CN107278266B - 科里奥利阈值确定装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于被配置成接收过程流体的流量计量器（5）的计量器电子器件（20）。所述计量器电子器件（20）包括：接口（201），所述接口（201）被配置成与所述流量计量器（5）的传感器组件通信并且接收振动响应。所述计量器电子器件（20）包括驱动增益阈值确定程序（215），所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：确定第一预定驱动增益阈值（302），监测预定时间阶段内的驱动增益信号，并且确定所述预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的最低点。基于达到发生所述驱动增益信号的低点的情况的预定数量来确定第二驱动增益阈值。

Description

科里奥利阈值确定装置和方法

技术领域

本发明涉及科里奥利流量计量装置和方法，并且更具体地，涉及科里奥利流量计量装置和用于确定多相流体流的操作阈值的方法。

背景技术

振动导管传感器（例如科里奥利质量流量计量器和振动密度计量器）典型地通过检测容纳流动材料的振动导管的运动而操作。与导管中的材料关联的属性（例如质量流量、密度等）可以通过处理测量信号来确定，该测量信号从与导管关联的运动换能器接收。该振动材料填充系统的振动模式通常受到容纳导管和容纳于所述容纳导管内的材料的组合的质量、刚度、以及阻尼特性的影响。

典型的科里奥利质量流量计量器包括一条或多条导管（也被称为流量管），一条或多条导管在管线或其它运输系统中并置（inline）地连接并且在该系统中输送材料（例如流体、浆体、乳液等）。每个导管可被视为具有一组固有振动模式，包括例如简单的弯曲、扭转、径向、和耦合模式。在典型的科里奥利质量流量测量应用中，当材料流动经过导管时，导管以一种或多种振动模式被激励，并且在沿着导管间隔的地点处测量导管的运动。激励典型地由驱动器（例如诸如音圈型致动器的机电装置）来提供，该驱动器以周期方式扰动导管。可通过测量换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流率。典型地采用两个或更多个这种换能器（或检出（pickoff）传感器）以便测量流量导管的振动响应，并且两个或更多个这种换能器典型地定位在驱动器的上游和下游的位置处。仪器接收来自检出传感器的信号并且对该信号进行处理以便获得质量流率测量结果。

流量计量器可用于执行对于种类广泛的流体流的质量流率测量。科里奥利流量计量器会有可能被使用的一个领域是油和气井的计量。这种井的产物可以包括多相流，该多相流包括油或气，但还包括其它组分，该其他组分包括例如水和空气、和/或固体。当然，非常期望的是，所产生的计量是尽可能地精确的，甚至是对于这种多相流而言。

对于单相流而言，科里奥利计量器提供高精度。然而，当科里奥利流量计量器被用于测量多相流体（例如包括夹带气体的流体）时，该计量器的精度会显著地劣化。对于具有夹带固体的流和混合相流体流（例如当烃流体包含水时）也同样是如此。

夹带的气体在流动材料中通常以气泡形式而存在。气泡的尺寸可以取决于所存在空气的量、流动材料的压力、以及温度而变化。相关和重要的误差来源产生于流体分离（fluid decoupling）。流体分离是由气体气泡相对于液体的运动所造成的，其由管的振动所导致。气体气泡相对于液体的相对运动由浮力所驱动，该浮力类似于在重力作用下导致气泡上升到表面的力。然而，在振动管中，正是振动管的加速度导致了气泡比重力加速度的情况下移动得更多。因为稠密流体具有比轻的气泡更多的质量，所以气泡在管加速度的方向上具有比流体更大的加速度。由于气泡具有更大的加速度，所以当流量导管每次发生振荡时，气泡比流量导管移动地更多。另外地，气泡运动导致流体中的一些比流量导管移动得更少。这是分离问题的基础。因此，具有较低振动振幅的流体经受较小的科里奥利加速度，并且具有较低振动振幅的流体在流量导管上施加比在没有气泡的情况下将会施加的科里奥利力更小的科里奥利力。这导致当存在夹带气体时流率和密度特性未被如实报告（负流量和密度误差）。对于流体分离的补偿是困难的，因为存在有决定有多少气泡相对于流体移动的若干因素。流体粘度是一个明显的因素。在非常粘稠的流体中，气泡（或颗粒）被有效地就地固定在流体中并且导致小的流量误差。对气泡移动性的另一个影响因素是气泡尺寸。作用于气泡上的阻力与表面积成比例，而浮力与体积成比例。因此，非常小的气泡具有高的阻力与浮力的比并且趋向于与周围流体一起移动。小的气泡接着导致小的误差。相反地，大的气泡不趋向于与周围流体一起运动并且导致大的误差。对于颗粒也是如此。小的颗粒趋向于与流体一起移动并且导致小的误差。

流体与气体之间的密度差是可有助于流量计量器不精确的另一因素。浮力与流体和气体之间的密度差成比例。高压气体可以具有足够高的密度以影响浮力并且降低分离作用。

除了测量误差之外，多相流对科里奥利计量器的影响由在流量导管上的衰减作用而增加，从而导致流量导管振动振幅的减小。典型地，计量器电子器件通过增加驱动能量或驱动增益来补偿该减小的振幅，从而恢复振幅。甚至非常少量的气体也可以导致驱动增益的大的增加。

为了校正由于多相流所造成的误差，使用从单相流（只有液体）的阶段获得的所测量的变量（包括密度、质量流量、和体积流量），即，这些值被称为保持值。在两相流期间使用保持值以代替或改善所测量的变量的精度。目前，在多相状态存在之前在用户指定的时间点处确定保持值。

以前，驱动增益已被用于确定在计量器中是否存在多相流。如果计量器的驱动增益变成超过某个阈值，那么该计量器中的流体被认为是多相流，并且可以采取校正动作以改善所测量的值的精度。在现有技术的计量器中，使用用于驱动增益阈值的默认值。实际上，该默认值必须被保守地设定成高的，以使得该默认值将适用于大部分的应用。出于如下的三个原因这是必须做到的：（1）每个科里奥利计量器具有不同的基础驱动增益。这是在完全单相流条件下驱动流量导管所需的驱动增益。因此，驱动增益必须足够高以便适用于每个计量器。例如，用于一个计量器族的典型标称驱动增益可以是2%，而用于另一个计量器族的标称值可以是20%。该标称值取决于许多因素，包括磁场强度和设计、线圈设计、以及计量器尺寸/刚度；（2）由一个或多个不同密度液体所组成的纯粹是液体的多组分混合物将具有与气体和液体流体相同的分离作用，尽管小得多。在纯粹是液体的多组分流中误差大多数情况下是可忽略的，但仍然会在驱动增益方面存在小的增加，其不应作为气体进行处理。再者，阈值必须足够地高以不将纯粹是液体的流误认为是气体流和液体流；以及（3）就一些应用而言，可能从来不存在基本保持值从其获得的纯液体的阶段。然而，经常存在大部分液体中只会存在微小量的气体的阶段。将驱动增益阈值设定为足够地高，以便这些阶段被作为纯液体来处理，从而可形成保持值，并且仍然可对非常高气体的阶段进行校正。默认值适用于一些应用。然而，就可只存在少量的气体进入计量器的应用而言，默认阈值可能是过高的。由于驱动增益的分散的性质（sporadic nature）以及有可能将驱动增益阈值设定得过高，所以该方法并不总是从最少量或无气体的阶段来产生保持值。就始终存在足够的气体使得驱动增益从来没有下降到该阈值之下的应用而言，默认阈值是过低的。

在默认阈值是不合适的情况下，操作者必须手动地配置流量计量器以便使用更精确的值。该过程要求操作者对来自计量器的数据进行采集和监测并且手动地设定新阈值。如果过程状态随时间而变化，则会需要重新调整此阈值。这是及时且高成本的过程。除消耗的时间外，还存在安全规程，该安全规程有时会防止方便地使用笔记本电脑来连接到处于现场的计量器。

本领域中一直以来需要一种振动式流量计量器，所述振动式流量计量器减缓与设定用于处理多相流的适当驱动增益阈值关联的问题。本文中的实施例提供用于确定理想阈值的方法。另外，这些实施例公开了例如多长时间输出一次数据、以及多久尝试获得一次相关的数据值（例如保持值）。

发明内容

根据一个实施例，提供一种用于确定振动式流量计量器的驱动增益阈值的方法。所述方法包括将过程流体放置在所述振动式流量计量器中并且确定第一预定驱动增益阈值。在预定时间阶段内监测驱动增益信号并且确定该预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的最低点。基于达到发生所述驱动增益信号的低点的情况的预定数量来确定第二驱动增益阈值。

根据一个实施例，提供用于被配置成接收过程流体的流量计量器的计量器电子器件。所述计量器电子器件包括：接口，所述接口被配置成与所述流量计量器的传感器组件通信并且接收振动响应；以及处理系统，所述处理系统联接到所述接口。所述处理系统包括：驱动增益阈值确定程序，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：确定第一预定驱动增益阈值并且监测预定时间阶段内的驱动增益信号。在所述预定时间阶段内确定所述驱动增益信号中的最低点。基于达到发生所述驱动增益信号的低点的情况的预定数量来确定第二驱动增益阈值。

发明的方面

根据一个方面，提供一种用于确定振动式流量计量器的驱动增益阈值的方法。所述方法包括：将过程流体放置在所述振动式流量计量器中；确定第一预定驱动增益阈值；监测预定时间阶段内的驱动增益信号；确定所述预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的最低点；以及基于达到发生所述驱动增益信号的低点的情况的预定数量来确定第二驱动增益阈值。

优选地，所述方法包括如下步骤：用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值。

优选地，所述方法包括如下步骤：在所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下的阶段期间记录至少一个保持值。

优选地，所述方法包括如下步骤：对在每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下的情况期间所记录的驱动增益信号的值进行平均。

优选地，所述方法包括如下步骤：记录每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下的情况，只要所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下达预定时间阶段。

优选地，所述至少一个保持值包括所述过程流体的流率和密度中的至少一个。

优选地，用于监测驱动增益信号的所述预定时间阶段包括滚动窗口。

优选地，所述方法包括如下步骤：将常量加到所述第一预定驱动增益阈值和所述第二预定驱动增益阈值中的至少一个。

优选地，所述方法包括如下步骤：计算所述驱动增益信号，其中，，其中：Drive Target是导管振幅设定点；Max（LPO，RPO）是在左与右检出传感器之间的最大检出电压；并且λ是所述流量导管的频率。

优选地，用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值的步骤包括进行衰减，使得用所述第二预定驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值的平均值来代替所述第一预定驱动增益阈值。

优选地，用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值的步骤包括进行衰减，使得用所述第二预定驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值中的最小值来代替所述第一预定驱动增益阈值。

根据一个方面，提供用于流量计量器的计量器电子器件。所述流量计量器被配置成接收过程流体，并且所述计量器电子器件包括：接口，所述接口被配置成与所述流量计量器的传感器组件通信并且接收振动响应。处理系统联接到所述接口，所述处理系统包括：驱动增益阈值确定程序，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：确定第一预定驱动增益阈值；监测预定时间阶段内的驱动增益信号；确定所述预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的最低点；以及基于达到发生所述驱动增益信号的低点的情况的预定数量来确定第二驱动增益阈值。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：在所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下的阶段期间记录至少一个保持值。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：对在每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下的情况期间所记录的驱动增益信号的值进行平均。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：确定所述预定时间内的所述驱动增益信号中的最低点，只要所述驱动增益信号下降到所述第一预定驱动增益阈值之下达预定时间阶段。

优选地，所述至少一个保持值包括所述过程流体的流率和密度中的至少一个。

优选地，用于监测驱动增益信号的所述预定时间阶段包括滚动窗口。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：将常量加到所述第一预定驱动增益阈值和所述第二预定驱动增益阈值中的至少一个。

优选地，所述驱动增益阈值确定程序被配置成：计算所述驱动增益信号，其中：，其中：Drive Target是导管振幅设定点；Max（LPO，RPO）是在左与右检出传感器之间的最大检出电压；并且λ是所述流量导管的频率。

优选地，用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值包括进行衰减，使得用所述第二预定驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值的平均值来代替所述第一预定驱动增益阈值。

优选地，用所述第二预定驱动增益阈值代替所述第一预定驱动增益阈值包括进行衰减，使得用所述第二预定驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值中的最小值来代替所述第一预定驱动增益阈值。

附图说明

图1示出了包括计量器组件和计量器电子器件的流量计量器。

图2示出了根据本发明的实施例的计量器电子器件的方框图。

图3图示出驱动增益阈值确定样例的图表。

图4图示出随时间的驱动增益记录样例的图表。

图5图示出扩展的驱动增益的样例实现方式的图表。

图6图示出展示驱动增益衰减作用的实施例的表格。

具体实施方式

图1-6以及下面的说明示出了具体示例，以便教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。出于教导创造性原理的目的，已将一些常规方面简化或省略。本领域技术人员将理解落在本发明范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解下述的特征可以以各种方式加以组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明并不局限于下述具体示例，而是仅由权利要求和它们的等同物所限制。

图1 示出了根据本发明的流量计量器5。流量计量器5包括传感器组件10和计量器电子器件20。电子器件20经由导线100连接到传感器组件10，并且被配置成通过通信路径26提供密度、质量流率、体积流率、总质量流量（totalized mass flow）、温度中的一个或多个的测量结果或者其它测量结果或信息。流量计量器5 可以包括科里奥利质量流量计量器。本领域技术人员应明白的是，流量计量器5可以包括任何形式的流量计量器5，无论驱动器、检出传感器、流量导管的数量或者运行的振动模式。

传感器组件10包括一对凸缘101和101′、歧管102和102′、驱动器104、检出传感器105和105′、以及流量导管103A和103B。驱动器104和检出传感器105和105′连接到流量导管103A和103B。

凸缘101和101′附接到歧管102和102′。在一些实施例中，歧管102和102′可以附接到间隔件106的相对端。间隔件106维持歧管102与102′之间的间距。当将传感器组件10插入到载送被测量的过程流体的管线（未示出）中时，过程流体经过凸缘101进入传感器组件10，穿过入口歧管102，在入口歧管102处，将过程流体的总量引导成进入流量导管103A和103B，流动经过流量导管103A和103B并且流动返回到出口歧管102′中，在出口歧管102′处，过程流体经过凸缘101′离开计量器组件10 。

过程流体可以包括液体。过程流体可以包括气体。过程流体可以包括多相流体，例如包括夹带气体和/或夹带固体的液体。对流量导管103A和103B进行选择并且流量导管103A和103B被适当地安装到入口歧管102并且被适当地安装到出口歧管102′，使得关于弯曲轴线W-W和W′-W′分别具有大体上相同的质量分布、转动惯量、以及弹性模量。流量导管103A和103B以必要地平行的方式从歧管102和102′向外延伸。

流量导管103A和103B关于各自的弯曲轴线W和W′沿相反方向被驱动器104驱动并且处于被称为振动式流量计量器5的第一异相弯曲模式的状态。驱动器104 可包括许多众所周知的装置中的一种，例如安装到流量导管103A的磁体和安装到流量导管103B的相对的线圈。交流电流穿过相对的线圈以导致两个导管发生振荡。计量器电子器件20将合适的驱动信号经由导线110施加到驱动器104 。其它驱动器装置是可构想的，并且在本说明书和权利要求的范围内。

计量器电子器件20分别经由导线111和111′接收传感器信号。计量器电子器件20在导线110上产生驱动信号，该驱动信号导致驱动器104使流量导管103A和103B发生振荡。其它传感器装置是可构想的并且在本说明书和权利要求的范围内。

计量器电子器件20对来自检出传感器105和105′的左和右速度信号进行处理从而计算流率等。通信路径26提供输入和输出装置，这允许计量器电子器件20与操作者或与其它电子系统相互作用。 图1的描述仅仅被提供为流量计量器的操作的示例，而并非意图限制本发明的教导。

在一个实施例中，计量器电子器件20被配置成使流量导管103A和103B发生振动。振动由驱动器104来执行。计量器电子器件20还从检出传感器105和105′接收得到的振动信号。振动信号包括流量导管103A和103B的振动响应。计量器电子器件20对振动响应进行处理并且确定响应频率和/或相位差。计量器电子器件20对振动响应进行处理并且确定一个或多个流量测量结果，包括过程流体的质量流率和/或密度。其它振动响应特性和/或流量测量结果是可构想的并且在本说明书和权利要求的范围内。

在一个实施例中，流量导管103A和103B包括大体上U形的流量导管，如所示出的那样。替代地，在其它实施例中，井口（wellhead）测量装置可以包括大体上笔直的流量导管。另外的流量计量器形状和/或构造可以被使用并且在本说明书和权利要求的范围内。

图2是根据实施例的流量计量器5的计量器电子器件20的方框图。在操作中，流量计量器5提供可被输出的各种测量值，包括含水率（water cut）、质量流率、体积流率、单独流体组分的质量流率和体积流率、以及总流率（包括例如体积流量和质量流量两者）的测量值或平均值中的一个或多个。

流量计量器5生成振动响应。振动响应被计量器电子器件20接收并处理以生成一个或多个流体测量值。这些值可以被监测、记录、合计、以及输出。

计量器电子器件20包括：接口201、与接口201通信的处理系统203、以及与处理系统203通信的存储系统204。尽管这些部件被示出为独立的方框，但应当理解的是，计量器电子器件20可以由一体的和/或分立的部件的各种组合来组成。

接口201被配置成与测量装置5的传感器组件10通信。接口201可被配置成联接到导线100（参见图1）并且与驱动器104以及检出传感器105和105'交换信号。接口201还可被配置成经由通信路径26进行通信，例如与外部设备进行通信。

处理系统203可以包括任何形式的处理系统。处理系统203被配置成检索并执行所存储的程序从而操作流量计量器5。存储系统204可以存储程序，程序包括流量计量器程序205、质量加权的密度/粘度程序209、质量加权的温度程序211、气体夹带检测程序213、以及驱动增益阈值确定程序215。其它测量/处理程序是可构想的并且在本说明书和权利要求的范围内。存储系统204 可以存储测量结果、所接收的值、工作值（working value）、以及其它信息。在一些实施例中，存储系统存储质量流量（）221、密度（ρ）304、粘度（μ）223、温度（T）224、驱动增益306、驱动增益阈值302、气体夹带阈值244、以及气体夹带分数（fraction）248中的一个或多个。

流量计量器程序205可以产生并存储流体定量和流量测量结果。这些值可以包括大体上瞬时的测量值，或者可以包括合计或累加值。例如，流量计量器程序205可以生成质量流量测量结果并且将它们存储于例如系统存储器204的质量流量存储器221中。流量计量器程序205可以生成密度测量结果并且将它们存储于例如密度存储器304中。质量流量和密度值从振动响应来确定，如先前所讨论的并且如本领域中已知的。质量流量和其它测量结果可以包括大体上瞬时的值，可以包括样本，可以包括在一时间区间之上的平均值，或者可以包括在一时间区间之上的累加值。可对时间区间进行选择从而与如下的一段时间相对应，在所述一段时间期间，检测某些流体状态，例如只有液体的流体状态、或者替代地，包括液体和夹带气体的流体状态。另外地，其它质量流量和相关定量是可构想的并且在本说明书和权利要求的范围内。

用于确定驱动增益阈值302的方法取决于应用而变化。在实施例中，假设流体属性和流率随时间保持相对恒定（“稳定应用”），并且假设将没有突然的波动。应当注意的是，出于本文中所提供的实施例的目的，在一些实施例中术语“驱动增益”可指代驱动电流、检出电压、或者指示如下内容的所测量的或所获得的任何信号，所述内容为以特定振幅驱动流量导管103A、103B所需的功率量。在相关的实施例中，术语“驱动增益”可扩展到涵盖用于检测多相流的任何度量，例如噪声水平、信号的标准差、与衰减作用相关的测量结果、以及本领域中已知的用以检测多相流的任何其它方式。其一个工作示例（不限于该示例）是自然产油井，其中，流率是由地下的井压所驱动的。假设该压力在短时间阶段（例如＜1天）内保持相当地恒定。人工举升井（artificial lift well）（例如由电动水下泵所驱动的那些）也将会落在该应用内，因为流率被保持成相当地恒定。由于相当恒定的条件，所以其适合于对驱动增益中的小的增加是敏感的并且在大部分的时间内保持在校正状态中。也就是说，就已知具有恒定的流率和密度的应用而言，常常期望的是，对寻找在低气体含量阶段所得到的精确测量结果的长时间阶段进行插值，因此忽略在之间的较高气体含量阶段所得到的许多有误差的测量结果。

在该实施例中，假设当气体存在时混合物体积流率（气体和液体）是恒定的。因此，可例如但不限于基于如下方程式来计算液体流率：

（1）

其中：GVF是气体体积分数。

在不存在气体的流动条件中，混合物体积流率等于液体体积流率。然而，在一个实施例中，假设当气体存在时混合物体积流率不发生变化。

在当驱动增益是低的且稳定的时间，管线中不存在气体并且可假设在标准流量计量器规格内的所有测量结果是精确的。许多流体源仅涉及间歇夹带气体，并且历经一小时或一天或者其它预定时间阶段的过程，有可能存在其中有极少量气体存在或者不存在气体的时间区间。在该时间期间，驱动增益是低的且是稳定的，并且由该计量器所作出的流率、密度、以及任何其它测量可以是被信任的并且被输出到用户或被记录以便进行统计分析。这将会允许例如但不限于在该具有低驱动增益的阶段对组分流率进行精确确定。

如上面所提到的，当流量计量器5的驱动增益升高超过某个阈值，那么在该计量器中的流体被认为是多相流，并且采取校正动作以改善所测量的值的精度。因此，当驱动增益超过阈值时，计量器在校正状态下操作。因此，在校正状态期间利用从低驱动增益306（驱动增益306低于驱动增益阈值302）的阶段得到的密度、体积流率、以及质量流率的保持值（从单相流的阶段得到的所利用的测量变量）从而代替或改善测量变量的精度。因为流率和密度会随时间而改变，所以必须定期地更新保持值；然而就大部分的时间而言，驱动增益阈值确定程序215可保持在校正状态中并且进行插值，甚至在少量夹带气体的情况下。可接受的是，保持在该校正状态中达相对长的时间阶段，作为替代的是，接受与流量计量器5中的夹带气体关联的大的误差。因此，更有益的是，仅偶尔地测量精确的值，而不是频繁地进行展示出大的误差的测量。如果该阈值被设定得过高，那么所测量的值和保持值会基于多相测量并且经校正的液体值将具有误差。

如果驱动增益阈值被设定得过低，那么在给定的时间阶段期间可能会从不确定保持值。例如，在所有/大部分的时间中存在气体以使得驱动增益从不下降到阈值之下的应用中，默认阈值明显地被设定得过低。在实施例中，驱动增益阈值302因此被设定成使得保持值从最小驱动增益的阶段定期地确定。如果最小驱动增益随时间而增加或减小，则自动地调整驱动增益阈值302。在实施例中，不像现有技术中那样基于识别存在和不存在气体的时间阶段的期望来确定驱动增益阈值302，而是具体地选择驱动增益阈值302以确定其将在给定阶段内形成的保持值的数量。在实施例中，时间阶段和保持值的这个数量可以由用户所指定，然而这也可在流量计量器5制造/测试的时间来确定。例如，就给定的应用而言，可能有意义的是自动地确定驱动增益阈值302，该阈值 302将允许在给定的时间阶段期间对保持值进行五次更新。五次更新仅仅是一个示例，并且可构想到在预定的时间范围内的更多或更少的更新。

此构思代表对以往想法的背离，以往想法为：将驱动增益阈值302选择为如下的值，超过所述值则驱动增益阈值确定程序215就假设气体已被检测到。流量计量器5具有经由对管驱动功率的测量（被称为诊断驱动增益306）来对液体流中的甚至少量夹带气体进行检测的能力。驱动增益306是对保持科里奥利计量器的流量导管以恒定振幅振动所需要的驱动功率的量的测量。就气体或液体的单相测量而言，驱动增益306是低且稳定的，因为需要相对小的功率以使结构以其固有频率振动。然而，甚至当在液体中存在少量的气体或者在气体中存在少量液体时，振动所需的驱动功率大幅增加。这使得驱动增益306对于夹带气体而言是非常可靠的检测诊断。以往，驱动增益阈值302被简单地用作识别存在气体的时间部分的一种方法。这大体上被采用为气体的存在/不存在的二元指示。然而，在所呈现的实施例中，气体可以经常或总是存在，因此使得作出最佳测量（具有最少气体和最低驱动增益的测量）成为可能得到实施。因此，不仅仅是基于气体的检测来自动地确定驱动增益阈值302，而是基于发现最少量气体的阶段从而发现可用于给定时间阶段的最佳保持值来自动地确定驱动增益阈值302。这使得对精度的需求与对偶尔地更新值以便检测过程流率和流体组成的变化的需求达到平衡。

稳定应用

参照图3，为了确定驱动增益阈值302，监测预定时间阶段的驱动增益信号。基于所需的最小阈值来确定更新的驱动增益阈值302，使得在预定的时间阶段内驱动增益306下降到驱动增益阈值302之下达规定数量。图3图示出代表在一个时间阶段内所获得的密度304和驱动增益306的来自科里奥利质量流量计量器的样例数据300。x-轴308代表时间，左侧的y轴310代表密度304，并且右侧的y轴312代表驱动增益306。在数据记录的过程期间，在各种时间点并且以各种体积的具有夹带气体的流体被引入经过流量计量器5。就该特定流量计量器5而言确定15.1%的驱动增益阈值302，这是基于50 秒的驱动增益阈值阶段。确定驱动增益阈值302所基于五个最低驱动增益阶段的相对位置被标记为点“A”。

在实施例中，另外的选项是要求驱动增益306下降到驱动增益阈值302之下达预定长度的时间。该预定长度的时间是在驱动增益阈值确定程序215确定进入到校正状态中并且获得新保持值之前驱动增益306将要低于驱动增益阈值302所需的时间。这防止噪声驱动增益信号的瞬时偏离，噪声驱动增益信号不真实地代表由于流量管中的较少气体所导致的衰减作用的持续下降。在图3中，将预定时间长度设定为2秒，并且将所期望的保持值的数量设定为5。在出现低于驱动增益阈值302的绘制点（标记为点“B”）上存在若干低驱动增益阶段，然而驱动增益306未低于阈值线达至少2秒。因此，在确定驱动增益阈值302中将这些点忽略。

在预定的时间阶段内所期望的保持值的数量基于应用和条件来确定。对将会在预定的时间阶段内产生所期望的数量的保持值的驱动增益阈值302进行估计，并然后在随后的时间阶段期间被用于保持值的确定。因此，在实施例中，基于来自之前的时间阶段的读数来确定用于特定时间阶段的新阈值。因为在这些情况下过程条件是相当地稳定，所以假设从一个阶段确定的阈值在当该阈值被使用时的下一个阶段期间将是相关的，因此产生大致相同数量的保持值。然而，在替代实施例中，驱动增益阈值确定程序215基于数据的滚动窗口（rolling window）而不是离散的时间阶段。在此情况下，驱动增益阈值302将会被连续地更新并且与当前的条件更加相关。

不稳定应用

在其它应用中，可仅仅假设在高驱动增益（“不稳定应用”）阶段期间密度保持恒定。因此，可以仅仅假设当存在气体时质量流率测量精确地测量液体质量流率。这允许例如但不限于从如下方程式来确定液体体积流率：

（2）

就不稳定应用而言，可能的是液体密度也会波动，例如但不限于有可能是由于含水率的变化。因此，将驱动增益阈值302设定为略高于稳定应用的阈值。如此，流量计量器5不花费与校正状态中同样多的时间，这与上面所提到的稳定应用相反，在稳定应用中，过程条件是足够恒定的以使得理想的是更加保守并且更经常地保持在校正状态中。

应当注意的是，简单地增加所期望的保持值的数量将不会实现实时测量的所期望的行为。在一些不稳定应用中，驱动增益306可以是低的且稳定的达大部分的时间，尽管密度、体积流量、以及质量流率会发生波动。还应当注意的是，虽然驱动增益是低的，但仍然常常存在微小的波动。例如但不限于，甚至当过程流体中不存在夹带气体时，驱动增益将不保持恒定，即不在4%处保持恒定，而是将会不规律地在3.9和4.1%之间波动。这些波动可以是由于流动噪声或管振动所造成的。再者，这仅仅是用于说明性目的的一个示例。如果采用用于稳定应用的上述阈值方法，可以将阈值设定成相对低的（例如4%，参照上面的示例），但仍然产生许多保持值。就不稳定应用而言，当驱动增益为如此低时，这对于保持密度将不会是有利的，因为密度可能变化，并且重要的是，注意并测量该变化以维持精确的读数。再者，对于稳定应用而言，这不是什么大问题，因为密度并不快速地变化。

在用于不稳定应用的实施例中，为了防止密度或其它保持值不按期望的那样保持在例如上述那些的情况中，可将一常量加到自动确定的驱动增益阈值302。再次返回到上面的示例，如果在一特定的时间阶段期间给定五个保持值情况下，阈值自动地确定为4%，那么例如但不限于这可以增加5%至9%。这允许在大部分的时间输出所测量的密度，除了具有足够夹带气体从而显著地增加驱动增益（例如超过无气体阶段远大于5%）的阶段。

为了说明此方面，图4是图示出驱动增益的600秒绘制图，所述驱动增益由接收来自气体-液体分离器的液体油过程材料流的流量计量器5来记录。如可以看到的，驱动增益是相对低（＜3%）的达记录的持续时间。当驱动增益是这样低时，对于流体中不存在气体存在高置信度。尽管是低的，但驱动增益仍然存在在2.5与3%之间的小波动，这有可能是由于从打开和关闭分离器阀所产生的在系统中的流动噪声所造成的假象（artifact）。驱动增益阈值确定程序215在500秒阶段内确定2.56%的驱动增益阈值302。这仅仅是流量计量器测试的示例，并且其它流体、应用，阈值、时间阶段等是可构想的。这仅仅是数据的小采样，并且在许多应用中，将会设定阈值阶段以便取决于操作条件在跨过数分钟至数小时或者甚至更长的阶段内确定驱动增益阈值302。就该示例而言，在驱动增益阈值确定程序215的操作中，要求驱动增益306下降到驱动增益阈值302之下达预定的时间长度的选项被设定为2秒，并且对于该阶段的所期望的保持值的数量被设定为5。换句话说，在数据的第一个500秒期间，驱动增益下降到2.56%之下达2秒、5次的最低条件，从而生成5个保持值。

该示例还图示出绝大部分的时间，驱动增益超过2.56%，这意味着在大部分的时间中密度和/或其它保持值被保持。这对于稳定应用将会是好的，因为过程条件不预计在短时间标度（time scale）中变化，然而就不稳定应用而言，在该时间阶段期间，密度会经历变化，因此这些值的过度保持不会是最理想的。通过简单地将常量（即例如但不限于5%）加到阈值，驱动增益阈值确定程序215将会从不进入校正状态并且将会对密度的任何变化进行测量。在该情况下，如果气体段塞（slug）进入流量计量器5，则驱动增益将会陡增到远超过8%并且密度将会被保持。这导致自动确定的驱动增益阈值302具有组合的益处，从而在不显著地改变计量器在典型应用中会具有的行为方式的情况下提供上面所提到的节省时间和劳动力方面的所有优点。

扩展的驱动增益

在典型的科里奥利计量器中，提供到驱动器的功率的量常常受到危险（hazardous）区域要求的限制。迫使驱动增益达到100%所需的气体体积 因此相对是小的，即通常小于1% GVF。因此可能的是，低气体阶段具有足够的气体以迫使驱动增益306到达100%，因此有效地终止试图在气体的变化量之间进行辨别的驱动增益诊断的有用性。在100%驱动增益306的情况下，驱动增益阈值302将会被设定为100%，并且将会没有办法来在低气体和高气体的阶段之间进行辨别。这将会只允许操作者知道存在足够的气体以便获得100%的驱动增益，这不是特别有用的。为了解决这个问题，一个实施例提供扩展的驱动增益诊断。扩展的驱动增益是更多的功率是可用的情况下的驱动增益，100%的驱动增益仍然等于所允许的最大功率。例如，200%驱动增益指示需要两倍的可用功率来以所设定的振幅驱动计量器。因此，扩展的驱动增益可以超过100%。利用如下方程式来计算扩展的驱动增益：

（3）

其中：

Drive Target = 导管振幅设定点（mV/Hz）；

Max（LPO，RPO）= 左与右检出传感器之间的最大检出电压

λ = 流量导管频率。

量代表真实的管振幅。一旦驱动增益达到100%，则由于不足的功率，真实的管振幅下降到管振幅设定点之下。一旦驱动增益达到100%，则当真实的管振幅继续下降到管振幅设定点之下时，扩展的驱动增益继续增加。

图5图示出过程流体中存在足够的夹带气体以使得驱动增益从不实际地下降到100%之下的情况。这是井口（wellhead）应用中的典型情况，但也可存在于其它应用中。然而，将清楚的是，通过观察密度304，仍然存在高和低气体体积的阶段，这与当密度304分别为低和高时的情况相对应。尽管在该情况下流量计量器5中始终存在气体，但仍然有益的是从展现较低水平的夹带气体的阶段形成保持值，从而这些保持值可被用于改善在较高气体浓度阶段期间所采集的测量结果。该经校正测量结果仍然具有误差，但相较于标准的现有技术的流量计量器5的测量结果在精度方面得到显著改善。使用标准的驱动增益306，驱动增益阈值302将会被设定为100%并且其将会不可能在高与低气体阶段之间进行辨别。扩展的驱动增益能够在这些阶段之间进行辨别。

驱动增益阈值衰减

如所提到的，驱动增益阈值确定程序215自动地确定驱动增益阈值302以便在给定的时间阶段期间提供某个数量的保持值更新。然而，在某些应用中，GVF以不一致的时间区间增加和减小。作为这种情况的一个示例，气体分数中快速振荡会由于来自井孔（wellbore）的部分分离为气体/液体混合物的情况而发生，这导致以逐秒时间标度（second-by-second time scale）的气体段塞。然而，在其它应用中，在气体分数中可存在较长的时间标度趋势。在实施例中，对驱动增益阈值302进行调整以适应GVF以不一致的时间区间而增加和减小。在示例实施例中，在假设的第一时间阶段期间具有频繁的流动动力学段塞的流体源将会导致该方法达到“其可以达到的最佳效果”并且发现预定数量的更新保持值。如果假设的随后的时间阶段将几乎不包含气体，那么从之前阶段（包含更多的气体）来确定的驱动增益阈值302将会发现并记录数量增加的保持值，因为在该系统中存在较少的气体。这是因为减少的总气体相当于驱动增益306更频繁地下降到之前确定的阈值之下。然后将来自该低气体阶段的阈值设定得更低，以便用于下一个阶段。具有相对大的体积的气体的第三假设时间阶段可以出现。由于来自之前时间阶段的低阈值，所以驱动增益306可从不下降到驱动增益阈值302之下，在该情况下，在该时间阶段期间将没有保持值得到记录。因为在之前时间阶段中所确定的保持值是从较低气体的阶段来确定的，所以在该时间阶段中的读数将会是更加精确的。如果在第四假设时间阶段期间，相对高的气体含量保持与第三假设时间阶段期间相同，那么将产生预定数量的保持值，因为驱动增益阈值302是从类似气体含量的阶段来确定的。这些新保持值将会代替先前的保持值。

采用该方法进行测量的成功或失败很大程度上取决于如下能力:利用更精确的数据而同时丢弃掉较不精确的数据。在实施例中，优选的是采用近期数据而不是早期数据以确保过程流体条件中的实际变化不被遗漏。

在实施例中，为了克服上述的次优行为并且为了控制在精度与新度（newness）之间的权衡，将单侧衰减滤波器（one-sided damping filter）加到驱动增益阈值确定程序215。以“单侧”方式意味着衰减滤波器当驱动增益阈值增加时衰减驱动增益阈值的值，而立即向下调整到新的较低的值。本实施例具有若干明显的益处：（1）更长时间地保持精确的保持值；（2）当驱动增益为低时更频繁地更新保持值；以及（3）在发现即使是单个良好的新值之后，快速地处理掉在不好的阶段期间所确定的保持值。因此，衰减滤波器使得驱动增益阈值确定程序215能够更加适合于变化的条件。

再此返回到上面的假设示例情况，将会有利的是，继续使用来自阶段2的高精度保持值达相比阶段3更长的时间。为此，来自阶段4的驱动增益阈值302将会基于预定数量的之前的驱动增益阈值302的平均值或最小值。这有效地将衰减作用加到当前的驱动增益阈值302并且防止其由于较高的气体含量而快速地增加。这确保仅仅所利用的新保持值是具有较高相对质量中的一个，因为在使用中将已经存在相对近期且精确的值。甚至在不存在新的良好值达一时间阶段的情况下，这都是可接受的，因为最终经衰减的驱动增益阈值302将升高到足够高从而允许使用较新的但较不精确的值。

为了衰减驱动增益阈值302的增加，驱动增益阈值302可以基于如下的两个量的最小值：第一，当前的和一些预定数量的之前阈值的平均值或最小值；以及，第二，在使用中的第二驱动增益阈值302。所使用的之前的阈值的数量以及是否使用该平均值或最小值将影响形成新阈值占用多长时间。例如但不限于，如果使用之前阈值的最小值，那么当前的驱动增益阈值302可保持为低的达若干时间阶段，并且形成新保持值会需要一定时间。如果将先前驱动增益阈值302的平均值用于比较，那么在各阶段中随着主动驱动增益阈值302增加，新保持值的数量也增加。

图6是以表格，所述表格图示出当驱动增益阈值302增加时对驱动增益阈值302的增加进行衰减是如何减少所确定保持值的数量的，由此给到驱动增益阈值确定程序215利用更精确数据达较长时间阶段的趋势。这些值是假设的，并且只是出于说明性的目的。如图示出的，所使用的最小值衰减方法基于当前加之前的三个阈值。如果使用平均值衰减方法，当真实的驱动增益阈值302快速地提高（ramp up）时,经衰减的驱动增益阈值302 将会缓慢地增加。最小值方法迫使当真实的阈值增加时驱动增益阈值302 保持大致恒定。在时间阶段4期间，保持值的数量增加。这是因为在阶段4期间所使用的阈值（在时间阶段3期间形成）高于在阶段4期间形成的阈值。因为低驱动增益阈值302指示低气体阶段，所以这导致更多的保持值。在时间阶段6期间保持值的数量减小。这是因为在阶段6期间所使用的阈值（在阶段5期间形成）小于在阶段6期间形成的阈值。不仅保持值的数量减小，而且注意到驱动增益阈值302尚未升高，这意味着所采集的保持值具有较高的质量。在阶段 8期间，使用标准阈值发现5个新保持值。这是因为在阶段 8期间形成的驱动增益阈值302与在阶段8期间使用的阈值相同，这指示在这两个阶段之间气体含量是类似的。另一方面，在阶段8期间所使用的经衰减的阈值是低得多的，从而导致数量为零的新保持值。这增加了精度，因为在该阶段期间所形成的任何保持值将会有可能由于增加的气体含量而具有误差，因此有利的是，继续使用来自具有低夹带气体水平的阶段的保持值。

本说明书描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。例如，油井和气井是用于说明性的目的，但可构想出将本文中所描述的实施例用于流体流动的任何应用中。出于教导创造性原理的目的，已将一些常规方面简化或省略。本领域技术人员将会领会落在本发明范围内的这些示例的变型。

上面的实施例的详细描述并非是对发明人构想到的在本发明范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到上述实施例的某些元件可以以各种方式组合或排除从而形成另外的实施例，并且这些另外的实施例落在本发明的范围和教导内。本领域技术人员也将明白的是，可将上述实施例全部地或部分地组合从而形成在本发明的范围和教导内的额外的实施例。

因此，尽管在本文中为了说明性目的描述了本发明的具体实施例和示例，但在本发明范围内的各种等效的修改是可能的，正如相关领域技术人员将认识到的。本文中所提供的教导可应用于不同于上面所描述的且在附图中示出的其它实施例。因此，本发明的范围由所附权利要求确定。

Claims (22)

1.一种用于确定振动式流量计量器的驱动增益阈值的方法，包括：

将过程流体放置在所述振动式流量计量器中；

确定第一驱动增益阈值；

监测预定时间阶段内驱动增益信号；

确定所述预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的局部最低点； 以及

基于达到发生预定数量的所述驱动增益信号的局部最低点来确定第二驱动增益阈值。

2.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值。

3.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：在所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值之下的阶段期间记录至少一个保持值。

4.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：对在每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值之下的情况期间所记录的驱动增益信号的值进行平均。

5.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：记录每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值之下的情况，只要所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值之下达预定时间阶段。

6.如权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个保持值包括所述过程流体的流率和密度中的至少一个。

7.如权利要求1所述的方法，其中，用于监测驱动增益信号的所述预定时间阶段包括滚动窗口。

8.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：将常量加到所述第一驱动增益阈值和所述第二驱动增益阈值中的至少一个。

9.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：计算所述驱动增益信号，其中，，其中：

Drive Target是导管振幅设定点；

Max（LPO，RPO）是在左与右检出传感器之间的最大检出电压；并且

λ是所述流量导管的频率。

10.如权利要求2所述的方法，其中，用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值的步骤包括进行衰减，使得用所述第二驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值的平均值来代替所述第一驱动增益阈值。

11.如权利要求2所述的方法，其中，用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值的步骤包括进行衰减，使得用所述第二驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值中的最小值来代替所述第一驱动增益阈值。

12.用于被配置成接收过程流体的流量计量器（5）的计量器电子器件（20），所述计量器电子器件（20）包括：接口（201），所述接口（201）被配置成与所述流量计量器（5）的传感器组件（10）通信并且接收振动响应；以及处理系统（203），所述处理系统（203）联接到所述接口（201），所述处理系统（203） 包括：

驱动增益阈值确定程序（215），所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：

确定第一驱动增益阈值（302）；

监测预定时间阶段内的驱动增益信号；

确定所述预定时间阶段内的所述驱动增益信号中的局部最低点；以及

基于达到发生预定数量的所述驱动增益信号的局部最低点来确定第二驱动增益阈值。

13.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值（302）。

14.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：在所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值（302）之下的阶段期间记录至少一个保持值。

15.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：对在每次发生所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值（302）之下的情况期间所记录的驱动增益信号的值进行平均。

16.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：确定所述预定时间内的所述驱动增益信号中的局部最低点，只要所述驱动增益信号下降到所述第一驱动增益阈值（302）之下达预定时间阶段。

17.如权利要求14所述的计量器电子器件（20），其中，所述至少一个保持值包括所述过程流体的流率和密度中的至少一个。

18.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，用于监测驱动增益信号的所述预定时间阶段包括滚动窗口。

19.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：将常量加到所述第一驱动增益阈值（302）和所述第二驱动增益阈值中的至少一个。

20.如权利要求12所述的计量器电子器件（20），其中，所述驱动增益阈值确定程序（215）被配置成：计算所述驱动增益信号，其中：，其中：

Drive Target是导管振幅设定点；

Max（LPO，RPO）是在左与右检出传感器（105、105'）之间的最大检出电压；并且

λ是所述流量导管（103A、103B）的频率。

21.如权利要求13所述的计量器电子器件（20），其中，用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值（302）包括进行衰减，使得用所述第二驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值的平均值来代替所述第一驱动增益阈值（302）。

22.如权利要求13所述的计量器电子器件（20），其中，用所述第二驱动增益阈值代替所述第一驱动增益阈值（302）包括进行衰减，使得用所述第二驱动增益阈值和预定数量的之前记录的驱动增益阈值中的最小值来代替所述第一驱动增益阈值（302）。