RU2427828C1 - Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method - Google Patents
Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427828C1 RU2427828C1 RU2010114389/28A RU2010114389A RU2427828C1 RU 2427828 C1 RU2427828 C1 RU 2427828C1 RU 2010114389/28 A RU2010114389/28 A RU 2010114389/28A RU 2010114389 A RU2010114389 A RU 2010114389A RU 2427828 C1 RU2427828 C1 RU 2427828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- flow
- fluid
- time
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области расходометрии, в частности к способам измерения скорости потока и/или расхода многофазных текучих сред, представляющих собой мелкодисперсную или недиспергированную смесь газа и многосоставной жидкости (например, смесь газа, нефти и воды).The invention relates to the field of flow measurement, in particular to methods for measuring the flow rate and / or flow rate of multiphase fluids, which are a finely dispersed or undispersed mixture of gas and a multicomponent liquid (for example, a mixture of gas, oil and water).
Имеются расходомеры с датчиками ЯМР (заявка US № 20070164737, МПК G01V 3/00.; заявл. 07.12.2006; опубл. 19.07.2007), в которых скорость потока определяют по амплитуде регистрируемого датчиком ЯМР сигнала, возникающего в результате действия на магнитные ядра вещества определенной последовательности радиочастотных импульсов. При этом зависимость амплитуды сигнала ЯМР от скорости потока базируется на эффекте зависимости от скорости потока величины намагниченности ядер, определяемой либо временем их нахождения в зоне внешнего основного или предполяризующего магнитного поля, либо в зоне приемно-передающей катушки датчика ЯМР.There are flow meters with NMR sensors (application US No. 20070164737, IPC
Главным недостатком расходомеров, основанных на таком принципе, является зависимость амплитуд сигнала ЯМР, а следовательно, и вычисляемых значений скоростей потока и/или расхода текучих сред, от характеристик спин-решеточной релаксации ядер, на которых наблюдается сигнал ЯМР. В результате такие расходомеры имеют ограниченные области применения, так как требуют заранее в алгоритм расчета вводить данные о характеристиках спин-решеточной релаксации измеряемых сред и практически не могут быть использованы в случаях многофазных/многокомпонентных сред, в которых каждая из фаз/компонент будет характеризоваться индивидуальным временем релаксации.The main disadvantage of flow meters based on this principle is the dependence of the amplitudes of the NMR signal, and therefore the calculated values of the flow rates and / or flow rate of the fluids, on the characteristics of the spin-lattice relaxation of the nuclei on which the NMR signal is observed. As a result, such flowmeters have limited fields of application, since they require inputting data on the characteristics of the spin-lattice relaxation of the measured media into the calculation algorithm in advance and can hardly be used in cases of multiphase / multicomponent media in which each phase / component will have an individual time relaxation.
Известны расходомеры (заявка US № 20060020403, G01F 1/00.; опубл. 26.01.2006), использующие постоянный градиент магнитного поля для кодирования информации о скорости потока в фазе сигнала ЯМР.Known flowmeters (application US No. 20060020403,
Известен также расходомер с датчиком ЯМР (пат. 6452390 США, МПК G01F 1/716, G01F 1/704, G01V 3/00. № 09/711914; заявл. 15.11.2000; опубл. 17.09.2002), в котором скорость потока определяется путем фазового кодирования частоты сигнала ЯМР за счет формирования в области расположения катушки возбуждения/детектирования сигнала ЯМР импульсов линейного градиента магнитного поля, ориентированного вдоль направления потока.Also known is a flowmeter with an NMR sensor (US Pat. 6452390 USA, IPC G01F 1/716, G01F 1/704, G01V 3/00. No. 09/711914; claimed 15.11.2000; published 17.09.2002), in which the flow rate is determined by phase coding the frequency of the NMR signal due to the formation in the region of the location of the excitation / detection coil of the NMR signal of pulses of a linear magnetic field gradient oriented along the direction of flow.
Главным недостатком используемого в упомянутых расходомерах принципа является сложность точного определения фазы регистрируемого сигнала ЯМР, а также неоднозначность ее определения для случаев превышения значения 2π, что будет реализовываться при больших скоростях потока. Кроме того, предлагаемые в аналоге технические решения не позволяют установить однозначную связь между значением регистрируемой фазы сигнала с характеристиками скорости потока для случаев неизвестного профиля распределения скоростей, а следовательно, и для случаев разных скоростей течения фаз/компонент многофазной/многокомпонентной среды.The main drawback of the principle used in the aforementioned flowmeters is the difficulty of accurately determining the phase of the recorded NMR signal, as well as the ambiguity of its determination for cases when the value 2π is exceeded, which will be realized at high flow rates. In addition, the technical solutions proposed in the analogue do not allow establishing an unambiguous relationship between the value of the detected phase of the signal and the characteristics of the flow velocity for cases of an unknown velocity distribution profile, and, consequently, for cases of different phase flow velocities / components of a multiphase / multicomponent medium.
Наиболее близким техническим решением является расходомер (патент US № 6046587, Е21В 47/10, G01F 1/716, 1/74, 1/704, G01R 33/44, 33/60, G01V 3/00, опубл. 04.04.2000), в котором для измерения скорости потока используется датчик ядерного магнитного резонанса (ЯМР), а для определения в протекающей жидкости доли воды (или нефти) используют либо второй датчик ЯМР, либо второй датчик, основанный на явлении электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). При этом так же как и в большинстве расходомеров, труба с текущей жидкостью проходит вначале через магнитное поле предполяризующей системы для предварительной поляризации ядер флюида, а затем через основной магнит с однородным магнитным полем, в котором располагается и сам датчик ЯМР, содержащий приемно-передающую радиочастотную катушку, необходимую для возбуждения и регистрации сигналов ЯМР. Фактически в упомянутом патенте предложены решения по нескольким разным способам измерения скорости потока. Часть из этих способов не отличается принципиально от решений, предложенных в других и, в том числе, в уже упомянутых выше патентах. Так, скорость потока флюида предлагается оценивать из сравнительного анализа амплитуд сигнала, получаемых либо от двух датчиков ЯМР, разнесенных между собой на некоторое расстояние вдоль направления потока, либо из анализа амплитуды сигнала ЯМР в условиях действия на систему непрерывной последовательности насыщающих радиочастотных импульсов. В первом случае используется эффект различия в значениях поляризации ядер, которую они достигают к моменту прохождения жидкости через датчики за счет разницы во времени действия на них внешнего магнитного поля. Во втором случае используется эффект ограниченной зоны действия возбуждающего радиочастотного поля (только внутри радиочастотной катушки). Это приводит к тому, что сигнал ЯМР от части флюида, которая за время между импульсами не успевает вытечь из зоны катушки, при достаточной высокой частоте следования возбуждающих радиочастотных импульсов насыщается, в то время как другая часть флюида, вновь втекающая в рабочую зону датчика ЯМР, характеризуется большой амплитудой сигнала. Таким образом, при удачном подборе параметров импульсной последовательности общая амплитуда регистрируемого сигнала может оказаться прямо пропорциональной скорости потока. В общем же случае необходимо иметь тарировочную кривую зависимости амплитуды сигнала ЯМР от скорости потока, в которой были бы учтены характеристики ядерной магнитной релаксации флюида.The closest technical solution is a flow meter (US patent No. 6046587, ЕВВ 47/10, G01F 1/716, 1/74, 1/704, G01R 33/44, 33/60,
Наиболее близким к заявляемому является то предложение в прототипе, которое направлено на получение непосредственной информации о скорости потока каждой из компонент и/или фаз многокомпонентного флюида. Эта цель достигается путем получения функции распределения скоростей потока флюида на основании анализа частотного спектра сигнала ЯМР (сигнала эхо). Сам спектр частот определяют из данных быстрого Фурье-преобразования эхо сигнала ЯМР, регистрируемого в условиях наличия градиента внешнего магнитного поля вдоль направления потока флюида после воздействия на спин-систему, как минимум, двух радиочастотных импульсов с заданным временным интервалом. Действительно, в этом случае из частотного спектра сигнала спинового эхо, полученного после двух радиочастотных импульсов при условии его регистрации во время действия линейного градиента магнитного поля вдоль направления потока, искомый спектр скоростей легко вычисляется при известном (заданном) времени появления сигнала эхо (время между первым радиочастотным импульсом и моментом формирования сигнала эхо) и известном (заданном) значении градиента магнитного поля. Если при этом были обеспечены условия полной поляризации ядер в предполяризующем магните, то из полученного спектра скоростей можно рассчитать не только данные о распределении скоростей для разных фаз (газ и жидкость), но и об их количестве. В частности, величины расхода по жидкости и газу в случае, когда жидкость и газ не смешаны, могут определяться непосредственно из анализа функции распределения скоростей потока, которая будет характеризоваться соответственно двумя максимумами на спектре частот - для жидкости и для газа.Closest to the claimed is the proposal in the prototype, which is aimed at obtaining direct information about the flow rate of each of the components and / or phases of the multicomponent fluid. This goal is achieved by obtaining a distribution function of fluid flow rates based on an analysis of the frequency spectrum of the NMR signal (echo signal). The frequency spectrum itself is determined from the data of the fast Fourier transform of the echo of the NMR signal recorded under the conditions of the presence of an external magnetic field gradient along the direction of the fluid flow after exposure to the spin system of at least two radio frequency pulses with a given time interval. Indeed, in this case, from the frequency spectrum of the spin echo signal obtained after two radio frequency pulses provided that it is detected during the linear gradient of the magnetic field along the direction of flow, the desired velocity spectrum is easily calculated for a known (specified) time of occurrence of the echo signal (time between the first radio frequency pulse and the moment of formation of the echo signal) and the known (specified) value of the magnetic field gradient. If in this case the conditions for the complete polarization of the nuclei in the pre-polarizing magnet were provided, then from the obtained velocity spectrum it is possible to calculate not only data on the distribution of velocities for different phases (gas and liquid), but also on their number. In particular, the flow rates for liquid and gas in the case when the liquid and gas are not mixed can be determined directly from the analysis of the distribution function of the flow velocities, which will be characterized by two maxima in the frequency spectrum, respectively, for liquid and gas.
Однако способ, изложенный в прототипе, также имеет недостатки.However, the method described in the prototype also has disadvantages.
Часть замечаний относится к тем предложениям патента, которые, так или иначе, связаны с получением информации о скорости потока по амплитуде сигнала ЯМР на основе либо эффекта неполного насыщения сигнала за счет течения жидкости через приемно-передающую катушку, либо за счет эффекта неполной поляризации ядер в магнитном поле. В обоих случаях информация о скорости потока является опосредованной. Кроме того, при таком способе измерения очень сложно получить информацию о распределении скоростей. Существенная дополнительная неопределенность в результаты измерения будет вноситься возможным изменением во времени характеристик ядерной магнитной релаксации исследуемого флюида. Прежде всего, это касается времен спин-решеточной релаксации, которые сильно зависят от фазового и компонентного состава текущего флюида, что, в свою очередь, в условиях варьирования состава текущего флюида будет приводить к изменению во времени как степени насыщения сигнала ЯМР радиочастотными импульсами, так и степени частичной поляризации (для случая неполной поляризации) ядер в предполяризующей магнитной системе. Именно эти эффекты в данном патенте, так же как и в ряде других заявочных и патентных материалах (например, см. заявку US № 20070164737, МПК G01V 3/00), предлагается использовать для определения характеристик скорости потока флюида. Другими словами, обсуждаемый способ может быть успешно реализован только в тех случаях, когда распределение скоростей по сечению потока заранее определено и фиксировано. Кроме того, также должны быть известны и неизменны во времени характеристики ядерной магнитной релаксации (прежде всего, время спин-решеточной релаксации). Совершенно очевидно, что в реальных условиях указанные требования невыполнимы. Действительно, функция распределения скоростей будет зависеть не только от самой скорости потока (при больших скоростях возможен переход от ламинарного потока к турбулентному), но и от состава жидкости, наличия в ней газа, распределения газа в жидкости и т.д. Кроме того, нельзя пренебрегать и таким нежелательным эффектом, как возможное отложение асфальтосмолистых и парафиновых соединений на внутренней поверхности трубы, что будет приводить к изменению формы и уменьшению площади поперечного сечения потока текущего флюида. Это неминуемо скажется как на распределении скоростей потока, так и на самой скорости, что, в свою очередь, приведет к ошибкам в определении значений скорости в обсуждаемом способе. Если же говорить о требовании неизменности характеристик ядерной магнитной релаксации текущего флюида, то также очевидна невыполнимость этого требования в реальных условиях. Дело в том, например, что скорость спин-решеточной релаксации будет различной не только для разных компонент (нефть, вода) флюида, но и для разных (жидкость, газ) его фаз. В тех случаях, когда указанные компоненты и фазы пространственно разделены (имеют малую площадь соприкосновения) отмеченные различия в характеристиках времен релаксации можно даже использовать для получения количественных характеристик потока по каждой компоненте и фазе. Однако в большинстве случаев это не так. Молекулы газа могут быть не только распределены по жидкости в виде пузырьков, но и частично растворены в жидкости, а вода может образовывать с нефтью водно-нефтяную эмульсию. И в том, и в другом случае как за счет взаимного растворения, так и за счет малости размеров пузырьков газа в жидкости или за счет малости размеров капель воды (или нефти) в дисперсионной среде будут реализовываться условия больших значений удельной площади S/V (где S - поверхность раздела фаз или компонент, а V - их объем), что приведет к возможности осуществления интенсивного молекулярного или спинового обмена между спиновыми/молекулярными подсистемами фаз или компонент. В результате такого обмена для части флюида произойдет усреднение характеристик ядерной релаксации, причем значение средней скорости релаксации будет зависеть от многих неконтролируемых параметров: парциальных значений времен релаксации упомянутых фаз/компонент, подвижности молекул жидкости, зависящей, в том числе, от концентрации растворенного газа в жидкости; размеров и формы пузырьков или капель; характеристик межфазного слоя и т.д. В условиях эксплуатации многофазного расходомера в нефтяной промышленности в качестве многофазного флюида будет выступать смесь нефти, воды и газа. Очевидно, что характеристики магнитной релаксации упомянутых составляющих смеси будут зависеть не только от месторождения, конкретной скважины, но также будут изменяться во времени. Причем зависимость характеристик добываемой водно-нефтяной смеси от времени во многом носит случайный характер, не поддающийся систематизации и, следовательно, учету в работе расходомера.Part of the comments relates to those patent proposals which, in one way or another, are related to obtaining information on the flow velocity from the amplitude of the NMR signal based on either the effect of incomplete saturation of the signal due to the flow of liquid through the transmitting-receiving coil, or due to the effect of incomplete polarization of nuclei magnetic field. In both cases, flow rate information is indirect. In addition, with this method of measurement it is very difficult to obtain information about the distribution of speeds. Significant additional uncertainty in the measurement results will be introduced by a possible change in time of the characteristics of nuclear magnetic relaxation of the studied fluid. First of all, this concerns spin-lattice relaxation times, which strongly depend on the phase and component composition of the current fluid, which, in turn, under conditions of varying the composition of the current fluid, will lead to a change in time of both the degree of saturation of the NMR signal with radio frequency pulses and degrees of partial polarization (for the case of incomplete polarization) of nuclei in a prepolarizing magnetic system. It is these effects in this patent, as well as in several other application and patent materials (for example, see application US No. 20070164737, IPC
Таким образом, в самом предлагаемом способе регистрации скорости потока по зависимости амплитуды сигнала ЯМР от времени нахождения ядер в магнитном поле заключается и его главный недостаток, связанный с тем, что достигаемая к моменту регистрации сигнала величина намагниченности ядер, при прочих равных условиях, сильно зависит от характеристик ядерной релаксации текущего флюида. Особенно сильно этот недостаток будет проявляться при измерении многофазных/многокомпонентных потоков. Действительно, система предполяризующего магнитного поля по определению должна обеспечить предварительную поляризацию ядер прежде, чем они попадут в зону датчика ЯМР. Причем желательно, чтобы уровень поляризации был близок к максимальному (равновесному для величины используемого магнитного поля в области датчика ЯМР) для всех компонент и фаз в потоке. В противном случае разные компоненты и фазы флюида будут поляризованы в разной степени в зависимости от значений соответствующих им времен T1 спин-решеточной релаксации: сильнее всего будут поляризованы те компоненты и фазы, которые будут обладать наименьшими значениями T1. В результате относительный вклад в регистрируемый сигнал от компонент и фаз флюида с большими значениями времен T1 будет занижен по сравнению с таковым для случая, когда предполяризующая магнитная система обеспечивает достижения равновесной поляризации ядер для всех компонент и фаз флюида. Это будет приводить к ошибкам в вычислении характеристик расхода по компонентам и фазам. Таким образом, от качества выполнения предполяризующего магнита в конечном счете зависит качество работы всего устройства - точность измеряемых характеристик. Причем этот вывод сохраняет свою актуальность независимо от принципа, используемого в ЯМР расходомере для измерений скорости потока.Thus, in the very proposed method of detecting the flow velocity by the dependence of the NMR signal amplitude on the time the nuclei are in the magnetic field, there is also its main disadvantage, since the magnetization of the nuclei reached by the time the signal is recorded, all other things being equal, strongly depends on nuclear relaxation characteristics of the current fluid. This drawback will be especially pronounced when measuring multiphase / multicomponent flows. Indeed, a system of a pre-polarizing magnetic field, by definition, should provide preliminary polarization of the nuclei before they enter the area of the NMR sensor. Moreover, it is desirable that the level of polarization be close to the maximum (equilibrium for the magnitude of the used magnetic field in the region of the NMR sensor) for all components and phases in the stream. Otherwise, different components and phases of the fluid will be polarized to varying degrees depending on the values of the corresponding spin-lattice relaxation times T 1 : those components and phases that will have the lowest values of T 1 will be polarized the most. As a result, the relative contribution to the recorded signal from the components and phases of the fluid with large values of the times T 1 will be underestimated as compared to the case when the pre-polarizing magnetic system ensures equilibrium nuclear polarization for all components and phases of the fluid. This will lead to errors in the calculation of the flow characteristics of the components and phases. Thus, the quality of the entire device ultimately depends on the performance of the pre-polarizing magnet — the accuracy of the measured characteristics. Moreover, this conclusion remains relevant regardless of the principle used in the NMR flowmeter for measuring flow velocity.
Наиболее прямой путь, обеспечивающий достижение заданного (равновесного для данной напряженности магнитного поля) значения поляризации ядер, предполагает увеличение времени нахождения флюида в поле этого магнита до величин порядка 5T1. На практике решение этой задачи приводит к существенному увеличению размеров предполяризующего магнита, так как конструкция этой части расходомера, как правило, классическая. Это труба с текущей в ней жидкостью/газом, размещенная в зазоре между полюсами двух магнитов, внешние поля которых замкнуты между собой массивной конструкцией из магнитопроводящего материала. К примеру, если использовать один из стандартных внутренних диаметров трубопровода 0,07 м, а время спин-решеточной релаксации T1 принять равным 1 сек, то легко найти, что для расхода 100 м3/сут длина участка трубопровода, находящегося в магнитном поле, должна быть не меньше полутора метров. Следовательно, и размеры предполяризующего магнита должны быть не меньше указанной величины. В конечном счете это приводит к существенному увеличению размеров и веса всего расходомера.The most direct way, ensuring the achievement of a given (equilibrium for a given magnetic field strength) polarization value of the nuclei, involves increasing the residence time of the fluid in the field of this magnet to values of the order of 5T 1 . In practice, the solution of this problem leads to a significant increase in the size of the pre-polarizing magnet, since the design of this part of the flowmeter is, as a rule, classical. This is a pipe with a fluid / gas flowing in it, placed in the gap between the poles of two magnets, the external fields of which are closed to each other by a massive structure of magnetically conductive material. For example, if you use one of the standard internal diameters of the pipeline 0.07 m and take the spin-lattice relaxation time T 1 equal to 1 second, then it is easy to find that for a flow rate of 100 m 3 / day the length of the section of the pipeline in a magnetic field must be at least one and a half meters. Therefore, the dimensions of the pre-polarizing magnet should be no less than the specified value. Ultimately, this leads to a significant increase in the size and weight of the entire flow meter.
Следующие замечания относятся непосредственно к тому предложению патента, в котором информацию о скорости потока предлагается получать из анализа спектра частот в сигнале спинового эхо.The following comments relate directly to the proposal of the patent, in which information on the flow rate is proposed to be obtained from the analysis of the frequency spectrum in the spin echo signal.
В качестве первого критического замечания отметим, что в предлагаемом устройстве и схеме воздействия радиочастотными импульсами амплитуда сигнала спинового эхо будет заниженной, так как за время между возбуждением сигнала ЯМР и моментом регистрации сигнала эхо часть флюида успевает покинуть рабочую зону датчика ЯМР и не дает вклада в сигнал эхо. Причем чем больше скорость течения, тем в большей степени будет занижена амплитуда сигнала эхо. Так как при течении флюида по трубе всегда существует распределение скоростей, то очевидно, что для слоев с разными скоростями отмеченный эффект также будет различен: максимальным он будет для тех слоев флюида, которые характеризуются максимальными значениями скорости потока. Таким образом, искажения в регистрируемом спектре проявятся, прежде всего, в области больших скоростей, которые определяют основной вклад в значения расхода. Следовательно, отмеченный эффект способен привести к существенным ошибкам в определении характеристик расхода флюида в целом, а компонент с высокими скоростями потока - в особенности.As the first critical observation, we note that in the proposed device and the scheme of exposure to radio frequency pulses, the amplitude of the spin echo signal will be underestimated, since during the time between the excitation of the NMR signal and the moment of registration of the echo signal, part of the fluid has time to leave the working area of the NMR sensor and does not contribute to the signal echo. Moreover, the higher the flow velocity, the more the amplitude of the echo signal will be underestimated. Since there is always a velocity distribution during fluid flow through the pipe, it is obvious that for the layers with different velocities the marked effect will also be different: it will be maximum for those fluid layers that are characterized by maximum values of the flow velocity. Thus, distortions in the recorded spectrum will manifest themselves, first of all, in the region of high velocities, which determine the main contribution to the flow rate. Therefore, the noted effect can lead to significant errors in determining the characteristics of the fluid flow in general, and the component with high flow rates in particular.
Следующая проблема возникает в связи с тем, что разные компоненты и разные фазы флюида, как правило, будут характеризоваться разными значениями времен спин-спиновой (T2) релаксации и, кроме того, разными значениями коэффициентов самодиффузии. В результате их относительные вклады в сигнал эхо будут зависеть как от времени, прошедшего с момента подачи первого возбуждающего радиочастотного импульса до момента регистрации эхо, так и от параметров градиента магнитного поля, который необходимо применять для частотной кодировки скоростей компонент и фаз флюида. Более того, при регистрации сигналов ЯМР в потоке флюида в условиях наличия градиента магнитного поля нельзя не учитывать и эффекты так называемой наведенной диффузии - появление дополнительного к самодиффузии распределения смещений молекул за счет распределения скоростей.The next problem arises due to the fact that different components and different phases of the fluid, as a rule, will be characterized by different values of spin-spin (T 2 ) relaxation times and, in addition, by different values of self-diffusion coefficients. As a result, their relative contributions to the echo signal will depend both on the time elapsed from the moment the first exciting RF pulse was applied to the moment the echo was recorded and on the parameters of the magnetic field gradient, which must be used for frequency coding of the velocities of the components and phases of the fluid. Moreover, when registering NMR signals in a fluid flow under the presence of a magnetic field gradient, the effects of the so-called induced diffusion cannot be ignored - the appearance of an additional distribution of molecular displacements to self-diffusion due to the velocity distribution.
Еще одна важная проблема связана с тем, что, строго говоря, математическая операция Фурье-преобразования некорректна в случаях, когда оцифровка сигнала во временной области происходит в условиях переменной частоты сигнала. При течении флюида вдоль направления градиента магнитного поля реализуется именно это нестандартное условие. Причем частота прецессии спинов презонирующих ядер будет меняться во времени так быстро, как быстро за счет скорости потока будет меняться положение ядер вдоль оси направления градиента магнитного поля. Этот эффект и является, по сути, источником информации о скорости потока.Another important problem is that, strictly speaking, the mathematical operation of the Fourier transform is incorrect in cases where the signal is digitized in the time domain under conditions of a variable signal frequency. During the flow of fluid along the direction of the magnetic field gradient, this non-standard condition is realized. Moreover, the precession frequency of the spins of the nuclei present will change in time as quickly as the position of the nuclei along the axis of the magnetic field gradient will change due to the flow velocity. This effect is, in fact, a source of information about the flow rate.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого и точного способа и устройства для измерения скорости потока флюида в трубопроводе, работающего в широком диапазоне скоростей и фазовых составов флюида.The technical task of the invention is the creation of a simple and accurate method and device for measuring the flow rate of a fluid in a pipeline operating in a wide range of velocities and phase compositions of the fluid.
Техническая задача решается способом измерения скорости потока многофазного флюида при помощи регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в условиях действия градиента магнитного поля, направленного вдоль направления потока, и последующего преобразования измеренного сигнала в частотный спектр.The technical problem is solved by a method of measuring the flow rate of a multiphase fluid by recording a nuclear magnetic resonance (NMR) signal under the action of a magnetic field gradient directed along the direction of the flow, and subsequent conversion of the measured signal into the frequency spectrum.
Новым является то, что с целью повышения точности результатов измерений и минимизации искажающего амплитуду сигнала эффекта, обусловленного втекающим/вытекающим флюидом из рабочей зоны приемной катушки, первоначальное возбуждение ядер осуществляют только в части приемной катушки - в объеме слоя, ориентированного поперек потока и характеризующего малой толщиной по сравнению с размером рабочей зоны приемной катушки вдоль направления потока, при этом момент времени регистрации сигнала выбирают таким, чтобы за период времени от момента первоначального возбуждения ядер до момента регистрации сигнала при максимальной скорости потока для всех фаз флюида этот слой находился в пределах рабочей зоны данной катушки, которая определяется длиной катушки.What is new is that in order to increase the accuracy of the measurement results and minimize the effect of distorting the signal amplitude caused by the flowing in / out fluid from the working zone of the receiving coil, the initial excitation of the nuclei is carried out only in the part of the receiving coil - in the volume of the layer oriented across the flow and characterized by a small thickness in comparison with the size of the working zone of the receiving coil along the direction of flow, while the moment of time of registration of the signal is chosen so that for a period of time from the moment ervonachalnogo nuclei excitation until the registration signal at a maximum flow rate for all the phases of the fluid layer is located within the working area of the coil, which is determined by the length of the coil.
Новым также является то, что зону первоначального возбуждения ядер в виде слоя формируют в начале приемной катушки - со стороны втекающего потока флюида, благодаря взаимному расположению приемной и градиентной (или передающей) катушек.It is also new that the zone of the initial excitation of nuclei in the form of a layer is formed at the beginning of the receiving coil - from the side of the incoming fluid flow, due to the mutual arrangement of the receiving and gradient (or transmitting) coils.
Новым также является то, что с целью повышения точности результатов измерений и минимизации эффекта некорректности операции Фурье-преобразования в условиях переменной частоты время регистрации сигнала эхо минимизируют.Also new is the fact that in order to increase the accuracy of measurement results and minimize the effect of incorrectness of the Fourier transform operation under conditions of variable frequency, the time of registration of the echo signal is minimized.
Новым также является то, что при помощи последовательности радиочастотных импульсов формируют два и более сигналов эхо в разные моменты времени, которые регистрируют при наличии градиентов магнитного поля в максимально одинаковых условиях, далее для этих сигналов выполняют Фурье-преобразование и получают два или более частотных спектров, из которых по разнице в частотах соответствующих спектральных линий, то есть по зависимости их частоты от времени формирования сигнала эхо, судят о скоростях составляющих потока.It is also new that with the help of a sequence of radio-frequency pulses two or more echo signals are generated at different time instants, which are recorded in the presence of magnetic field gradients under the most identical conditions, then the Fourier transform is performed for these signals and two or more frequency spectra are obtained, of which, according to the difference in the frequencies of the corresponding spectral lines, that is, according to the dependence of their frequency on the time of the formation of the echo signal, one judges the velocities of the components of the flow.
Новым также является то, что с целью получения информации о зависимостях частоты и амплитуды от времени для отдельных компонент сигнала и использования этой информации в окончательных расчетах характеристик текущего флюида частотные спектры, полученные для разных времен формирования сигнала эхо, подвергают двумерному анализу, из которого по зависимостям частоты от времени находят скорости, по зависимостям амплитуд от времени - дополнительные характеристики состава и свойств флюида, а по экстраполированным на нулевое время значениям амплитуд - относительные доли компонент и фаз флюида с определенными для них значениями скоростей.Also new is the fact that in order to obtain information on the dependences of the frequency and amplitude on time for individual signal components and to use this information in the final calculations of the characteristics of the current fluid, the frequency spectra obtained for different times of the formation of the echo signal are subjected to two-dimensional analysis, from which the dependences frequencies versus time find velocities, by the dependences of the amplitudes on time — additional characteristics of the composition and properties of the fluid, and by extrapolated to zero values amplitudes of - the relative proportions of the fluid phases and components with defined velocity values for them.
Для решения технической задачи осуществления предлагаемого способа может быть использовано устройство, содержащее трубопровод для потока многофазного флюида, корпус с магнитной системой для поляризации ядер и датчиком, работающим на явлении ЯМР, электронные блоки градиента, передатчика и приемной системы; электронную систему управления, сбора и хранения информации; процессор для обработки поступающей информации по заданным алгоритмам, датчики давления и температуры, а также предполяризующую магнитную систему.To solve the technical problem of the implementation of the proposed method, a device can be used that contains a pipeline for multiphase fluid flow, a housing with a magnetic system for polarizing the nuclei and a sensor operating on the NMR phenomenon, electronic gradient blocks, a transmitter and a receiving system; electronic system for managing, collecting and storing information; a processor for processing incoming information according to given algorithms, pressure and temperature sensors, as well as a pre-polarizing magnetic system.
Новым является то, что предполяризующая магнитная система выполнена в виде параллельных пластин из магнитного материала, расположенных в поперечном сечении внутри корпуса, одновременно выполняющего роль трубопровода, и сориентированных по потоку флюида, причем силовые линии магнитного поля, создаваемые внутренними слоями, максимально эффективно замыкаются на полюса магнитов соседних слоев, создавая заданное распределение плотности силовых линий в зазорах между слоями.What is new is that the pre-polarizing magnetic system is made in the form of parallel plates of magnetic material located in cross section inside the casing, simultaneously acting as a pipeline, and oriented along the fluid flow, and the magnetic field lines created by the inner layers are most effectively closed to the poles magnets of adjacent layers, creating a given distribution of the density of lines of force in the gaps between the layers.
Новым также является то, что с целью упрощения и облегчения конструкции предполяризующей магнитной системы корпус выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, железо).Also new is the fact that in order to simplify and facilitate the design of the pre-polarizing magnetic system, the housing is made of a material with high magnetic permeability (for example, iron).
Новым также является то, что с целью повышения эффективности внешнего магнитопровода корпус дополнительно окружен проволочным или листовым материалом с соответствующими ему магнитными характеристиками.Also new is the fact that in order to increase the efficiency of the external magnetic circuit, the housing is additionally surrounded by wire or sheet material with the corresponding magnetic characteristics.
На фиг.1 изображена схема осуществления способа.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method.
На фиг.2 изображена схема осуществления способа с использованием градиентной катушки.Figure 2 shows a diagram of a method using a gradient coil.
На фиг.3 изображен частотный спектр в условиях постоянной частоты сигнала (f0=1.59 МГц), где время регистрации сигнала 40 мкс.Figure 3 shows the frequency spectrum under conditions of a constant signal frequency (f 0 = 1.59 MHz), where the signal registration time is 40 μs.
На фиг.4 - частотный спектр в условиях переменной частоты сигнала, где время регистрации сигнала 40 мкс, при первоначальном значении частоты f0=1.59 МГц.Figure 4 - frequency spectrum under conditions of variable signal frequency, where the signal registration time is 40 μs, with the initial frequency value f 0 = 1.59 MHz.
На фиг.5 - частотный спектр в условиях переменной частоты сигнала, где время регистрации сигнала 20 мкс, при первоначальном значении частоты f0=1.59 МГц.Figure 5 - frequency spectrum under conditions of variable signal frequency, where the signal registration time is 20 μs, with the initial frequency value f 0 = 1.59 MHz.
На фиг.6 - частотный спектр в условиях переменной частоты сигнала, где время регистрации сигнала 10 мкс, при первоначальном значении частоты f0=1.59 МГц.Figure 6 - frequency spectrum under conditions of variable signal frequency, where the signal registration time is 10 μs, with the initial value of the frequency f 0 = 1.59 MHz.
На фиг.7 изображен частотный спектр в условиях постоянной частоты сигнала (f0=1.59 МГц), где время регистрации сигнала 10 мкс.Figure 7 shows the frequency spectrum under conditions of constant signal frequency (f 0 = 1.59 MHz), where the signal registration time is 10 μs.
На фиг.8 изображен частотный спектр в условиях переменной частоты сигнала, где время регистрации сигнала 40 мкс, при первоначальном значении частоты ft=4f0=6.36 МГц.Figure 8 shows the frequency spectrum under conditions of variable signal frequency, where the signal registration time is 40 μs, with the initial frequency value f t = 4f 0 = 6.36 MHz.
На фиг.9 изображена последовательность радиочастотных импульсов (rf - канал передатчика), импульсов градиента магнитного поля gv и сигналов ЯМР (ССИ и эхо).Figure 9 shows a sequence of radio frequency pulses (rf is the channel of the transmitter), magnetic field gradient pulses g v and NMR signals (SSI and echo).
На фиг.10 изображен вид спектров Р(f,te), полученных в результате Фурье-преобразования сигналов эхо1, эхо2, эхо3 и эхо4 для времен их формирования t1, t2, t3 и t4 (см. фиг.9).Figure 10 shows a view of the spectra P (f, t e ) obtained as a result of the Fourier transform of the signals echo1, echo2, echo3 and echo4 for the times of their formation t 1 , t 2 , t 3 and t 4 (see Fig. 9 )
Устройство для реализации способа содержит предполяризующую магнитную систему с корпусом 1 и магнитами 2 для поляризации ядер, основную магнитную систему 3 с магнитами 4 и датчик (приемно/передающая катушка) 5 (фиг.1 и 2), работающий на явлении ЯМР, электронные блоки градиента (не показаны), передатчика и приемной системы (не показаны); электронную систему управления (не показана), сбора и хранения информации (не показаны); процессор (на фиг. не показан) для обработки поступающей информации по заданным алгоритмам, датчики давления и температуры (на чертеже не показаны), а также градиентную катушку 6 (фиг.1 и 2) и трубопровод 7 (фиг.1 и 2), проходящий через датчик ЯМР. При этом трубопровод 7 выполнен из диэлектрика. Магниты в предполяризующей магнитной системе (фиг.1) выполнены в виде параллельных пластин 2 из магнитного материала (магнитов - см. Вид Б), расположенных в поперечном сечении внутри корпуса 1 и сориентированных параллельно потоку флюида, причем силовые линии магнитного поля, создаваемые внутренними слоями, максимально эффективно замыкаются на полюса магнитов соседних слоев, создавая заданное распределение плотности силовых линий в зазорах между слоями. Направление магнитного поля в предполяризующей магнитной системе ориентируют в направлении, совпадающем с направлением основного магнитного поля, создаваемом магнитами 4 в основной магнитной системе 3. Устройство содержит также второстепенные элементы 10 и 11, предназначенные для герметичного соединения трубопровода 12 с корпусом 1 предполяризующей магнитной системы и трубопроводом 7 из диэлектрика, которые, в общем случае, имеют разные поперечные сечения. Датчик 5 (фиг.1 и 2), выполненный в виде приемной катушки, подбирают такой длины lk, а трубопровод 7 (фиг.2) с таким проходным сечением Sk, чтобы за время регистрации сигнала ds этот слой первоначального возбуждения ядер ds (фиг.1 и 2)после намагничивания, которая производится в части приемной катушки 5, находился в пределах данной катушки 5.A device for implementing the method comprises a pre-polarizing magnetic system with a
С целью упрощения и облегчения конструкции предполяризующей магнитной системы корпус 1 предполяризующей магнитной системы выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, железо) и выполняет роль внешнего магнитопровода. При этом с целью повышения эффективности внешнего магнитопровода корпус 1 дополнительно может быть окружен проволочным или листовым материалом (не показаны) с соответствующими ему магнитными характеристиками.In order to simplify and facilitate the design of the pre-polarizing magnetic system, the
Параллельные пластины 2 предполяризующей магнитной системы установлены в корпусе 1 с возможностью изменения их количества и зазора между ними и/или замены на магнитные пластины такой же формы, но выполненные из магнитного материала, характеризующегося более высокой поверхностной плотностью магнитных силовых линий по сравнению с магнитным материалом замещаемых пластин.The
Для того чтобы использовать предложенный в прототипе метод прямой регистрации спектра скоростей потока жидкости, путем применения процедуры быстрого Фурье-преобразования к сигналу ЯМР, необходимо:In order to use the method of direct registration of the spectrum of fluid flow rates proposed in the prototype, by applying the fast Fourier transform procedure to the NMR signal, it is necessary:
а) регистрацию сигнала производить в условиях наличия градиента gv магнитного поля, направленного вдоль направления потока флюида;a) to register the signal in the presence of a gradient g v of a magnetic field directed along the direction of fluid flow;
б) сигнал должен регистрироваться спустя некоторое заданное время te после возбуждения спиновой системы для того, чтобы за это время молекулы флюида переместились вдоль направления потока на расстояниеb) the signal must be recorded after a certain predetermined time t e after the spin system is excited so that during this time the fluid molecules move along the direction of flow at a distance
где ν - искомая скорость потока флюида.where ν is the desired fluid flow rate.
Тогда зависимость f(ν) частоты регистрируемого сигнала от скорости для случая линейного градиента магнитного поля имеет видThen, the dependence f (ν) of the frequency of the recorded signal on speed for the case of a linear magnetic field gradient has the form
где γ - есть гиромагнитное отношение резонирующих ядер,where γ is the gyromagnetic ratio of resonating nuclei,
Н0 - значение напряженности внешнего магнитного поля в зоне датчика ЯМР,H 0 - the value of the external magnetic field in the area of the NMR sensor,
С - некоторая константа, связанная с преобразованиями частоты сигнала в электронных блоках приемного канала устройства и в процессорах.C is a constant associated with signal frequency transformations in the electronic blocks of the receiving channel of the device and in the processors.
Строго говоря, для определения скорости потока необходимо знать не саму частоту сигнала ЯМР, а ее сдвиг (изменение) по сравнению с частотой f(0) сигнала, зарегистрированного либо при нулевой скорости потока (ν=0), либо при нулевом градиенте магнитного поля (gv=0), либо при нулевом времени (te=0). Тогда для сдвига частоты можно ожидать выполнения простого соотношенияStrictly speaking, to determine the flow velocity, it is necessary to know not the frequency of the NMR signal itself, but its shift (change) in comparison with the frequency f (0) of the signal detected either at zero flow velocity (ν = 0) or at a zero magnetic field gradient ( g v = 0), or at zero time (t e = 0). Then, for the frequency shift, we can expect the fulfillment of a simple relation
Если текущий флюид будет характеризоваться спектром скоростей или будет содержать фазы с существенно различающимися значениями скоростей потока, то в этих случаях будет наблюдаться соответствующая форма спектра частот, однозначно связанного со спектром скоростей. При этом если учесть эффекты ядерной релаксации, то интегральные интенсивности для линий в частотном спектре будут отражать спиновые плотности текущих компонент и фаз флюида.If the current fluid is characterized by a velocity spectrum or contains phases with significantly different values of flow velocities, then in these cases the corresponding form of the frequency spectrum will be observed, which is uniquely associated with the velocity spectrum. Moreover, if we take into account the effects of nuclear relaxation, then the integrated intensities for the lines in the frequency spectrum will reflect the spin densities of the current components and phases of the fluid.
Итак, рассмотрим вышеизложенное с точки зрения возможности реализации на практике. Как мы уже отмечали выше, первая проблема заключается в искажении частотного спектра сигнала за счет того, что за время te обязательно должен быть зафиксирован сдвиг положения молекул флюида на расстояние le=te·ν, прямо пропорциональное скорости течения ν. В результате за указанное время часть уже поляризованного и способного дать сигнал эхо флюида покинет рабочую зону датчика ЯМР и тем самым уменьшит амплитуду сигнала. Чем больше значение ν, тем больше будет эффект занижения амплитуды сигнала, а при наличии распределения скоростей тем больше будет искажаться форма регистрируемого частотного спектра и, следовательно, форма вычисляемого по нему спектра скоростей.So, we consider the above from the point of view of the possibility of implementation in practice. As we noted above, the first problem is the distortion of the frequency spectrum of the signal due to the fact that during the time t e , a shift in the position of the fluid molecules by a distance l e = t e · ν must be fixed, which is directly proportional to the flow velocity ν. As a result, for the indicated time, part of the already polarized and capable of giving a signal echo fluid will leave the working area of the NMR sensor and thereby reduce the signal amplitude. The larger the value of ν, the greater the effect of underestimating the signal amplitude, and in the presence of a velocity distribution, the more the shape of the recorded frequency spectrum and, therefore, the shape of the speed spectrum calculated from it will be distorted.
Наше предложение (см. фиг.1 и 2) заключается в том, чтобы радиочастотным импульсом первоначально возбуждать не весь флюид, находящийся в зоне приемной катушки датчика ЯМР, а только его часть (слой 8). Тогда для любой заданной скорости потока ν интервал времени te, определяемый как время между возбуждением слоя 8 и регистрацией сигнала эхо, может быть выбран так, чтобы к моменту времени te возбужденные ядра оказались в положении (слой 9), не выходящем за пределы рабочей зоны приемной катушки датчика ЯМР. При известных максимальной скорости фаз потока флюидов, определяемых из условий работы трубопровода, и минимальном оптимальном времени te, определяемом характеристиками электронных блоков устройства (передатчик, приемник, блок градиента магнитного поля и т.д.) и требованиями к времени регистрации сигнала, подбирают параметры проходного сечения Sk корпуса трубопровода 7 и длину lk (фиг.2) приемной катушки 5 датчика ЯМР.Our proposal (see FIGS. 1 and 2) is to initially excite not only the entire fluid located in the receiving coil region of the NMR sensor with a radio frequency pulse, but only part of it (layer 8). Then, for any given flow velocity ν, the time interval t e , defined as the time between the excitation of
Наиболее оптимальным представляется выбирать зону (слой) 8 (фиг.1 и 2) возбуждения с толщиной ds (фиг.2) таким образом, чтобы она оказалась в начальной (по направлению потока флюида) области приемной катушки 5. Тогда при длине приемной катушки, например, lk и скорости потока ν положение сигнала эхо можно будет выбирать исходя из условияIt seems most optimal to choose an excitation zone (layer) 8 (FIGS. 1 and 2) with a thickness d s (FIG. 2) so that it appears in the initial (in the direction of fluid flow) region of the receiving
В частности, из этого же неравенства наглядно видно, что при условии lk=ds вообще нельзя установить для te значение, не равное нулю.In particular, from the same inequality it is clearly evident that under the condition l k = d s it is generally impossible to establish a value for t e that is not equal to zero.
Поставленная задача может быть достигнута несколькими способами. Один из них предполагает наличие, например, двух радиочастотных катушек: одна передающая (не показано), а другая - приемная. В этом случае положение зоны возбуждения будет определяться положением передающей катушки относительно приемной.The task can be achieved in several ways. One of them assumes the presence, for example, of two RF coils: one transmitting (not shown) and the other receiving. In this case, the position of the excitation zone will be determined by the position of the transmitting coil relative to the receiving one.
Поскольку в устройстве уже содержится градиентная катушка 6 (фиг.1 и 2), то более предпочтительным является другое решение, основанное на эффекте селективного возбуждения спинов в условиях, когда на спиновую систему одновременно действуют радиочастотным импульсом возбуждения и градиентом магнитного поля. Такая комбинация воздействий в ЯМР-томографии известна как селективный радиочастотный импульс. В этом случае задача формирования зоны (слоя) 8 (фиг.1 и 2) возбуждения с толщиной ds (фиг.2) таким образом, чтобы она оказалась в начальной (по направлению потока флюида) области приемной катушки 5, решается путем соответствующего смещения градиентных катушек 6 относительно приемно/передающей. Тогда при выборе интервала времени между моментами возбуждения и регистрации сигнала, удовлетворяющего условию te≤(lk-ds)/ν, зона возбуждения 8 переместится в положение 9, но не выйдет за пределы рабочей зоны катушки 5 и, следовательно, будет обеспечена регистрация неискаженного сигнала ЯМР. Это даст возможность получать неискаженную информацию о скорости и распределении скоростей текущего флюида.Since the device already contains a gradient coil 6 (Figs. 1 and 2), another solution based on the effect of selective spin excitation under conditions when the radio frequency excitation pulse and the magnetic field gradient simultaneously act on the spin system is more preferable. Such a combination of effects in NMR imaging is known as selective radio frequency pulse. In this case, the task of forming the zone (layer) 8 (FIGS. 1 and 2) of excitation with a thickness d s (FIG. 2) so that it appears in the initial (in the direction of fluid flow) region of the receiving
Как известно, для достижения равновесной поляризации ядер необходимо выполнение одного условия: текущий флюид должен находиться в магнитном поле предполяризующего магнита в течение времениAs is known, in order to achieve equilibrium polarization of nuclei, one condition must be met: the current fluid must be in the magnetic field of the pre-polarizing magnet for a time
где T1 - есть время спин-решеточной релаксации.where T 1 is the time of spin-lattice relaxation.
При фиксированных размерах предполяризующего магнита обычно время tpol нахождения флюида в магнитном поле увеличивают путем придания трубопроводу формы змеевика, так, как это сделано, например, в прототипе. В этом случае время нахождения флюида в магнитном поле будет определяться не только размером (lII) магнита в направлении потока, но поперечным размером (l⊥), который при заданном внешнем диаметре (D) трубопровода будет определять количество (n) колен на змеевике:For fixed sizes of the pre-polarizing magnet, usually the time t pol of the fluid in the magnetic field is increased by shaping the pipe in the shape of a coil, as is done, for example, in the prototype. In this case, the residence time of the fluid in the magnetic field will be determined not only by the size (l II ) of the magnet in the direction of flow, but by the transverse size (l ⊥ ), which for a given external diameter (D) of the pipeline will determine the number (n) of elbows on the coil:
n=l⊥/Dn = l ⊥ / D
Тогда при заданной средней скорости потока ν время нахождения флюида в магнитном поле будет определяться как tpol=n·lII/ν. Недостатком такой конструкции является необходимость создания предполяризующей магнитной системы с большой площадью сечения магнитного поля, что в совокупности с необходимым внешним магнитопроводом приводит к утяжелению конструкции и неэффективному использованию магнитного материала.Then, for a given average flow velocity ν, the residence time of the fluid in a magnetic field will be determined as t pol = n · l II / ν. The disadvantage of this design is the need to create a pre-polarizing magnetic system with a large cross-sectional area of the magnetic field, which, together with the necessary external magnetic circuit, leads to a heavier structure and inefficient use of magnetic material.
Для создания более эффективной и компактной конструкции предполяризущей магнитной системы мы предлагаем магнитный материал расположить слоями внутри корпуса 1 в виде пластин 2, как показано на фиг.1, при этом использовать увеличенное проходное сечение корпуса 1, выполняющего одновременно роль трубопровода для текущего флюида. При этом часть поперечного сечения, занимаемая собственно магнитным материалом, может быть сделана относительно небольшой за счет использования тонкого (примерно 1.6-3.2 мм) магнитного материала так, что результирующее проходное сечения между пластинами сохранится достаточно большим. Расстояние между слоями магнитного материала будет определяться необходимым значением напряженности магнитного поля, однако, в любом случае оно будет существенно больше толщины магнитного материала. По нашим расчетам, при использовании высококачественных магнитных материалов пластин 2 на основе редкоземельных металлов в предлагаемой конструкции можно добиться условий, когда суммарное поперечное сечение магнитных пластин будет составлять не более 10-20% от исходной площади внутреннего поперечного сечения корпуса 1. Таким образом, если, например, корпус 1 выполнить в виде отрезка трубы, то увеличение его диаметра, например, всего в 3 раза по сравнению с диаметром основного трубопровода 12 (фиг.1) будет приводить к уменьшению скорости потока флюида в нем не менее чем в 7 раз. При этом необходимое значение напряженности магнитного поля можно регулировать количеством и, следовательно, расстоянием между слоями последовательно расположенных магнитов внутри трубопровода за счет установки и удаления дополнительных пластин. В предлагаемой конструкции поток флюида осуществляется в пространстве между магнитными пластинами, полюса которых ориентированы так, что силовые линии магнитного поля, создаваемые полюсами внутренних магнитных пластин, эффективно замыкаются на противоположные полюса магнитов соседних пластин, разделяя тем самым поперечное сечение трубопровода на области с последовательно связанными магнитными полями и создавая заданное распределение плотности силовых линий в зазорах между слоями. Эффективность предложенной конструкции состоит и в том, что внешний магнитопровод требуется только для замыкания силовых линий магнитного поля крайних магнитных пластин. При этом корпус 1, выполненный из железа, частично сам может выполнять функцию внешнего магнитопровода. При необходимости корпус 1 в этой части может содержать дополнительный внешний магнитопровод, например, в виде намотки листового или проволочного материала с соответствующими магнитными характеристиками. Длину и проходное сечение отрезка трубопровода (корпуса 1) с расположенными внутри него магнитными пластинами 2 выбирают так, чтобы при заданных максимальных значениях скорости потока и времен спин-решеточной релаксации за время прохождения флюида по нему были обеспечены условия полной поляризации ядер в предполяризующем магните.To create a more efficient and compact design of the pre-polarizing magnetic system, we propose to arrange the magnetic material in layers inside the
Эффективно уменьшить время, необходимое для достижения значения поляризации ядер M0, равновесного для напряженности магнитного поля H0, можно путем помещения ядер на некоторое время в магнитное поле с напряженностью большей, чем H0. Так, например, если в поле с напряженностью Hpol≈Н0 значение поляризации М=0.9·М0, равное 90% от равновесного, достигается за время t≈2.3·T1, то в поле с напряженностью Hpol≈2·Н0 для той же цели потребуется в четыре раза меньшее время. Необходимость такой ускоренной поляризации ядер может возникнуть в случаях больших скоростей потока. Создание в определенной части предполяризующего магнита повышенного по сравнению с H0 значения напряженности магнитного поля может быть легко достигнуто путем, например, добавления дополнительных пластин магнитного материала между уже существующими пластинами и/или замены на магнитные пластины такой же формы, но выполненные из магнитного материала, характеризующегося более высокой поверхностной плотностью магнитных силовых линий по сравнению с магнитным материалом замещаемых пластин.It is possible to effectively reduce the time required to achieve the polarization value of the nuclei M 0 , which is equilibrium for the magnetic field strength H 0 , by placing the nuclei for some time in a magnetic field with an intensity greater than H 0 . So, for example, if in a field with intensity H pol ≈ Н 0 the polarization value M = 0.9 · M 0 , equal to 90% of the equilibrium value, is reached in time t≈2.3 · T 1 , then in a field with intensity H pol ≈ 2 · N 0 for the same purpose it will take four times less time. The need for such accelerated polarization of nuclei may arise in cases of high flow rates. The creation in a certain part of the pre-polarizing magnet of an increased magnetic field value compared to H 0 can be easily achieved by, for example, adding additional plates of magnetic material between existing plates and / or replacing them with magnetic plates of the same shape, but made of magnetic material, characterized by a higher surface density of magnetic lines of force compared with the magnetic material of the replaced plates.
Теперь рассмотрим проблему, связанную с тем, что, как уже упоминалось, математическая операция Фурье-преобразования некорректна в случаях, когда оцифровка сигнала во временной области происходит в условиях переменной частоты сигнала. Это обстоятельство наглядно демонстрируется на фиг.3-8.Now consider the problem associated with the fact that, as already mentioned, the mathematical operation of the Fourier transform is incorrect in cases where the signal is digitized in the time domain under conditions of a variable signal frequency. This circumstance is clearly demonstrated in Fig.3-8.
На фиг.3 показана форма частотного спектра, полученного в результате операции Фурье-преобразования некоторого модельного сигнала, зарегистрированного во временной области в условиях постоянной частоты сигнала f0=1.59 МГц. Время регистрации сигнала составляло 40 мкс. На фиг.4 показан результат Фурье-преобразования для сигнала, отличающегося от предыдущего, только тем, что теперь частота сигнала линейно изменялась во времени (что соответствует условиям стационарного потока флюида вдоль направления линейного градиента магнитного поля). Здесь и далее скорость изменения частоты сигнала задавалась одинаковой и равнялась 1.59 МГц за 50 мкс. Причем в момент начала регистрации сигнала его частота соответствовала значению f0=1.59 МГц (за исключением ситуации, показанной на фиг.8). Все остальные условия были неизменными. Из сравнения спектров на фиг.3 и 4 явно видно, сколь сильно искажается результат Фурье- преобразования в случае непостоянства частоты регистрируемого сигнала. Более того, показанные искажения спектра не удается формализовать какими-либо простыми соотношениями, которые могли бы, например, среднюю МГц за время измерения (40 мкс) частоту сигнала связать с частотой, соответствующей середине (примерно 3 МГц) спектра, показанного на фиг.4.Figure 3 shows the shape of the frequency spectrum obtained as a result of the Fourier transform of a certain model signal recorded in the time domain under conditions of a constant signal frequency f 0 = 1.59 MHz. The signal recording time was 40 μs. Figure 4 shows the result of the Fourier transform for a signal that differs from the previous one, only in that now the frequency of the signal linearly changed in time (which corresponds to the conditions of a stationary fluid flow along the direction of a linear magnetic field gradient). Hereinafter, the rate of change of the signal frequency was set to be the same and equal to 1.59 MHz for 50 μs. Moreover, at the beginning of the registration of the signal, its frequency corresponded to the value f 0 = 1.59 MHz (with the exception of the situation shown in Fig. 8). All other conditions were unchanged. From a comparison of the spectra in FIGS. 3 and 4, it is clearly seen how much the result of the Fourier transform is distorted in case of inconstancy of the frequency of the recorded signal. Moreover, the shown distortions of the spectrum cannot be formalized by any simple relations that could, for example, average MHz during the measurement time (40 μs) of the signal frequency associate with the frequency corresponding to the middle (approximately 3 MHz) of the spectrum shown in figure 4.
Результаты Фурье-преобразования сигнала с частотой, зависящей линейно от времени, явно улучшаются, если уменьшать время измерения. Это хорошо демонстрируется сравнением спектров, представленных на фиг.4, 5 и 6, которые получены в условиях последовательного уменьшения времени регистрации: 40, 20 и 10 мкс соответственно.The results of the Fourier transform of a signal with a frequency that depends linearly on time are clearly improved if the measurement time is reduced. This is well demonstrated by comparing the spectra shown in FIGS. 4, 5 and 6, which were obtained under conditions of a sequential decrease in the recording time: 40, 20, and 10 μs, respectively.
Спектр, показанный на фиг.7, соответствует ситуации с фиксированной во времени частотой сигнала. Оба спектра на фиг.6 и фиг.7 получены в одинаковых условиях по времени регистрации сигнала, которое было так мало (10 мкс), что за это время частота сигнала в случае, представленном на фиг.6, изменялась по сравнению с первоначальной всего на 20%.The spectrum shown in FIG. 7 corresponds to a situation with a time-fixed signal frequency. Both spectra in FIG. 6 and FIG. 7 were obtained under the same conditions with respect to the signal recording time, which was so small (10 μs), that during this time the signal frequency in the case presented in FIG. 6 changed from the original total twenty%.
Для исключения ошибок, связанных с некорректностью выполнения математической операции Фурье-преобразования сигналов с зависящей от времени частотой, в нашем способе предлагается производить несколько измерений сигнала ЯМР текущего флюида с заданными между ними промежутками времени так, чтобы при этом все остальные условия (продолжительность измерения, амплитуда градиента магнитного поля, скорость потока) регистрации сигнала были максимально одинаковыми. Одинаковость перечисленных условий несложно выполнить для условия стационарного потока, так как амплитуда градиента магнитного поля и продолжительность измерения задаются программно в блоке управления устройством. Условие стационарности потока флюида в трубопроводе в общем случае, конечно же, невыполнимо, однако при выборе малых значений для интервалов времени между упомянутыми измерениями всегда можно будет говорить о выполнении условий квазистационарности (в течении времени измерения необходимых характеристик) процесса течения.In order to eliminate errors associated with the incorrect execution of the mathematical operation of the Fourier transform of signals with a time-dependent frequency, our method proposes to perform several measurements of the NMR signal of the current fluid with specified time intervals between them so that in this case all other conditions (measurement duration, amplitude magnetic field gradient, flow rate) signal registration were as similar as possible. The similarity of the above conditions is easy to fulfill for the stationary flow condition, since the amplitude of the magnetic field gradient and the duration of the measurement are set programmatically in the device control unit. The condition of stationarity of the fluid flow in the pipeline in the general case, of course, is not feasible, however, when choosing small values for the time intervals between the mentioned measurements, it will always be possible to talk about the fulfillment of the quasistationary conditions (during the measurement time of the necessary characteristics) of the flow process.
Тогда анализируя спектры, полученные вышеописанным способом для разных времен регистрации сигнала, можно будет легко найти частотный сдвиг между ними, из которого при известных параметрах градиента магнитного поля и интервала времени между измерениями может быть вычислена скорость потока. Это хорошо демонстрируется сравнением спектров, представленных на фиг.4 и фиг.8.Then, by analyzing the spectra obtained in the above-described way for different signal recording times, it will be easy to find the frequency shift between them, from which, with known parameters of the magnetic field gradient and the time interval between measurements, the flow velocity can be calculated. This is well demonstrated by comparing the spectra shown in FIG. 4 and FIG. 8.
Спектр, представленный на фиг.8, получен для сигнала, который в отличие от ситуации, показанной на фиг.4, был сдвинут по частоте вверх на 4.77 МГц. Как видно из сравнения упомянутых спектров, их вид сильно искажен эффектом непостоянства частоты, но эти искажения примерно одинаковы, так как все условия регистрации сигнала были идентичны и в обоих случаях частота сигнала в течение времени регистрации увеличивается на одинаковую величину 1.27 МГц. Легко видеть, что при этом главная информация, закодированная в относительном сдвиге обсуждаемых спектров относительно друг друга, не искажена и соответствует заданному в модельных расчетах значению 4.77 МГц.The spectrum shown in Fig. 8 was obtained for a signal that, in contrast to the situation shown in Fig. 4, was shifted upward in frequency by 4.77 MHz. As can be seen from a comparison of the mentioned spectra, their appearance is strongly distorted by the effect of frequency inconsistency, but these distortions are approximately the same, since all conditions for recording the signal were identical and in both cases the signal frequency increases by the same value of 1.27 MHz during the recording time. It is easy to see that in this case the main information encoded in the relative shift of the spectra under discussion relative to each other is not distorted and corresponds to the value 4.77 MHz specified in the model calculations.
Итак, для реализации вышеизложенного предложения необходимо использовать такую импульсную последовательность, которая позволяла бы формировать, как минимум, два сигнала эхо и осуществлять тем самым два измерения в максимально одинаковых условиях, различающихся между собой только временем. При этом для каждого из этих измерений путем быстрого Фурье-преобразования получают частотные спектры, которые будут характеризоваться одинаковыми искажениями, связанными с эффектом непостоянства частоты сигнала во время измерения, но разными сдвигами частот, обусловленными разными временами регистрации сигнала эхо. Из сравнения полученных частотных спектров по соответствующим алгоритмам обработки в процессоре устройства будет вычисляться спектр сдвига частот, который, в свою очередь, по известному линейному закону связан с искомым спектром скоростей исследуемого флюида.So, to implement the above proposal, it is necessary to use such a pulse sequence that would allow at least two echo signals to be generated and thereby make two measurements under the most identical conditions, differing only in time. In this case, for each of these measurements, by means of a fast Fourier transform, frequency spectra are obtained that will be characterized by the same distortions associated with the effect of inconstancy of the signal frequency during the measurement, but by different frequency shifts due to different times of registration of the echo signal. From a comparison of the obtained frequency spectra using the appropriate processing algorithms in the device’s processor, the frequency shift spectrum will be calculated, which, in turn, according to the well-known linear law, is associated with the desired velocity spectrum of the studied fluid.
На фиг.9 показана последовательность радиочастотных импульсов, воздействующих на спиновую систему (rf - канал передатчика): первый импульс 90°-ный, остальные -180°-ные. Первый 90°-й импульс является селективным, так как он сформирован на фоне действия градиента магнитного поля gν. Форма импульса градиента такова, что после формирования основной части с положительным знаком градиента формируется градиент обратного знака. Длительность действия градиента с отрицательным знаком подбирается из условия компенсации дисперсии фаз резонирующих ядер, возникающей в результате действия основного градиента. Другими словами, параметры импульсов градиента (упомянутого и всех последующих) выбираются так, чтобы их интегральные значения равнялись нулю.Figure 9 shows the sequence of radio frequency pulses acting on the spin system (rf is the channel of the transmitter): the first pulse is 90 °, the remaining -180 °. The first 90 ° pulse is selective, since it is formed against the background of the action of the magnetic field gradient g ν . The shape of the gradient pulse is such that after the formation of the main part with a positive gradient sign, a reverse sign gradient is formed. The duration of the gradient with a negative sign is selected from the condition for compensation of the phase dispersion of the resonating nuclei resulting from the action of the main gradient. In other words, the parameters of the gradient pulses (mentioned and all subsequent ones) are chosen so that their integral values are equal to zero.
Если первый импульс градиента необходим для того, чтобы 90°-ный радиочастотный импульс оказывал селективное воздействие на резонирующие ядра в зоне 8 (фиг.1 и 2), то остальные импульсы градиента обеспечивают частотную кодировку положения ядер в моменты формирования сигналов эхо1 (фиг.9), эхо2, эхо3 и т.д. Координаты ядер в эти моменты времени будут смещены от первоначальных вдоль направления потока на величину, пропорциональную скорости ν и прошедшую с момента возбуждения первым радиочастотным импульсом времени - t1, t2, t3, … для сигналов эхо1, эхо2, эхо3, … соответственно.If the first gradient pulse is necessary so that the 90 ° radiofrequency pulse has a selective effect on the resonating nuclei in zone 8 (Figs. 1 and 2), then the remaining gradient pulses provide frequency coding of the position of the nuclei at the moments of formation of the echo1 signals (Fig. 9 ), echo2, echo3, etc. The nuclear coordinates at these times will be shifted from the initial ones along the flow direction by an amount proportional to the velocity ν and elapsed from the moment of excitation by the first radio-frequency time pulse - t 1 , t 2 , t 3 , ... for echo1, echo2, echo3, ... signals, respectively.
Каждое новое положение резонирующих ядер в моменты формирования эхо может быть продетектировано путем оцифровки сигнала в условиях градиента магнитного поля, направленного вдоль потока. В результате последующего Фурье-преобразования для каждого времени te=t1, t2, t3, … формирования сигнала эхо получают частотный спектр P(f,te), который в стационарном режиме будет линейно связан со спектром скоростей K(ν):Each new position of the resonating nuclei at the moments of the echo formation can be detected by digitizing the signal under the conditions of a magnetic field gradient directed along the flow. As a result of the subsequent Fourier transform for each time t e = t 1 , t 2 , t 3 , ... the echo signal is generated, the frequency spectrum P (f, t e ) is obtained, which in the stationary mode will be linearly related to the velocity spectrum K (ν) :
Функция R(ν,te) в этом выражении отражает то обстоятельство, что с ростом значения времени te сигнал ЯМР подвержен дополнительному затуханию вследствие спин-спиновой релаксации, расфазировки в неоднородном магнитном поле, расфазировки за счет самодиффузии и наведенной диффузии. В общем случае, указанные причины уменьшения с ростом te амплитуды сигнала ЯМР не удается факторизовать, так как их характеристики (времена релаксации, коэффициенты самодиффузии и т.д.) могут различаться для компонент флюида, характеризующихся разными скоростями ν. Единственное время, при котором неизвестная функция R(ν,te) не искажает частотный спектр, есть нулевое время te=t0=0, и только при этом времени частотный спектр P(f,te) можно считать нормированным на единицу. Следовательно, полное восстановление вида спектра К(ν) оказывается возможным путем сравнительного анализа частотных спектров R(f,te), полученных для разных времен te и их экстраполяции на нулевое время. Все упомянутые причины описываются убывающими функциями зависимости амплитуды сигнала эхо от времени. Причем часто в качестве таких функций используют экспоненциальные функции. Это позволяет функцию R(v,te) в первом приближении представлять в виде некоего распределения k(ν) экспоненциальных функций типа exp(-te/Tj(ν)), то есть R(ν,te)≈k(ν)·exp(-te/Tj(ν)), где Tj(ν) может выступать в качестве дополнительной характеристики для текущей со скоростью ν компоненты флюида. К примеру, это может быть время спин-спиновой релаксации Tj(ν)=Т2(ν) или фактор, связанный с коэффициентом само диффузии Tj(ν)∝1/D(ν). Установление такой взаимосвязи между характеристиками скорости и временами релаксации и/или коэффициентами самодиффузии сложных флюидов позволяет более однозначно решать задачу соотнесения получаемых экспериментальных данных о скоростях в потоке с определенными компонентами и фазами флюида.The function R (ν, t e ) in this expression reflects the fact that, with increasing time t e, the NMR signal is subject to additional attenuation due to spin-spin relaxation, misphasing in an inhomogeneous magnetic field, misphasing due to self-diffusion and induced diffusion. In the general case, these reasons for the decrease in the amplitude of the NMR signal with increasing t e cannot be factorized, since their characteristics (relaxation times, self-diffusion coefficients, etc.) can differ for fluid components characterized by different velocities ν. The only time at which the unknown function R (ν, t e ) does not distort the frequency spectrum is the zero time t e = t 0 = 0, and only then can the frequency spectrum P (f, t e ) be considered normalized to unity. Consequently, a complete restoration of the shape of the spectrum K (ν) is possible by a comparative analysis of the frequency spectra R (f, t e ) obtained for different times t e and their extrapolation to zero time. All these reasons are described by decreasing functions of the dependence of the amplitude of the echo signal on time. Moreover, exponential functions are often used as such functions. This allows the function R (v, t e ) to be represented as a first approximation in the form of a certain distribution k (ν) of exponential functions of the type exp (-t e / T j (ν)), that is, R (ν, t e ) ≈k ( ν) · exp (-t e / T j (ν)), where T j (ν) can act as an additional characteristic for the fluid component flowing with velocity ν. For example, this can be the spin-spin relaxation time T j (ν) = T 2 (ν) or a factor associated with the coefficient of self diffusion T j (ν) ∝1 / D (ν). The establishment of such a relationship between the velocity characteristics and relaxation times and / or self-diffusion coefficients of complex fluids allows us to more clearly solve the problem of correlating the obtained experimental data on the velocities in the flow with certain components and phases of the fluid.
На фиг.10 показан один из возможных вариантов вида спектров R(f,te), получаемых в результате Фурье-преобразования сигналов эхо1, эхо2, эхо3 и эхо4 для времен их формирования t1, t2, t3 и t4 (фиг.10). Время t0 (фиг.10) соответствует нулевому времени, на которое производится экстраполяция значений плотности распределения P(f,te). Из фиг.10 видно, что спектры P(f,te) с ростом времени te становятся все шире и смещаются в область более высоких частот. (Заметим, что при инвертировании знака градиентов магнитного поля будет иметь место обратная картина: спектры P(f,te) с ростом времени te будут смещаться в область более низких частот). Более того, в данном примере распределение по скоростям может быть описано бимодальной функцией: видно, что в общем спектре частот можно выделить две компоненты, которые условно назовем компонентами а и b, описываемые соответственно функциями Pa(f,te) и Pb(f,te).Figure 10 shows one of the possible variants of the spectra R (f, t e ) obtained as a result of the Fourier transform of the signals echo1, echo2, echo3 and echo4 for the times of their formation t 1 , t 2 , t 3 and t 4 (Fig .10). The time t 0 (Fig. 10) corresponds to the zero time for which the extrapolation of the values of the distribution density P (f, t e ) is performed. Figure 10 shows that the spectra P (f, t e ) with increasing time t e become wider and shift to higher frequencies. (Note that when the sign of the magnetic field gradients is inverted, the opposite picture will take place: the spectra P (f, t e ) will shift toward lower frequencies with increasing time t e ). Moreover, in this example, the velocity distribution can be described bimodal function: it is seen that in general the two components can be distinguished frequency spectrum which conventionally called the components a and b, described by the functions P a (f, t e) and P b ( f, t e ).
Пунктирными линиями 1a, 3a и 1b, 3b показаны траектории изменения крайних (fmin и fmax) частот как функций времени te в спектрах Pa(f,te) и Pb(f,te) соответственно. Линиями 2a и 2b обозначены траектории изменения средних и частот от времени te в спектрах Pa(f,te) и Pb(f,te) соответственно. Пользуясь простыми соотношениями вида:The dashed
легко рассчитать средние скорости и для наблюдаемых компонент флюида а и b.easy to calculate average speeds and for the observed fluid components a and b.
На оси частот при времени te=t0=0 показаны спектры Pa(f,to) и Pb(f,to), как результат экстраполяции на нулевое время экспериментально измеряемых распределений Pa(f,te) и Pb(f,te). При условии нормировки P(f,t0)=Pa(f,t0)+Pb(f,t0) на единицу интегральные значения Pa(f,t0) и Pb(f,t0) будут отражать соответственно относительные доли флюида, характеризующиеся в потоке средними скоростями и . Таким образом, информация о скорости (фиг.10) вычисляется, по сути, из угла наклона к оси времени прямых, описывающих траекторию изменения частоты от времени te. Информация об относительной доле в общем потоке компоненты с определенной таким образом скоростью v находится из вклада этой компоненты в нормированную на единицу функцию P(f,t0), полученную путем экстраполяции на нулевое время экспериментально измеряемых функций P(f,te).On the frequency axis at the time t e = t 0 = 0 shows the spectra of P a (f, t o) and P b (f, t o) , as a result of extrapolation to zero time experimentally measured distributions P a (f, t e) and P b (f, t e ). Under the normalization condition P (f, t 0 ) = P a (f, t 0 ) + P b (f, t 0 ) per unit, the integral values of P a (f, t 0 ) and P b (f, t 0 ) will be reflect, respectively, relative fluid fractions characterized by average velocities in the flow and . Thus, the information about the speed (figure 10) is calculated, in fact, from the angle of inclination to the time axis of the lines describing the path of the frequency from time t e . Information on the relative share in the total component flux with the speed v determined in this way is found from the contribution of this component to the function P (f, t 0 ) normalized to unity, obtained by extrapolating the experimentally measured functions P (f, t e ) to zero time.
Таким образом, способ получения информации о скоростях потока компонент и фаз флюида включает измерения, по меньшей мере, двух сигналов эхо в условиях действия градиента магнитного поля и Фурье-преобразование этих измерений в частотные спектры, последующий двумерный анализ частотных спектров с целью получения информации о зависимостях частоты и амплитуды компонент сигнала от времени, из которой по зависимостям частоты от времени находят скорости, по зависимостям амплитуд от времени - ЯМР-характеристики (времена релаксации), а по экстраполированным на нулевое время значениям амплитуд - относительные доли компонент и фаз флюида с определенными значениями скоростей. На основании полученных с датчика ЯМР данных, включая данные об отношении газ/жидкость, а также дополнительных данных, полученных с другого датчика (например, датчика ЭПР (на фиг.1, 2 не показан)), о содержании в текущем флюиде нефти, вычисляют по заданным алгоритмам полную функцию распределения скоростей в потоке по компонентам и фазам флюида. По полученной функции распределения скоростей вычисляют все необходимые характеристики потока: мгновенные и средние за заданный промежуток времени скорости потока компонент и фаз флюида, а также мгновенные и средние значения для их относительных долей. Для перерасчета доли газа в текущем флюиде на нормальные условия используются показатели датчиков температуры и давления (на фиг.1, 2 не показаны), входящие в состав устройства.Thus, the method of obtaining information on the flow rates of the components and the phases of the fluid includes measuring at least two echo signals under the influence of a magnetic field gradient and Fourier transforming these measurements into frequency spectra, followed by a two-dimensional analysis of the frequency spectra in order to obtain information about the dependencies the frequencies and amplitudes of the signal components versus time, from which the velocities are found from the dependences of the frequency versus time, the NMR characteristics (relaxation times) from the dependences of the amplitudes versus time, and by extra olirovannym at time zero amplitude values - the relative proportions of the fluid phases and components with defined velocity values. Based on the data obtained from the NMR sensor, including data on the gas / liquid ratio, as well as additional data received from another sensor (for example, an EPR sensor (not shown in FIGS. 1, 2)), the content of oil in the current fluid is calculated according to the given algorithms, the complete distribution function of the velocities in the flow over the components and phases of the fluid. Based on the obtained velocity distribution function, all the necessary flow characteristics are calculated: instantaneous and average for the given period of time flow rates of the components and fluid phases, as well as instantaneous and average values for their relative fractions. To recalculate the proportion of gas in the current fluid to normal conditions, the temperature and pressure sensors (not shown in Figs. 1, 2), which are part of the device, are used.
Предлагаемые способ и устройство для его осуществления просты, точны и имеют возможность работы в широком спектре скоростей, в том числе и максимальных, и различных фазовых сочетаниях способа и устройства для измерения скорости потока флюида в трубопроводе.The proposed method and device for its implementation are simple, accurate and have the ability to work in a wide range of speeds, including maximum and various phase combinations of the method and device for measuring the fluid flow rate in the pipeline.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114389/28A RU2427828C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114389/28A RU2427828C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2427828C1 true RU2427828C1 (en) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010114389/28A RU2427828C1 (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427828C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544360C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Device for measurement of composition and flow rate of multi-component liquids by method of nuclear magnetic resonance |
RU2670568C2 (en) * | 2014-02-20 | 2018-10-23 | Кроне Аг | Flowmeter with a measuring device implementing tomographic measurement principle |
RU2686720C1 (en) * | 2017-09-19 | 2019-04-30 | Петрочайна Компани Лимитед | Method and device for determining cost of components of multiphase fluid |
US11428557B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-08-30 | Saudi Arabian Oil Company | Determining fluid properties |
US11460330B2 (en) | 2020-07-06 | 2022-10-04 | Saudi Arabian Oil Company | Reducing noise in a vortex flow meter |
US11525723B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-12-13 | Saudi Arabian Oil Company | Determining fluid properties |
-
2010
- 2010-04-12 RU RU2010114389/28A patent/RU2427828C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544360C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Device for measurement of composition and flow rate of multi-component liquids by method of nuclear magnetic resonance |
RU2670568C2 (en) * | 2014-02-20 | 2018-10-23 | Кроне Аг | Flowmeter with a measuring device implementing tomographic measurement principle |
RU2686720C1 (en) * | 2017-09-19 | 2019-04-30 | Петрочайна Компани Лимитед | Method and device for determining cost of components of multiphase fluid |
US11460330B2 (en) | 2020-07-06 | 2022-10-04 | Saudi Arabian Oil Company | Reducing noise in a vortex flow meter |
US11428557B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-08-30 | Saudi Arabian Oil Company | Determining fluid properties |
US11525723B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-12-13 | Saudi Arabian Oil Company | Determining fluid properties |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7719267B2 (en) | Apparatus and method for real time and real flow-rates measurements of oil and water cuts from oil production | |
AU2011318360B2 (en) | NMR flow metering using velocity selection and remote detection | |
RU2427828C1 (en) | Method of measuring flow rate of multiphase fluid by picking up nuclear magnetic resonance (nmr) signal and device for realising said method | |
US6046587A (en) | Measurement of flow fractions, flow velocities, and flow rates of a multiphase fluid using NMR sensing | |
US7459907B2 (en) | Flow measurement using NMR | |
RU2666124C1 (en) | Method of interpreting nmr signals to give multiphase fluid flow measurements for gas/liquid system | |
EP2630478B1 (en) | Multiphase flow measurement using nuclear magnetic resonance | |
JP2015155905A (en) | Flowmeter having measurement device performing measurement principle of tomography | |
O'Neill et al. | Two-phase oil/water flow measurement using an Earth’s field nuclear magnetic resonance flow meter | |
Zhang et al. | Direct correlation of internal gradients and pore size distributions with low field NMR | |
US20160077026A1 (en) | Method and an apparatus to measure flow properties, including flow rates, regime and relative concentrations of phases in multiphasic fluids using nuclear magnetic resonance relaxation in the rotating frame | |
Zargar et al. | Nuclear magnetic resonance multiphase flowmeters: Current status and future prospects | |
Guo et al. | Laminar flow characterization using low-field magnetic resonance techniques | |
Song et al. | A method for rapid characterization of diffusion | |
US9995610B2 (en) | Method for operating a nuclear magnetic flowmeter | |
CN107449473B (en) | Method for operating a nuclear magnetic flowmeter and nuclear magnetic flowmeter | |
Leblond et al. | Two-phase flow characterization by nuclear magnetic resonance | |
US20220349737A1 (en) | Method for Determining a Liquid Portion of a Flowing Medium with a Nuclear Magnetic Flowmeter | |
CN108254588B (en) | Method and device for measuring flow velocity of fluid by nuclear magnetic resonance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120413 |