EA026214B1 - Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке (варианты) - Google Patents

Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке (варианты) Download PDF

Info

Publication number
EA026214B1
EA026214B1 EA201101352A EA201101352A EA026214B1 EA 026214 B1 EA026214 B1 EA 026214B1 EA 201101352 A EA201101352 A EA 201101352A EA 201101352 A EA201101352 A EA 201101352A EA 026214 B1 EA026214 B1 EA 026214B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
resonator
electrically conductive
multiphase flow
conductive structures
resonant
Prior art date
Application number
EA201101352A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201101352A1 (ru
Inventor
Цзинь-Линь Ху
Original Assignee
Тейлор Хобсон Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тейлор Хобсон Лимитед filed Critical Тейлор Хобсон Лимитед
Publication of EA201101352A1 publication Critical patent/EA201101352A1/ru
Publication of EA026214B1 publication Critical patent/EA026214B1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/08—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/12—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the material being a flowing fluid or a flowing granular solid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2823—Oils, i.e. hydrocarbon liquids raw oil, drilling fluid or polyphasic mixtures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/005—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more and using Stark effect modulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
    • G01R27/2658—Cavities, resonators, free space arrangements, reflexion or interference arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке, предназначенному для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, которое содержит резонатор с отверстием, через которое при применении устройства протекает многофазный флюид, один или более зондов, выполненных с возможностью вводить электромагнитную энергию в широком диапазоне частот в указанный резонатор; при этом устройство содержит средство подавления или усиления, выполненное с возможностью подавления или усиления в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды, причем средство подавления или усиления содержит одну или более электропроводящих структур, размещенных вокруг продольной оси отверстия. Резонатор имеет внешнюю электропроводящую поверхность и внутреннюю неэлектропроводящую поверхность, и указанное отверстие ограничивается этой внутренней неэлектропроводящей поверхностью.

Description

(57) Изобретение относится к устройству для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке, предназначенному для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, которое содержит резонатор с отверстием, через которое при применении устройства протекает многофазный флюид, один или более зондов, выполненных с возможностью вводить электромагнитную энергию в широком диапазоне частот в указанный резонатор; при этом устройство содержит средство подавления или усиления, выполненное с возможностью подавления или усиления в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды, причем средство подавления или усиления содержит одну или более электропроводящих структур, размещенных вокруг продольной оси отверстия. Резонатор имеет внешнюю электропроводящую поверхность и внутреннюю неэлектропроводящую поверхность, и указанное отверстие ограничивается этой внутренней неэлектропроводящей поверхностью.
Для заявки на данное изобретение испрашивается приоритет по заявке Великобритании ОВ 0904758.0, содержание которой полностью включено в описание посредством ссылки.
Настоящее изобретение относится к многофазному измерителю и было разработано, в частности, для обеспечения способа и устройства, которые могут применяться для количественного определения содержания отдельных фаз в потоках из углеводородных скважин. Более конкретно, хотя необязательно исключительно, изобретение касается обеспечения способа и устройства, которые могут применяться для определения водных фракций в потоках газ/конденсат/вода или газ/вода.
Продукция нефтяной/газовой скважины обычно содержит ряд жидких/газообразных компонентов. Жидкость обычно содержит смесь воды и жидких углеводородов (т.е. конденсат). Водный компонент может быть солевым раствором.
По различным причинам оказывается необходимым определение относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, и это определение должно быть выполнено со значительной точностью. Исторически потоки разделялись в механическом сепараторе, и каждый компонент потока анализировался индивидуально. Это больше не считается удовлетворительным, и существует растущий спрос на непрерывные измерения в режиме реального времени.
В попытках обеспечить количественно определение на основе непрерывных измерений соответствующих долей газа, жидких углеводородов и воды были разработаны различные инструменты. Один общий подход включает пропускание электромагнитной (ЕМ) энергии через участок многофазного потока и анализ последующего влияния на свойства электромагнитных волн, обусловленного различным относительным содержанием фаз.
Имеется несколько типов электромагнитных многофазных измерителей. При одном подходе измеряется ослабление потока падающей энергии. Пример прибора такого типа описан в патенте США № 5793216.
Другой подход заключается в соотнесении флюидного состава с фазовым сдвигом электромагнитной волны между переданной и полученной электромагнитной энергией или между приемниками, размещенными в разных местах. Пример прибора такого типа описан в опубликованной патентной заявке США 2007/0279073.
При еще одном подходе поток проходит через объемный резонатор.
Электромагнитные резонансные датчики используют принцип электромагнитного резонанса для измерения комплексной диэлектрической проницаемости материалов. Известно, что длина волны и потери энергии электромагнитных волн зависят от комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрического материала, через который распространяются волны. Резонансные частоты и добротность резонатора могут меняться в зависимости от изменения комплексной диэлектрической проницаемости материала внутри объемного резонатора. Так как комплексная диэлектрическая проницаемость воды значительно отличается от этого показателя газа, нефти или конденсата, измерения на основе электромагнитного резонанса хорошо подходят для точного определения воды в углеводородном потоке. Пример многофазного измерителя, использующего объемно-резонансный датчик, описан в патенте США № 6915707.
Согласно одному объекту изобретение содержит способ определения относительного содержания фаз в многофазном потоке, при этом указанный способ включает следующие этапы:
прохождение указанного многофазного потока через объемный резонатор;
подвергание многофазного потока в указанном резонаторе воздействию электромагнитной энергии в широком диапазоне частот;
получение данных по долям содержания в многофазном потоке отдельных фаз из наблюдения вызываемых указанным потоком изменений резонансных характеристик указанной электромагнитной энергии, при этом указанный способ, кроме того, включает подавление в указанном объемном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды.
Преимуществом является то, что это может сделать возможным легкое разделение резонансных пиков в широком диапазоне значений объемных долей газа (ОУТ) и текучести и, тем самым, обеспечить точное определение относительного содержания фаз даже при наличии воды с высоким содержанием солей.
Предпочтительно указанный способ включает, кроме того, размещение внутри указанного резонатора структур, изменяющих резонансные моды.
Предпочтительно указанный резонатор содержит непроводящий материал, при этом указанный способ содержит вложение указанных изменяющих резонансные моды структур внутрь указанного непроводящего материала.
В одном объекте изобретение обеспечивает устройство, предназначенное для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, при этом указанное устройство включает объемный резонатор, через который в режиме эксплуатации протекает многофазный флюид, и генератор сигналов, настроенный для приложения к указанному резонатору электромагнитной энергии в широком диапазоне частот, при этом указанное устройство, кроме того, включает средство
- 1 026214 подавления, пригодное для подавления по меньшей мере одной резонансной моды в указанном объемном резонаторе.
Предпочтительно указанное средство подавления содержит одну или несколько физических структур, располагающихся внутри указанного резонатора.
Предпочтительно указанный резонатор включает непроводящий материал, при этом указанные физические структуры вставляются внутрь указанного материала.
Согласно одному объекту обеспечивается устройство, предназначенное для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, при этом указанное устройство содержит резонатор, через который в режиме эксплуатации протекает многофазный флюид, и один или несколько зондов, пригодных для приложения электромагнитной энергии в широком диапазоне частот к указанному резонатору; при этом указанное устройство содержит, кроме того, средство подавления или усиления, пригодное для подавления или усиления по меньшей мере одной резонансной моды в указанном объемном резонаторе.
В одном объекте изобретение содержит способ определения относительного содержания фаз в многофазном потоке, в котором одна из указанных фаз содержит минерализованную воду, при этом указанный способ включает этапы прохождения указанного многофазного потока через объемный резонатор, подвергания при этом указанного многофазного потока в указанном резонаторе воздействию электромагнитной энергии в широком диапазоне частот и получения данных по долям содержания отдельных фаз многофазного потока из наблюдения вызываемых указанным потоком изменений резонансных характеристик указанной электромагнитной энергии, при этом указанный способ включает усиление в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды.
Предпочтительно указанный способ, кроме того, включает подавление в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды.
Предпочтительно указанный способ включает размещение внутри указанной полости физических структур для усиления и/или подавления выбранных резонансных мод.
Специалистам в данной области очевидна возможность внесения множества изменений в способ, с применением которого настоящее изобретение может быть реализовано. Следующее далее описание предназначается исключительно для иллюстрирования средств реализации данного изобретения, и всякая неполнота в описании вариантов или эквивалентов не должна рассматриваться в качестве его ограничения. Везде, где это возможно, описания конкретного элемента следует рассматривать как включающие все и любые его эквиваленты, вне зависимости от того, являются ли они уже существующими или появятся в будущем.
Далее описываются примеры изобретения с обращением к прилагаемым чертежам, на которых показано:
фиг. 1 - пример полученного сигнала в зависимости от частоты для случая цилиндрического резонатора;
фиг. 2 - схематический вид торцевого поперечного сечения устройства для измерений; фиг. 3 - сечение по линии А-А на фиг. 2;
фиг. 4 - продольное сечение через полость, имеющую кольцевой формирователь мод;
фиг. 5 - сравнение частотных спектров, полученных при прохождении потока, содержащего только газ, через резонатор без изменяющих резонансные моды структур и при прохождении через резонатор, снабженный изменяющими резонансные моды структурами;
фиг. 6 - сравнение частотных спектров для кольцевого потока из водно-солевого раствора и газа при его прохождении через объемный резонатор без изменяющих резонансные моды структур и при прохождении через резонатор, оснащенный изменяющими резонансные моды структурами; и фиг. 7 - результаты измерений, полученные с применением резонатора, оснащенного изменяющими резонансные моды структурами, для водно-газовых потоков с различными объемными долями газа (СУР) и различными показателями электропроводности воды.
Здесь описываются способ и устройство, предназначенные для применения при количественном определении относительного содержания фаз в многофазном потоке. Примеры многофазных потоков включают продуктовые потоки из нефтяных/газовых скважин, которые обычно включают смеси жидкостей и газов. Жидкости, в свою очередь, обычно содержат смесь жидких углеводородов и воды.
Принцип действия электромагнитных измерителей фракций состоит в электроэнергетическом охвате исследуемого материала внутри резонатора так, чтобы создать резонатор с высокими показателями добротности при желательных модах и низкими показателями добротности при нежелательных модах. При большинстве частот электромагнитные волны проходят в резонатор и многократно отражаются вперед и назад, пока полностью не рассеиваются. Однако при некоторых резонансных частотах непрерывно отражающиеся волны неоднократно и непрерывно интерферируют друг с другом таким образом, что это ведет к образованию распределенных по объему резонатора устойчивых областей высокой интенсивности и низкой интенсивности. Соответственно, когда к резонатору прикладывается ряд различных частот, получаемый сигнал будет иметь пики (моды) на каждой из резонансных частот.
- 2 026214
Внутри резонатора могут существовать поля различных типов, включая поперечное электрическое (ТЕ), поперечное магнитное (ТМ) и поперечное электромагнитное (ТЕМ) поля. При резонансных частотах образуются стоячие волны этих полей и устанавливается конфигурация поля, зависящая от данной рабочей частоты и диэлектрической проницаемости материалов, проходящих через резонатор. По мере приближения к резонансной частоте измеряемый сигнал быстро увеличивается по интенсивности, фиг. 1 показывает пример принимаемого сигнала в зависимости от частоты для случая цилиндрического резонатора; рядом с каждой из мод показано схематическое представление энергетической картины электромагнитной волны для соответствующей моды.
Теоретически для чувствительных элементов на КЕ/ЕМ-основе (высокочастотные (ВЧ) электромагнитные волны) существует бесконечное количество резонансных мод, которые проявляются по всему частотному спектру для любого электромагнитного резонатора. Нежелательные моды могут мешать выделению полезных мод, сливаясь с ними или полностью их перекрывая, когда они реагируют на изменение относительного содержания фаз в многофазных потоках.
Мода ТЕ111 отвечает самой низкой частоте среди резонансных мод и является подходящей модой для измерений воды. Однако автор изобретения наблюдал, что, когда вода не является чистой или пресной, например, если вода является солевым раствором, наиболее низкочастотные моды могут перекрываться, что затрудняет или делает невозможным их использование в измерениях.
Автору изобретения очевидно, что высокая проводимость соленой воды - удельная электропроводность морской воды при 20°С составляет около 5 См/м - способствует ухудшению различимости низкочастотных мод, поскольку электромагнитные волны, распространяющиеся через минерализованную воду в микроволновом и диапазоне радиочастот, теряют значительное количество своей энергии, передавая ее минерализованной воде.
С обращением к фиг. 2 и 3 представляется устройство 10, предназначенное для определения состава индивидуальных фаз в многофазном потоке, при этом данное устройство 10 содержит резонатор 12. Как можно видеть, резонатор 12 ограничен вокруг сечения трубы 16 между впуском 13 и выпуском 14 и сконфигурирован таким образом, чтобы многофазный поток мог проходить через резонатор без возмущений. Для упрощения задачи установки устройства в линии потока около впуска и выпуска могут обеспечиваться установочные фланцы (не показаны).
Наружные стенки, ограничивающие резонатор 12 и участок 16 трубы, предпочтительно выполнены из стали или другого механически прочного проводящего материала. Стенки сконфигурированы так, чтобы выдерживать условия эксплуатации в окрестности устья нефтяной/газовой скважины.
Область полости около трубы 16 полностью заполняется непроводящим материалом 18. Притом, что материал 18 может быть образован из множества различных материалов, включая газы и жидкости, такие как трансформаторное масло, принимая во внимание величины давления и природу исходящих из нефтяных/газовых скважин продуктов, материал 18 предпочтительно содержит объемный керамический материал. Предпочтительно, чтобы комплексная диэлектрическая проницаемость материала 18 имела наименьшую возможную зависимость от температуры.
В этом примере керамический материал имеет форму кольца, у которого внутренний диаметр, ограничивающий сквозное отверстие 20, совпадает с внутренним диаметром участка 16 трубы. Специалисту в данной области очевидно, что керамический материал может иметь и другие формы и что труба необязательно должна иметь круговой поперечной контур.
Равно как и керамический материал 18, плавно направляющий поток через резонатор 12 служит для выполнения и других целей. Керамика действует в качестве защиты по меньшей мере для одного и, как показано на фиг. 2, пяти ВЧ-зондов 22. В представленной форме эти зонды являются равномерно расположенными по окружности резонатора 12 и могут быть простыми однополюсными зондами. Зонды могут быть установлены в подходящих углублениях, образованных в наружной стенке резонатора и заглублены в керамический материал 18. Будучи эффективно заделанными в керамический материал 18, зонды 22 вследствие этого оказываются физически удалены от многофазного флюида, протекающего через устройство.
Зонды 22 включены в цепь испускания/приема энергии, что, как известно специалистам в данной области, обеспечивает каждому зонду возможность функционировать в качестве излучателя или приемника электромагнитной энергии.
В случае устройства, показанного на фиг. 2, резонансные моды в резонаторе изменяются с тем, чтобы улучшить качество измерений фазовых долей. В общем резонансные моды существуют в электромагнитном спектре, начиная с основной частоты. Однако некоторые из представленных мод могут мешать выполнению измерений с помощью применимых для этих целей мод, поскольку они реагируют на изменение относительного содержания фаз в многофазном потоке.
Предпочтительно, чтобы, когда одна из фаз является водно-солевым раствором, по меньшей мере одна резонансная мода в резонаторе была усилена посредством введения формирователей мод.
Тем самым, нежелательные моды могут быть подавлены и/или усилены для создания свободных частотных окон, в пределах которых присутствуют только выбранные резонансные моды. Это, в свою очередь, делает возможным наблюдение и отслеживание выбранных мод в различных многофазных по- 3 026214 токах.
Изменения резонансных мод как с целью подавления, так и усиления предпочтительно выполняются с помощью физических структур, размещаемых внутри резонатора 16. В конкретном описанном здесь примере обеспечиваются изменяющие резонансную моды структуры (именуемые далее формирователями мод) 26. Как можно видеть, они содержат элементы, установленные вокруг проходящей через отверстие 20 оси X. Формирователи мод удобно заделываются в керамический материал 18. Конфигурацию формирователей мод можно изменять в соответствии с доступностью или недоступностью материалов и интересующими резонансными модами. Простые формирователи в виде плоских пластин, содержащихся внутри керамического материала 18, показаны на фиг. 2 и 3, однако формирователи мод могут проходить по дуге вокруг резонатора, могут быть заделаны заподлицо с отверстием 20 и/или могут быть частично или полностью прямоугольными, кругообразными, кольцеобразными, изогнутыми, сферическими, цилиндрическими, яйцевидными, тороидальными, пилообразными, синусоидальными, зубчатыми, имеющими форму листа и т.д. или же любой комбинацией из вышеуказанного. Предпочтительно формирователи мод располагаются внутри резонатора.
Для того чтобы действовать описанным образом, формирователи 26 мод образованы из высокопроводящего материала, предпочтительно обладающего свойствами, приближающимися к свойствам идеального электрического проводника.
Известно, что на поверхности идеального электрического проводника никакого результирующего тангенциального электрического поля нет. Соответственно, размещение формирователя мод внутри резонатора создает новую границу резонатора или новые граничные условия формирователя мод, приводя к исчезновению составляющих электрических полей, тангенциальных по отношению к поверхности формирователя мод, Возбуждение с помощью ВЧ-зонда также вызывает протекание тока внутри формирователя мод, тем самым инициируя появление электромагнитных полей. Следствием нахождения формирователя мод внутри резонатора является то, что изменяются свойства, по меньшей мере, некоторых из резонансных мод внутри резонатора.
Для установления размеров, расположения и формы формирователя мод (или, в зависимости от конкретного случая, формирователей мод), соответствующих требованиям проекта, и прихода к решению о применении одной или нескольких структур, подавляющих либо усиливающих выбранные резонансные моды, может применяться оптимизация, выполняемая с помощью компьютера.
Фиг. 4 представляет продольное сечение резонатора 29, имеющего кольцевой формирователь мод 30, расположенный коаксиально вокруг продольной оси отверстия 32, через которое может проходить многофазный поток, содержащий фракцию водно-солевого раствора, таким образом, чтобы простираться вокруг отверстия 32. Когда ВЧ-энергия прикладывается к резонатору 29 ВЧ-зондом, магнитной петлей 34, это вызывает протекание в формирователе мод тока, который инициирует появление магнитного поля 36 (показано пунктирными линиями), являющегося тангенциальным по отношению к формирователю мод 30, и, тем самым, обеспечивается возможность усиления (или возникновения) электрических полей 38 (показаны пунктирными линиями), которые в ином случае были бы подавлены вследствие присутствия соленой воды. Инициированные магнитные и электрические поля также взаимодействуют с другими электрическими и/или магнитными полями 40 (показаны пунктирными линиями) в резонаторе 29, тем самым изменяя резонансные характеристики резонатора 29. В частности, инициированное магнитное поле 36 (показано пунктирными линиями) может оказывать действие, подавляющее одну или несколько ТМ-мод, тем самым способствуя разделению мод.
Предпочтительно формирователи мод устроены так, чтобы подавлять ТМ-моды и/или усиливать ТЕ-моды. Преимуществом является то, что ТЕ-моды лучше определяются, чем ТМ-моды, и это может облегчить выполнение измерений. Напротив, в присутствии водно-солевого раствора ТМ-моды оказываются особенно подверженными относительно сильному ослаблению даже без формирователей мод.
С обращением к фиг. 5, показаны графические изображения резонансных мод, обусловленных протеканием через резонатор потока, содержащего только газ, с и без формирователей мод. Содержащий только газ поток (ОУР = 100%) используется из соображений большей ясности. Без формирователей моды присутствуют четыре резонансных максимума с близко расположенными друг к другу вторым, третьи и четвертым пиками. Для сравнения, когда внутрь резонатора вносятся формирователи мод, подавляется третий пик, а оставшиеся пики оказываются широко разнесенными друг от друга, повышая, тем самым, разрешение между пиками и таким образом улучшая качество измерений.
Фиг. 6 представляет сравнение для случая, когда проходящий через резонатор поток является кольцевым потоком из водно-солевого раствора и газа, имеющим ОУР 90%. Без формирователей мод резонансные максимумы оказываются почти полностью ослабленными. Однако при введении формирователей мод все три пика значительно усиливаются или увеличиваются и, таким образом, становятся ясно различимыми.
Далее с обращением к фиг. 7 показаны экспериментальные результаты для водно-газовых потоков с различными показателями ОУР и различными величинами электропроводности воды. Во всех случаях данные получены с применением в резонаторе формирователей мод. Как можно видеть, в результате получается свободное частотное окно, в котором с увеличением ОУЕ происходит увеличение пиковых час- 4 026214 тот и с увеличением электропроводности воды снижается максимальная амплитуда и увеличивается ширина пиков.
Извлечение из результатов измерений данных по составу различных фаз может быть выполнено с помощью любой известной специалистам в данной области методики.
Специалисту в данной области очевидно, что многофазные потоки содержат совокупность индивидуальных фаз и могут иметь любое количество индивидуальных фаз, включая две.
Специалисту в данной области ясно, что описанные здесь подавление и/или увеличение одной или нескольких мод могут быть как относительными, представленными в соотношении с одной или несколькими другими модами, так и абсолютными.
Описанные здесь примеры были разработаны для обеспечения средства определения содержания воды в потоках влажного газа, т.е. в потоках, в которых газ является преобладающей фазой. Однако специалистам в данной области очевидно, что принципы изобретения могут быть применены и для анализа других многофазных потоков.
Специалисту в данной области понятно, что, хотя на фиг. 2 показано пять формирователей мод, вместо этого мог применяться единственный или же любое количество формирователей мод. Специалисту в данной области ясно, что, хотя формирователи мод на фиг. 6 представлены расположенными вокруг центральной оси резонатора, формирователи мод могут быть размещены внутри резонатора в любом подходящем положении - включая коаксиальное по отношению к осевой линии отверстия - и могут иметь любую подходящую ориентацию или конфигурацию.
Различные вышеописанные признаки могут обладать преимуществами, проявляющимися с или без применения других вышеописанных признаков.
Приведенные выше воплощения следует воспринимать в качестве иллюстративных примеров изобретения. Предусматриваются и другие дальнейшие воплощения данного изобретения. Следует понимать, что любой описанный в отнесении к любому воплощению признак может применяться индивидуально или в комбинации с другими описанными признаками и может также применяться в комбинации с одним или несколькими признаками из любых других воплощений или из любой комбинации любых других воплощений. Помимо этого, без отступления от объема изобретения могут также применяться не описанные выше эквиваленты и модификации, определяемые в сопутствующей формуле изобретения.

Claims (13)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке, предназначенное для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, содержащее резонатор, имеющий отверстие, через которое при применении устройства протекает многофазный флюид;
    один или более зондов, выполненных с возможностью вводить электромагнитную энергию в широком диапазоне частот в указанный резонатор, при этом указанное устройство содержит средство подавления или усиления, выполненное с возможностью подавления или усиления в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды, причем средство подавления или усиления содержит одну или более электропроводящих структур, размещенных вокруг продольной оси отверстия.
  2. 2. Устройство по п.1, в котором указанный резонатор включает в себя непроводящий материал, при этом указанные одна или более электропроводящие структуры заделаны в указанный материал.
  3. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере часть по меньшей мере одной из указанных одной или более электропроводящих структур имеет по меньшей мере одну из следующих форм: плоскую, прямоугольную, круговую, кольцеобразную, дугообразную, сферическую, цилиндрическую, яйцевидную, тороидальную, пилообразную, синусоидальную, зубчатую и листовидную форму.
  4. 4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором по меньшей мере часть поверхности по меньшей мере одной из указанных одной или более электропроводящих структур заделана заподлицо с указанным отверстием, проходящим через указанный резонатор.
  5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором указанные одна или более электропроводящие структуры содержат множество электропроводящих структур, расположенных с зазором одна от другой вдоль окружности вокруг указанного отверстия.
  6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором указанные одна или более электропроводящие структуры выполнены с возможностью подавлять одну или более электромагнитных резонансных ТМ-мод.
  7. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором указанные одна или более электропроводящие структуры выполнены с возможностью усиливать одну или более электромагнитных резонансных ТЕ-мод.
  8. 8. Устройство по любому из пп.1-7, в котором указанные одна или более электропроводящие структуры выполнены с возможностью усиливать ТЕ111 моду.
  9. 9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором по меньшей мере одна из указанных фаз содержит минерализованную воду.
    - 5 026214
  10. 10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором каждый указанный зонд выполнен с возможностью выполнять функцию излучателя или приемника электромагнитной энергии.
  11. 11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором зонды расположены на равном расстоянии один от другого вдоль окружности резонатора.
  12. 12. Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке, предназначенное для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке, содержащее резонатор, имеющий сквозное отверстие, через которое при применении устройства протекает многофазный поток, причем резонатор имеет внешнюю электропроводящую поверхность и внутреннюю неэлектропроводящую поверхность, при этом отверстие ограничивается указанной внутренней неэлектропроводящей поверхностью; и один или более зондов, выполненных с возможностью вводить электромагнитную энергию в широком диапазоне частот в указанный резонатор, при этом указанное устройство содержит средство подавления или усиления, содержащее одну или более электропроводящих структур, заделанных в неэлектропроводящий материал резонатора и предназначенных для подавления или усиления в указанном резонаторе по меньшей мере одной резонансной моды.
  13. 13. Устройство по п.12, в котором указанное сквозное отверстие совпадает с внутренней поверхностью трубопровода, который переносит многофазный поток.
EA201101352A 2009-03-20 2010-03-11 Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке (варианты) EA026214B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0904758.0A GB0904758D0 (en) 2009-03-20 2009-03-20 Method and apparatus for determining phase fractions of multiphase flows
PCT/GB2010/050433 WO2010106354A1 (en) 2009-03-20 2010-03-11 Method and apparatus for determining phase fractions of multiphase flows

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201101352A1 EA201101352A1 (ru) 2012-04-30
EA026214B1 true EA026214B1 (ru) 2017-03-31

Family

ID=40639831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201101352A EA026214B1 (ru) 2009-03-20 2010-03-11 Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке (варианты)

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9146197B2 (ru)
EP (1) EP2409120B1 (ru)
BR (1) BRPI1012546B1 (ru)
EA (1) EA026214B1 (ru)
EG (1) EG26458A (ru)
GB (2) GB0904758D0 (ru)
WO (1) WO2010106354A1 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013063398A2 (en) 2011-10-28 2013-05-02 Saudi Arabian Oil Company Combined water cut and salinity meter
GB201218956D0 (en) * 2012-10-22 2012-12-05 Flow Technologies Ltd M Fluid sensor
GB2511045A (en) * 2013-02-20 2014-08-27 Flow Technologies Ltd M Fluid sensor comprising a composite cavity member
WO2014064437A2 (en) 2012-10-22 2014-05-01 M-Flow Technologies Ltd Fluid sensor comprising a composite cavity member
GB2514110B (en) * 2013-05-13 2021-04-28 Atout Process Ltd Method And Apparatus For Providing A Visualisation Of A Multiphase Flow Of Material In A Pipe
GB201311755D0 (en) * 2013-07-01 2013-08-14 Flow Technologies Ltd M Fluid sensor
DE102014104595A1 (de) * 2014-04-01 2015-10-01 Michael Himmelhaus Verfahren und Vorrichtung zur labelfreien Detektion eines Analyten
CN112362973A (zh) * 2014-06-06 2021-02-12 滤波器感知技术有限公司 射频状态变量测量系统和方法
CA2966869A1 (en) 2014-11-10 2016-05-19 General Electric Company Multi-phase fluid fraction measurement
DE102016013220B3 (de) * 2016-11-04 2018-05-09 PROMECON Prozeß- und Meßtechnik Conrads GmbH Mikrowellenmessanordnung zur Bestimmung der Beladung einer Zweiphasenströmung
GB2571285A (en) * 2018-02-22 2019-08-28 Univ Cranfield Fluid sensor
US11150203B2 (en) * 2019-02-14 2021-10-19 Schlumberger Technology Corporation Dual-beam multiphase fluid analysis systems and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3458808A (en) * 1964-05-29 1969-07-29 Nils Bertil Agdur Apparatus for measuring the properties of a material by resonance techniques
GB2120791A (en) * 1982-05-27 1983-12-07 Ca Atomic Energy Ltd Microwave gas-liquid void fraction meter
US5103181A (en) * 1988-10-05 1992-04-07 Den Norske Oljeselskap A. S. Composition monitor and monitoring process using impedance measurements
WO2000043759A1 (en) * 1999-01-22 2000-07-27 The University Of Liverpool Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB904758A (en) 1960-01-21 1962-08-29 Aish And Company Ltd Improvements in combustion control of fuel burners for pulverised fuel or other generally opaque fuels
US4571544A (en) * 1983-11-10 1986-02-18 Aluminum Company Of America Microwave examination of semiconductive shields
JPH01163645A (ja) * 1987-12-21 1989-06-27 Kanzaki Paper Mfg Co Ltd シート状材料の高周波特性測定装置
FR2722293B1 (fr) 1994-07-08 2000-04-07 Inst Francais Du Petrole Debitmetre polyphasique
NO313647B1 (no) 2000-05-15 2002-11-04 Roxar Asa Anordning for måling av egenskaper til en strömmende fluidblanding
GB2365978A (en) 2000-08-17 2002-02-27 Abb Offshore Systems Ltd Measuring relative proportions of dissimilar fluids in a pipe
NO315584B1 (no) 2001-10-19 2003-09-22 Roxar Flow Measurement As Kompakt stromningsmaler
DE10164109C2 (de) * 2001-12-24 2003-10-30 Baumgarten Heinrich Kg Verfahren zur Herstellung von Dichtleisten oder Dichtringen aus profilierten Bändern
TWI266347B (en) * 2002-01-31 2006-11-11 Tokyo Electron Ltd Apparatus and method for improving microwave coupling to a resonant cavity
NO323244B1 (no) 2004-08-20 2007-02-12 Multi Phase Meters As Metode og utstyr for måling av sammensetning og salinitet i en multifasestrømning
FI119526B (fi) * 2005-05-17 2008-12-15 Senfit Oy Menetelmä ja mittalaite mitata vesipitoisuutta
FI121195B (fi) * 2006-06-22 2010-08-13 Senfit Oy Menetelmä ja mittalaite radioaaltomittausta varten

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3458808A (en) * 1964-05-29 1969-07-29 Nils Bertil Agdur Apparatus for measuring the properties of a material by resonance techniques
GB2120791A (en) * 1982-05-27 1983-12-07 Ca Atomic Energy Ltd Microwave gas-liquid void fraction meter
US5103181A (en) * 1988-10-05 1992-04-07 Den Norske Oljeselskap A. S. Composition monitor and monitoring process using impedance measurements
WO2000043759A1 (en) * 1999-01-22 2000-07-27 The University Of Liverpool Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WYLIE S R, SHAW A, AL-SHAMMA'S I: "RF sensor for multiphase flow measurement through an oil pipeline", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY., IOP, BRISTOL., GB, vol. 17, no. 8, 13 July 2006 (2006-07-13), GB, pages 2141 - 2149, XP002590084, ISSN: 0957-0233, DOI: 10.1088/0957-0233/17/8/013 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB201004060D0 (en) 2010-04-28
EA201101352A1 (ru) 2012-04-30
EP2409120B1 (en) 2016-05-04
GB0904758D0 (en) 2009-05-06
US20120111124A1 (en) 2012-05-10
US9146197B2 (en) 2015-09-29
WO2010106354A1 (en) 2010-09-23
GB2468754B (en) 2011-05-11
GB2468754A (en) 2010-09-22
EG26458A (en) 2013-11-13
BRPI1012546A2 (pt) 2016-03-22
EP2409120A1 (en) 2012-01-25
BRPI1012546B1 (pt) 2019-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA026214B1 (ru) Устройство для создания резонансных электромагнитных колебаний в многофазном потоке для применения при определении относительного содержания отдельных фаз в многофазном потоке (варианты)
JP5814553B2 (ja) パッチアンテナによる多相流計測
Sharma et al. A microwave cavity resonator sensor for water-in-oil measurements
Kokura et al. Plasma absorption probe for measuring electron density in an environment soiled with processing plasmas
JP6196664B2 (ja) マイクロ波キャビティセンサ
JP2007212476A (ja) マイクロ波測定装置および測定方法
CN105008916B (zh) 传导率测量
JP6608174B2 (ja) センサ、測定装置、および測定方法
EP2598862A2 (en) Device for determining properties of a fluid by means of a coaxial resonator shorted at one end by a plate through which the fluid flows
US20240027367A1 (en) Method for determining a coating property
EP3218700B1 (en) Multi-phase fluid fraction measurement
JP2012047548A (ja) プラズマ電子密度測定プローブ及び測定装置
US20070075036A1 (en) Method and apparatus for measuring plasma density in processing reactors using a short dielectric cap
AU2015217920B2 (en) Measurements device
EP1144985B1 (en) Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid
CN109906369B (zh) 用于确定两相流负载的微波测量装置
US20180113082A1 (en) Fluid measuring system
Okabe et al. Electromagnetic wave propagation in a coaxial pipe GIS model
RU2536164C1 (ru) Устройство для определения концентрации смеси веществ
JP2008224666A (ja) マイクロ波配管減肉計測システム
Muto et al. Resonance characteristics and identification of modes wave excited by partial discharges in GIS
JP5618446B2 (ja) プラズマの電子密度及び電子温度の測定プローブ及び測定装置
RU2536184C1 (ru) Концентратомер
Abbasi et al. Microwave detection of longitudinal crack and identification of its location in straight pipe
JP2000321218A (ja) 汚泥濃度計

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KG MD TJ TM