相样品和三相样品)的流的流监测系统和方法。本发明的某些实施例涉及用于测量或监测流动的样品的断层摄影装置和方法。

背景技术

存在可期望监测多相样品的流的各种应用。例如，在石油工业中经常遇到水包油两相流。相流量(phase flow rate)的测量对于管理石油工业中的石油生产和水处理和/或水回注来说是特别重要的。两相流结构和三相流结构的复杂性对流测量产生挑战，并且存在改进流监测系统以便产生更精确、更有用和/或更可靠的结果的不变的需求，例如采用提高的分辨率指示流的横截面的断层照片和/或采用特定数据处理资源更快速/频繁地生成的断层照片。

通常期望生产能够测量和提供对混合相流的各种流参数的更精确指示的流监测系统，以及能够提供对不能从先前的系统和方法中推断出的参数的指示的系统。

已知断层摄影装置用于监测流动样品，并且产生指示穿过承载样品的导管的流动样品的电导率分布(profile)的断层照片，该装置采用在壁中围绕导管分布的电极阵列。这样的系统通常执行多次测量，使用一对电极来驱动电流通过流动样品，而使用另一对电极来测量所产生的结果电压。已知的计算技术使用不同对的电极能够从大量的这种测量中生成指示穿过导管孔的样品的电导率分布的断层照片。然而，这种系统的问题在于样品材料可以沉积在电极接触表面上或以其他方式积聚在电极接触表面上。一般来说，材料的这种积聚通常会增加电极-样品连接/接触的阻抗，并且可以降低精度和/或分辨率，或者以其他方式使得可以从测量数据生成的断层照片降级。这在用于监测两相样品流(诸如与水混合的油的流)的系统中可以会是特别的问题。例如，油滴可能积聚在接触表面上，从而降低断层摄影装置整体的性能。

发明内容

本发明的实施例的目的是至少部分地消除、减轻或解决与现有技术相关联的问题中的至少一个问题。

本发明的某些实施例旨在提供能够产生与现有技术可能的混合相样品的流相关联的参数相比的更精确的信息和/或更多的信息的流监测系统和方法。

某些实施例旨在提供至少部分地解决与现有技术相关联的问题中的至少一个问题的断层摄影装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于监测混合相样品的流的流监测系统，该混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且第一相是液体并且具有比第二相更高的电导率，该系统包括：

导管，混合相样品可以被布置成流过导管；

断层摄影装置，其被布置成生成指示当混合相样品流过导管时混合相样品的第一横截面的至少一部分的至少第一电导率分布的断层摄影数据；

流量计，其被布置成检测通过导管的第一相的流，并提供指示第一相的流速的流信号；以及

处理装置(例如，至少一个处理器、处理模块或处理单元)，其适于根据所述数据计算(确定、查明)第一相占据所述第一横截面的分数(例如，平均分数)(或第一相占据样本的体积分数，例如，平均体积分数)，并且根据所述分数和所述流信号计算通过导管的第一相的体积流量(例如，平均体积流量)。

应当认识到，本发明的实施例可以使用各种类型的断层摄影装置和技术来生成断层摄影数据。例如，某些实施例使用电阻断层摄影(ERT)装置/技术，某些实施例使用电阻抗断层摄影(EIT)装置/技术，并且某些其他实施例可以使用适合于获得必要数据的可选的断层摄影装置/技术。

在某些实施例中，流量计是电磁流量计。

在某些实施方案中，所述数据还指示当混合相样品流过导管时混合相样品的第二横截面的至少一部分的第二电导率分布。

在某些实施例中，所述第一横截面和第二横截面的平面彼此平行。

在某些实施例中，断层摄影装置包括围绕所述第一横截面布置的第一电极阵列和围绕所述第二横截面布置的第二电极阵列。

在某些实施例中，处理装置适于使用所述数据来计算(确定、查明)样品中第一相的体积分数(例如，平均体积分数)。

在某些实施例中，处理装置适于使用所述体积分数和所述信号来计算样品中第一相的体积流量(例如，平均体积流量)。

在某些实施例中，处理装置适于使用所述数据来计算样品中第二相的轴向速度(例如，平均轴向速度)和体积分数(例如，平均体积分数)。

在某些实施例中，处理装置适于使用第二相的所述轴向速度和体积分数来计算样品中第二相的体积流量(例如，平均体积流量)。

在某些实施例中，混合相样品包括第三相，第三相是基本上不导电的、并且具有与第二相的密度不同的密度的液体或气体，系统还包括用于测量流过导管的混合相样品的密度并且生成指示混合相样品的密度的密度数据的装置(例如，密度计或子系统)。

在某些实施例中，处理装置适于使用在样品中的第二相的断层摄影数据来计算在样品中的第二相和/或第三相的体积分数(例如，平均体积分数)，并且使用断层摄影数据和密度数据来计算在样品中的第三相的体积分数(例如，平均体积分数)。

在某些实施例中，处理装置适于使用(根据)断层摄影数据和所述信号来计算第一相的体积流量(例如，平均数)，使用断层摄影数据、密度数据和所述信号来计算第二相的体积流量(例如，平均数)，并且使用断层摄影数据和密度数据来计算第三相的体积流量(例如，平均数)。

在某些实施例中，第二相是液体，并且第三相是气体。

在某些实施例中，所述第一相为水，并且所述第二相为油。

在某些实施例中，处理装置适于使用断层摄影数据来计算样品中第二相和/或第三相的体积分数(例如，平均体积分数)。

在某些实施例中，处理装置适于使用(根据)断层摄影数据和电磁流量计数据来计算第一相的体积流量(例如，平均数)。

在某些实施例中，处理装置适于使用流混合物密度计(例如，差压密度计)来测量流混合物密度，流混合物密度计例如具有布置在所述导管的第一高度处的第一压力传感器和布置在所述导管的第二高度处的第二压力传感器。

在某些实施例中，处理装置适于使用来自断层摄影和流混合物密度计(例如，差压密度计)的数据来计算第三相的体积流量(例如，平均数)。

在某些实施例中，所述第一相是水，并且所述第二相是气体，并且所述第三相是油。

在某些实施例中，所述导管被布置成其纵向轴线基本上垂直，并且用于测量密度的装置包括被布置在第一高度处的第一压力传感器和被布置在第二高度处的第二压力传感器，每个压力传感器被布置成感测在导管中的流动样品在相应高度处的压力，并且向处理装置提供指示样品压力的相应压力信号。

在某些实施例中，系统还包括温度传感器，温度传感器被布置成感测流过导管的样品的温度，并向处理装置提供指示所述温度的温度信号。

在某些实施例中，处理器适于使用温度信号和断层摄影数据来计算在流动样品中的至少第一相的体积分数(例如，使得计算的体积分数可以补偿或考虑到由在温度中的改变导致的第一相的电导率的改变)。

在某些实施例中，处理器适于使用温度信号来计算下列项中的至少一个：所述相中的一个或更多个的体积分数；所述相中的一个或更多个的流速；以及所述相中的一个或更多个的体积流量。

在某些实施例中，处理装置适于使用温度信号和所述流信号来计算第一相的流速(例如，使得计算的流速可以补偿或考虑到由在样品温度中的改变导致的第一相的电导率的改变)。

在某些实施例中，系统还包括电导率测量装置(例如，电导率计)，电导率测量装置被布置成测量流过导管的样品的第一相的电导率，并向处理装置提供指示测定的电导率的电导率信号。

在某些实施例中，处理器适于使用电导率信号和断层摄影数据来计算在流动样品中的至少第一相的体积分数(例如，使得计算的体积分数可以补偿或考虑到由在离子浓度中的改变导致的第一相的电导率的改变)。

在某些实施例中，处理器适于使用电导率信号来计算下列项中的至少一个：所述相中的一个或更多个的体积分数；所述相中的一个或更多个的流速；以及所述相中的一个或更多个的体积流量。

在某些实施例中，处理装置适于使用电导率信号和所述流信号来计算第一相的流速(例如，使得计算的流速可以补偿或考虑到由在离子浓度中的改变导致的第一相的电导率的改变)。

在某些实施例中，电导率测量装置包括腔室、多个电极以及电流驱动装置和电压测量装置，该腔室被布置成与导管的含有样品的体积连通，使得当样品流过导管时，样品的一部分收集在腔室中，该多个电极被布置成与在腔室中收集的第一相材料电接触，该电流驱动装置和电压测量装置连接于多个电极并被布置成驱动电流通过所收集的第一相材料并且测量在第一相材料上产生的电压。

在某些实施例中，导管被布置成使得其纵向轴线基本上垂直，并且所述腔室是从导管径向向外延伸的侧室。

在某些实施例中，第一相具有高于第二相和第三相的密度，并且所述侧室轴向向下延伸，使得第一相材料收集在腔室的下部，所述电极位于所述下部。

在某些实施例中，第一相具有低于第二相和第三相的密度，并且所述侧室轴向向上延伸，使得第一相材料收集在腔室的上部，所述电极位于所述上部。

在某些实施例中，电导率测量装置还包括被布置在腔室中的接地金属网状物筛网，以将靠近样品的高部的电场效应与靠近电极的所收集样品的低部隔离。

在某些实施例中，电导率测量装置还包括被布置在腔室中的筛网(例如，接地金属网状物筛网)，以将靠近电极的所收集样品的一部分与靠近在导管中流动的样品的一部分隔离。

在某些实施例中，电导率测量装置还包括管和阀，该管将腔室连接到导管，该阀可操作以选择性地允许或防止样品材料流过所述管，以用于刷新在所述腔室中的第一相材料。

在某些实施例中，断层摄影装置包括：

多个电极，该多个电极中的每个均具有被布置成与流过所述导管的样品电接触的相应的接触表面；以及

测量装置，该测量装置连接到多个电极，并且适于对流过所述导管的样品执行多次测量，以生成所述断层摄影数据，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流和测量在另一对所述电极之间的电压(所产生的电压)，

其中，每个电极的接触表面的至少一部分沿着导管的纵向轴线朝向该纵向轴线向内倾斜(或者换句话说，弯曲、蔓延(ramp)或延伸)，由此通过每个所述部分的样品流可以至少部分地阻止沉积物积聚在每个所述一部分上。

在某些实施例中，系统还包括加热装置，该加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

在某些实施例中，系统还包括振动装置，该振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

在某些实施例中，断层摄影装置包括：

并且还包括加热装置，该加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

在某些实施例中，该装置还包括振动装置，该振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

在某些实施例中，断层摄影装置包括：

测量装置，该测量装置连接到多个电极，并且适于对流过所述导管的样品执行多次测量以生成所述断层摄影数据，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流和测量在另一对所述电极之间的电压(所产生的电压)，

并且还包括振动装置，该振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

本发明的另一方面提供了一种用于监测混合相样品的流的流监测方法，该混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且第一相是液体并且具有比第二相更高的电导率，该系统包括：

将混合相样品布置成流过导管；

使用断层摄影装置以生成指示流过导管的混合相样品的第一横截面的至少一部分的至少第一电导率分布的断层摄影数据；

使用流量计检测通过导管的第一相的流(例如，轴向流)，并生成指示第一相的流速(例如，轴向流速、或平均轴向流速)的流信号；以及

根据所述数据计算第一相占据所述第一横截面的分数(例如，平均分数)(或第一相占据样品的体积分数)，并且根据所述分数和所述流信号计算通过导管的第一相的体积流量(例如，平均体积流量)。

因此，断层摄影装置可用于计算第二相和/或第三相体积分数。

在某些实施例中，混合相样品包括第三相，第三相是基本上不导电的、并且具有与第二相的密度不同的密度的液体或气体，该方法还包括：测量流过导管的混合相样品的密度和生成指示混合相样品的密度的密度数据。

在某些实施例中，方法还包括：使用断层摄影数据和密度数据(以及可选地流量计(例如，电磁流量计)数据)来计算在样品中的第二相的体积分数(例如，平均体积分数)和在样品中第三相的体积分数(例如，平均体积分数)。

对应于本发明第一方面的实施例的各种装置特征的方法特征可以以相应的优点并入该第二方面的实施例。

本发明的另一方面提供了断层摄影装置，包括：

导管，该导管具有沿着纵向轴线延伸的内部体积(例如，孔)，并且流体或混合相样品可被布置成流过内部体积；

多个电极，该多个电极中的每个均具有被布置成与流过所述内部体积的样品电接触的相应的接触表面；以及

测量装置，该测量装置连接到多个电极，并且适于对流过所述内部体积的样品执行多次测量，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流和测量在另一对所述电极之间的电压(所产生的电压)，

其中，每个电极的接触表面的至少一部分沿着纵向轴线朝向纵向轴线向内倾斜(或者换句话说，弯曲、蔓延或延伸)，由此通过每个所述一部分的样品流可以至少部分地阻止沉积物积聚在每个所述一部分上。

本发明的另一方面提供了断层摄影装置，包括：

应当认识到，与本发明的一个方面相关联的特征可以以相应的优点被并入本发明的任何其它方面的实施例中。

附图说明

现在，将参照附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是体现本发明的两相和/或三相的多相流量计的表示；

图2是体现本发明的断层摄影装置的一部分的示意性轴向横截面；

图3是体现本发明的断层摄影装置的、包括含有样品的导管的径向横截面的示意性表示；

图4-图8展示了可以在本发明的实施例中采用的各种电极结构和相关联的装置；

图9示出了本发明的实施例中的两相水包油流的ERT-EMF相流量确定概念；

图10是实施例中的测试段的示意图；

图11显示了实施例中WLR(QT＝12m3/h)的影响；(左)油流量，(右)水流量；

图12显示了在实施例中的具有WLR＝50％的液体量(速度)的影响；(左)油流量，(右)水流量；

图13显示了在实施例中对于两个测试组的测定的相流量与基准的相流量的比较；(左)油流量，(右)水流量；

图14是在实施例中的校准之前和之后的测定的相流量与基准的相流量的比较；(左)油流量，(右)水流量；

图15显示了在实施例中的测量绝对误差范围；(左)油流量，(右)水流量；

图16是体现本发明的三相流测量系统的示意图；

图17显示了体现本发明的集成测量系统的照片(左)和线条草图(右)；

图18显示了在本发明的实施例中的测定的水包油两相流的与基准的下列各项的比较结果，(a)油体积分数，(b)水体积分数，(c)水流量，(d)油流量；

图19显示了在实施例中的对于33个流量条件的气-油-水的三相流测量的总体结果，(a)油流量，(b)水流量，(c)气流量；

图20显示了在实施例中对于不同范围的GVF(其中所显示的±10％和±25％的绝对误差边界)，与基准进行比较的测定的含水率(WLR)；

图21是实施例中的GVF-vs-WLR构成图，其总结了对于水连续区内的两相和三相垂直向上流，与相应的基准进行比较的研究原型测定的GVF和WLR；

图22显示了测定的液相流量与基准液相流量的比率vs GVF；(a)(顶部)油流量，(b)(中部)水流量和(c)(底部)液体流量；

图23显示了实施例中的电导率测量的电路；

图24显示了实施例中的流管道上的电导率传感器的组件；

图25示出了实施例中的静态设置中的互阻抗和电导率之间的关系；

图26示出了实施例中的电导电池的动态响应；

图27显示了实施例中的动态设置中的互阻抗和电导率之间的关系；

图28显示了实施例中的动态设置中的温度和电导率之间的关系；

图29是显示了粘附在电池腔室的内壁上的油滴的照片；

图30显示了实施例中的含水率与水的电导率之间的相关性；

图31示出了实施例中的信号处理；

图32显示了在实施例中的通过倾斜管段的两相/三相流；

图33显示了实施例中的使用绝对压力换能器测定的差压的不确定度；

图34示出了体现本发明的系统的一部分；

图35示出了实施例中的软件的操作顺序；

图36显示了体现本发明的两相测量方案；

图37显示了体现本发明的三相测量方案；以及

图38是实施例中的具有电极表面凸结构的PILM传感器平面的图示。

具体实施方式

现在参考图1，其示出了体现本发明的两相和/或三相的多相流可视化和仪表。所示的装置/系统是用于非侵扰性地测量相流量并且快速地对复杂的、不稳定的两相或三相流的流场分布进行成像的多相流仪器。系统可以利用与辅助差压测量、温度测量和电导率测量结合的、与电磁流量计(EMF)组合的电阻断层摄影(ERT)的采用有限测量的部分成像(partial imaging with limited measurements)(PILM)的方法，提供了快速成像速度，例如，10000dfps(每秒双帧)。它可以提供对于两相流和三相流的体积流量的测量，并且可选地，对分散相和连续相的局部轴向速度和体积分数的时间依赖性分布进行成像，使流型可视化。仪器内置了在校准和补偿方面的新方法，其提供了适应各种工业环境的出色能力。仪器已被开发以解决对许多工业部门(诸如，石油、石化、食品、核和矿物加工等)的生产率管理的工业的高需求。

由图1的装置体现的本发明提供了与来自用于两相和三相流测量系统的科学和工程的多技术融合的新概念和方法，其包括(i)双平面部分区域断层摄影感测策略，(ii)相关联的采用有限测量的部分成像算法(PILM)，(iii)基于绝对压力传感器和经验模型的流密度计量系统(FDM)，(iv)在线电导率传感器，(v)新的校准方法，(vi)在线补偿方法，(vii)多模态数据融合方法和(viii)流数据处理、可视化和用户界面方法。对于两相水包油流的例子，使用了采用ERT技术的PILM方法来提取水连续流中的分散相(油)的局部体积分数分布(d)和局部流速度分布(vd)。

图1显示了用于两相和三相流测量的集成传感器系统。PILM传感器(E1和E2)由与内部流接触的电极组成，其可以由电压或电流激励断层摄影系统驱动。EMF被表示为M1。两个绝对压力传感器(P1和P2)用于为FDM产生差压，温度传感器(T1)或在线电导率传感器(所附附件中显示的图中单独给出的C1)也用于在线补偿由于离子浓度或温度改变导致的水电导率的改变。来自绝对压力传感器和温度传感器的测量还允许标准相体积流量根据测定的相体积流量被计算出。

因此，图1中显示的实施例包括具有大致垂直地布置的纵向轴线的导管。然后，混合相样品被布置成向上流过导管的孔。该系统包括断层摄影装置，其被布置成使用电极E1和E2的第一和第二环形布置在沿着导管的两个不同高度处生成样品横截面的断层照片。因此，多个电极E2通常被布置在下平面中，并且可以生成上游断层照片。电极E1可以用于在第一断层照片的下游(在该示例中，样品流垂直向上的)生成第二断层照片。因此，适当地处理两个断层照片可以提供对第二和第三相的体积分数以及那些相的流速的指示。

现在参考图2，这是体现本发明的断层摄影装置中的一部分的示意性垂直横截面。在该实施例中，该装置包括具有纵向轴线A的圆柱形管1形式的导管，样品可以被布置为沿着该纵向轴线A流动。管壁具有外表面11和与流动样品接触的内表面12。该装置包括测量电极2的阵列，其中的每个测量电极嵌入在管壁中并且具有被布置为与管的内壁12齐平的相应的接触表面21，使得每个电极与流动样品电接触，但是无论如何不影响或阻碍样品流。因此，可以在本发明的实施例中使用的电极布置使得能够对流动样品进行测量，但不阻碍或扰乱样品流，并且不引入任何湍流或收缩流。还参考图3，其示出了包含图2所示的电极阵列的断层摄影装置的进一步细节。在此，显示了管的径向横截面，其示出了设置在管壁中的八个电极的布置，其中每个电极接触表面21形成含有样品的导管的内圆柱形表面的一部分。该装置还包括连接到电极中的每个电极的测量装置3，用于执行在生成断层照片时必须处理的各种测量。因此，由于每个电极嵌入在管壁中，电连接22从电极径向向外延伸穿过管壁，以用于连接到测量装置3。

尽管这些电极布置和断层摄影装置可以用于本发明的实施例，但是相关联的问题在于电极接触表面可以积聚来自测试样品的材料。换句话说，接触表面可能会积聚污垢或其他沉积物。当沉积物形成在接触表面上时，这些沉积物当然将会使电极和样品材料之间的电接触变化或降级。通常，积聚的沉积物将增加电极-样品连接/接触的阻抗。这种降级可导致从测量结果中计算出的断层照片的精度或分辨率降低。促成材料在接触表面上的沉积的因素在于，在导管的内壁处，样品的轴向流速非常低(在实际界面处趋于零)。因此，尽管样品通常流过导管，但是在电极接触表面上可能存在可忽略的刷洗动作。

现在参考图4-8，这些图显示了可以在本发明的实施例中使用的并且至少部分地克服了与图2和图3中的电极布置相关联的问题的各种电极布置。

现在参考图4，其显示了体现本发明的断层摄影装置的一部分，并且包含附接于含有样品的导管的壁的电极2。图中仅显示了壁的一侧，其中，样品被布置成在由大箭头指示的方向上沿着导管轴向流动。导管具有内壁表面12和外壁表面11。电极2包括材料主体的第一部分200，其电导通并固定到导管壁1，使得电极的接触表面21将与在导管内流动的样品电接触。电极的第二部分(part)或部段(portion)210从第一部分或部段200径向向外延伸到导管的径向外侧的位置。因此，部分210提供通过导管壁到内部部分200的电连接。如图中可以看出，接触表面21的上游部段被成形使得当沿着在样品流的方向上的纵向轴线前进时，其从内表面12向内倾斜、弯曲或以其它方式径向向内延伸。在该示例中，接触表面的该部段在轴向位置A1处一开始与内壁表面12齐平，然后当沿着纵向轴线前进时在径向上逐渐向内延伸直到第二轴向位置A2，其中接触表面的切线平行于纵向轴线A。从该轴向位置A2，接触表面21然后向外弯曲，直到在第三轴向位置A3处其再次与内壁表面12齐平。因此，在图4所示的布置中，电极接触表面的至少一部分是倾斜的、延伸、蔓延或者大体上径向向内地弯曲。接触表面21的下游部段然后径向向外弯曲回到导管内壁12。有利的是，当样品材料流过电极表面21时，由于与表面21的向内倾斜或向内弯曲的部段相互作用，样品材料被赋予径向速度分量，并且转而在电极上施加力以及擦洗或清洁作用，其至少部分地抑制或防止沉积物积聚在向内倾斜的电极表面上。这种自清洁作用或擦洗作用当然是表面21的倾斜或弯曲的功能。倾斜或弯曲越明显，自清洁或擦洗作用越大，但是这确实也越来越多地影响管中的流动动力学。通常，在获得足够的自清洁作用与具有对流动条件的最小影响之间应该做出妥协。

现在参考图5，这显示了可在实施例中使用的可选的电极布置。在此，电极2的第一上游部段201由导电材料形成，并且具有被布置成从导管内壁12沿着轴线A径向向内弯曲的接触表面21。电极的下游部段202具有表面220，其被成形以形成接触表面21的延续部。然而，该第二部段202由不导电材料形成的。因此，总体而言，电极布置成将最小湍流引入到流动样品中，并且接触表面21因为它是径向向内弯曲的而至少部分地由流动样品清洁。应当认识到，下游部段202的表面220可以具有在其上沉积的样品材料，但是其将不会影响在电极和流动样品之间的电接触，因为下游部段202不导电。

在某些可选实施例中，电极结构可以与图4所示的大致相同，但是电极表面的下游部分可以设置有不导电的涂层。那么这可以提供与图5所示的布置相同的优点，其中，在下游部段上形成的任何沉积物将不会影响电极和样品之间的电接触。

移到图6，这显示了本发明的某些实施例中的又一种电极布置。在此，总体的电极布置如图5所示，但是该装置包括被布置为加热导电且导热的电极部分210的加热器300形式的加热装置，并且因此将热量传导通过导电的第一部分210。可以使用各种技术来提供加热，例如，可以采用加热的蒸汽、油或电或者使用感应技术来加热电极部分210，而且该热量被传导通过电极部分201，且由此加热接触表面21。这种加热可用于防止沉积物(诸如，蜡或其它稠流体)积聚在接触表面21上。

现在参考图7，这显示了本发明的实施例中的另一个电极布置，这次包含了振动装置(例如，以超声换能器400的形式)，其被布置成使电极接触表面21振动。在图7的布置中，这是通过布置振动装置以使电极的刚性第三部段210振动实现的，该刚性第三部段210然后将该振动通过容器壁1传输到第一和第二电极部分201、202。该布置可以用于去除或防止刚性的或硬的沉积物积聚在接触表面21上并且可选地还积聚在非接触表面220上。

图8显示了可以在本发明的实施例中使用的再一个电极布置，其包含加热装置300和振动装置400，该加热装置300和振动装置400可以单独使用或组合使用，以提供至少对接触表面21的加热和/或振动。

应当认识到，图5至图8中的每一个图示了包括具有相应的不导电的表面220的相应下游部段的电极2。

在某些实施例中，每个所述不导电的表面被布置为从相应的接触表面轴向延长，并且沿着纵向轴线远离纵向轴线地向外倾斜。

在某些实施例中，每个所述不导电的表面被布置为在第二轴向位置处邻接相应的接触表面，并且沿着纵向轴线向外倾斜到第三轴向位置。

在某些实施例中，每个不导电的表面被布置为在所述第三轴向位置处与限定内部体积的壁的导管的内表面齐平。

描述小节1

该小节描述使用体现本发明的双模态ERT/EMF系统的垂直水包油两相流的测量。

小节1的概述

在上游石油工业中经常遇到水包油两相流。相流量的测量对于管理石油工业中的石油生产和水处理和/或水回注来说是特别重要的。水包油流结构的复杂性对于流测量产生了挑战。本小节提出了基于使用双模态系统和多维数据融合的两相流计量的新方法。电阻断层摄影系统(ERT)与商业现成的电磁流量计(EMF)组合使用以测量每个组成相的体积流量。水流量是根据具有由ERT测定的平均油分数的输入的EMF确定的。分散的油相流量是根据通过ERT互相关速度剖面测定的平均油分数和平均油速确定的。对50mm内径测试段的垂直向上水包油管道流以覆盖8-16m3/hr范围的不同的总液体流量进行实验。从ERT和EMF获得的油和水流量测量值与它们相应的基准进行比较。讨论这些测量值的精度，并评估测量系统的能力。该工作提供了基于(在单独的小节中报告的)扩展的ERT-EMF双模态系统的用于三相气-液流测量研究原型的基线检查。

小节1的介绍

在上游石油工业中经常遇到水包油两相流。相流量的测量对于管理石油工业中的石油生产和水处理和/或水回注来说是特别重要的。从石油工业开始以来，一直存在着对于通过其确定每个组成相流量的测量系统的需求。例如，为了知晓储液器中正在发生的情况，需要关于生产井的准确信息。因此，需要可靠的测量系统或方法来满足这些需求。反过来，它能够优化石油生产，并确保从储液器中长期恢复。然而，在石油生产的后期，由各相的密度和粘度的差异导致的水包油高含水率流(油-水-气三相流的一小部分)的复杂性可以对流测量产生挑战(Oddie 2004；Thorn 1997；Thorn 2013)。

多年来，已经评估了相当多的方法，目的是准确地测量在水平的、倾斜的或垂直的管道中的油-水流。这些方法中的一些方法包括使用流收缩差压(DP)传感器(Pal 1993；Skea和Hall 1999；Zhang 2013)、科里奥利，涡旋脱落或涡轮“单相”流量计(Skea和Hall1999)、与DP传感器结合的电导率传感器(Tang 2013)。在所研究的方法(诸如，流分布依赖性(分离的流相比于良好混合的流)、流限制(在DP测量中)的使用以及活动部件的使用)中仍然存在一些缺点。期望的是具有贯眼(full-bore)油-水流计量方法，其具有在不使用放射源的情况下扩展到油-水-气三相流的测量的潜力。

自20世纪80年代以来，断层摄影技术经历了重大发展，并用于提供非侵入式流测量和加工工业的内部结构的快速可视化的新手段(Wang 1999)。在断层摄影技术系列之中的电阻断层摄影(ERT)可用作非侵入式地且安全地询问油-水(-气)流的内部结构的可行工具。值得指出的是，在两相流计量中，几乎不可能仅使用一种常规方法或流量计来确定两相的所有流参数(诸如，速度)。因此，需要次要的传感器或方法来确定每相流的参数。

因此，本研究工作的目的是开发在线两相水包油流的双模态测量系统，其中，ERT被用作主要子系统，并且现成的电磁流量计(EMF)被用作次要的子系统(传感器)。新型双模态系统被开发用于在线快速相体积流量测量。分散的油相流量根据通过ERT和互相关速度剖面图测定的平均油体积分数和平均油速来确定。水流量根据具有由ERT测定的平均油体积分数的输入的EMF确定。

测量概念

本节中描述了用于相流量确定的ERT-EMF双模态系统和多维数据融合的方法的原理。

相分数的确定

在两相水包油流中，ERT技术用于提取在管道横截面上的分散的油相的局部体积分数分布(α_o)和局部流速分布(V_o)。ERT测量基于两相混合物的电导率和导电的水相的电导率之间的相对改变(水的电导率可以被单独在线监测，Jia等人，2014)。EMF用于测量连续水相的平均速度(V_w)，而连续相的平均体积分数(α_w)由ERT确定。图9中示出了对于两相水包油流的相确定概念的示意图。我们有

通过将方程式(1)代入(2)，可以获得平均水局部体积分数。

相体积流量的确定

可以通过双平面的ERT和EMF测量的组合来确定相体积流量。油流量可以从二者均从ERT获得的、在管道横截面积(A)上的局部平均油体积分数分布和平均轴向油速分布中得到，如方程式4所显示的。油速根据双平面油分数分布的互相关确定。水流量从在管道横截面积(A)上的、从ERT获得的平均水体积分数和由EMF测定的平均轴向水速的乘积得到，如方程式5所显示的。在两个方程式中的下标ERT和EMF表示用于测量相关参数的方法或(或技术)。

实验装置和数据处理

实验流设施

使用Schlumberger Gould Research(SGR)中的可倾斜的三相流设施进行实验。两相水包油测量系统安装在流回路上，并且主要被测试用于垂直向上的流。测量系统位于离SGR流回路的入口大约6m处，在实验期间为了目视观察的目的，在上游处安装有长度为500mm的透明管段。测试段长约1m，具有内径50mm的管线，并且由(由利兹大学设计和制造的)双平面ERT传感器、现成的EMF(来自KROHNE的OPTIFLUX 4000)、两个绝对压力换能器(来自OMEGA的PXM209-2.50A10V)和一个温度传感器(来自OMEGA的SPRTX-M1)组成。图10示出了测试段的示意图。

水和油从流回路分离器被泵送，分别由电磁和涡轮单相液体基准流量计测量，并被引入流回路作为两相混合物。油流体为低粘度(2.1cP)的道达尔-75煤油(Total-75Kerosene)和当地的自来水(20℃时≈0.7mS/cm)。实验中使用的油流量和水流量的范围分别为1-8m³/hr和4-11m³/hr。总液体流量为8-16m³/hr，其中，最大管线压力为2.2bar。进行了两组实验，每组具有不同的混合物速度和不同的水/液比(WLR)。值得一提的是，所有实验都是在水连续区(WLR>30％)内进行的。

双模态ERT/EMF流测量系统

水包油测量系统由双平面ERT传感器和现成的电磁流量计组成。EMF是具有带有2个电极构造的Hastelloy C22固定电极的OPTIFLUX 4000。EMF的精度为±0.2％。EMF安装在双平面ERT传感器的上游并且紧挨着双平面ERT传感器。

基于ERT的硬件系统是已由利兹大学开发的新型的在线测量系统。双平面ERT传感器是在内部建立的，其中每个传感器平面由16个等距间隔的不锈钢电极组成，它们齐平地安装在每个传感器平面的外围。传感器平面以50mm的轴向距离分隔，以实现对互相关的分散相速度剖面法的应用。硬件系统根据目的和应用使得每个平面能够使用8个电极或16个电极。在本节中突出的实验中，仅将8电极布置用于对混合物电导率分布进行图像重构(用于分散的油相分数的确定)。

对于每个流量条件(约20秒持续时间)获得总共20000个双帧。用于图像重构的算法是修正的灵敏度反向投影(MSBP)。考虑到油的电导率为零，而水为连续导电相，ERT被用于使用麦克斯韦关系式(麦克斯韦1881)确定油体积分数分布。轴向油速分布通过ERT和像素间互相关的组合来计算。相流量通过ERT和EMF测量的组合来确定。

结果与讨论

从实验测量中获得的流量以本小节中的水和油的体积流量(Q_w和Q_o)的最终形式来呈现，如表1所示。

表1.基准和测量的相体积流量

实验条件被分成两个单独的测试组。在第一个测试组中，WLR是变量，液体速度(总液体量)是常数(Q_T＝12m³/hr)，而在第二个测试组中，液体速度是变量，WLR是常数(在50％处)。用于将测试条件分为两个单独的组的主要原因是为了评估WLR和液体速度对测量方案的影响。通过将测定的相体积流量与基准相体积流量进行比较，对每个测试组进行单独分析。由于组成相是不可压缩的流体，因此将各相的入口条件用作基准来验证基于ERT的测量系统是合理的。(以下的表2)讨论了与测定的相流量相关联的不确定度。

WLR对测量方案的影响

通过根据含水率(或WLR)将从基于ERT的两相流测量系统获得的测定的相体积流量与基准的相体积流量进行比较来确定WLR的效果。WLR被计算为水流量与总液体流量(即，油和水)的比率。

图11显示了对于变量WLR的测试组的测定的相流量与基准的相流量的比较。可以看出，测定的水流量与基准的水流量相当一致(图11右图)。另一方面，通过观察图11(左图)，非常清楚的是，油流量随着WLR的减少而被高估，这可能是由于随着油体积分数增加，平均油速被高估。

液体速度对测量方案的影响

通过根据总液体流量将测定的相体积流量与基准的相体积流量进行比较，突出了改变液体速度对测量方案的影响。图12中示出对于各个相的比较结果。可以看出，测定的水流量仍然与基准的水流量相当一致(图12右图)。另一方面，测定的油流量显示了随着总液体量或速度的增加，而对基准的增加的过高估计(图12左图)。这可能是由于当液体流速V_L增加时(从双平面互相关传输时间τ确定的)平均油速的增加的误差(相对误差δV_L/V_L＝-δτ/τ＝–(V_L/L)δτ；其中，传输时间分辨率δτ＝1ms，V_L＝1.2至2.4m/s，双平面间距L＝50mm，δV/V＝-2.4％至-4.8％)。

测量方案的评估

为了评估测量方案，对所有的测定的相体积流量进行定量的和定性的误差分析。表2突出了测定的相体积流量相对于基准值的相对误差。通过观察表2，可以看出，测定的油流量的相对误差在+5％以上，并且高达约15％；也就是说，油流量总体被高估了。水流量被测量在读数的±4％内，指示出将EMF测定的平均水速与ERT测定的平均水分数(从平均油分数)进行组合是合理的。

表2.测定的水相流量和油相流量的相对误差

图13显示了对于两个测试组(变量WLR和变量液体速度)的测定的油相体积流量和水相体积流量与相应的基准的比较。

通过使用分别从SGR基准确定的校准函数，有可能校正从油-水两相测量系统获得的测定的油流量和水流量。图14示出了原始测定的相流量和经校准的相流量与基准的比较。可以清楚地看出，在校准后，与基准的偏差显著降低，特别是对于测定的油流量。

在图15中呈现与校准后的测定的相流量相关联的绝对误差带。它说明了对于两个测试组的测量误差和实验中使用的条件范围。测量油流量的误差大约为±3％绝对误差，而测量水流量的误差约为±2％绝对误差。值得一提的是，以上的绝对误差带的值是基于油相和水相的最终校正的流量。

结论

本小节展示了用于测量水包油流的相体积流量的新型ERT-EMF双模态测量系统的性能。基于测定的油相流量和水相流量与相应的基准之间的比较，注意到对于(根据EMF测定的平均水速和ERT测定的平均水分数确定的)连续水相的流量相当一致。然而，观察到测定的分散相油流量有很大的偏差，特别是在较低的WLR和较高的液体速度处。主要贡献误差被认为归因于根据双平面互相关传输时间确定的平均(分散相)油速。在基于流回路基准(校准)数据进行误差校正后，测定的油流量可能会被校正到±3％的绝对误差，而测定的水流量被校正到±2％的绝对误差。新型双模态流测量系统可以扩展到测量三相气-液(气、油和水)流(Wang等人，2014)。

小节1的参考文献

2014年，JIA，J.、WANG，M.、FARAJ，Y和WANG，Q.于2014年在韩国济州的5thInternational Workshop on Process Tomography中发表的Significance of On-lineConductivity Calibration for EIT。

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对小节1的评论

参考以上的小节1，这包含有关体现本发明的某些流监测系统的进一步的描述和信息。参见图9，该实施例包括具有孔的导管，(包括与水混合的油的)混合相样品可通过该孔布置成在垂直方向上流动。断层摄影装置(在本示例中为电阻断层摄影装置)被布置为生成在导管中流动的样品的断层照片，并且处理装置被布置为根据那些断层照片计算平均油体积分数、平均油速和平均水体积分数。

该系统还包括提供指示平均水速的信号的电磁流量计(EMF)。处理装置被布置为根据平均油分数和平均油速计算油流量。处理装置还适于根据平均水体积分数和平均水速计算水流量。

图10显示了体现本发明的系统的进一步的细节。在此，ERT装置也包括两组测量电极，其可以用于测量以生成数据，该数据随后可被处理以生成沿着导管的两个轴向位置(即，在第一和第二平面中)的样品流的断层照片。电磁流量计布置在ERT装置的上游。第一压力传感器布置在EMF的上游，而第二压力传感器和温度传感器布置在ERT的下游。

描述小节2

本小节描述了用于多相流并且体现本发明的新的可视化和测量技术。

小节2的概述

本小节报告了非侵入性测量相流量的新的多相流仪器的研究原型的性能，具有使二相(水中固体、气体或油)流和三相(水中气体和油)流的流分布快速地成像的能力。除了在线水电导率测量、温度和绝对压力测量之外，研究原型基于结合矢量电阻抗断层摄影(EIT)传感器(用于测量分散相速度和分数)与电磁流量计(EMF，用于采用EIT的输入来测量连续相速度)组合以及差压密度计流混合物密度计(FDM)的新构思。嵌入研究原型中的EIT-EMF-FDM数据融合包括自动补偿、流态识别和EIT图像校正。这使得能够基于对分散相分布和速度剖面的测量来确定平均浓度、平均速度以及因此的各个相的平均流量。将描述来自最新的流回路实验的结果。研究原型在流量测量中的性能将通过与流回路基准进行比较来评估。在本小节的范围内，将处理具有导电连续液相的垂直流。

小节2的介绍

表面多相流量计(MPFM)的出现从根本上改变了对来自油气生产井的复杂流的生产监测。这种转变是由与常规分离器相比可以更好地测量油-水-气多相流的快速变化的新技术驱动的。实时测量多相流量的能力提高了运行效率，节省了时间和成本。精确地量化生产流中的各个流体相允许操作者对井的性能做出更明智的决策，以更好地识别、理解和修复有问题的井，优化人工举升操作并构建动态储液器模型(Xie等人，2007)。

用于测量多相流的常用方法基于与差压设备(诸如，文丘里流量计)组合的γ射频衰减、RF/微波和/或电阻抗技术(Xie等人，2007，Thorn等人，2012)。基于γ射线衰减方法的相分数测量是简洁的；然而当使用强辐射源以增加安全预防措施为代价来实现时间和空间分辨率时，为了达到期望的统计精度，存在需要克服的实际的或逻辑的困难(Van Santen等人，1995)。目前正在开发基于核磁共振(NMR)技术的MPFM(Appel等人，2011)，但NMR系统往往复杂且昂贵，并且在时间分辨率以及因此在速度测量范围方面存在限制。相对低成本的、无放射源的MPFM对于工业应用是理想的，并且是这项工作的重点。

已经开发了电阻抗断层摄影(EIT)，以对具有电导率对比的、并且具有正在导电的连续相的工业过程进行成像和测量(Sharifi和Young，2013)。由于EIT可以检测电导率的局部改变，因此该技术用于研究不稳定混合(George等人，2000)或液体混合物(诸如，气-液混合物和固-液混合物)的流动力学(Wang等人，2005)。因此，EIT可适用于许多水基工艺(York，2001)。使用从双平面EIT流量传感器获得的图像序列，可以基于像素间的互相关方法推导出分散相(phases(s))的局部流速(Lucas等人，1999；Deng等人，2001；Mosorov等人，2002)。这要求EIT系统具有快速响应时间(Wang等人，2005)，以便测量具有在空间和时间中改变的相分布的多相流。EIT系统可以实现在安装和维护方面的低成本。然而，由于低频电场分布的非线性性质和有限的测量次数(与高测量速度的权衡)，因此EIT系统在将要成像的域上呈现低的空间分辨率和不均匀的灵敏度分布。由于空间平均的相流量和时间平均的相流量是多相流测量中的主要参数，因此EIT被认为是对于分散相(例如，水中气体和/或水包油)的分数和/或速度测量的良好候选。

概念及方法

所提出的三相测量系统的原理基于使用多模态传感器和多维数据融合，其中，应用了三个独立的流测量子系统和三个在线校准/补偿子系统。除了在线水电导率、温度和绝对压力测量之外，它们即是电阻抗断层摄影(EIT)传感器(用于测量分散相速度和分数)、电磁流量计(EMF，用于采用EIT平均体积分数的输入来测量连续相速度)以及差压密度计流混合物密度计(FDM)。嵌入研究原型中的EIT-EMF-FDM数据融合包括自动补偿、流态识别和EIT图像校正。

测量原理

在这项工作中，对于垂直的气-油-水三相(水连续)流，使用具有双平面传感器的EIT技术来提取分散相(例如，气和油)的局部体积分数分布、局部流速和流量。EMF的原理被应用以测量水连续液相的平均流速和流量，连同使用EIT所获得的不导电的气相和油相的平均体积分数的在线校正。通过使用FDM(具有由经验模型和在线绝对压力测量提供的气相校正因数)来测量气-油-水流混合物密度。因此，各相的体积分数可以被导出为，

对于具有可忽略的油-水速度滑移的垂直水连续流来说，各相的流量可以被确定为，

其中，Q、

和A分别是体积流量、平均体积分数，平均速度和管道横截面的面积；下标指示特定的气/油/水相，上标表示所应用的感测技术。

测量系统

研究原型三相流测量系统如图16所示，其由具有双平面传感器的EIT(ITS V5rEIT系统)(Jia等人，2010)、EMF流量计(来自KROHNE的OPTIFLUX 4000)、两个绝对压力传感器(来自OMEGA的PXM209-2.50A10V)、一个温度传感器(来自OMEGA的RTD-NPT-72-E-MTP-M)和内部建立的在线电导池组成。通过图17给出了集成传感器的照片和线条草图。具有图形界面的计算机软件用于控制数据收集、在线数据融合和显示。

校正、校准和补偿

EIT测量依赖于在混合物(σ_m)和水连续液相(σ_c)的电导率之间的电导率的相对改变。使用麦克斯韦的混合模型的常规方法，以从测定的电导率相对改变(σ_m/σ_c)中得出分散相的体积分数(α_d)，即：

如方程式1指示的，从差压密度计(FDM)估计出的三相流混合物密度(_FDM)是三个基本变量连同为了实现三相测量而由EIT和EMF测量的参数中的一个变量。两个绝对压力传感器齐平地安装在垂直管道的直线段上，以得出用于确定混合物密度的差压以及用于气体密度校正的绝对压力。在本研究工作中使用固态压力传感器避免了常规差压传感器中对于充液压力传输管的需要。然而，选定的绝对压力传感器的宽测量范围可能导致低灵敏度，并且因此导致对于所得出的差压(DP)测量的显著的测量误差。特定的差分放大器被设计具有高公用电压抑制比以增强DP信号的性能。DP传感器被校准以校正偏移并满足全部测量范围。考虑到摩擦压力损失的影响，可以从以下方程式中估算出混合物密度ρ_FDM：

其中，ΔP_FDM是得出的梯度差压，v是液体速度，D是管道直径，h是两个压力感测点之间的距离，g是重力加速度常数，C_f是范宁摩擦因数(Fanningfrictional factor)，C_f＝0.079Re^-0.25，其中雷诺数Re＝ρ_lv D/μ(μ是液体动态粘度)。对于水连续两相流来说，可以推导出分散相(例如，油或气)的体积分数为

其中，ρ_d和ρ_w分别是分散相和水的密度。

由于在数据融合中仅使用电导率的相对改变，因此电导率的实际值不太重要。温度偏差用于系统中的测量补偿。因此，温度测量的正确性或偏差应由经校准的标准温度计检查或校准。绝对压力和差压的正确性都很重要。它们可以通过具有或不具有系统中的具有已知密度的液体的装置来校准。

假设如通过方程式9给出已知的或可测量的流密度，并且分散(油和/或气)相的电导率为零，则在没有电导率基准的情况下EIT使用的电导率的相对改变(参见方程式9)可以在任何测量阶段处仅通过校准系数(η)校正，校准系数可被表示为：

在多相流测量中，由于水温和/或盐度(离子浓度)的变化，水连续液相的电导率可能改变。为了获得通过使用线性反向投影算法重构的鲁棒相分数分布，因此有必要将在线补偿应用于连续水相的电导率读数。在流量计研究原型中嵌入了两种方法，基于来自在线水电导池(方程式11)或温度传感器(方程式12)的测量值，根据改变是由于盐度还是由于温度而对这两种方法进行选择。

σ’_c＝k·σ₀ (11)

σ’_c＝(1+λΔT)·σ₀ (12)

其中，σ₀，λ和ΔT是进行基准电压测量时的连续相的原始电导率、温度系数和温度的改变，并且k是在使用在线电导池的情况下的电导池常数。

结合以上的所有影响，可以进行校准和补偿，如，

两相流测量和三相流测量

在Schlumberger Gould Research(SGR)处的可倾斜多相流设施上进行流测量实验。将自来水、煤油和氮气用作测试流体。测试包括大量的流量条件的组合，主要用于垂直向上的管道流，其中，水流量(q_W)的范围为0.5-15m³/h，油流量(q_O)的范围为0.5-10m³/h，并且气流量(q_G)的范围为0-42m³/h，其使得气体体积分数GVF的范围为0-97％[GVF＝q_G/(q_G+q_O+q_W)]。测试覆盖具有含水率WC＝～30至100％[WC＝q_W/(q_O+q_W)]的油/水两相流；具有类似的含水率范围和在管线压力高达2.2bar处的GVF的油/水/气三相流。对于垂直向上的高流量油/水流，在油相和水相之间的速度滑移被认为是可忽略的，因此水分数被认为与含水率相同。注意水与液之比WLR＝α_W/(α_O+α_W)。因此，WLR＝在没有油-水速度滑移(v_w＝v_o)时的含水率。原型系统的测量规模是用于基于EIT的原理的水包油流或水连续流。

油-水两相测量

图18示出了测定的平均水包油两相流与基准的平均水包油两相流的比较结果。通过观察图18(b)，明显的是，EIT测定的油体积分数与无滑移基准值的偏差随着油体积分数的增加而增加。由于水体积分数是从EIT测定的平均油体积分数中获得的，因此在测定的水体积分数中反映了类似的偏差(图18(a))。对于油-水流量测量，图18(d)显示了随着油流量的增加，测定的油流量相对于基准的增加的过高估计。另一方面，测定的水流量(具有由EMF得出的平均水速)非常紧密地跟随流回路基准(图18(c))。根据以上的观察，可以推断出在测定的油流量中的大偏差归因于通过EIT像素方面的互相关获得的平均油速中的误差。(在这里显示的油-水流测试结果中，没有假设在油相和水相之间的相等的平均速度)。

气-油-水三相测量

通过图19概括了总体测量值，包括对于33个流量条件的来自SGR的基准测量值。除了在油连续区(WLR＝33％)内进行的四个测试条件之外，所有测量均在水连续区(WLR>50％)内进行。众所周知，对于低粘度煤油和水混合物的相转化(含水率)约为35％WLR。这四个条件通过蓝色数据点突出显示作为基准之，而对应的测定值通过红色数据点表示。很清楚的是，可以观察到对于在水连续区内的所有的测定流量与基准基本一致。然而，对于油连续流的测定流量，明显与基准有很大的偏差。通过观察测定的油流量的趋势，可以看出，偏差水平比测定的水流量的偏差水平以及测定的气流量的偏差水平更显著；随着油流量的增加，偏差更大。另一方面，在气流量的测定值和基准值之间的比较结果表明，在油流量中的较高偏差与较高的气流量相关联，如图19显示。对此可能的原因在于，较高的气体流速不允许存在与管道壁齐平安装的围绕EIT电极的富含水的导电层。

为了进一步示出在流量测量中的不确定度，并根据WLR和GVF识别操作区域，在图20中显示了估计的WLR和基准WLR之间的比较。可以看出，在45％-100％的WLR范围和GVF为0％-45％的范围内，估计的WLR具有在±10％以内的绝对误差。

图21呈现了作为GVF-vs-WLR组成图的从在SGR中进行的两相和三相垂直向上流测试中获得的所有结果，其中以蓝色和红色分别指示水连续区和油连续区。作为示例，油连续区和水连续区的边界被显示在WLR＝45％处。大致示出气体连续流区在78％-100％GVF之间。在组成图中，对照基准和测定的GVF绘制了基准含水率和测定的含水率。基准值以绿色数据点突出显示，而测定值由红色数据点表示。每个测定值通过直线连接到对应的基准值，其中在WLR轴和在GVF轴中的投影长度分别指示在WLR和在GVF中的差异(以百分比为单位的绝对误差)。

图21指示在水连续区内沿x轴分布的两相(油-水)流的测量值具有±5％的不确定度。另一方面，在水连续区(45％-100％WLR)内并且在0％-45％的GVF范围内，对于三相流的测量值在WLR和GVF中具有±10％的不确定度。对于GVF>45％，WLR和GVF测量值的性能恶化，其中，WLR误差加倍。值得指出的是，由于基于EIT的测量仅限于水连续流，在油连续区(33％WLR)附近进行的任何测量都与±65％GVF和±25％WLR的不确定度相关联。

如在图22中给定的对照GVF绘制的，对于油流量、水流量和液流量与其各自的基准的比率的进一步分析可以揭示主要误差源并提出适当的校正。图22显示了油流量的相对误差与GVF增加相关联，并且高达220％。水流量的相对误差高达大约-20％，但是对于GVF<～45％在±10％以内。然而，总液量的相对误差大部分在±10％左右。这指示在油流量与水流量之间的误差部分可能是互补的，这可能来自相同的误差源。需要进一步的研究来充分理解测量误差的来源。

讨论

本小节已呈现了由电磁流量计和差压密度计流混合物密度计发动的(geared)、并且由在线水电导率和温度传感器辅助的电阻抗断层摄影的初始气-油-水三相流测量结果。针对性的测量对于具有水连续流的垂直向上流是有限的。

两相(油和水)流的测量具有±5％的不确定度，这在线性校正被应用后将远远优于±5％(Faraj等人，2014)。对于三相测量，图22中的结果指示出，当流是水连续的(即，具有更高的WLR>45％)和低GVF(GVF<～32％)时，测定的水流量的误差在±10％以内。当流具有WLR>45％和低GVF<～10％时，估计的油流量的误差在±10％以内。

测定的油流量比测定的水流量和气流量高出明显的偏差。偏差随着油流量的增加进一步增加到其中可以注意到更大偏差的时刻，其仍然与估计的水流量相似；在油连续区(33％WLR)内生成高测量误差。测量误差随着GVF的增加而增加，这可能是由于EIT在处理分散的(油和气)相的高分数时的有限能力以及来自使用中的双平面8电极传感器的有限成像空间分辨率。EIT采样的时间太短以至于不能呈现出流的稳定状态将会是误差的其他来源。可能性还可以是由于用于非均匀流的FDM方法的“故障”，对于来自两个绝对压力传感器的差压测量值的期望的稳定性的缺乏。

最终，可以推断出在水连续流区(WLR>45％)和中等的GVF<45％内，三相流的测定的相流量与基准的相流量基本一致(在±10％内)。正在进行进一步的工作以改善性能，包括校准、滑移速度校正和流态评估、改善的FDM方法和建模、增强的EIT成像分辨率和采样。

小节2的参考文献

2011年，APPEL，M.、FREEMAN，J.J.和PUSIOL，D.在2011年9月于巴林的麦纳麦在Proceedings SPE Middle East Oil and Gas Show SPE141465发表的Robust multi-phase flow measurement using magnetic resonance technology。

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2001年，YORK，T.在J.Electron.Imag.第10.3卷发表的Status of electricaltomography in industrial applications。

对小节2的评论

这包含了本发明的某些实施例的进一步描述和附图。例如，参考图16，这示出在本发明的该实施例中，系统如何包括双平面EIT传感器(即，电阻抗断层摄影传感器)、EMF传感器、压力传感器、温度传感器和电导率传感器，其布置为提供指示水的电导率的信号(即，在混合相样品中的连续相的电导率)。处理装置被布置为根据各种传感器信号和使用断层摄影装置生成的数据来计算油流速、气体流速、水流速、油体积流量、气体体积流量和水体积流量。因此，通过并入在本小节中示出和描述的各种传感器，处理装置能够提供在样品中存在的三相中的每一相的平均体积分数和平均流量的指示。

描述小节3

本小节涉及在线电导率校准对于EIT的意义。

小节3的概述

电阻抗断层摄影(EIT)基于电导率分布提供多相流的图像。在测量多相流之前，EIT对单一连续相拍摄瞬时快照作为基准。基准文件显著地确定了流的重构图像的质量。在动态工业过程期间，连续相的温度由于在过程中的受到来自内部能量转换、环境温度和离子浓度的改变的影响而变化，这导致连续相电导率的改变。在没有进行电导率校准的情况下，EIT考虑到多相混合物的这种电导率的改变并且产生对测量结果的大的漂移误差。在本小节中，引入了两种方法，以在线校准对于基准文件的电导率值，并消除漂移误差。第一种方法是连续地测试流温度，并且使用温度和电导率之间的线性关系来间接地校准电导率。在第二种方法中，经由用于直接在线校准的专门设计的电导池对连续相的电导率进行监测。方法采用静态和实验装置进行评估。报告了从气-水流钻机(rig)和气-油-水流钻机获得的结果。所提出的在线校准方法可以帮助EIT监测长期动态过程，具有对系统误差的更强抵抗。

小节3的介绍

电阻抗断层摄影(EIT)是用于多相流测量的成像技术。其能够提供分散相的关于分布、浓度和速度的信息。操作EIT的第一步是将对于巨大的连续相的基线感测作为基准，这像是导电液相的瞬时快照。在将分散相引入管线或容器后，对多相流的每个个体感测将与先前的基准文件进行比较。利用在两次感测之间的相对阻抗差来获得多相流的图像。然而，在动态工业过程期间，连续相的电导率由于在过程中受到来自内部能量转换、环境温度和离子浓度的改变的影响而变化。在没有进行电导率校准的情况下，EIT不能考虑电导率改变，并对测量结果产生大的漂移误差。在Sharifi的EIT工作中，根据经验，固体含量的浓度与温度、电导率和组成相关联(Sharifi，2013)。在本小节中将讨论两种可选的电导率校准方法。

温度校准

材料的电导率σ可以被定义为：

其中，R、A和L分别是材料的电阻、横截面积和长度。

影响电导率的因素之一是温度(Hayashi，2004)。关于在温度T₀处的初始电导率σ₀，当温度变化T_r-T₀不大时，在温度T_r处的电导率近似为在方程式(2)中表达的线性关系，其中k被称为温度系数。

σ_r＝(1+k·(T_r-T₀))·σ₀ (2)

Z₀被认为是在温度T₀处的巨大的连续相的等效阻抗。Z_r是在连续相的温度变为T_r后的新阻抗。通过结合方程式(1)和(2)，在方程式(5)中表示了电阻Z_r和Z₀的比率。

基准阻抗Z₀表示测量开始时的同质(homogenous)水流。两相或三相流被再次测量，并被称为测量阻抗Z_m。如果连续监测流的温度，那么可以在线补偿由于温度变化导致的测量漂移。

在灵敏度反向投影(SBP)算法中，温度补偿的过程是

在改进的SBP算法中，温度补偿的过程是

这是直截了当的补偿方法。然而，温度系数k是从测量数据中拟合的经验参数。不同的化学溶液具有不同的k值。此外，当温度变化超出大的温度范围的时候，线性近似是无效的，并且应当应用更复杂的相关性。因此，补偿电导率改变的更好的方法是在线直接测量电导率。下一节中介绍一种新型方法。

电导率校准

设计了用于EIT的在线测量和补偿的电导池的新型结构。在图23中显示了电导率测量的原理。在电极1和4的两端施加交流电压。在电极2和3的两端感测所消耗的电流I和响应电压V。使用以下的方程式(7)计算电导率σ。

其中，k是电池常数，并由传感器的几何结构确定。V和I的相除被称为互导纳，其与电导率成比例。

在线测定的导电液体的电导率用于由于在离子浓度或温度中的改变而进行实时电导率补偿。在图24中示出了电导池的组件。对于气-水流或油-水流的应用，电池腔室通过45°向下的管道接头与管段耦合(图24(a))。因为每个相具有不同的密度，所以在腔室中发生自然分离过程。水积聚在腔室的下部空间。四个不锈钢电极以等间隔的方式布置，并被安装在腔室的底部以与电池中的流体直接接触。为了确保主流回路中的连续相的电导率快速地更新，柔性冲洗管连接沿着垂直管段和的低压点和腔室的底部。电池内含有的流体不断与主流回路循环。两个法兰固定在管段的任一端处，以便于将电导率轴(spool)安装在流管线的任何垂直段中。弯曲的金属筛网(网状物)用于将有效测量区与快速移动的流分离，并防止由其他组成相所引起的干扰。对于固-水流的应用，电池腔室通过45°向上的管道接头与管段耦合(图24(b))。

静态测试

首先测试电导池的静态灵敏度。自来水被加热至48℃并且被倒入电池腔室。让自来水自然冷却至39℃。在此过程期间，通过商用的电导率探针(Cyberscan PC6500)记录水的电导率。图25展示了在水的电导率和从电导池获得的互阻抗之间的强线性关系。两条短划直线指示固体线性趋势线的±0.5％误差范围。

动态测试

为了测试电导池的动态响应，电导池单元被插入在利兹大学的流回路中(Olerni，2013)。使用相同的商用电导率探针测量水箱中的水的电导率。从电导池中读取互阻抗。在回路中的水流量保持在0.73m3/hr。在将150g NaCl加入到水箱内之后，如图26中的黑色曲线所示，使水箱中的电导率增加和稳定花费了60秒。蓝色曲线显示了电导池腔室内的互阻抗花费了约400秒达到稳定。相信多相流的流量和冲洗管道的直径影响电导池的动态响应。

在气-水两相流中测试电导池。以0.73m³/hr的入口水流量并且0.9m³/hr的入口气流量使流运行30分钟。在测试期间，有效地发生气水的分离，并且观察到没有气泡进入腔室。通过泵将流的温度从22.0℃加热到28.5℃。图27没有呈现如在图25的静态试验中的在互阻抗和电导率温度之间的强线性关系，这意味着腔室内的水的循环给电导率测量带来了干扰。两条短划线指示固体线性趋势线的±1％误差范围。

气-油-水三相流实验是在英国剑桥的Schlumberger Gould Research进行的。流的温度从17.06℃升至20.32℃，并且从电导池测定的水的电导率被相应地监测。在以下的表1中列出每相的入口流量、流的温度和水的电导率。在图28中显示了在水的电导率和流的温度之间的相关性。红点被视为异常值并被忽略。这可能是因为这种流条件具有最低的含水率，这影响了腔室中的水循环。两条短划线指示固体线性趋势线的±3％误差范围。

表格1.气-油-水三相流的电导率改变

Qa(m<sup>3</sup>/hr)	Qo(m<sup>3</sup>/hr)	Qw(m<sup>3</sup>/hr)	温度(℃)	水的电导率(μS/cm)
					2	2	5	17.06	593.3
2	2	10	17.46	608.1
					5	2	10	17.93	600.1
15	5	5	18.54	610.2
					15	5	10	18.74	614.1
15	2	10	18.86	631.6
					20	2	5	18.98	675.7
2	2	5	19.44	632.2
					2	2	10	19.89	658.1
5	2	10	20.32	645.5

因为油密度更接近水密度，所以在腔室中油和水的分离可能不如气体和水的分离那么好。如在图29中显示的，油滴粘附在腔室内壁上，但金属网状物下方的电极未被油滴覆盖。担心的是这些油滴将会影响电导率读数的准确性。在图30中绘出了含水率相对于水的电导率。在两个变量之间没有显示出相关性，这指示无论油浓度如何，电导池都很好地起作用。

结论

在实际的工业过程测量中，水的电导率的变化会使EIT的性能恶化。应用两种在线校准方法来消除这种影响。第一种方法通过监测温度来间接校准电导率，但温度系数可能会引入额外的误差。设计了新型电导池结构，以直接地在线测量在多相流中的水的电导率。在电池腔室中，每个相根据不同的密度被分离，并且水相被循环且电导率被采样。实验结果表明，这种电导池对于气-水两相流和气-油-水三相流都有良好的作用。

小节3的参考文献

2004年，HAYASHI，M.在Environmental Monitoring and Assessment，96，1-3，第119-128页发表的Temperature-Electrical Conductivity Relation of Water forEnvironmental Monitoring and Geophysical Data Inversion。

2013年，OLERNI，C.、JIA，J.和WANG，M在Measurement Science and Technology，24，3发表的“Measurement of Air Distribution and Void Fraction of an UpwardAir-water Flow Using Electrical Resistance Tomography and Wire-mesh Sensor”。

2013年，SHARIFI，M和YOUNG B.在Journal of Food Engineering，116，1，第86-96页发表的Towards an online milk concentration sensor using ERT:Correlation ofconductivity,temperature and composition。

对小节3的评论

其描述并在其附图中示出了本发明的其它实施例的进一步细节。具体来说，其描述并示出了可以结合在本发明的实施例中的电导率传感器的细节。在图24中示出了两个这样的电导率传感器。

描述小节4

本发明的某些实施例提供用于可视化和测量2/3相(水中的气体和/或油，水中的固体和/或气体)多相流的方法和设备。一个实施例提供了用于非侵入性地测量相流量的多相流仪器，并且快速地对复杂的、不稳定的两相或三相流的流场分布进行成像(参见图1)。该实施例基于与辅助差压测量、温度测量和电导率测量结合的、与电磁流量计(MF)组合的电阻抗断层摄影(EIT)的采用有限测量的部分成像(PILM)的方法，提供了快速成像速度，例如，10000dfps(每秒双帧)。它可以提供两相流和三相流的体积流量的测量，并且可选地，使分散相和连续相的局部轴向速度和体积分数的时间依赖性分布成像，使流型可视化。仪器内置了在校准和补偿方面的新方法，其提供了适应各种工业环境的出色能力。该仪器解决了工业对许多工业部门(诸如，石油、石化、食品、核和矿物加工等)生产率的管理的高需求。

该实施例提供了与来自用于两相和三相流测量系统的科学和工程的多技术融合的新概念和方法，其包括(i)双平面部分区域断层摄影感测策略，(ii)相关联的采用有限测量的部分成像算法(PILM)，(iii)基于绝对压力传感器和经验模型的流密度计量系统(FDM)，(iv)在线电导率传感器，(v)新的校准方法，(vi)在线补偿方法，(vii)多模态数据融合方法以及(viii)流数据处理、可视化和用户界面方法。对于两相水包油流的示例，使用具有EIT技术的PILM方法来提取水连续流中的分散相(油)的局部体积分数分布(α_d)和局部流速度分布(v_d)。然后可以通过以下的方程式1或方程式2获得平均油流量。EMF用于测量连续水的局部速度分布(v_w)。使用PILM获得的不导电的分散相的局部体积分数分布(α_d)与测定的水速度分布一起使用，以获得水体积流量[方程式3]，相同的过程可用于水流中的固体。对于垂直三相的示例，水连续的油-水-气流采用管线中的流对称并且油-水速度滑移可忽略不计的假设，各相的流量可以采用PILM、EMF和FDM([方程式3-5])和图1中的仪器来测量，平均相体积分数是在从在线FDM获得的流体密度的辅助下计算出的。为了适应各种工业环境，校准可以使用产品预校准设置，或者采用分散相的(i)零或(ii)非零体积分数(仅针对水或相流)，或采用(iii)估计出的分散相的体积分数来执行。

基于PILM和EMF感测技术的两相流计量

分别通过方程式1和2给出分散相流量

和水流量

基于PILM、EMF和FDM感测技术的三相计量

在方程式1至5中，Q、

和

分别表示体积流量、平均体积分数和平均速度；Aⁱ和A分别是第i个像素的和管道横截面的面积；M是使用PILM和EMF重构的图像中的像素总数；下标指示相；上标表示感测技术(technique(s)和像素数。

图1显示了用于两相和三相流测量的集成传感器系统。PILM传感器(E1和E2)由与内部流接触的电极组成，其可以由电压或电流激励断层摄影系统驱动。EMF指示为M1。两个绝对压力传感器(P1和P2)用于为FDM产生差压，温度传感器(T1)或在线电导率传感器也用于在线补偿由于离子浓度或温度的改变导致的水的电导率的改变。来自绝对压力传感器和温度传感器的测量还允许标准相体积流量根据测定的相体积流量来计算。

对小节4的评论

其包含本发明的某些实施例的进一步细节，例如，用于计算两相流和三相流的某些参数的方程式的细节。

描述小节5

该小节包含使用来自流量密度计的密度测量值来分解在三相流中的每个相的体积分数的方法的进一步细节，如同可以被引入本发明的某些实施例中。

必须从至少n个独立的测量中得出n个相。在系统中，流体的流密度是在对PILM和EMF进行额外的独立测量时得出的，这使得三相测量成为可能。

采用从FDM获得的流体密度ρ^FDM，各个相的已知密度，例如，ρ_w、ρ_o、ρ_g分别为水、油和气体的密度，并且分散相是不导电的。可以将类似的原理应用于由其它材料(例如，固体和气体)组成的分散相。

那么，存在下列关系：

我们有衍生关系式

那么，可以得出每个相的体积分数为，

在气体质量可忽略的情况下，

那么

或

描述小节6

本小节包含涉及本发明某些实施例的特征的进一步的细节和附图。例如，提供了可以结合在实施例中以使得能够使用绝对压力传感器来测量差压而不使用液压传动设备的方法和装置的细节。

差压读数是由沿着垂直向上的多相流的两个独立的绝对压力传感器相减得到的。分散相的空隙分数是基于能量守恒根据经验模型得出的。然后计算流密度。这种方法具有低资本成本和易于安装和维护的优点，而无需使用液压传动。此外，可以利用在特定位置处测量的绝对压力来校准气相的参数并监测流回路的工作情况。

具有两根管的湿/湿差压传感器可用于测量差压。在管中充满的流体在每个分接头处传递压力以用于压力比较。然而，对于气-液两相流测量，总是进入管的小气泡影响读数的精度。具有隔膜密封接口的差压传感器能够避免这个问题，但初始校准过程复杂，并且维护成本高。隔膜式压力计压力传感器设法测量回路内的大于大气压力的压力，然而，由于表压传感器的工作原理，如果压力小于大气压力，则无法提供正确的读数。在这种方法中，两个绝对压力传感器是沿着垂直向上的多相流回路安装的。

在图31中示出压力传感器的信号调节和处理。绝对压力传感器将每个模拟输出传递给低通滤波器以阻止高频噪声。信号的幅度由增益放大器放大，以利用模数转换器的充足的分辨率。最后，数字化的绝对压力P1、P2和差压P1-P2可用于随后阶段的数值计算。

在图1中的位置P1和P2处的两个绝对压力读数相的减表示绝对压力传感器安装的两个位置之间的差压。压力传感器的前端接口是侵入式的，但是不侵入流体。为了确保差压测量的精度，应仔细评估和选择两个绝对压力传感器的测量范围。两个传感器需要校准以消除系统测量误差。

一旦确定了差压，分散相的空隙分数基于能量守恒根据经验模型得出。然后计算流密度。与测量差压的其他方法相比，这种方法具有低资本成本和易于安装和维护的优点，而无需使用液压传动。此外，还可以利用在特定位置处测量的绝对压力来校准气相的参数并监测流回路的工作情况。

描述小节7

本小节给予涉及本发明某些实施例的特征的进一步的细节和附图。具体来说，本小节提供了本发明的某些实施例如何能够基于使用相对于样品导管布置在不同高度处的两个压力传感器测量的差压，对混合相样品进行流密度测量的细节。本小节提供了基于差压测量的在线流密度测量(FDM)的方法和经验补偿方法的细节。

提出了使用绝对压力换能器进行在线流密度计量的新方法。基于沿垂直/倾斜的管段的压降，测量多相流中的混合物密度。从安装在沿管段的两个不同的分接点上的并且分开相对较短距离(小于1m)的两个辅助压力换能器获得压降。使用与采用液压传动设备的常规差压单元不同的绝对压力换能器，提供了诸如操作简单、易于处理和成本低的优点。在混合物密度和沿着管段的压降之间的关系是基于伯努利的能量守恒原理的。在混合物密度的计算中也考虑了沿管段的摩擦压降。结果表明，在两相气/水流中，与绝对压力换能器相关联的不确定度优于±5％。由于实际工程感兴趣的许多流是稳定的(或至少在此期间是稳定的)；因此，这种新方法可以提供对垂直的和倾斜的管道中的多相混合物密度的测量。那么，这可以用于测量相体积分数和/或校准目的。以下详细说明绝对压力换能器的性能和衍生模型。

伯努利方程式是在压力、速度和高程之间的近似关系。它可以被看作是对于机械能平衡的表达，并且可以表示为“当压缩性和分数效应可忽略时，在稳定流期间，沿着流线的流体颗粒的动能、势能和流的能量的总和恒定。”

可以通过方程式1用数学表达以上的表述：

方程式1通常在用于在流的无粘性区域中沿着流线的稳定的、不可压缩的流的流体力学中使用。可以在流线上的任何点处评估常量的值，其中，压力、密度、速度和高程是已知的。如图32中显示的，在两相流或三相流的混合物通过的垂直的/倾斜的管段内的任何两个点(诸如，点1和点2)之间的伯努利方程式(在压力方面)可以写为：

参考图32，在流的方向上，由于液体粘度导致的摩擦，在点1处的总压力之和大于在点2处的压力之和(即，方程式2的左手侧大于右手侧)。因此，为了补偿管段内的两点之间的差压，必须将标量加到在点2处的总压力(即，加到右手侧)。考虑到两点之间的差，标量被称为在直管段中的压力分接头之间的摩擦压力损耗(F_p)项：

重新整理方程式3：

(P₁-P₂)＝ΔP (5)

由于管道直径是常量(V₁＝V₂)，这使方程式4的左手侧的第二项被抵消。

(z₂-z₁)＝Δz (6)

从图32中；

Δz＝h_p cosθ (7)

将以上代入方程式4，并重新整理；

由于摩擦损失(或摩擦压降F_p)导致的压降与对于完全展开流的管道长度成正比。可以使用方程式9计算摩擦压降。

对于平滑的管道，摩擦因数只是雷诺数的函数，而在粗糙的管道中，相对粗糙度(ε/D)也影响摩擦因数。因此，对于平滑的管道中的湍流，方程式10(Blasius(1911)方程式)给出了对于宽泛的雷诺数范围的精确的摩擦因数，如下所示。

C_f＝0.079Re^-0.25[4000＜Re＜10⁵] (10)

另一方面，对于粗糙的管道和Re<10⁵，可以使用方程式11(Churchill(1977))。

将方程式9代入方程式8中，给出：

方程式13可用于计算在垂直的和倾斜的水连续向上流中的多相混合物密度，并且考虑如下：

液体速度与分散速度的比率为一(unity)(即，滑移速度为零)。

轴向压力分接间隔(h_p)是已知的(本研究报告中为0.88mm)。

混合物密度(ρ_m)被假设为连续相(水)的密度。

在STP 25℃且1bar时，ρ_m＝ρ_w＝1000kg/m³

混合物速度被假设为由EMF获得的连续相速度(水)。

V_m＝V_w＝V_EMF。

混合物粘度被假设为连续相粘度(水)。

在STP 25℃且1bar时，μ_m＝μ_w＝0.00089pa.s

绝对压力换能器的性能

图33示出了与使用绝对压力换能器在单相和两相气/水流(泡状流和段塞流)中测定的差压相关联的不确定度。可以看出，误差优于5％。

第7小节的命名

ρ_m 混合物密度(kg/m³)

θ 管道与垂直的倾斜角(度)

ε/D 相对粗糙度

ε 管道内表面粗糙度(mm)

Δz 在点1和点2之间的高程差(m)

ΔP 从绝对压力换能器获得的差压(Pa)

z₂ 在点2处的高程水头(m)

z₁ 在点1处的高程点(m)

z 高程水头(m)

V_m 混合物速度(m/s)

V₂ 在点2处的流体速度(m/s)

V₁ 在点1处的流体速度(m/s)

V 流体速度(m/s)

Re_m 混合物雷诺数

P₂ 在分接头点2处的压力(Pa)

P₁ 在分接头点1处的压力(Pa)

h_p 轴向压力分接头间隔(m)

g 重力加速度(9.81m/s²)

F_p 摩擦压力损失(或摩擦压降)(Pa)

D 内管道直径(m)

C_f 范宁摩擦因数(或摩擦系数)

μ_m 动态混合物粘度(Pa.s或kg/(s.m))

描述小节8

这提供了关于本发明的某些实施例的特征的进一步细节。具体来说，其提供了由于连续相离子浓度(电导率)、温度的改变而在线修正分散相体积分数、或在不采用电导率基准测量的情况下使用来自FDM的初始分散相体积分数的方法的细节。

两个要点对于多相流量测量的精确性是重要的，它们是校准和补偿。校准涉及将系统在其起始阶段校准为初始基准。补偿涉及补偿由于离子浓度或温度的改变导致的连续相的电导率的改变。在电阻抗断层摄影的应用中，作为校准之一的从零分散浓度设置(例如，纯水)进行基准测量并且补偿由于离子浓度或温度的改变导致的连续相的电导率变化总是有挑战性的。

浓度转换

麦克斯韦关系式用于将相电导率转换为在两相混合物中的分散相体积分数α。

其中，σ₁是含水连续相的电导率，σ₂是分散相的电导率，并且σ_mc是由EIT给出的混合物电导率。如果分散相不导电，那么σ₂等于零。那么方程式(1)可以被进一步简化：

重新整理方程式(2)，电导率σ_mc/σ₁变成确定空隙分数的唯一变量。

反函数也可以以相同的形式呈现，

温度影响

σ_x＝σ_Tcal[1+λ(T_x-T_cal)]

其中，T是样品的温度，T_cal是校准温度。

σ₁(t_x)＝βσ₀(t₀) (6)

其中，β＝[1+λ(T₁-T₀)]。

离子影响

离子浓度的改变的方面是不可忽略的，由于该改变而导致的电导率可以表示为，

σ₁(t_x)＝k·σ₀(t₀) (7)

密度关系

可以将密度关系(例如，在水中的og气体和油)表示为，

那么可以将从ERT测定的体积分数表示为，

对于两相流，可以将分散相的体积分数表示为，

校准

由于在数据融合中仅使用电导率的相对改变，因此电导率的实际值不太重要。温度偏差用于系统中的测量补偿。因此，温度测量的正确性或偏差应由经校准的标准温度计检查或校准。绝对压力和差压的正确性都很重要。它们可以通过具有或不具有系统管中的具有已知密度的液体的装置来校准。

假设通过方程式9和10给出已知的或可测量的流密度，并且分散相的电导率为零，则在没有电导率基准的情况下采用ERT获得的电导率的相对改变可以在任何测量阶段处只通过校准系数(η)校正，校准系数可被表示为：

在校准或任何阶段处采用ERT测定相对改变之后，可以得出校准系数为，

那么，可以采用校准系数得出体积分数，

其中，σ_mc/σ₁来自ERT测量。因此，不需要获得基准电导率。

补偿

结合来自温度改变的影响(方程式6)，可以进行的补偿为，

结合来自离子浓度改变的影响(方程式7)，可以进行的补偿为，

其中，密度校准系数η是在采用基准时采取的或估计出的，而β是在基准时间和测量时间之间的温度偏差系数，并且κ是离子浓度系数。

描述小节9

这提供了可以结合在本发明的某些实施例中的测量电导率的电导率仪和方法的进一步细节。还描述了本发明的实施例的进一步的特征。描述了具有来自其他相(气体、油、固体)的最小影响的两相或三相流中的水相的在线电导率测量方法。

在线电导率测量是用于实时过程控制、干预等的强大工具。一个实施例是在没有或具有来自其他组成相(气体、油或固体)的最小影响的两相或三相流中的背景(background)导电液相(水)的在线电导率测量方法。设计了4电极电导率测量传感器(图24)，以提供对垂直向上流中的导电液相的实时电导率测量。该方法/设备通过采样克服了与水的离线测量相关联的限制，并且为了电导率校正或补偿的目的提供了水的实时电导率。

一个实施例是在没有或具有来自其他组成分散相(诸如，气体、油和固体颗粒)的最小影响的两相或三相垂直向上流中的背景导电液相(水)的在线电导率测量方法。在图24显示的电导率传感器用于电导率的在线测量。4电极(不锈钢)传感器用于测量在测量池中积聚的水的电导率。测量池使用施加了交流电压的两个电极，然后通过其他成对的电极测量与介质的电导率成正比的电流。电极以等间隔的方式布置，并且与在池中积聚的流体直接接触。电导池通过45°的管道接头与管段耦合。两个法兰固定在管段的任一端处，以便于将电导率轴安装在流管线的任何垂直段中。在池内含有的流体经由柔性管(冲洗管线)进行定期刷新，柔性管(冲洗管线)连接到沿垂直管段的低压点。金属筛网(网状物)用于将(围绕电极的)有效测量区域/区与快速移动的流分离，并防止由其他组成相引起的干扰。用于测量其中存在固体颗粒的混合物中的背景液相的电导率的传感器的配置与用于测量没有固体颗粒的混合物中的导电液相的电导率的传感器的配置不同。对于具有固体颗粒的流，电导池面向流的方向(向上)，以防止在池中积聚固体颗粒。另一方面，对于在其中气体是组成相之一的流，电导池面向流的相反方向(向下)，以防止在池中俘获气泡。

在线测定的导电液体的电导率用于实时补偿由于在离子浓度或温度中的改变导致的水的电导率中的改变，如图34中所示。

描述小节10

这提供了关于本发明的某些实施例的特征的进一步细节。具体来说，其提供了有关传感器集成的细节。

本发明的一个实施例是集成几个子传感器以获得用于非侵入式测量相流量并且对两相或三相流的有效流场分布进行快速成像的多模态测量系统的方法。多相流系统的测量原理是基于多模态传感器和多维数据融合，其中，应用了所有独立的流测量子系统。这些子系统即为采用有限测量的双平面局部成像的传感器(PILM)、现成的电磁流量计(EMF)、两个绝对压力换能器、温度换成器和电导率测量轴。

本发明的一个实施例是将几个子系统集成到一个自动的、刚性的流量计中以用于对两相或三相流进行计量和成像的方法。在图17中给出集成流量计量系统。集成计量系统由双平面PILM传感器、现成的EMF、两个绝对压力换能器、一个温度传感器和电导率测量轴组成。考虑到它们对最终相流量测量的贡献，所有子系统都被集成和定位。PILM测量子系统由在其周边安装有多个不锈钢电极的两个平面组成。EMF测量子系统使用两个或更多个线圈来生成磁场。两个传感器(PILM传感器和EMF)的有效测量区位于测量系统的下游。由于相流量是从PILM传感器和EMF子系统获得的，因此它们被彼此相邻定位，并且它们二者都位于整个多相测量系统的下游，以确保它们的在发展流段内的测量。绝对压力换能器用于测量在其上安装了PILM传感器和EMF的该段的有效体积中的压力的差值改变。然后沿着PILM传感器段的差压用于校正PILM基准测量值。因此，限制PILM和ERT测量段是至关重要的，一个在PILM传感器和EMF测量段的上游处，而另一个在下游处。电导率测量轴和温度换能器用于补偿导电液体的电导率测量值。因此，它们中的每一个必须被定位成尽可能靠近PILM传感器。温度换能器位于ERT的下游处，在EMF之后，以及电导率测量轴在上游处，随后是绝对压力换能器(低压点)。测量系统由金属壳体封闭和支撑。两个法兰固定在壳体的两端处以用于管线连接。

描述小节11

这提供了关于本发明的某些实施例的特征的进一步细节。具体来说，其提供了关于操作顺序的软件的整体框架的进一步描述。

如图35所示，软件可用于采用块和在线模式进行在线流测量，或重播现有的p2k数据，这两者都向用户提供用户友好的交互。此外，它们都允许分别对基准数据和重构图像(电导率分布)进行校准和补偿，具有的输出为p2k数据(基准和测量两者)、用于校准和补偿的原始数据和参数、以及在浓度、速度和流量方面与流测量相关的在线结果。

就所关注的在线流测量而言，首先需要通过辅助传感器来测量EMF、温度、压力和电导率的原始数据。然后，通过经由弹出对话进行交互，由用户输入校准参数，并且原始数据被校准以用于进一步的使用。之后，通过在线基准测量值或通过加载现有的基准文件得到基准数据。在通过经由用户友好的输入对话输入参数而对基准数据进行补偿后，所有需要的数据和参数都准备好进行在线测量。在测量期间，流的特性(浓度、速度和流量)的计算与EIT对测量数据的感测并行进行，并且中间结果被显示。在测量时，用户可以暂停计算或停止测量。在测量后，用户可以保存p2k原始数据、通过辅助传感器的原始数据连同用于校准和补偿的参数以及在线测量的结果。如果完成了，那么用户可以退出软件，或者选择通过重复“补偿”和“测量”功能来提交新的测量。

与在线流测量相比，重播功能相对更简单，因为不需要通过辅助传感器获取原始数据以及获得基准数据。通过加载原始数据和存储在TXT文件中的相关的校准参数，并获得用户通过弹出窗口输入的补偿参数，通过与在线流测量中使用的“测量”功能完全相同的方式计算在p2k文件中存储的测量数据。与“测量”功能类似，处理后的结果被显示并被进一步保存。

描述小节12

这描述了本发明的某些实施例的进一步特征。

在某些实施例中，软件以图形方式显示EIT的两相和三相流的在线测量结果以及二维横截面断层照片。对于在线测量结果，它包含分散相的浓度和速度的分布、和连续相的浓度和速度的平均值、以及分散相的和连续相的平均流量。

在某些实施例中的在线测量结果呈现分散相的和连续相的浓度、速度和流量的瞬时值。更具体地说，由于分散相的测量主要基于EIT，因此其浓度和速度是依照包含二十个点的分布呈现的，其中该分布是基于用户输入的参数而被平均并且计算的。此外，基于先前计算出的浓度和速度来显示流量。就所关注的连续相的测量结果而言，所有结果是在浓度、速度和流量方面的平均值。

另一方面，在某些实施例中的2维横截面图以受到EIT的数据采集速度限制的速度显示流的断层照片，其允许用户具有依据电导率分布的流的一些实时信息，以及EIT的性能。然而，在某些实施例中，显示器是可选的，并且为了提高测量精确性的目的而默认禁用。

描述小节13

这描述了本发明的某些实施例的进一步的特征，特别是关于提供用户的用于流可视化和测量的对话界面的软件的进一步信息。

在某些实施例中的软件提供了两个弹出对话，以允许用户选择不同的策略，然后基于理论和/或经验的经历，输入用于校准通过辅助的原始数据和用于补偿基准、断层摄影结果和进一步的浓度结果、传感器的参数。对话提供了用户友好的并且易于理解的方式供用户与软件交互。提供了校准输入对话和补偿输入对话。

通过辅助传感器获得的原始数据不是以标准水平(例如，温度和压力)测量的。因此，出于减少误差的目的，需要根据在某些温度和压力下的标准值进行校准。在某些实施例中，所有原始数据基于下列方程式被线性地校准：

〖数据〗_校准＝A*〖数据〗_原始+B

其中，A和B是用户输入的值。然后，校准值被输出以供进一步使用。

就所关注的补偿而言，它包含两个单独的方面：一个在于基准，而另一个在于重构图像(即，电导率值)。不同的补偿可以独立地布置并且为用户提供简单的输入。基准补偿基于3种不同的策略，包括对基准的零补偿、采用已知的混合物浓度对基准的补偿、以及通过流密度计(FDM)对基准的补偿。另一方面，对重构图像的补偿也有3种不同的方式：不补偿重构图像、根据温度而非离子浓度的补偿，以及基于离子浓度的补偿，其中的每个可通过用户界面进行选择。

描述小节14

概述

描述了用于两相流或三相流的测量的两种方案，其中，分散相通常可以是任何种类的材料，只要它们是不导电的就行。在图3中示出了用于测量水中的气体和油的典型示例。该方案依据传感器、设备、原始数据、数据融合和最终确定流量而分为五个部分。

描述

图36呈现了两相流测量方案。来自PILM和具有(在图36的第1列中的)在线电导率传感器、温度传感器和绝对压力传感器的三个辅助测量值的FEM的两个关键测量值是采用图36中的第2列中的相关设备获取的，分别提供了如在图36的第3列中显示的在各个成像像素处的电导率的相对改变的、水相速度的、水电导率的、流体温度的、流中的流体密度的、在传感器位置处的管道内的绝对压力的原始测量值。以在线测定的水的电导率、流体密度和温度来校正和/或补偿的、在每个像素处的电导率的相对改变提供了在每个像素处的分散相体积分数，并通过流态识别(FRR)和校正进行进一步校正。利用互相关方法得出每个像素处的分散相速度，并通过对像素速度进行平均来计算平均速度。也可以采用FDM从流动的流体的密度中得出平均体积分数。在图36的第4列和第5列中突出显示这些数据融合过程。最后，使用采用EMF测定的速度和从分散相的差数中得出的体积分数计算出连续相(水)的流量。如图36的最后两列所示，分散相流量是采用感测域的管道横截面积上的速度与像素体积分数的乘积的积分来计算的，或采用平均体积分数与平均速度的简单积来计算的。有两种方式来产生分散相流量：使用来自PILM的像素体积分数或来自FDM的平均值。最终流量采用相对于在20℃的温度和1bar的压力下的标准基准的在线温度和绝对压力进行补偿。

图37显示了对于在水中的气体和油的三相流中的测量和数据融合方案。除了在图37中第5列底部的三个框所示的第三相的分解功能、以及得出油流量的方式之外，大部分的过程和程序与在图36中的两相流测量方案中描述的相同，得出油流量的方式可根据相关情况根据互相关方法或使用水速度来获得。分解方法和油速要点都在本说明书的其他部分详细介绍。

因此，小节14描述了本发明的某些实施例的特征的进一步的细节。例如，图36示出了在适于监测两相流的某些实施例中的用于计算或以其它方式得出流的某些参数的某些传感器信号和数据的处理。图37示出了本发明的某些其他实施例中的传感器信号和数据的处理，以便计算与三相流动样品相关联的流参数。

描述小节15

这描述了本发明的某些实施例的特征。具体来说，本小节描述了可以结合在体现本发明的某些断层摄影装置和流监测或测量系统中的电极布置(或包含凸电极的PILM传感器结构)。

概述

本发明的一个方面是PILM传感器电极的新型结构，以提供自清洁并且维护测量性能。每个不锈钢电极表面被构造成具有沿着传感器平面的长度的凸形形状。新型电极自清洁和防污方法是基于增加在传感器平面横截面上的轴向流速，并将电极表面引入到与靠近管道壁的区域相比具有更高速度的区域。在凸形电极表面上流动的流体流产生切向曳力，其防止在电极的表面上形成沉积物。新型结构针对降低清洁和维护的成本，提高过程可靠性并提高产品质量。

描述

电极的新型结构提供了自租用(self-leasing)方法和清洁优化。该方法基于以下概念：通过增加流体的切向流对电极表面的冲击力可以克服沉积物的去除。在齐平安装并具有平坦表面的常规电极结构上的流体流对于去除在每个电极表面上的沉积物具有较小的影响。通过使每个电极的表面暴露于在PILM传感器横截面上的更快的流体流，可以增加去除沉积物的影响。图38显示了具有电极表面凸起结构的PILM传感器平面的示意图。许多不锈钢电极通过插进在平面的圆周的孔中的螺纹杆而安装在平面的周围。螺纹杆伸出平面，以允许使用焊片连接电缆。由于在工业中难以获得在经济上高效地污染防止，因此具有所安装的凸形电极的PILM传感器的新型结构可以被认为是降低清洗成本并提高过程可靠性的装置。

进一步描述

应当从以上的描述认识到，本发明的某些新的方面和实施例以及这某些新颖方面和实施例的特征包括以下内容：

采用EIT、EMF和差压密度计流混合物密度计(FDM)的两相和三相测量(参见，例如小节2、14)；

采用EIT、EMF和FDM的两相测量，其具有在仅有水的设置时的基准或者在任何在线设置时采用FDM的流混合物密度，(参见例如小节2、14)；

可采用两个绝对压力传感器制成的差压传感器或一个用于FMD的差压传感器(参见例如小节2、7)；

采用离心和重力分离的电导率测量腔室，以及用于补偿离子浓度改变对流混合物浓度的影响的流体刷新设计(参见例如小节3)；

用于补偿温度改变对流混合物浓度的影响的温度传感器(参见例如小节2、3、8)；

用于气体质量补偿的绝对压力传感器和温度传感器(参见例如小节2)；

具有特殊设计以防止表面污染的电极系统(参见例如小节15和/或图4-8)；

用于协调传感器的信息的数据采集系统(参见例如小节2)；

用于数据融合、流混合物可视化和监测的计算机或微处理器(参见例如小节2)；

采用EIT、EMF和FDM的三相分解方法(参见例如小节5)；

采用来自FDM的初始流混合物密度或估计出的第二相体积分数的初始值的校准方法(参见例如小节2、8)；

采用流混合物的电导率的或温度的相对变化的补偿方法(参见例如小节8)；

集成的两相/三相流混合物监测系统(参见例如小节1、2)

电导率腔室(参见例如小节3)；和

电极系统(参见例如小节15或图4-8)。

贯穿此说明书的描述和权利要求，词“包括”和“包含”及其变体表示“包括但不限制于”，且这些词无意(也不)排除其他部分、附加物、部件、整体或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求中，单数包括复数，除非上下文另有要求。特别地，其中使用不定冠词的地方，本说明书应理解为考虑复数以及单数，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、复合物、化学部分或群组应被理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与此矛盾。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合，除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合之外。本发明并不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展至在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个特征或任何新颖的组合，或扩展至如此公开的任何方法或过程中的步骤中的任何新颖的一个步骤或任何新颖的组合。

请读者注意与本说明书同时或先于本说明书提交的、与本申请有关的、且与本说明书一起被公开用于公共查阅的所有论文和文件，且这些论文和文件的内容通过引用并入本文。

Claims

1.一种流监测系统，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述系统包括：

导管，所述混合相样品能够被布置成流过所述导管；

断层摄影装置，所述断层摄影装置被布置成生成指示当所述混合相样品流过所述导管时所述混合相样品的第一横截面的至少一部分的至少第一电导率分布的断层摄影数据；

流量计，所述流量计被布置成检测通过所述导管的所述第一相的流，并提供指示所述第一相的流速的流信号；以及

处理装置，所述处理装置适于根据所述数据计算所述第一相占据所述第一横截面的分数，并且根据所述分数和所述流信号计算通过所述导管的所述第一相的体积流量；

其中，所述断层摄影装置包括：

多个电极，所述多个电极中的每个均具有被布置成与流过所述导管的样品电接触的相应的接触表面；以及

测量装置，所述测量装置连接到所述多个电极，并且适于对流过所述导管的样品执行多次测量，以生成所述断层摄影数据，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流以及测量在另一对所述电极之间的电压，

其中，每个电极的接触表面的至少一部分沿着所述导管的纵向轴线朝向所述纵向轴线向内倾斜，由此通过每个所述一部分的样品流能够至少部分地阻止沉积物积聚在每个所述一部分上。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括加热装置，所述加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

4.一种流监测系统，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述系统包括：

导管，所述混合相样品能够被布置成流过所述导管；

其中，所述断层摄影装置包括：

测量装置，所述测量装置连接到所述多个电极，并且适于对流过所述导管的样品执行多次测量，以生成所述断层摄影数据，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流和测量在另一对所述电极之间的电压，

并且还包括加热装置，所述加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

5.根据权利要求4所述的系统，并且还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

6.一种流监测系统，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述系统包括：

导管，所述混合相样品能够被布置成流过所述导管；

其中，所述断层摄影装置包括：

并且还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

7.根据权利要求1、4和6中任一项所述的系统，其中，所述流量计是电磁流量计。

8.根据权利要求1、4和6中任一项所述的系统，其中，所述数据还指示当所述混合相样品流过所述导管时所述混合相样品的第二横截面的至少一部分的第二电导率分布。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一横截面和第二横截面的平面彼此平行。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述断层摄影装置包括围绕所述第一横截面布置的第一电极阵列和围绕所述第二横截面布置的第二电极阵列。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述数据来计算在所述样品中的所述第一相的体积分数。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述体积分数和所述信号来计算在所述样品中的所述第一相的体积流量。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述数据来计算在所述样品中的所述第二相的轴向速度和体积分数。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述第二相的所述轴向速度和体积分数来计算在所述样品中的所述第二相的体积流量。

15.根据权利要求1、4和6中任一项所述的系统，其中，所述混合相样品包括第三相，所述第三相是基本上不导电的、并且具有与所述第二相的密度不同的密度的液体或气体，所述系统还包括用于测量流过所述导管的所述混合相样品的密度并且生成指示所述混合相样品的所述密度的密度数据的装置。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述断层摄影数据和所述密度数据来计算在所述样品中的所述第二相的体积分数和在所述样品中的所述第三相的体积分数。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述断层摄影数据和所述信号来计算所述第一相的体积流量，使用所述断层摄影数据、所述密度数据和所述信号来计算所述第二相的体积流量，并且使用所述断层摄影数据和所述密度数据来计算所述第三相的体积流量。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第二相是液体，并且所述第三相是气体。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述第一相是水，并且所述第二相是油。

20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述断层摄影数据来计算在所述样品中的所述第二相和/或第三相的体积分数。

21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理装置适于使用断层摄影数据和电磁流量计数据来计算所述第一相的体积流量。

22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理装置适于使用流混合物密度计来测量流混合物密度。

23.根据在权利要求15所述的系统，其中，所述处理装置适于使用断层摄影数据和流混合物密度数据来计算所述第三相的体积流量。

24.根据在权利要求15所述的系统，其中，所述第一相是水，并且所述第二相是气体，并且所述第三相是油。

25.根据权利要求15所述的系统，其中，所述导管被布置成其纵向轴线基本上垂直，并且用于测量密度的装置包括被布置在第一高度处的第一压力传感器和被布置在第二高度处的第二压力传感器，每个压力传感器被布置成感测在所述导管中的流动样品在相应高度处的压力，并且向所述处理装置提供指示样品压力的相应压力信号。

26.根据权利要求1、4和6中任一项所述的系统，还包括温度传感器，所述温度传感器被布置成感测流过所述导管的所述样品的温度，并向所述处理装置提供指示所述温度的温度信号。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述处理器适于使用所述温度信号和所述断层摄影数据来计算在所述导管中的流动样品中的至少所述第一相的体积分数。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述处理器适于使用所述温度信号来计算下列项中的至少一个：所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的体积分数；所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的流速；以及所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的体积流量。

29.根据权利要求26中任一项所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述温度信号和所述流信号来计算所述第一相的流速。

30.根据权利要求1、4和6中任一项所述的系统，还包括电导率测量装置，所述电导率测量装置被布置成测量流过所述导管的所述样品的所述第一相的电导率，并向所述处理装置提供指示测定的电导率的电导率信号。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述处理器适于使用所述电导率信号和所述断层摄影数据来计算在所述导管中的流动样品中的至少所述第一相的体积分数。

32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述处理器适于使用所述电导率信号来计算下列项中的至少一个：所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的体积分数；所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的流速；以及所述第一相和所述第二相中的一个或更多个的体积流量。

33.根据权利要求30所述的系统，其中，所述处理装置适于使用所述电导率信号和所述流信号来计算所述第一相的流速。

34.根据权利要求30所述的系统，其中，所述电导率测量装置包括腔室、多个电极以及电流驱动装置和电压测量装置，所述腔室被布置成与所述导管的含有样品的体积连通，使得当所述样品流过所述导管时，所述样品的一部分收集在所述腔室中，所述多个电极被布置成与在所述腔室中收集的第一相材料电接触，所述电流驱动装置和电压测量装置连接于所述多个电极并被布置成驱动电流通过所收集的第一相材料并且测量在所述第一相材料上产生的电压。

35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述导管被布置成使得其纵向轴线基本上垂直，并且所述腔室是从所述导管径向向外延伸的侧室。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述混合相样品包括第三相，所述第一相具有高于所述第二相和所述第三相的密度，并且所述侧室轴向向下延伸，使得第一相材料收集在所述腔室的下部，所述电极位于所述下部。

37.根据权利要求35所述的系统，其中，所述混合相样品包括第三相，所述第一相具有低于所述第二相和所述第三相的密度，并且所述侧室轴向向上延伸，使得第一相材料收集在所述腔室的上部，所述电极位于所述上部。

38.根据权利要求34所述的系统，其中，所述电导率测量装置还包括被布置在所述腔室中的筛网，以将靠近所述电极的所收集的样品的一部分与靠近在所述导管中流动的所述样品的一部分分离。

39.根据权利要求34所述的系统，其中，所述电导率测量装置还包括管和阀，所述管将所述腔室连接到所述导管，所述阀可操作以选择性地允许或防止样品材料流过所述管，以用于刷新在所述腔室中的第一相材料。

40.一种流监测方法，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述方法包括：

将所述混合相样品布置成流过导管；

使用断层摄影装置以生成指示流过所述导管的所述混合相样品的第一横截面的至少一部分的至少第一电导率分布的断层摄影数据；

使用流量计以检测通过所述导管的所述第一相的流，并且生成指示所述第一相的流速的流信号；以及

根据所述数据计算所述第一相占据所述第一横截面的分数，并且根据所述分数和所述流信号计算通过所述导管的所述第一相的体积流量；

其中，所述断层摄影装置包括：

41.根据权利要求40所述的方法，还包括加热装置，所述加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

42.根据权利要求40或权利要求41所述的方法，还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

43.一种流监测方法，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述方法包括：

将所述混合相样品布置成流过导管；

其中，所述断层摄影装置包括：

44.根据权利要求43所述的方法，并且还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

45.一种流监测方法，用于监测混合相样品的流，所述混合相样品的流至少包括具有不同电导率的第一相和第二相，所述第二相是液体或气体并且基本上不导电，并且所述第一相是液体并且具有比所述第二相更高的电导率，所述方法包括：

将所述混合相样品布置成流过导管；

其中，所述断层摄影装置包括：

46.根据权利要求40、43和45中任一项所述的方法，其中，所述混合相样品包括第三相，所述第三相是基本上不导电的、并且具有与所述第二相的密度不同的密度的液体或气体，所述方法还包括：

测量流过所述导管的所述混合相样品的密度，并且生成指示所述混合相样品的所述密度的密度数据。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括：

使用所述断层摄影数据和所述密度数据来计算在所述样品中所述第二相的体积分数和在所述样品中的所述第三相的体积分数。

48.根据权利要求40、43和45中任一项所述的方法，其中，所述断层摄影装置包括多个电极，所述多个电极中的每个均具有被布置成与流过所述导管的样品电接触的相应的接触表面，并且所述方法还包括加热和振动每个电极的至少部分中的至少一项，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

49.一种断层摄影装置，包括：

导管，所述导管具有沿着纵向轴线延伸的内部体积，并且流体或混合相样品能够被布置成流过所述内部体积；

多个电极，所述多个电极中的每个均具有被布置成与流过所述内部体积的样品电接触的相应的接触表面；以及

测量装置，所述测量装置连接到所述多个电极，并且适于对流过所述内部体积的样品执行多次测量，每次测量包括在一对所述电极之间驱动电流和测量在另一对所述电极之间的电压，

其中，每个电极的接触表面的至少一部分沿着所述纵向轴线朝向所述纵向轴线向内倾斜，由此通过每个所述一部分的样品流能够至少部分地阻止沉积物积聚在每个所述一部分上。

50.根据权利要求49所述的装置，其中，每个所述一部分被布置成从第一轴向位置向内倾斜，在所述第一轴向位置处，所述一部分与限定所述内部体积的壁的所述导管的内表面齐平。

51.根据权利要求49或权利要求50所述的装置，其中，每个所述一部分被布置成从第一轴向位置向内倾斜到第二轴向位置。

52.根据权利要求51所述的装置，其中，在所述第二轴向位置处，所述接触表面的切线平行于所述纵向轴线。

53.根据权利要求49所述的装置，其中，每个所述一部分是所述相应的接触表面的相应的第一个部分，每个接触表面包括相应的第二个部分，所述相应的第二个部分被布置在所述相应的第一个部分的下游，并且被布置成沿着所述纵向轴线远离所述纵向轴线地向外倾斜。

54.根据权利要求53所述的装置，其中，每个第二个部分被布置成从所述第二个部分接合所述第一个部分的第二轴向位置向外倾斜到第三轴向位置，在所述第三轴向位置处，所述第二个部分与限定所述内部体积的壁的所述导管的内表面齐平。

55.根据权利要求49所述的装置，其中，每个电极包括具有相应的不导电的表面的相应的下游部分。

56.根据权利要求55所述的装置，其中，每个所述不导电的表面被布置为从相应的接触表面轴向延长，并且沿着所述纵向轴线远离所述纵向轴线地向外倾斜。

57.根据权利要求55或权利要求56所述的装置，其中，每个所述不导电的表面被布置为在第二轴向位置处邻接相应的接触表面，并且沿着所述纵向轴线向外倾斜到第三轴向位置。

58.根据权利要求57所述的装置，其中，每个不导电的表面被布置成在所述第三轴向位置处与限定所述内部体积的壁的所述导管的内表面齐平。

59.根据权利要求55所述的装置，其中，每个下游部分包括导电材料主体，所述导电材料主体具有涂覆有不导电材料的表面，以提供所述不导电的表面。

60.根据权利要求55所述的装置，其中，每个下游部分包括不导电材料的主体，每个不导电的表面是相应主体的表面。

61.根据权利要求49所述的装置，还包括加热装置，所述加热装置可操作以加热每个电极的至少部分，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

62.根据权利要求61所述的装置，其中，每个电极包括第一部分以及第二部分，所述第一部分的表面提供所述接触表面，所述第二部分从所述第一部分延伸并且通过所述导管的壁延伸到所述导管外部的位置，其中，所述第二部分是导电和导热的，并且所述加热装置被布置成加热所述第二部分，由此所述第二部分将热量传导到所述第一部分。

63.根据权利要求49所述的装置，还包括振动装置，所述振动装置可操作以使每个电极的至少部分振动，其中，每个接触表面是相应的所述部分的表面。

64.根据权利要求63所述的装置，其中，每个电极包括第一部分以及第二部分，所述第一部分的表面提供所述接触表面，所述第二部分从所述第一部分延伸并且通过所述导管的壁延伸到所述导管外部的位置，其中，所述第二部分基本上是刚性的，并且所述振动装置被布置成使所述第二部分振动，由此所述第二部分将振动传导到所述第一部分。

65.根据权利要求63或64所述的装置，其中，所述振动装置可操作以使所述部分超声振动。

66.一种断层摄影装置，包括：

67.一种断层摄影装置，包括：