CN108541301B - 多相科里奥利测量设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于改进流量计（5）可靠性的方法。所述流量计（5）具有至少一个流量管（130,130’）、附接到所述流量管（130,130’）的至少一个拾取传感器（170L，170R）、附接到所述流量管（130,130’）的至少一个驱动器（180L，180R）和与所述至少一个拾取传感器（170L，170R）和驱动器（180L，180R）通信的计量器电子器件（20）。所述方法包括如下步骤：利用所述至少一个驱动器（180L，180R）以驱动模式振动来使至少一个流量管（130,130’）振动，以及从所述至少一个拾取传感器（170L，170R）接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应。计算至少一个流动变量。测量拾取传感器电压，并且确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值（304）。在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值（304）的时段期间校正所述至少一个流动变量。

Description

多相科里奥利测量设备和方法
技术领域
本发明涉及流量计，并且尤其是，涉及在多相流体流的定量和定性测量中提供连续监测和更高精度的基于科里奥利的测量方法。
背景技术
诸如科里奥利质量流量计和振动密度计的振动管道传感器通常通过检测正在振动的包含流动材料的管道的运动来运行。通过处理从与管道相关联的运动换能器接收的测量信号可以确定与管道中的材料相关的性质，诸如质量流量、密度等。正在振动的材料填充的系统的振动模式通常由用于包含材料的管道和包含在管道中的材料的组合质量、刚度和阻尼特征影响。
典型的科里奥利质量流量计包括一个或多个管道（也称为流量管），所述一个或多个管道在管线或其它运输系统中内联连接并在系统中运送材料，例如，流体、浆液、乳液等。每个管道可以看作具有一组固有振动模式，包括例如简单的弯曲模式、扭转模式、径向模式和耦合模式。在典型的科里奥利质量流量测量应用中，当材料流动通过管道时，以一个或多个振动模式激励该管道，并且在沿着管道的隔开的多个点处测量管道的运动。激励通常由驱动器提供，例如诸如音圈型致动器的机电设备，所述驱动器以周期性的方式扰动管道。通过测量在换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差可以确定质量流率。通常使用两个或更多个这样的换能器（或拾取传感器）以便测量流量管或管道的振动响应，并且所述换能器通常定位在所述驱动器的上游和下游位置处。仪表接收来自拾取传感器的信号并处理所述信号以便得到质量流率测量结果。
流量计被用于执行多种多样的流体流的质量流率测量。科里奥利流量计可以被用于其中的一个领域是计量油井和气井。这种井的产物可能包括多相流，多相流包括油或气，但也包括其它组分，比如水和/或固体。当然，非常期望的是所得到的计量是尽可能准确的，甚至对于这种多相流来讲尽可能准确。
科里奥利计量器为单相流提供高精度。然而，当使用科里奥利流量计来测量混气流体或包括夹带的气体的流体时，所述流量计的精度可能降低。对于具有夹带的固体的流且混合相流体流来说，比如当烃类流体包含水时，情况类似。
夹带的气通常在流动材料中以气泡存在。气泡的尺寸可以变化，这取决于存在的气体的量、温度和流动材料的压力。性能降低的程度不仅与存在的总气体量相关，而且还与流中的各个气体气泡的尺寸有关。气泡的尺寸可以影响测量的精度。
相关而又重要的误差来源来自流体分离。流体分离由气体气泡因为管的振动而相对液体运动造成。气体气泡相对液体的相对运动由浮力驱动，该浮力类似于导致气泡在重力的影响下上升到表面的力。然而，在振动的管中，与重力加速度相比，气泡更多地是由振动的管的加速度移动。由于稠密的流体比轻的气泡更强地抵制加速度，因此气泡在与管加速度的相同方向上被加速。因此，气泡比流量管移动得更快且更远，并且气泡运动导致一些流体移动得比流量管更慢。这是分离问题的基础。作为结果，具有较低振动振幅的流体经历较小的科里奥利加速度并且比不存在气泡时在流量管上施加更少的科里奥利力。当存在夹带的气体时，这导致报告偏低的流率和密度特征（负流动和密度误差）。补偿流体分离一直是困难的，因为存在确定气泡相对流体的移动量的几个因素。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）在流体中被有效地冻结在原位并且几乎不导致流量误差。另一个对气泡移动性的影响是气泡尺寸。气泡上的阻力与表面面积成比例，而浮力与体积成比例。因此，非常小的气泡具有高阻力-浮力比并且倾向于与流体一起移动。小气泡因此导致小误差。相反地，大气泡倾向于不与流体一起移动进而导致大误差。这对于颗粒同样成立。小颗粒倾向于与流体一起移动进而导致小误差。
流体和气体之间的密度差是可能促成流量计不精确的另一个因素。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减小分离效应。此外，大气泡占据更多的体积，从而导致流动材料的密度的真正波动。由于气体的可压缩性，气泡的气体量可以改变却并不一定改变尺寸。相反地，如果压力改变，则气泡尺寸可以相应地改变，当压力降低时扩大或当压力增大时收缩。这也可能导致流量计的固有频率或共振频率的变化并因此导致实际的两相密度的变化。
总的来说，当科里奥利计量器刚开始经历多相流时，传感器管振动被阻尼，从而导致流量管振动振幅减小。通常，计量器电子器件通过增大驱动能量或驱动增益来补偿这种减小的振幅，以便使振幅恢复。然而，由于因为安全和其它原因最大驱动能量是受限的，所以存在上限。因此，当多相流变得更加显著时，相对可测量的驱动振幅减小，驱动振幅不能再增大，因为驱动器已经以100%的驱动增益运转。在这个时刻，计量器电子器件将继续驱动管振动而振幅在减小。在多相流甚至更严重的情况下，振动的振幅比单相流小一个数量级，甚至更多。当这种情况发生时，科里奥利发送器难以锁定传感器管的主要的固有频率并且密度精度变差且经常导致小于实际值的测量结果。管振幅的减小还影响科里奥利计量器的质量测量。由于流量管的运动减弱，所以作用在管上的科里奥利力也减弱，这导致对气体-液体混合物的质量流率的测量偏低。
本领域一直存在对缓解与由多相流导致的增大的驱动增益相关联的问题的振动流量计的需求。存在调整流量计操作以适合不同类型的多相流的需求。本文的实施例提供流量计和用于确定读数何时可信的相关方法。本文的实施例提供流量计和用于区分不同类型的多相流并且相应地计算流量的相关方法。本文的实施例提供流量计和补偿与多相流相关联的造成读数偏低的因素的相关方法。因此，在本领域中取得了进步。
发明内容
根据实施例提供了一种用于改进流量计可靠性的方法。所述流量计包括至少一个流量管、附接到所述流量管的至少一个拾取传感器、附接到所述流量管的至少一个驱动器，以及与所述至少一个拾取传感器和驱动器通信的计量器电子器件。所述方法包括利用所述至少一个驱动器以驱动模式振动来使至少一个流量管振动并且从所述至少一个拾取传感器接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应。计算至少一个流动变量。测量拾取传感器电压，并且确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值。在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量。
根据实施例提供了用于流量计的计量器电子器件，所述流量计构造成改进测量可靠性。所述流量计包括至少一个流量管，附接到所述至少一个流量管的至少一个拾取传感器和附接到所述流量管的至少一个驱动器。所述计量器电子器件与所述至少一个拾取传感器和所述至少一个驱动器通信，并且构造成利用所述至少一个驱动器以驱动模式振动来使至少一个流量管振动，并从所述至少一个拾取传感器接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应。所述计量器电子器件还构造成计算至少一个流动变量、测量拾取传感器电压并且确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值。在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量。
本发明的多个方面
根据一方面，提供了一种用于改进流量计可靠性的方法。所述流量计包括至少一个流量管、附接到所述流量管的至少一个拾取传感器、附接到所述流量管的至少一个驱动器，以及与所述至少一个拾取传感器和驱动器通信的计量器电子器件。所述方法包括：利用所述至少一个驱动器以驱动模式振动来使至少一个流量管振动；从所述至少一个拾取传感器接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应；计算至少一个流动变量；测量拾取传感器电压；确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值；以及在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量。
优选地，流动变量包括如下项中的至少一项：质量流量、体积流量、密度和含水率。
优选地，使用与所述计量器电子器件通信的含水率分析仪测量所述含水率。
优选地，包括在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量的所述方法包括取平均值。
优选地，所述取平均值包括如下步骤：确定一个时刻，过了该时刻所述拾取传感器电压就下降到低于所述预定的电压阈值，并且确定在这个时刻时的第一至少一个流动变量；确定所述拾传感器电压回到高于所述预定的电压阈值时的时刻并且确定在这个时刻时的第二至少一个流动变量；以及计算所述第一和第二至少一个流动变量的平均值。
优选地，所述方法包括如下步骤：使所述拾取传感器电压与质量流率读数偏低和密度读数偏低中的至少一项相关联；基于该关联导出读数偏低校正系数；以及将所述读数偏低校正系数应用到所述至少一个流动变量。
优选地，所述方法包括如下步骤：确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括气体的多相流；确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括液体的多相流；如果通过所述流量计的流体流是主要包括气体的多相流，则应用所述计量器电子器件的气体占主导的流动例程；以及如果通过所述流量计的流体流是主要包括液体的多相流，则应用所述计量器电子器件的液体占主导的流动例程。
优选地，所述方法包括如下步骤：使用所述流量计测量质量流率和体积密度；从测得的温度、压力和气体成分确定气体密度；依据实验确定液体密度；并且从所述质量流率、所述体积密度、所述气体密度和所述液体密度确定体积气体流率、体积液体流率和气体空隙分数。
优选地，所述方法包括如下步骤：确定洛克哈特-马蒂内利参数；以及确定气相的质量流率和液相的质量流率。
优选地，所述方法包括如下步骤：确定所述液体是否包括水；使用含水率分析仪测量液体密度；确定油的体积流率；以及确定所述液体的体积流率。
根据一方面提供了用于流量计的计量器电子器件，所述流量计构造成改进测量可靠性。所述流量计包括：至少一个流量管；附接到所述至少一个流量管的至少一个拾取传感器；和附接到所述流量管的至少一个驱动器，其中所述计量器电子器件与所述至少一个拾取传感器和所述至少一个驱动器连通。所述计量器电子器件构造成：利用所述至少一个驱动器以驱动模式振动来使至少一个流量管振动；从所述至少一个拾取传感器接收传感器信号，所述传感器信号基于对驱动模式振动的振动响应；计算至少一个流动变量；测量拾取传感器电压；确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值；以及在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量。
优选地，所述流动变量包括如下项中的至少一项：质量流量、体积流量、密度和含水率。
优选地，使用与所述计量器电子器件通信的含水率分析仪测量所述含水率。
优选地，所述计量器电子器件构造成在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间对所述至少一个流动变量的取平均值。
优选地，所述平均包括第一和第二流动变量的计算平均值，其中：所述第一流动变量是在一个时刻确定的拾取传感器电压值，在该时刻之后所述拾取传感器电压就下降到低于所述预定的电压阈值；并且所述第二流动变量是在紧随所述拾取传感器电压回到高于所述预定的电压阈值之后的那一时刻确定的拾取传感器电压值。
优选地，将所述拾取传感器电压与质量流率读数偏低和密度读数偏低中的至少一项相关联，其中所述计量器电子器件构造成基于所述关联导出读数偏低校正系数，并且将所述读数偏低校正系数应用到所述至少一个流动变量。
优选地，所述计量器电子器件构造成：确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括气体的多相流；确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括液体的多相流；如果通过所述流量计的流体流是主要包括气体的多相流，则应用所述计量器电子器件的气体占主导的流动例程；以及如果通过所述流量计的流体流是主要包括液体的多相流，则应用所述计量器电子器件的液体占主导的流动例程。
优选地，所述计量器电子器件构造成：使用所述流量计测量质量流率和体积密度；从测得的温度、压力和气体成分确定气体密度；依据实验确定液体密度；以及从所述质量流率、所述体积密度、所述气体密度和所述液体密度确定体积气体流率、体积液体流率和气体空隙分数。
优选地，所述计量器电子器件构造成：确定洛克哈特-马蒂内利参数；以及确定气相的质量流率和液相的质量流率。
优选地，所述计量器电子器件构造成：确定所述液体是否包括水；使用含水率分析仪测量所述液体密度；确定油的体积流率；以及确定所述液体的体积流率。
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。
图2示出了根据一实施例的计量器电子器件的方框图。
图3示出了一实施例的曲线图。
图4示出了另一实施例的曲线图。
具体实施方式
图1-4和接下来的描述描绘了特定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。为了教导发明原理的目的，已经简化和省略了一些常规的方面。本领域技术人员将理解落入本发明的范围内的来自这些示例的变型。本领域技术人员将理解的是，可以以多种方式来组合下文所描述的特征以形成本发明的多种变型。作为结果，本发明不限于下文所描述的特定示例，而仅由权利要求和它们的等同方式限制。
图1示出了根据实施例的振动式流量计5。流量计5包括传感器组件10和联接到传感器组件10的计量器电子器件20。传感器组件10至少响应于过程材料的质量流率和密度。计量器电子器件20经由导线100连接到传感器组件100以通过通信链接26提供密度、质量流率和温度信息以及其它信息。虽然描述了科里奥利流量计结构，但是对本领域技术人员来讲明显的是，还可以将本发明操作为振动管密度计。
传感器组件10包括歧管150和150’、具有凸缘颈110和110’的凸缘103和103’、平行的流量管130和130’、第一和第二驱动器180L和180R，以及第一和第二拾取传感器170L和170R（为了简便，所述驱动器和拾取传感器可能在本文中共同被称为“换能器”）。第一和第二驱动器180L和180R在一个或多个流量管130和130’上分隔开。在一些实施例中，仅存在一个驱动器。此外，在一些实施例中，传感器组件10可以包括温度传感器190。流量管130和130’具有两个基本笔直的入口腿部131和131’以及出口腿部134和134’，入口腿部131和131’以及出口腿部134和134’在流量管安装块120和120’处朝着彼此会聚。流量管130和130’沿它们的长度在两个对称位置处弯曲并且在它们整个长度上基本平行。支撑杆140和140’用于限定轴线W和大致平行的轴线W’，每个流量管围绕轴线摆动。应当注意的是，在一实施例中，第一驱动器180L可以与第一拾取传感器170L并置，第二驱动器180R可以与第二拾取传感器170R并置。
流量管130和130’的侧腿部131、131’、134、134’固定地附接到流量管安装块120和120’，并且这些块继而固定地附接到歧管150和150’。这提供了通过传感器组件10的连续的闭合材料路径。
当具有孔102和102’的凸缘103和103’经由入口端104和出口端104’连接到输运正被测量的过程材料的过程管线（未示出）中时，材料通过凸缘103中的孔口101进入流量计5的入口端104并且通过歧管150被引导到流量管安装块120。在歧管150中，材料被分流并按路线通过流量管130和130’。离开流量管130和130’，过程材料就在歧管150’中再组合成单流并且在其后按路线经由孔口101’流到出口端104’，所述出口端104’由具有螺栓孔102’的凸缘103’连接到过程管线（未示出）。所述流动流体可以包括液体。所述流动流体可以包括气体。所述流动流体可以包括多相流体，比如包括夹带的气体和/或夹带的固体的液体；或包括夹带的液体的气体。
选择流量管130和130’并且将流量管130和130’适当地安装到流量管安装块120和120’以便具有分别围绕弯曲轴线W-W和W’-W’的大致相同的质量分布、惯性矩和杨氏模量。这些弯曲轴线穿过支撑杆140和140’。由于流量管的杨氏模量随温度变化，并且这种变化影响对流量和密度的计算，因此可以是电阻式温度检测器（RTD）的温度传感器190被安装到流量管130、130’以连续测量流量管130、130’的温度。计量器电子器件20可以使用横跨温度传感器190的随温度变化的电压来补偿由流量管温度的任何变化导致的流量管130和130’的弹性模量的变化。温度传感器190由导线195连接到计量器电子器件20。
驱动器180L、180R通常沿相反方向围绕相应的弯曲轴线W和W’并且以振动式流量计5的第一异相弯曲模式驱动流量管130、130’。驱动器180L、180R可以包括许多众所周知的布置中的一种，比如安装到流量管130的磁体和安装到紧邻流量管130’的相对线圈。交流电被传送通过所述相对线圈以使流量管130、130’两者都摆动。由计量器电子器件20将合适的驱动信号施加给驱动器180L、180R。可以考虑其它驱动器设备并且这些驱动器设备在描述和权利要求的范围之内。
计量器电子器件20从传感器组件10接收传感器信号，并且还产生驱动信号，所述驱动信号导致驱动器180L、180R使流量管130、130’摆动。可以考虑其它的传感器设备并且这些传感器设备在本描述和权利要求的范围之内。
计量器电子器件20处理来自拾取传感器170L、170R的左速度信号和右速度信号以便计算流率等。通信链接26提供输入和输出装置，所述输入和输出装置允许计量器电子器件20与操作者或与其它电子系统相连。
在一实施例中，流量管130、130’包括大致U形的流量管，如图所示。替代地，在其它实施例中，流量计5可以包括大致笔直的流量管130、130’。可以使用另外的流量计形状和/或构造并且这些流量计形状和/或构造在本描述和权利要求的范围之内。
提供图1的描述仅作为流量计量设备的操作的示例，并且不意图于限制本发明的教导。
图2示出了根据本发明的实施例的流量计5的计量器电子器件20。计量器电子器件20可以包括接口201和处理系统203。计量器电子器件20接收来自传感器组件10的换能器信号，比如拾取传感器170L、170R信号，举例而非限制性的。计量器电子器件20处理传感器信号以便获得流动通过传感器组件10的流动材料的流动特征。例如，计量器电子器件20可以从传感器信号确定相位差、频率、时间差（Δt）、密度、质量流率、应变和体积流率中的一者或多者。此外，在一些实施例中可以确定其它流动特征。
接口201经由图1所示的导线100从换能器接收传感器信号。接口201可以执行任何必要的或期望的信号调节，比如任何形式的格式化、放大、缓冲等。替代地，在处理系统203中可以执行信号调节的一些或全部。
此外，接口201使计量器电子器件20和外围设备之间的通信成为可能，比如通过通信链接26。接口201可以是能够以电子、光学、或无线通信的任何方式通信。
在一实施例中接口201包括数字转换器202，其中所述传感器信号包括模拟传感器信号。数字转换器202对所述模拟传感器信号采样并使所述模拟传感器信号数字化进而产生数字传感器信号。接口/数字转换器201/202还可以执行任何所需的抽样，其中对所述数字传感器信号抽样以便减少所需的信号处理量并减少处理时间。
处理系统203进行计量器电子器件20的操作并且处理来自传感器组件10的流动测量结果。处理系统203执行一个或多个处理例程并且由此处理流动测量结果以便产生一个或多个流动特征。
处理系统203可以包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路或一些其它通用的或定制的处理设备。处理系统203可以分布在多个处理设备之中。处理系统203可以包括一体式或独立的电子存储介质中的任何形式，比如存储系统204。
处理系统203构造成检索并执行存储的例程以便操作流量计5。存储系统204可以存储例程，这些例程包括通用流量计例程205、气体占主导的流动例程220,、液体占主导的流动例程222、增益例程224和校正例程226。处理系统203至少可以确定换能器信号的大小、相位差、时间差和频率。可以考虑其它测量/处理例程并且这些测量/处理程序在本描述和权利要求的范围之内。存储系统204可以存储测量结果、所接收的值、工作值和其它信息。在一些实施例中，存储系统可以存储质量流量（
Figure DEST_PATH_IMAGE004
）210、密度（ρ）212、粘度（μ）214、温度（T）216、本领域已知的其它值及其产物中的任何一项或多项，举例而非限制性的。流量计例程205可以产生并存储流体和流动测量结果。这些值可以包括大致瞬时的测量值或者可以包括总的或累积值，并且还可以包括数据库和查阅表。例如，流量计例程205可以产生质量流量测量结果并且将这种测量结果存储在存储系统204中。流量计例程205可以产生密度测量结果并将它们存储在存储系统204中。如本领域技术人员将了解的，可以考虑类似地产生其它测量结果并将所述其它测量结果存储在存储系统中。如之前所讨论的和本领域已知的，从换能器响应确定质量流量210和密度212值。质量流量210可以包括大致瞬时的质量流率值，可以包括质量流率样本，可以包括在一定时间间隔上的平均质量流率，或可以包括在一定时间间隔上累积质量流率。可以选择所述时间间隔以对应于一时间块，在这时间块期间检测某些流体状况，例如只有液体的流体状态，或替代地包括液体和夹带的气体的流体状态。此外，可以考虑其它质量流量定量，并且其他质量流量定量在本描述和权利要求的范围之内。
在实施例中，通过直接测量流量管130、130’的出口134、134’（或入口131、131’）侧相对同一流量管130、130’的入口131、131’（或出口134、134’）侧的相对运动感测流动。在流体流动期间，信号输出具有的振幅通常是流率的函数（该函数对应于由流动导致的模式形状增益复杂度，即入口/出口相位）。在相关实施例中，来自计量器的入口侧上的一个或多个换能器的组合信号和来自计量器的出口侧上的一个或多个换能器的组合信号被输入计量器电子器件中。可以从所述入口和出口信号导出相位测量结果。
在一些情况下，比如对于直接井口测量来讲，连续测量井的能力是期望的，因为所收集的信息对于操作和管理决策来讲很重要。不幸的是，这种测量经常是困难的，因为多种组分（比如夹带的气体）的存在、多变的流率和高含水率使测量不可靠。
在实施例中，可以由传感器组件10经由最靠近流量计5入口的拾取传感器170L测量流量管130、130’振幅。当该拾取传感器的信号下降到低于某个阈值时，质量流率的不确定性和混合物密度的不确定性通常太大以至于不能被看做可靠的测量。例如，对于质量速率测量和密度测量来说，用于认定信号不可靠的阈值可能是不同的。由于多相流生产时流过科里奥利传感器，比如从油气井，所以经常存在流动不可测的时段和流动均匀可测的时段。可测的时段通常以占主导的液体流中的低气体空隙分数（GVF）流和湿气流中的低洛克哈特-马蒂内利（Lockhart-Martinelli，LM）参数为特征。LM是用在两相流计算中的无量纲的数，并且表示流动的流体的液体分数。见《用于管中的等温的两相流、双组分流的推荐数据关联》（Proposed Correlation of Data for Isothermal Two Phase Flow, Two Component Flow in Pipes Lockhart, R.W., Martinelli, R.C.; Chem. Eng. Prog.,Vol. 45. 1949, pp. 39–48）通过援引将其并入本文。在流动相对均匀的这些时段期间，质量流量和密度误差可以足够低以至于对于产生可靠的测量结果来讲能够接受。应当注意的是，这些时段也对应于高于预定的阈值的流量管130、130’振幅。
转到图3，给出了根据实施例的流量计5在整个非均匀流时段确定质量流率或密度的图示。X轴线301表示在一段时间内获取的数据样本，而Y轴线302表示拾取传感器电压或驱动增益的倒数，其中驱动增益是小数百分比的倒数。每个数据样本由柱303表示。报告的质量流率和/或密度由线306示出。虚线304指示预定的拾取电压阈值或驱动增益阈值的倒数。从原点开始，清楚的是，开始的十个数据点具有高于所述电压或驱动增益阈值倒数304的电压或驱动增益的倒数。然而，第十一个数据点表示低于所述电压或驱动增益阈值的倒数304的十一个数据点的第一个。低于所述电压或驱动增益阈值的倒数304的这些对应的质量流率和/或密度值的第一个由箭头308指示，同时在对应于高于所述电压或驱动增益阈值的倒数304的数据点的质量流率和/或密度值之后的第一数据点由箭头310指示。
在实施例中，计量器电子器件20从传感器组件10接收质量流量、密度、温度和管振幅信号，举例而非限制性的。计算质量流率和/或密度。然而，在实施例中，在计算时忽略了对应于低于操作者输入的阈值的管振幅或驱动增益倒数的质量流量和/或密度读数。在图3中，这将对应于起始于由箭头308指示的点到由箭头310指示的点之前的数据点的多个数据点。在实施例中，在这些时段期间的质量流量和密度的值可以由操作者输入的设定值代替。在另一实施例中，可以估算在这些时段期间质量流量和密度的值。在相关实施例中，提供了平均质量流量和/或密度。例如，提供的值可以是刚好在测得的换能器振幅降到低于所述预定的电压或驱动增益阈值倒数304时之前的值（由箭头308指示的点）和当测得的换能器振幅或驱动增益倒数回到高于预定的电压阈值304时的值（由箭头310指示的点）之间的平均值。这在图3中示出，因为忽略的数据312由代替的数据314代替。可以考虑用于对数据进行平均或代替数据的这些和其它方法/计算，并且可以将这些和其它方法/计算存储在计量器电子器件20中。
提供了用于适应气体占主导并在其中具有夹带的液体的情况的实施例。作为示例，对油田应用来讲，天然气中夹带的液体可能主要是水、主要是冷凝物（或原油）或两者的混合物。在包括非混合物情况的实施例中，上文所提到的并与图3相关的解决方案是合适的。对于这种类型的湿气流，计量器电子器件20可以构造成忽略多相流，并且在换能器振幅或驱动增益倒数读数低的期间仅使用替代科里奥利值。
在一实施例中，举例而非限制性的，可以使用如下公式来确定气体分数的值和液体分数的值：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
=质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
=气体的体积流率
Figure DEST_PATH_IMAGE012
=气体的密度
Figure DEST_PATH_IMAGE014
=液体的体积流率
Figure DEST_PATH_IMAGE016
=液体的密度
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（2）
其中：
GVF=气体空隙分数
Figure DEST_PATH_IMAGE020
=体积密度
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（3）
参考表达式（1）-（3），
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是从流量计5得到的值。
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是从温度、压力、气体成分和众所周知的美国燃气协会（AGA）公式得到的。
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是由依据实验的测量已知的。这使
Figure DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure DEST_PATH_IMAGE034
和GVF为未知的，因此可以对其求解。
对于具有带有夹带的气体的液体占主导的流动的实施例来讲，通过之前的依据实验的测试可以直接确定拾取电压和/或驱动增益与GVF之间的数学关系。通过使用表达式（1）和（3），使用这种替代方法可以解出
Figure DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
在相关实施例中，对于湿气流情况来讲，可以额外地使用如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
（4）
其中：
LM= 洛克哈特-马蒂内利参数
Figure DEST_PATH_IMAGE042
=液体的质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE044
=气体的质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE046
（5）
使用表达式（4）和（5）以及表达式（1）-（3）以及科里奥利传感器的在先测试允许使用LM。因此这个已知的变量可以用于确定
Figure DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。通常地，如上文使用温度、压力、气体成分和AGA公式将确定
Figure DEST_PATH_IMAGE052
。
Figure DEST_PATH_IMAGE054
将由操作者输入。如上文提到的，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
是从流量计5得到的质量流率。这产生具有两个未知量（
Figure DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE060
）的两个公式。在一实施例中，通常使用的标准体积流率可以通过用质量速率除以它们的基本密度得到。用LM关系来确定
Figure 410855DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 327995DEST_PATH_IMAGE060
的这种算法将用在气体占主导的混合物的情况中。
从而这种多相测量系统可以区分气体占主导的流动和液体占主导的流动，并且仍应用正确的经验算法用于求解确定液体体积流量和气体体积流量，使用了密度和GVF，以及密度和洛克哈特-马蒂内利数之间的简单关系。在气体占主导的情况下，测得的科里奥利密度应该低于对应于由依据实验的测试建立的LM的可测量上限值的某个值。该密度将取决于系统的流动压力。
在液体占主导的流动的情况下，必须依据实验确定测得的科里奥利密度和GVF的可测量上限阈值之间的关系。该密度也将取决于系统的流动压力。如果确定在流动压力下的科里奥利密度在气体占主导的范围和液体占主导的范围中的任何一者之外，那么不能使用依据实验的解决方案，而是可以使用表达式（1）-（3）来解出液体的体积流量和气体的体积流量。
在液体是碳氢化合物和水的混合物的情况下，在一实施例中，可以通过取样和/或使用可以测量三相流的含水率分析仪中确定液体的密度。然后可以由如下公式限定油流率和水流率：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE064
（7）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
=体积油流率
WC=含水率（与总体积相比，水体积比的体积分数）
Figure DEST_PATH_IMAGE068
=体积水流率
可以由含水率分析仪测量含水率。在一实施例中，含水率分析仪不被液体中的气泡影响并且/或可以测量湿气流的雾相中的含水率。因此，通过使用含水率分析仪，可以通过如下公式更精确地确定
Figure DEST_PATH_IMAGE070
（表达式（2）和（4））：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
（8）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
=油密度
Figure DEST_PATH_IMAGE076
=水密度
公式（6）、（7）和（8）仅仅是用于确定液相中的水和碳氢化合物的量的公式的示例，并且绝不应当将实施例限制到这些具体的公式。在气体占主导的流动例程220和液体占主导的流动例程222中可以考虑这些和其它公式。
在具有液体占主导的流动的油和气体相关的实施例中，通常会存在与水以多种比例混合的液体碳氢化合物。因此，通常将含水率测量的一些方法的使用转送给计量器电子器件20以有助于分辨总流动中的液体分数。因此，在一实施例中，含水率分析仪经由通信链接26放置成与流量计通信。
在许多应用中，压力足够低以至于
Figure DEST_PATH_IMAGE078
可以被认为是零，在这种情况下，如下公式将代替表达式（2）：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
（9）
在这种情况下，体积液体流率可以由如下公式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE082
（10）
因此，然后气体的体积速率将由如下公式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
（11）
使用这些公式，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure DEST_PATH_IMAGE088
由公式（6）和（7）限定。通过对实际条件下的油、水和气体密度和/或组分的了解可以从实际体积计算最通常使用的标准体积。然后，使用美国石油组织（API）和AGA算法可以确定在标准或基础条件下的密度。API算法产生液体体积校正系数（VCF），以将实际体积转变成标准体积。可以采用AGA算法通过使用温度、压力和组分将实际气体体积转变成标准体积。
这些仅仅是用于具有占主导的液相的流动的公式的示例，并且绝不应当将实施例限制到这些具体的公式。在液体占主导的流动例程222中可以考虑这些和其它公式。
如已经指出的，两相流中的质量流量和密度测量结果通常小于实际值。因此，从流量计5直接测量的上述公式中的变量易受此影响。发现在拾取传感器170L或驱动增益与质量流量和密度读数偏低之间存在关系。在实施例中，计量器电子器件20的算法可以使用这些校正系数反复地实时校正质量流量和密度读数。这增大了科里奥利两相测量的精度。
转到图4，示出了对应于拾取传感器或驱动增益倒数的质量流量校正系数。与图3相同的元件共用相同的附图标记。X轴线300表示在一段时间获取的数据样本，而Y轴线302表示拾取传感器电压或驱动增益倒数。每个数据样本由柱303表示。报告的质量流率和/或密度由线306表示。虚线指示预定的拾取电压304或驱动增益倒数阈值。为了参考，由线301示出正常的单相拾取电压或驱动增益倒数。从原点开始，清楚的是，开始的十个数据点具有高于所述电压或驱动增益倒数阈值304的电压或驱动增益倒数。然而，第十一个数据点表示低于电压或驱动增益倒数阈值304的十一个数据点的第一个。低于阈值304的这些对应的质量流率和/或密度值的第一个由箭头308指示，而在对应于高于阈值304的数据点的质量流率和/或密度值之后的第一个数据点由箭头310指示。
线306表示质量流量和/或密度读数，同时由每个点316示出经校正的质量流量和/或密度读数。在每个数据点柱上方示出了校正系数，并且由线318示出了这些校正系数的实施。因此，可以将所述相关联的校正系数应用到质量流量和/或密度读数，并进一步调整所述校正系数以补偿低拾取电压或低驱动增益倒数百分比导致的偏低的报告值。
为了在油气井测试中测量井性能，例如，通常使用分离器来将液体从气体分离或将油从水和气体分离。不论在何种情况下，分别使用单独的流量计来测量各个相。这些分离器通常是具有多水平控制、安全阀、水平传感器、控制阀、管路、流量计和内部设备以促进高效分离的大而重的压力容器。这种分离器通常极其昂贵，因此必须由多个井共用一个分离器以进行井测试。通常提供歧管以允许一次一个地测试这些井，测试通常要24小时。所提供的流量计5可以在井口处测量井的性能，从而大幅降低成本、相关劳力和整体复杂度。
通过单独监测每个位点，对于生产者来讲存在相当大的优势。最明显的是省除了分离器和随之而来的维护。另一个优势是在油田中的所有的井都将被同时监测的事实，使得可以实时做出与高效生产和提高石油采收率（EOR）有关的战略和策略的决定。EOR包括注射水、CO2、天然气、表面活性剂或蒸汽；这可能昂贵并且必须在正确的时间使用正确的介质量。举例而非限制性的，具有整个油田上的实时生产数据将给生产和油藏工程师提供关于如何精密调节它们的EOR有价值的信息。操作者还将具有早期检测已出现问题的井的优势，并且可以迅速反应以修复这些问题。另外，优势是，在新油田中流动管线汇集系统可以包含干线和支线设计而不是具有连接到每个井的测试分离器的离散的流动管线。这节约了在管线、焊接、挖沟和所需的不动产方面的资本费用。
本描述描绘了特定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。为了教导发明原理的目的，已经简化或忽略了一些常规的方面。本领域技术人员将了解来自这些示例的落入本发明的范围内的变型。
上述实施例的具体描述不是对由发明者所考虑的在本发明的范围之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可以以各种方式组合或省除上述实施例的某些元件以创建其它的实施例，并且这些其它的实施例都落入本发明的范围和教导内。对于本领域普通技术人员来讲明显的是，可以整体地或部分地组合上述实施例以创建落入本发明的范围和教导内的另外的实施例。
因此，尽管本文出于示意的目的描述了本发明的特定实施例和示例，但在本发明范围之内的多种等同修改是可能的，正如相关领域的技术人员将认识到的那样。本文所提供的教导可以应用到上文所描述的和在附图中所示出的那些实施例之外的其它实施例。因此，从如下权利要求确定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于改进流量计可靠性的方法，其中所述流量计包括至少一个流量管、附接到所述流量管的至少一个拾取传感器、附接到所述流量管的至少一个驱动器，和与所述至少一个拾取传感器和驱动器通信的计量器电子器件，所述方法包括如下步骤：
利用所述至少一个驱动器以驱动模式振动来使至少一个流量管振动；
从所述至少一个拾取传感器接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应；
计算至少一个流动变量；
其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
测量拾取传感器电压；
确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值；以及
在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量。
2.如权利要求1所述的方法，其中流动变量包括如下项中的至少一项：质量流量、体积流量、密度和含水率。
3.如权利要求2所述的方法，其中使用与所述计量器电子器件通信的含水率分析仪测量所述含水率。
4.如权利要求1所述的方法，其中在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值的时段期间校正所述至少一个流动变量包括取平均值。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述取平均值包括如下步骤：
确定一个时刻，过了所述时刻所述拾取传感器电压就下降到低于所述预定的电压阈值，并且确定在这个时刻处的第一至少一个流动变量；
确定所述拾取传感器电压回到高于所述预定的电压阈值的时刻并且确定在这个时刻处的第二至少一个流动变量；以及
计算所述第一和第二至少一个流动变量的平均值。
6.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：
使所述拾取传感器电压与质量流率读数偏低和密度读数偏低中的至少一项相关联；
基于所述关联得到读数偏低校正系数；以及
将所述读数偏低校正系数应用到所述至少一个流动变量。
7.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：
确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括气体的多相流；
确定通过所述流量计的流体流是否是主要包括液体的多相流；
如果通过所述流量计的所述流体流是主要包括气体的多相流，则应用所述计量器电子器件的气体占主导的流动例程；以及
如果通过所述流量计的所述流体流是主要包括液体的多相流，则应用所述计量器电子器件的液体占主导的流动例程。
8.如权利要求7所述的方法，包括如下步骤：
使用所述流量计测量质量流率和体积密度；
从测得的温度、压力和气体成分确定气体密度；
依据实验确定液体密度；以及
从所述质量流率、所述体积密度、所述气体密度和所述液体密度确定体积气体流率，体积液体流率和气体空隙分数。
9.根据权利要求8所述的方法，包括如下步骤：
确定洛克哈特-马蒂内利参数；以及
确定气相的质量流率和液相的质量流率。
10.如权利要求8或9所述的方法，包括如下步骤：
确定所述液体是否包括水；
使用含水率分析仪测量液体密度；
确定油的体积流率；以及
确定所述液体的体积流率。
11.一种用于流量计（5）的计量器电子器件（20），所述流量计（5）构造成改进测量可靠性，其中所述流量计（5）包括：
至少一个流量管（130,130’）；
附接到所述至少一个流量管（130,130’）的至少一个拾取传感器（170L，170R）；和
附接到所述流量管（130,130’）的至少一个驱动器（180L，180R）；
其中所述计量器电子器件（20）与所述至少一个拾取传感器（170L，170R）和所述至少一个驱动器（180L，180R）通信，并且构造成：
利用所述至少一个驱动器（180L，180R）以驱动模式振动来使至少一个流量管（130,130’）振动；
从所述至少一个拾取传感器（170L，170R）接收传感器信号，所述传感器信号基于对所述驱动模式振动的振动响应；
计算至少一个流动变量；
所述计量器电子器件（20）的特征在于还被构造成：
测量拾取传感器（170L，170R）电压；
确定所述拾取传感器电压是否低于预定的电压阈值（304）；以及
在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值（304）的时段期间校正所述至少一个流动变量。
12.如权利要求11所述的计量器电子器件（20），其中所述流动变量包括如下项中的至少一项：质量流量、体积流量、密度和含水率。
13.如权利要求11所述的计量器电子器件（20），其中使用与所述计量器电子器件（20）通信的含水率分析仪测量所述含水率。
14.如权利要求11所述的计量器电子器件（20），构造成在所述拾取传感器电压低于所述预定的电压阈值（304）的时段期间计算至少一个流动变量的平均值。
15.如权利要求14所述的计量器电子器件（20），其中所述平均值包括第一和第二流动变量的计算平均值，其中：
所述第一流动变量是在一个时刻确定的拾取传感器电压值，过了这个时刻所述拾取传感器电压就下降到低于所述预定的电压阈值（304）；
所述第二流动变量是在紧随所述拾取传感器电压回到高于所述预定的电压阈值（304）之后的时刻确定的拾取传感器电压值。
16.如权利要求11所述的计量器电子器件（20），其中所述拾取传感器电压与质量流率读数偏低和密度读数偏低中的至少一项相关联，其中所述计量器电子器件（20）构造成基于所述关联得到读数偏低校正系数，并且将所述读数偏低校正系数应用到所述至少一个流动变量。
17.如权利要求11所述的计量器电子器件（20），构造成：
确定通过所述流量计（5）的流体流是否是主要包括气体的多相流；以及
确定通过所述流量计（5）的流体流是否是主要包括液体的多相流；
如果通过所述流量计（5）的所述流体流是主要包括气体的多相流，则应用所述计量器电子器件（20）的气体占主导的流动例程（220）；以及
如果通过所述流量计（5）的所述流体流是主要包括液体的多相流，则应用所述计量器电子器件（20）的液体占主导的流动例程（222）。
18.如权利要求17所述的计量器电子器件（20），构造成：
使用所述流量计（5）测量质量流率和体积密度；
从测得的温度、压力和气体成分确定气体密度；
依据实验确定液体密度；以及
从所述质量流率、所述体积密度、所述气体密度和所述液体密度确定体积气体流率、体积液体流率和气体空隙分数。
19.如权利要求18所述的计量器电子器件（20），构造成：
确定洛克哈特-马蒂内利参数；以及
确定气相的质量流率和液相的质量流率。
20.如权利要求18或19所述的计量器电子器件（20），构造成：
确定所述液体是否包括水；
使用含水率分析仪测量所述液体密度；
确定油的体积流率；以及
确定所述液体的体积流率。
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