核磁式流量测量仪和用于运行核磁式流量测量仪的方法

核磁式流量测量仪和用于运行核磁式流量测量仪的方法
【专利摘要】本发明涉及一种核磁式流量测量仪和用于运行核磁式流量测量仪的方法，核磁式流量测量仪用于流过测量管(3)的多相的介质(4)的流量测量，其中，其带有核磁式测量装置(2)，其中，核磁式测量装置(2)围绕测量管(3)布置。根据本发明，对于气态的相实现改善的流量测量精度，亦即由此来实现，除了核磁式测量装置(2)之外设置有实现其它测量原理的另外的测量装置、在所说明和示出的实施例中压差流量测量装置(5)。在所说明和示出的实施例中压差流量测量装置(5)构造用于在测量管(3)中的介质(4)的压差测量并且在测量管(3)的纵向(7)上两个不同的测量部位(6a,6b)处分别设置有压力计(8a,8b)。
【专利说明】核磁式流量测量仪和用于运行核磁式流量测量仪的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于流过测量管的多相的介质的流量测量的核磁式流量测量仪，其带有核磁式测量装置，其中，核磁式测量装置围绕测量管布置。此外，本发明也涉及一种用于运行核磁式流量测量仪的方法。
【背景技术】
[0002]元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))还具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解为可通过矢量描述的旋转脉冲(Drehimpuls)，并且相应地磁矩也可通过平行于旋转脉冲的矢量取向的矢量来描述。原子核的磁矩的矢量在存在宏观的磁场时平行于宏观的磁场在原子核的部位处的矢量取向。在此，原子核的磁矩的矢量围绕宏观的磁场在原子核的部位处的矢量旋进。旋进(Praezession)的频率被称为拉莫尔频率W1且与磁场强度B的值成比例。拉莫尔频率根据W1= Y B来计算。在其中Y是旋磁比，其对于氢核最大。
[0003]在存在宏观磁场时通过借助于受控制的磁场的激励影响介质的原子核的旋进且评估该影响的效果的测量方法被称为核磁共振测量方法。通常将在激励之后由旋进的原子核在传感器线圈中所感应的电信号用作用于评估的输出量。对于测量多相介质的前提是，介质的各个相可被激励至可区分的核磁共振。由介质的相的旋进的原子核在传感器线圈中所感应的电信号大小取决于在该相中单位体积元素旋进的原子核的数量、相应地即取决于相的密度、但是也取决于在影响的受控制的磁场中旋进的原子核的影响持续时间。由此，在核磁式流量测量仪中对介质的液态相的测量的测量精度可足够精确，而在气态相中电信号的较小的大小影响核磁式流量测量仪对于气态相的测量的测量精度，当气态相具有相对小的密度并且/或者当气态相以相对高的速度流过测量管时那么尤其如此。
[0004]对利用核磁共振的测量仪的示例是开头所提及的核磁式流量测量仪，其核磁式测量装置可测量流量，其是介质的各个相的流动速度和多相介质的各个相的相对份额。核磁式测量装置例如可被用于从油井输送的多相介质的流量测量。该介质主要包括液态相原油和盐水以及气态相天然气，其中，所有相包含对于核磁共振必要的氢核且可激励至不同的核磁共振。
[0005]从油井输送的介质的测量也可以利用测试分离器(Testseparator)来进行。在测试分离器中在一时间段上引入所输送的介质，并且测试分离器将介质的各个相彼此分离且确定介质的各个相的份额。然而测试分离器与核磁式流量测量仪相比不能可靠地分离小于5%的原油份额。因为所有井的原油份额持续下降并且许多井的原油份额已小于5%，现在不能在使用测试分离器的情况下经济地充分开采这些井。为了此外还能够开采带有非常少的原油份额的井，对于包括多个相的介质原油需要相应精确的流量测量仪。为此尤其可考虑核磁式流量测量仪。

【发明内容】

[0006]本发明的目的因此是说明一种带有改善的对气态相的流量测量的测量精度的核磁式流量测量仪和说明用于运行核磁式流量测量仪的方法。
[0007]根据本发明的核磁式流量测量仪(在其中实现之前所得出的和列举的目的)首先且主要特征在于，附加地设置有实现其它测量原理的另外的测量装置。
[0008]用于流量测量的不同的测量原理具有不同的优点和缺点。在结合实现不同测量原理的两个测量装置时可通过另一测量原理的优点来至少部分地补偿一测量原理的缺点。
[0009]存在根据不同测量原理工作的测量装置，利用其能够足够精确地来测量总地流过测量管的介质。当还部分地带有限制时，这适用于压差流量测量装置、适用于超声波流量测量装置、适用于科里奥利流量测量装置且在可能带有特殊限制的情况下还适用于磁感应式流量测量装置。因此，在根据本发明的核磁式流量测量仪中尤其可将核磁式测量装置与压差流量测量装置、超声波流量测量装置、科里奥利流量测量装置且必要时还与磁感应式流量测量装置相结合。
[0010]现在可如何利用根据本发明的核磁式流量测量仪相对于仅具有核磁式测量装置的核磁式流量测量仪来改善对气态相的流量测量的测量精度？
根据本发明的核磁式流量测量仪包括核磁式测量装置和实现不同于核磁式测量原理的测量原理的另外的测量装置。另外的测量装置是这样的测量装置，利用其能够足够精确地来测量总地流过测量管的多相的介质，那么利用根据本发明的核磁式流量测量仪首先获得两个足够精确的测量值，即利用附加地设置的测量装置获得足够精确的对总地流过测量管的多相的介质的测量值而利用核磁式测量装置获得足够精确的对流过测量管的多相的介质的一个液态相或多个液态相的测量值。现在从利用附加的测量装置所获得的对总地流过测量管的介质的测量值中减去所获得的对流过测量管的介质的一个液态相或多个液态相的测量值，由此以足够的精度获得对流过测量管的多相的介质的气态相的测量值。
[0011]之前所示的这是一种解决思路，其可不考虑例如可利用具有文丘里管的压差流量测量装置来确定流过测量管的多相的介质的气态相。在此无论如何必须考虑一个液态相或多个液态相的份额，也必须考虑总地流过测量管的多相的介质的密度。如果利用具有文丘里管的压差流量测量装置已检测一测量值，那么即可以以一定精度来估测气态相。
[0012]对于此外上面所示的即获得足够精确的对总地流过测量管的多相的介质的第一测量值、获得足够精确的对流过测量管的多相的介质的一个液态相或多个液态相的第二测量值和从第一测量值中减去第二测量值，即可能必须考虑不同的参数，例如多相的介质的
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[0013]优选地在根据本发明的核磁式流量测量仪中该另外的测量装置是压差流量测量装置，其构造用于在测量管中的介质的压差流量测量装置且在测量管的纵向上的不同的至少两个测量部位处具有至少各一个压力计(Druckmesser)。在此,具有至少各一个压力计的测量部位设置在测量管的由于横截面走向(Querschnittsverlauf)在测量管中流动的介质的压力彼此相区别的部位处。
[0014]特别地，对于之前所说明的根据本发明的核磁式流量测量仪(在其中该另外的测量装置即构造为压差流量测量装置)存在设计和改进的不同可能性。
[0015]带有压差流量测量装置作为另外的测量装置的根据本发明的核磁式流量测量仪的优选的第一实施形式特征在于，测量管包括第一子测量管(Teilmessrohr)和第二子测量管并且核磁式测量装置围绕第一子测量管布置而另外的测量装置与第二子测量管相连接地来实现。
[0016]尤其在根据本发明的核磁式流量测量仪的最后所说明的实施形式中、但是不仅仅在其中，测量管在测量管的纵向上可具有至少一个第一部段、跟随第一部段的第二部段和跟随第二部段的第三部段，其中，在第一部段中和在第三部段中的横截面面积恒定而在第二部段中的横截面面积可具有与在第一部段中和在第三部段中的横截面面积有偏差的变化。如果测量管包括第一子测量管和第二子测量管并且测量管的部段设置在第二子测量管中，那么核磁式流量测量仪的该实施形式(在其中测量管在测量管的纵向上具有至少一个第一部段、跟随第一部段的第二部段和跟随第二部段的第三部段)尤其是有意义的。优选地，在第二部段中的横截面面积小于在第一部段中和在第三部段中的横截面面积。
[0017]之前关于在第二部段中的横截面面积所实施的可以以不同方式来实现。测量管尤其可在第二部段中、当测量管包括第一子测量管和第二子测量管时优选地即在第二子测量管中具有可固定在第二部段中的插入物(Ansatz)。该插入物优选地可在测量管的纵向上具有锥形的横截面走向。无问题地也存在在第二部段的区域中实现有节流板(Blende)、喷嘴或者文丘里喷嘴的可能性。第一部段、第二部段和第三部段共同形成文丘里管。如果测量管包括第一子测量管和第二子测量管并且第一部段、第二部段和第三部段设置在第二子测量管中，则第二子测量管即总体上构造为文丘里管。
[0018]也可考虑根据本发明的核磁式流量测量仪的与之前所说明的、即这样的(在其中在测量管的第二部段中的横截面面积大于在测量管的第一部段中和在测量管的第三部段中的横截面面积)完全不同的实施形式。
[0019]如上面已阐述的那样，如何可利用根据本发明的核磁式流量测量仪相对于仅具有核磁式测量装置的核磁式流量测量仪来改善对气态相的流量测量的测量精度，即通过获得足够精确的对总地流过测量管的多相的介质的第一测量值、获得足够精确的对流过测量管的多相的介质的一个液态相或多个液态相的第二测量值和从第一测量值中减去第二测量值。这是“黑白观察法(Betrachtung) ”，其可不考虑如果利用压差流量测量装置作为另外的测量装置来工作足够精确的对总地流过测量管的多相的介质的第一测量值的获得那么取决于流过测量管的介质的密度并且该密度又取决于流过测量管的多相的介质的成分、即一个液态相或多个液态相和气态相的份额。下面还进一步来阐述可如何来考虑流过测量管的多相的介质的密度的该相关性。
[0020]之前阐述的根据本发明的核磁式流量测量仪和根据本发明的核磁式流量测量仪的优选的实施形式，在其中压差流量测量装置实现为另外的测量装置。然而本发明不限于此，这已由上面另外所做出的实施例得出。
[0021]核磁式流量测量仪(在其中，该另外的测量装置是超声波流量测量装置)也属于本发明的教导。如果流过测量管的多相的介质和因此还有其气态相以相对高的速度流过测量管，这样的根据本发明的核磁式流量测量仪那么可特别良好地应用，如果流过测量管的多相的介质是潮湿的气体(在其中液态相好像液滴状地位于气态相中)或者如果测量管的内侧被一个液态相或多个液态相润湿，那么也尤其如此。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]特别地，现在存在设计和改进根据本发明的核磁式流量测量仪和根据本发明的用于运行核磁式流量测量仪的方法的不同可能性。对此结合附图参照从属于权利要求1、14和16的权利要求和优选的实施例的说明。其中:
图1示意性地显示带有一件式的测量管的根据本发明的核磁式流量测量仪的第一实施例以及
图2示意性地显示带有包括第一和第二子测量管的测量管的根据本发明的核磁式流量测量仪的第二实施例。
[0023]附图标记清单:
1.流量测量仪
2.测量装置
3.测量管
4.介质
5.压差流量测量装置 6a, 6b纵向部位
7.纵轴线 8a, 8b压力计 9a.第一子测量管 9b.第二子测量管 IOa.第一部段 IOb.第二部段 IOc.第二部段。
【具体实施方式】
[0024]在图1中示意性示出根据本发明的核磁式流量测量仪I的第一实施例而在图2中示出其第二实施例。每个核磁式流量测量仪I包括用于流过测量管3的多相的介质4的流量测量的核磁式测量装置2。核磁式测量装置2围绕测量管3布置。附加地，设置有另外的测量装置，其根据不同于核磁式测量原理的测量原理工作。在两个实施例中，该另外的测量装置是压差流量测量装置5。在此，压差流量测量装置5在测量管3的纵向7上的两个不同的测量部位6a、6b处分别具有压力计8a、8b。
[0025]不仅在根据本发明的核磁式流量测量仪I的第一实施例中而且在其第二实施例中在测量管3中的介质4的压力测量通过在测量管3的壁中的开口实现。在此，在两个测量部位6a、6b (其在测量管3的纵向7上错置)处分别设置有压力计8a、8b。然而也可设置有另外的压力计。由此得到的冗余提高压力测量的精度。在压力计8a、8b中市售的压力传感器用作压力传感器。
[0026]在根据本发明的核磁式流量测量仪I的第一实施例中，参见图1，测量管3在测量管3的纵向7上具有恒定的内部的横截面面积走向。由于由介质4在测量管3的流动引起的、在介质4与测量管3之间的摩擦，在测量管3中在介质4的流动方向上介质4的压力在测量管的纵向7上下降。压力计8a、8b相应地测量不一样大的压力；在测量部位6a处的压力高于在测量部位6b处的压力。
[0027]在根据本发明的核磁式流量测量仪的第二实施例中，参见图2，测量管3包括第一子测量管9a和第二子测量管9b。核磁式测量装置2围绕第一子测量管9a布置。另外的测量装置、在该实施例中即压差流量测量装置5与第二子测量管9b相连接地来实现。第一子测量管9a即是部分磁性的测量装置2的部分，而第二子测量管9b是压差流量测量装置5的部分。带有第一子测量管9a的核磁式测量装置2和带有第二子测量管9b的压差流量测量装置5形成好像模块化构建的根据本发明的核磁式流量测量仪I。
[0028]如图2所示，在该附图中示出的第二实施例中测量管3的第二子测量管9b具有第一部段10a、跟随第一部段IOa的第二部段IOb和跟随第二部段IOb的第三部段10c。在此在第一部段IOa中和在第三部段IOc中的横截面面积恒定，而在第二部段IOb中的横截面面积具有与在第一部段IOa中和在第三部段IOc中的横截面面积有偏差的变化。具体地，在第二部段IOb中的横截面面积小于在第一部段IOa中和在第三部段IOc中的横截面面积。具体地，第二子测量管9b的部段10a、10b和IOc形成文丘里管。通过第二子测量管9b构造为文丘里管，在压力计8a和Sb之间的压差大于在第一实施例中在压力计8a和Sb之间的压差。该更高的压差可导致更好的测量精度。
[0029]在图2中示出的实施例中测量管3的第一子测量管9a在测量管3的纵向7上、SP在介质4的流动方向上布置在第二子测量管9b之前。然而也可能将第一子测量管9a设置在第二子测量管9b之后。根据第一子测量管9a关于第二子测量管9b的布置,第一子测量管9a可表示根据本发明的核磁式流量测量仪I的流入区域或其流出区域。
[0030]核磁式测量装置2和第一子测量管9a共同形成开头所说明的核磁式流量测量仪。第二子测量管％和压差流量测量装置5将核磁式流量测量仪模块化地扩展成根据本发明的核磁式流量测量仪I。
[0031]测量管3的第二子测量管9b的内部的横截面面积走向沿着纵轴线7划分成3个部段，即划分成第一部段10a、在介质4的流动方向上跟随第一部段IOa的第二部段IOb和在流动方向上跟随第二部段IOb的另外的第三部段10c。沿着纵轴线7不仅在第一部段IOa中而且在第三部段IOc中的横截面面积恒定，而沿着纵轴线7在第二部段IOb中的横截面面积走向具有与在第一部段IOa中和在第二部段IOb中的横截面面积有偏差的横截面面积。相当具体地，部段10a、10b和IOc的横截面面积走向共同形成文丘里管。纵向部位6a、6b (这两个压力计8a、8b布置在其处)设置在纵轴线7上的在第二子测量管9b中流动的介质4的压力由于横截面走向而彼此相区别的部位处；介质4的由压力计8a所测量的压力高于由压力计8b所测量的压力。
[0032]通过第二子测量管9b构造为文丘里管，在压力计8a、8b之间的压差大于在第一实施例中在压力计8a、8b之间的压差。该更高的压差还伴随有介质4在测量管3中的更高的流动阻力。更高的压差导致更好的测量精确性。
[0033]在介质4的流动方向上观察，第一子测量管9a布置在第二子测量管9b之前。然而也可能将第一子测量管9a布置在第二子测量管9b之后。为了精确的压力测量，不仅需要在第二子测量管9b之前的流入区域而且需要在第二子测量管9b之后的流出区域。根据第一子测量管9a关于第二子测量管9b的布置，第一子测量管9a可表示流入区域或流出区域。
[0034]根据本发明的核磁式流量测量仪I为了流过测量管3的多相的介质4的流量测量可如下来运行: a)利用设置在根据本发明的核磁式流量测量仪I中的另外的测量装置、在所示出的和所说明的实施例中即压差流量测量装置5来确定对总地流过测量管3的多相的介质4的测量值。
[0035]b)利用核磁式测量装置2来确定对流过测量管3的多相的介质4的一个液态相或多个液态相的测量值。
[0036]c)为了确定对流过测量管3的多相的介质4的气态相的测量值从利用附加的测量装置、在该实施例中即压差流量测量装置5所获得的对总地流过测量管3的多相的介质4的测量值中减去利用核磁式测量装置2所获得的对流过测量管3的多相的介质4的一个液态相或多个液态相的测量值
优选地，在之前所说明的方法中重复、优选地多次重复对总地流过测量管3的多相的介质4的测量值的确定，且由在此所获得的测量值来形成平均值并且为了确定对流过测量管3的多相的介质4的气态相的测量值从所形成的测量值中减去对流过测量管3的多相的介质的一个液态相或多个液态相的测量值。
[0037]如上面已实施的那样，之前所提及的用于运行核磁式流量测量仪I的方法基于“黑白观察法”，其可不考虑如果利用压差流量测量装置5作为另外的测量装置来工作足够精确的对总地流过测量管3的多相的介质的第一测量值的获得那么无论如何取决于流过测量管3的介质4的密度并且流过测量管3的介质4的密度又取决于流过测量管3的多相的介质4的成分、即取决于总地流过测量管3的多相的介质4的一个液态相或多个液态相和气态相的份额。考虑到这一点，推荐用于运行用于流过测量管3的多相的介质4的流量测量的根据本发明的核磁式流量测量仪I的方法，其中，核磁式流量测量仪I具有核磁式测量装置2和附加地实现其它测量原理的另外的测量装置、优选地压差流量测量装置5，其特征在于，利用该另外的测量装置多次、即连续地来确定对总地流过测量管3的多相的介质4的测量值并且在第n+1次确定时考虑在第η次确定时所获得的测量值。在此即在第η+1次确定对总地流过测量管3的多相的介质4的测量值时考虑在第η次确定时所获得的测量值，即考虑流过测量管3的介质4的密度与流过测量管3的多相的介质4的成分的相关性。
[0038]这如之前所阐述的那样，即借助于该另外的测量装置优选地来执行总地流过测量管3的多相的介质3的多次确定直到在第η+1次确定时所获得的测量值与在第η次确定时所获得的测量值之间的差小于预设的、视为允许的偏差，例如3%或更小的、可能还1%的偏差。
[0039]在之前所说明的借助于该另外的测量装置多次确定总地流过测量管3的多相的介质4时，在第二次确定中、在第三次确定中、直至第η+1次确定利用一个算法或利用多个算法来工作，其基于总地流过测量管3的多相的介质4的成分、即一方面一个液态相或多个液态相和另一方面气态相的份额确定流过测量管3的多相的介质4的密度。
【权利要求】
1.一种用于流过测量管(3)的多相的介质(4)的流量测量的核磁式流量测量仪(1)，其带有核磁式测量装置(2)，其中，所述核磁式测量装置(2)围绕所述测量管(3)布置， 其特征在于， 附加地设置有实现其它测量原理的另外的测量装置。
2.根据权利要求1所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，另外的所述测量装置是压差流量测量装置(5)、超声波流量测量装置、科里奥利流量测量装置或者磁感应式流量测量装置。
3.根据权利要求2所述的核磁式流量测量仪，其中，另外的所述测量装置构造为压差流量测量装置(5)，其特征在于，所述压差流量测量装置(5)构造用于在所述测量管(3)中的所述介质(4)的压力测量，并且在所述测量管(3)的纵向(7)上不同的至少两个测量部位(6a, 6b)处设置有至少各一个压力计(8a, 8b)。
4.根据权利要求3所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，具有至少各一个压力计(8a, 8b)的所述测量部位^a，6b)设置在所述测量管(3)的由于横截面走向在所述测量管(3)中流动的所述介质(4)的压力彼此相区别的部位处。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述测量管(3)包括第一子测量管(9a)和第二子测量管(9b)并且所述核磁式测量装置(2)围绕所述第一子测量管(9a)布置而另外的所述测量装置与所述第二子测量管(9b)相连接地来实现。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述测量管(3)在所述测量管(3)的纵向(7)上具有至少一个第一部段(10a)、跟随所述第一部段(IOa)的第二部段(IOb)和跟随所述第二部段(IOb)的第三部段(10c)，并且在所述第一部段(IOa)中和在所述第三部段(IOc)中的横截面面积恒定而在所述第二部段(IOb)中的横截面面积具有与在所述第一部段(IOa)中和在所述第三部段(IOc)中的横截面面积有偏差的变化。
7.根据权利要求5和6所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述测量管(3)的部段(10a, 10b, 10c)设置在所述第二子测量管(9b)中。
8.根据权利要求6或7所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，在所述第二部段(IOb)中的横截面面积小于在所述第一部段(IOa)中和在所述第三部段(IOc)中的横截面面积。
9.根据权利要求8所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述测量管(3)在所述第二部段(IOb)中具有能够固定在所述第二部段(IOb)中的插入物。
10.根据权利要求9所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述插入物在所述测量管(3)的纵向(7)上具有锥形的横截面走向。
11.根据权利要求8或9所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，在所述第二部段(IOb)的区域中实现有节流板、喷嘴或者文丘里喷嘴。
12.根据权利要求8或9所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，所述部段(10a，IOb和IOc)共同形成文丘里管。
13.根据权利要求6或7所述的核磁式流量测量仪，其特征在于，在所述第二部段(IOb)中的横截面面积大于在所述第一部段(IOa)中和在所述第三部段(IOc)中的横截面面积。
14.一种用于运行用于流过测量管的多相的介质的流量测量的核磁式流量测量仪的方法，其中，所述核磁式流量测量仪具有核磁式测量装置和附加地实现其它测量原理的另外的测量装置， 其特征在于， 利用另外的所述测量装置来确定对总地流过所述测量管的多相的所述介质的测量值， 利用所述核磁式测量装置来确定对流过所述测量管的多相的所述介质的一个液态相或多个液态相的测量值并且 为了确定对流过所述测量管的多相的所述介质的气态相的测量值从利用附加的所述测量装置所获得的对总地流过所述测量管的多相的所述介质的测量值中减去利用所述核磁式测量装置所获得的对流过所述测量管的多相的所述介质的一个液态相或多个液态相的测量值。
15.根据权利要求14所述的的方法，其特征在于，重复、优选地多次重复对总地流过所述测量管的多相的所述介质的测量值的确定，且由在此所获得的测量值来形成平均值，并且为了确定对流过所述测量管的多相的所述介质的气态相的测量值从所形成的所述平均值中减去对流过所述测量管的多相的所述介质的一个液态相或多个液态相的测量值。
16.一种用于运行用于流过测量管的多相的介质的流量测量的核磁式流量测量仪的方法，其中，所述核磁式流量测量仪具有核磁式测量装置和附加地实现其它测量原理的另外的测量装置， 其特征在于， 利用另外的所述测量装置多次、即连续地来确定对总地流过所述测量管的多相的所述介质的测量值，并且在第n+1次确定时考虑在第η次确定时所获得的测量值。
17.根据权利要求16所述的的方法，其特征在于，借助于另外的所述测量装置来执行总地流过所述测量管的多相的所述介质的多次确定直到在第n+1次确定时所获得的测量值与在第η次确定时所获得的测量值之间的差小于预设的、视为允许的偏差。
【文档编号】G01F1/56GK103808378SQ201310565340
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】C.J.霍根德恩 申请人:克洛纳有限公司