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确定流过测量管的介质的流量的核磁式流量测量仪，其带 有：由永磁体构成的磁场产生装置用于在磁场路段L m上产贯穿介质的磁场；带有处在磁场 路段Lm内的预磁化路段Lvm且带有包括用作测量天线的构造成线圈状的长度L 1的天线的同 样处在磁场路段Lm中的测量装置。此外，本发明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 可被理解为可通过一向量描述的角动量（Drehimpuls)，并且磁矩相应地也可通过一向量来 说明，其平行于角动量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏观磁场时平行于在原子核的 部位处宏观磁场的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量围绕在原子核的部位处宏观磁场 的向量进动。进动（Pdzession)的频率被称为拉莫尔频率并且与磁场强度B的量成 比例。拉莫尔频率根据γ ·Β来计算。在此，γ是旋磁比，其对于氢原子核最大。旋磁 比说明了在粒子的自旋或角动量与属于此的磁矩之间的比例因数。
[0003] 测量和分析方法（其在存在宏观磁场的情况下利用带有磁矩的原子核的进动 的特性）被称为核磁共振测量或分析方法。核磁共振的英文术语是Nuclear Magnetic Resonance (NMR)。
[0004] 对于在利用核磁共振的情况下的分析多相介质的前提条件是，介质的待分析的相 可被激励成可区别的核磁共振。该分析可包括介质的各个相的流速和多相介质的各个相的 相对含量。核磁式流量测量仪例如可被用于分析从油井输送的多相介质。该介质那么主要 由原油、天然气和盐水这些相构成，其中，所有相包含氢原子核。
[0005] 从油井输送的介质的分析也可利用所谓的计量分离器（Testseparator)实现。其 分出所输送的介质的一小部分、使介质的各个相彼此分离并且确定介质的各个相的含量。 然而计量分离器不能可靠地测量小于5%的原油含量。因为每个井的原油含量持续降低并 且许多井的原油含量已小于5%，目前不可能在使用计量分离器的情况下经济地开采这些 井。为了另外还能够开采带有非常小的原油含量的井，需要相应精确的流量测量仪。
[0006] 通常将由旋进的原子核在激励之后在测量天线中所感应的电气信号用作用于评 估的原始量。如已实施的那样，对于测量多相介质的前提条件是介质的各个相可被激励至 可区别的核磁共振。由介质的相的旋进的原子核在测量天线中所感应的电气信号的大小取 决于在该相中每个体积元旋进的原子核的数量，相应地即取决于该相的密度，但是也取决 于原子核在影响的磁场中的影响持续时间。
[0007] 因此，所感应的电气信号的大小对于介质的相应的相是不同的。
[0008] 用于确定介质的各个相的测量方法设置成，介质暴露于在预磁化路段中所产生的 磁场确定的时间t且然后于在预磁化路段中所产生的磁场对介质的不一样长的影响持续 时间之后来确定介质在磁场的方向上的磁化。在一定的影响持续时间之后介质的磁化的确 定在测量装置中通过以激励信号激励被磁化的介质、测量由激励信号在介质中所引起的测 量信号和评估该测量信号实现。
[0009] 由现有技术已知的开头所说明的类型的核磁式流量测量仪通过磁场的变化改变 磁场对介质的有效的影响持续时间，其中，磁场的变化由一机构引起。
[0010] 由文件US 7,872,424 B2已知一种开头所说明的类型的核磁式流量测量仪。 磁场产生装置包括多个围绕测量管布置的、沿着测量管纵轴线彼此相继的磁体组件 (Magnetanordnung)。磁体组件中的每个可围绕测量管纵轴线旋转且以具有确定方向的磁 场贯穿流过测量管的介质。现在由此来改变有效的预磁化路段，即各个磁体组件的相应的 磁场彼此平行或反平行地来取向。在两个分别由一磁体组件所产生的磁场平行取向的情况 下，在介质中在持续直到介质已流过这两个磁体组件的时间上建立磁化。在两个相邻的磁 场反平行取向的情况下，在第一磁体组件中在介质中构建磁化，其在第二磁体组件中由于 相反的场方向又被破坏。有效的预磁化路段在该情况中是零。
[0011] 相应的磁体组件的旋转需要一机构。该机构一方面需要空间而另一方面与成本相 联系。此外，机械移动的零件经受磨损且须以定期的间隔来维护。这意味着不仅时间上的 而且经济上的耗费。
[0012] 同样由现有技术已知一种用于改变预磁化路段的装置，在其中围绕测量管布置有 多个磁体组件。这些磁体组件中的每个包括内部的由永磁材料构成的环和外部的同样由永 磁材料构成的环。这些环中的每个产生自己的磁场。这两个环可彼此相对移动。如果这些 环彼此位于两个磁场彼此平行取向的位置中，在磁体组件的内部中是较强的磁场。如果两 个环彼此取向成使得两个磁场彼此反平行取向，在磁体组件的内部中场是零。通过多个这 样的磁体组件依次的布置可任意改变有效的预磁化路段。
[0013] 此处还通过一机构（其使磁体组件中的各一个的环相对旋转）来设立预磁化路 段。为此，一方面须承受较高的时间耗费，另一方面运动的部件需要定期维护，这与成本和 另外的时间耗费以及磨损相联系。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是说明一种核磁式流量测量仪，在其中减少或消除由现有技术已知 的缺点，以及说明一种用于运行核磁式流量测量仪的方法。
[0015] 之前得出的且所指出的目的首先且主要由此来实现，即在预磁化路段Lvm中设置 有构造成线圈状的至少一个天线用于产生破坏述介质在外部磁场的方向上的磁化的脉冲 或破坏介质在外部磁场的方向上的磁化的脉冲序列，下面也概括地称为破坏脉冲。天线可 围绕测量管、此外在预磁化路段中的任意部位处来布置。可在介质的流动方向上产生脉冲。 下面应将介质的流动方向称为X方向，而在垂直于流动方向的Z方向上来产生由磁场产生 装置所产生的磁场。
[0016] 相对现有技术，本发明提供了较大优点，即能够以非常简单的且无维护的方式来 改变有效的预磁化路段的长度。如果天线不产生破坏脉冲，预磁化路段相应于直至测量装 置的整个磁场路段。而如果天线产生破坏脉冲，则磁化在天线的区域中被破坏，且其之后在 天线与测量装置之间的其余段上又重新建立，有效的预磁化路段由此即被缩短。
[0017] 在破坏脉冲之后磁化的建立遵循该规律
[0018] 在此，Lvm是有效的预磁化路段（即在发出破坏脉冲的天线与在测量装置中的天线 之间的路段），V是介质的流动速度而T 1是介质或介质的各个相的自旋点阵弛豫时间。
[0019] 多相介质的各个相的流动速度无须相同。在实际中，介质的各个相常常具有不同 的流动速度，流动轮廓（Stroemungsprofil)即具有最大流动速度V max和最小流动速度Vmin〇 不同的流动速度可导致所谓的"相滑移"-较缓慢流动的相被较快速流动的相"赶超"。该 效应负面地影响流量测量，因为在由永磁体所产生的预磁化路段中各个相的影响持续时间 和因此在磁场的方向上磁化的建立直接与相的流动速度相关联。快速流动的相在预磁化路 段相同的情况下相应地具有比缓慢流动的相更短的影响持续时间。
[0020] 优选地设置成，用于产生破坏脉冲的天线相对于测量装置的天线以距离d布置且 产牛破坏脉冲的天线的长度L 1被诜择成使得满足条件
[0021] 在此，Vniax是在流动轮廓中的最大流动速度、V _是最小流动速度而L i是测量装置 的天线的长度。由此保证，在测量的时刻位于测量天线的区域中的全部介质事先感知破坏 脉冲且每个相的磁化独立于相应的流动速度在相同的时间上建立，即每个相经历磁场的相 同的影响持续时间。
[0022] 对于磁化适用
其中，A t是在用于确定介质的流量的测量装置中在测量序列的起始与破坏脉冲之间 的时间而T1是介质或介质的各个相的自旋点阵弛豫时间。
[0023] 通过合适地