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1、(10)申请公布号 CN 102246008 A (43)申请公布日 2011.11.16 CN 102246008 A *CN102246008A* (21)申请号 200980149415.2 (22)申请日 2009.12.14 20085197 2008.12.12 NO G01F 1/74(2006.01) (71)申请人 多相仪表公司 地址 挪威佛拉斯 (72)发明人 安斯汀维基 伊格维莫顿斯基伽达尔 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 武晶晶 郑霞 (54) 发明名称 用于测量湿气的组成和流速的方法和装置 (57) 摘要 一种用于确定管中。
2、包含气体和至少一种液体 的多组分混合物的流体的流速的方法， 该方法包 括以下步骤 ： a. 基于电磁测量确定所述多组分混 合物的电容率， b. 计算与所述电磁测量相关的统 计参数， c. 确定所述多组分的密度， d. 获得温度 和压力， e. 基于所述流体混合物各组分的密度和 介电常数的知识， 以及上述步骤 a-c 的结果， 计算 所述多组分混合物的水分数， 该方法的特征在于 用于确定所述多组分混合物的液体分数和流速的 方法， f. 使用经验获得的曲线， 基于步骤 b 的统 计参数和步骤 e 的所计算的水分数来计算液体分 数， g. 得到所述多组分混合物的速度， 和 h. 基于 步骤 a-g，。
3、 计算所述多组分混合物中的单个组分 的流速。还公开了用于实施该方法的装置。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.06.09 (86)PCT申请的申请数据 PCT/NO2009/000431 2009.12.14 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/068117 EN 2010.06.17 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 4 页 CN 102246014 A1/2 页 2 1. 一种用于确定管中包含气体和至少一种液体的多组分混合物的流体的流速的方法， 该方法包括以下步。
4、骤 ： a. 基于电磁测量确定所述多组分混合物的电容率， b. 确定所述多组分的密度， c. 获得温度和压力， d. 基于所述流体混合物的各组分的密度和电容率的知识以及上述步骤 a-c 的结果来 计算所述多组分混合物的水分数， 所述方法的特征在于用于确定所述多组分混合物的液体分数和流速的方法， 其中 e. 计算与所述电磁测量相关的统计参数， f. 使用经验获得的曲线， 基于步骤 e 的所述统计参数和步骤 d 的所计算的水分数来计 算所述液体分数， g. 得到所述多组分混合物的速度， 和 h. 基于步骤 a-g 来计算所述多组分混合物的单个组分的流速。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中。
5、所述电容率是基于测量所述管内的电磁波的损耗 而确定的。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述电容率是基于测量所述管内的电磁波的相位 变化而确定的。 4. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述电容率是基于测量所述管内的反射电磁波的 相位或损耗而确定的。 5. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述电容率是基于电磁测量所述管内的共振频率 而确定的。 6. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述电容率是基于测量从所述管内的介质反射的 电磁波的能量损耗和 / 或相移而测量的。 7. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述统计参数是从根据权利要求 2-6 中任一项的 测量而计算的。 。
6、8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中使用标准差作为统计参数。 9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述密度是基于测量光子吸收而确定 的。 10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中针对所述液体的微滴大小校正步骤 e 的所述经验获得的曲线。 11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中针对沿所述管的壁存在的液膜校正 步骤 e 的所述经验获得的曲线。 12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中所述速度是基于测量横跨所述管中 的节流部的压力降而测量的。 13. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中使用文丘里管来提供压力降。 14. 根据权利要求 12 。
7、所述的方法， 其中使用 V 形锥体来提供压力降。 15. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中使用多尔管来提供压力降。 16. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中使用孔来提供压力降。 17. 根据前述权利要求 1-11 中任一项所述的方法， 其中在确定所述多组分混合物的速 权 利 要 求 书 CN 102246008 A CN 102246014 A2/2 页 3 度时使用交互关联技术。 18. 一种用于确定管中包含气体和至少一种液体的多组分混合物的流体的流速的装 置， 该装置包括管状部分和以下元件 ： a. 用于确定所述多组分混合物的电容率的电磁设备， b. 用于确定所述多组分混合物的。
8、密度的设备， c. 用于确定温度和压力的设备， d. 用于基于所述流体混合物的各组分的密度和介电常数的知识来计算所述多组分混 合物的水分数的设备， 所述装置的特征在于用于确定所述多组分混合物的液体分数和流速的设备含有 ： e. 用于计算统计参数的数学程序， f. 用于基于所述统计参数和所述水分数来计算所述多组分混合物的所述液体分数的 经验获得的曲线和数学程序， g. 用于测量所述多组分混合物的速度的设备， 和 h. 用于计算所述多组分混合物的单个分数的流速的设备。 19. 根据权利要求 18 所述的装置， 包括用于发射电磁到所述管状部分中并记录从所述 管状部分接收到的电磁能量的设备。 20. 。
9、根据权利要求 18-19 所述的装置， 包括用于在所述管状部分内提供电磁共振的设 备。 21. 根据权利要求 18 所述的装置， 包括用于在所述管状部分内提供电磁共振的设备。 22. 根据前述权利要求 18-20 中任一项所述的装置， 包括用于发射电磁能量到所述管 状部分中并记录从所述管状部分反射的电磁能量的设备。 23. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 包括用于测量所述管状部分的窄通道中的所述 速度的设备。 24. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 其中使用文丘里管确定所述速度。 25. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 其中使用 V 形锥体确定所述速度 . 26. 根据。
10、权利要求 18-22 所述的装置， 包括用于通过使在所述管状部分的两个横截面 中进行的交互关联测量来测量所述速度的设备。 27. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 包括用于确定所述多组分混合物的密度的放射 源和光子探测器。 28. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 包括确定所述多组分混合物的密度的多个压力 降测量。 29. 根据权利要求 18-22 所述的装置， 包括确定所述多组分混合物的密度的压力降设 备和交互关联速度设备的组合。 权 利 要 求 书 CN 102246008 A CN 102246014 A1/8 页 4 用于测量湿气的组成和流速的方法和装置 0001 本发明涉。
11、及用于测量主要包含气体的多相流体的单个组分的方法和装置， 如权利 要求 1 和 18 的前序部分分别定义的。 0002 自二十世纪八十年代初期， 如何计量油水气混合物就已经成为石油工业感兴趣的 问题。其后， 进行了大量的研究来开发适合在工业环境中使用的三相流量计。 0003 油气工业中的多相流通常定义为其中游离气体 ( 也表示为 GVF) 的量低于管体积 的 90-95的液体和气体的混合物。对于 95 -99.99范围内的 GVF， 多相流经常被称为 湿气， 其中液体部分是水和冷凝物(轻油)。 但是， 典型的湿气井具有高于97的GVF， 并且 最常见的是 GVF 在 99.5-99.9范围内。。
12、 0004 存在若干技术和已知的仪器来测量多相气体和湿气， 如下面将进一步进行描述 的。这样的仪器必须是适度精确的 ( 对于每一相来说， 通常优于速度的 5 )、 无干扰的、 可靠的、 流型独立的且在全组分分数范围内提供准确的测量。尽管近年来已提出大量解决 方案， 但是仍没有任何商业上可利用的三相湿气流量计满足所有的这些要求。除了严格的 测量要求之外， 仪器还需要在苛刻和腐蚀性环境中诸如海平面下数千米表现可靠。在管内 部， 流动的多相流体可在超过1000巴的压力且高于200的温度下以1-50m/s的速度行进。 其中还经常存在沙， 而沙能够损坏仪器的内部。 0005 湿气流量计越来越多地用于井测。
13、试和分配测量 (allocationmeasurement)。为了 使油 / 气田的生产和寿命达到最佳， 经营者需要能够定期监测油气田中每一口井的产量。 这样做的常规方式是使用计量分离器。计量分离器昂贵， 占用生产平台上宝贵的空间， 且 由于需要稳定的流动条件而需要长时间监测每一口井。此外， 计量分离器仅是中等精确的 (一般为每相流速的5-10)， 并且无法用于连续监测井。 可以首先使用湿气流量计代替 计量分离器， 并且长期作为每一口井的永久性装置。这样的布置将节省一般与井测试有关 的生产损耗。 对于典型的离岸安装， 这样的损耗估计为大约2。 当使用公共管线将不同公 司拥有的许多井的产出输送到。
14、处理厂时， 需用分配计量。目前这是通过使每一口井的产出 在进入公共管线之前通过计量分离器来实现的。 然而， 除了上述计量分离器的不利之处外， 还需要通往每一口井的专用测试管线。 永久安装的湿气流量计将对分配计量提供显著的优 势。 0006 油气藏中的地层水是典型的盐水。 在正常的情况下， 井不应产生任何地层水。 事实 上， 除了严重的管线腐蚀之外， 管线中的地层水还可导致水化物形成和结垢。 如果油气田经 营者已知井中地层水和淡水的量 ( 也称为总水分数 )， 则可将化学抑制剂注射到井内液气 流 (well stream) 中以限制这些水造成的不利影响。可选地， 可改变井的生产率以使产生 的地层。
15、水最少或减少产生的地层水或完全关闭井以节约管线基础设施。 测量远程操作的水 下井的地层水和淡水含量尤其令人关注， 这是因为这样的设施中的管线成本是严重的。对 于大多数水下设施来说， 将井合并成公共管线并将多相流体输送到处理厂是常见的。这样 的处理厂可位于海底设施的数百公里之外， 导致在海底有长的多相输送管。 因此， 若没有湿 气流量计可能要花费数月来检测并确认产生盐水的井， 湿气流量计能够对产生的水进行准 确的测量。 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A2/8 页 5 0007 湿气流量计还需要对于配置参数的不确定性是稳健的。 市售的湿气计的典型配置 参数为湿。
16、气中包含的所有流体的密度、 电容率 ( 介电常数 )、 质量吸收系数和粘度数据。对 于其中液体和气体的分离是基于湿气的密度测量和已知的气相和液相的密度值的湿气流 量计， 测量的液体分数 (liquidfraction)( 水和油 ) 受气体密度值的高度影响。实际上， 气 体的密度值决定了液体分数测量的零点。在大多数实际生活的应用中， 气体密度的不确定 性可在 2-7的量级， 并且由于油气藏组成的变化而随时间显著改变。这可导致液体部分 的显著测量误差， 该误差可容易地达到百分之几百的量级。对于操作压力为 150 巴的典型 湿气应用来说， 测量的混合物 ( 湿气 ) 密度可为 112.7kg/m3。
17、。假定气体密度为 110kg/m3， 而冷凝物 ( 油 ) 密度为 650kg/m3， 则计算的 GVF 结果为 99.5， 即管中 0.5的体积是液 体。 另一方面， 如果气体密度有5误差， 以致真实的气体密度为104.5kg/m3而不是110kg/ m3， 则计算的 GVF 结果为 98.5， 这对应于 1.5的液体分数。对于上面的实例， 5的气体 密度变化导致 200的液体分数 ( 和液体流速 ) 的测量误差。如果测量的混合物密度略低 (即111.35kg/m3)， 则基于110kg/m3的气体密度计算的GVF结果为99.75， 对应于0.25 的液体分数。同样， 如果气体密度有 5误差。
18、， 以致真实的气体密度为 104.5kg/m3 而不是 110kg/m3， 则计算的 GVF 结果为 98.75， 这对应于 1.25的液体分数， 造成了液体分数的 400测量误差。 因此， 与气体密度不确定性相关的液体部分的测量不确定性随管中气体分 数的增加而指数增加。 0008 测量的液体分数的任何误差都与湿气计的计算的流速的对应测量误差直接相关， 因为流速是通过将测量的分数乘以管中流体的速度得到的。 0009 市售的无干扰的多相计的一些实例显示于 US 5,103,181、 US6,097,786、 US 5,135,684 和 WO 2007/129897。使用核子密度计来测量混合物密。
19、度， 并 ( 直接或间接 ) 使 用该混合物密度来将多相混合物分离成液体和气体。因此， 多相计受到气体密度的任何未 知变化或差异的显著影响， 如上面实例中所概述的。 0010 还熟知的是可基于测量管的截止频率来测量多相混合物的组成。 这样的设备的实 例见于 US 4423623、 US 5455516、 US 5331284、 US 6614238、 US 6109097 和 US 5351521， 它 们描述了基于不同频率下的损耗或相位测量来测量管的截止频率并基于后者确定多相混 合物的组成的方法。 然而， 所有这些方法都受到高气体分数下气体密度变化的高度影响， 并 且将不能提供湿气的液体组分。
20、的准确测量。 0011 用于测量多相流体流速的设备是熟知的。 这些设备可基于检测流中的液体微滴和 气体微滴的变化的测量信号的交互关联。通过发射载波信号到流中并测量响应， 接收信号 包含扰动造成的振幅(损耗)、 相位或频率调节引起的流的变化信息。 通过对彼此相距已知 距离的管的两个截面进行测量， 可创建在等于多相流在两个截面之间行进所耗费的时间内 变化的两个时间变化信号。基于电磁载波信号的这样的设备的实例公开于 US4402230、 US 4459858、 US 4201083、 US 4976154、 WO94/17373、 US 6009760 和 US 5701083。 0012 用于测量。
21、流速的其他设备可基于测量横跨管中的节流部 (restriction)， 诸如 文丘里管、 孔、 V 型锥体或流混合器的压差。这样的设备的实例可见于 US 4638672、 US 4974452、 US 6332111、 US 6335959、 US 6378380、 US 6755086、 US 6898986、 US 6993979、 US 5,135,684、 WO 00/45133 和 WO03/034051。所有这些设备都受到与以上实例中描述的相同 的限制， 其中给定的气体密度的任何误差都将导致测量的液体流速的显著误差。 说 明 书 CN 102246008 A CN 10224601。
22、4 A3/8 页 6 0013 使用流的统计信息来获得多相流的组成的流量计也是已知的。 一个这样的实例见 于 US 5.576.974。这样的设备通常非常依赖于统计信息来提供任何实际应用中的可靠结 果。如在 US 5.576.974 中， 水分数和气体分数二者均是基于微波测量计算的。穿过湿气流 或自湿气流反射的微波信号的统计波动与微滴大小、 微滴数目和液体微滴中的水量相关。 液体微滴的量的增加和液体微滴中的水量的增加均引起微波信号统计波动的增加。因此， 诸如 US 5.576.974 中描述的单纯依赖于一种传感器的信息的设备将不能可靠地区分与气 / 液比的变化相比， 由于水 / 油比的变化造成。
23、的组成变化。管中任何液膜的存在将使对统 计信息的解读进一步复杂化， 因为液膜的潜在时间变化与液体微滴相比具有完全不同的频 率。 其他这样的设备可对由气相中小的液体微滴造成的小变化不敏感， 因为在许多情况下， 这种小的液体微滴可分散为细雾， 使得难以用基于声音变化、 压力变化等的感测技术来检 测小的变化。GB 2.221.042 是单纯依赖于基于单一传感器的统计方法的测量方法的实例， 其不能提供湿气流条件下的准确测量。GB 2.221.042 中描述的方法还可导致不稳定的测 量， 这是因为存在适合测量参数的多个解 ( 即油、 水和气体分数的多种组合 )。 0014 本发明的目的是克服现有解决方案。
24、的上述局限。 0015 本发明的目的是提供湿气的油、 水和气的流速的准确测量。 0016 本发明的目的是当诸如密度和电容率的气体性质包含很大不确定性时提供湿气 的液体分数的准确测量。 0017 本发明的目的是当诸如密度和电容率的气体性质随时间改变时提供湿气的液体 分数的准确测量。 0018 本发明的目的是当液体以微滴形式被包含在气相中时提供液体分数和气体分数 的准确测量。 0019 本发明的目的是当液体以微滴形式被包含在气相中且沿管壁存在液膜时提供液 体分数的准确测量。 0020 本发明的目的是提供用于流量调节和测量的紧凑结构。 0021 本发明的目的是允许对多相流量计使用简单校准程序。 00。
25、22 本发明的目的是允许对多相流量计使用简单验证程序。 0023 本发明的目的是提供在湿气流条件下具有高测量准确性的多相流量计。 0024 本发明的目的是提供流动湿气的管中极小的压力降。 0025 本发明的目的是提供用于执行湿气流量测量的无干扰设备。 0026 本发明的目的是允许湿气流量计的紧凑安装。 0027 本发明的目的是提供用于执行测量的紧凑的机械结构。 0028 因此， 如权利要求 1 中定义的， 本发明包括 0029 用于确定管中包含气体和至少一种液体的多组分混合物的流体的流速的方法， 该 方法包括以下步骤 ： 0030 a. 基于电磁测量确定所述多组分混合物的电容率， 0031 b。
26、. 确定所述多组分的密度， 0032 c. 获得温度和压力， 0033 d. 基于所述流体混合物各组分的密度和介电常数的知识以及上述 0034 步骤 a-c 的结果来计算所述多组分混合物的水分数， 本发明的特征在于用于确定 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A4/8 页 7 所述多组分混合物的液体分数和流速的方法， 其中 0035 e. 计算与所述电磁测量相关的统计参数， 0036 f. 使用经验获得的曲线， 基于步骤 d 的统计参数和步骤 e 的计算的水分数来计算 液体分数， 0037 g. 得到所述多组分混合物的速度， 和 0038 h. 基于步骤 a-g。
27、， 计算所述多组分混合物中的单个组分的流速。 0039 根据本发明的装置的特征在于独立权利要求 18 中定义的特征。 0040 从属权利要求 2-17 和 19-29 定义了本发明的优选实施方案。 0041 下面将参考附图进一步描述本发明， 其中 0042 图 1 显示本发明主要元件的纵截面示意图， 0043 图 2 显示根据本发明的用于测量油、 水和气的分数和流速的装置的示例性实施方 案的纵截面示意图， 0044 图 3 显示将统计电参数与湿气的液体分数关联的曲线， 0045 图 4 显示随时间变化的所测量的湿气的液体分数对随时间变化的参考值， 0046 图 5 显示根据本发明的用于进行电磁。
28、测量的装置的示例性实施方案的纵截面示 意图， 0047 图 6 显示根据本发明的用于进行电磁测量的装置的示例性实施方案的纵截面示 意图， 0048 图 7 显示根据本发明的用于进行电磁测量的装置的示例性实施方案的纵截面示 意图， 0049 图 8 显示根据本发明的用于进行电磁测量的装置的示例性实施方案的纵截面示 意图。 0050 本发明涉及用于测量管中湿气混合物的流速和体积分数的方法和装置。 本发明含 有如图 1 所示的五种元件。管状部分 1、 用于测量湿气混合物的速度的设备 2、 用于测量湿 气混合物的水分数的设备 3、 用于测量湿气混合物的密度的设备 4 和用于测量湿气混合物 的统计波动的。
29、设备5。 流动方向可以是向上或向下。 设备还可以水平或任何其他倾角放置 ； 然而， 垂直向上和向下流动是优选的方向。设备还包含出于补偿目的的用于测量温度和压 力的元件 ； 但是为简洁起见， 附图和进一步的描述中省略了这些元件。 这些设备中的一些可 合并在一起， 如图 2 所示， 其中用于进行电容率测量的设备 14 也可用于测量流量的统计波 动。 0051 然后可将文丘里管用作测量湿气速度的流量设备 (flow device)。文丘里管由管 1 中成为窄通道 11 的收敛部分 10 组成。可以通过借助压力变送器 6 测量上游压力 7 和窄 通道中的压力 8 来确定流体的流速。优选的流向如箭头 9。
30、 所示。 0052 可通过将测量由 源 15 发射的 光子的 探测器 16 的测量结果与用天线 14 进行的电射频的测量结果相组合来确定湿气的水分数和密度。天线 14 实际上是插入管中 的共轴导体。使用图 2 所示的装置获得水分数和密度的方法是本领域技术人员已知的， 并 且也描述于 WO 2007/129897。 0053 然后可将使用天线 14 进行的电测量用于获得流的统计波动的测量结果。直接与 管的直径成比例的电测量是优选的， 因为微滴直径也与管直径相关。电参数诸如管的波导 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A5/8 页 8 截止频率、 由管的直径变化(诸。
31、如文丘里管的发散部分12)反射的波的相位或频率特征、 或 所述管内扩散电磁波的所测量的相位系数或衰减系数是非常合适的电参数或管内共振腔 或结构的共振频率。事实上， 可使用管内扩散电磁波的任何损耗或相位测量或管中介质的 反射波的测量的损耗或相位。测量信号的波长应优选是小的， 以使得该信号能够检测小的 液体微滴引起的小变化。 基于测量截止频率、 管中共振腔的频率、 和扩散电磁波的反射特征 或相位或衰减系数的大多数设备使用具有小波长的信号。 典型的频率范围是100-5000MHz， 这取决于管直径， 但是也可使用更大或更小的频率。如何能够使用图 2 中显示的装置获得 大多数这些电参数的实例进一步描述。
32、于WO 2007/129897和WO2005/057142中， 它们通过引 用并入。管内共振腔的共振频率也可用作电信号。适合这一目的的设备的实例可见于 WO 03/034051。这一设备还可用于测量湿气的水分数。电容和电感传感器也广泛用于测量多 相流体的电容率和水分数。 还可使用从电容和电感传感器获得的电信号 ； 但是， 这些设备不 太适合， 原因是电信号的低频率和由此的大波长， 并因此不太适合捕获小变化， 而这是准确 的湿气的液体测量所需要的。 0054 当获得水分数和电测量的统计波动时， 可使用图 3 中显示的经验获得的关系以迭 代方式来计算湿气的液体分数。 0055 图 3 的 x 轴 。
33、17 是管中所测量的反射或波导截止频率的统计标准差乘以比例因子， 比例因子是液体中水含量的函数。图 3 的 y 轴 18 是以百分数表示的管总体积中的液体分 数 ( 水 + 冷凝物 )。 0056 这一曲线是基于以的 Statoil 测试设施， 在 120 barg 的操作压力下， 对气 体、 冷凝物和水进行经验测量得到的， 并且对微滴 / 气体混合物是有效的。该曲线还可通过 使用校正因子进行修正以便用于其中所包含的一些液体作为沿壁的薄膜与液体微滴的组 合的应用。校正因子可基于经验测量获得。 0057 那么确定湿气组成的程序就变为 0058 1) 进行电测量诸如行进的电磁波的相位系数或衰减系数。
34、、 管截止频率、 反射频率 或共振频率。如何能够获得这些特征中的一些特征的实例描述于 WO 2007/129897 和 WO 2005/057142。 0059 2) 使用基于 射线的密度计 (15、 16) 测量湿气的密度， 如 WO2007/129897 和 WO 2005/057142 所述。 0060 3) 计算湿气 ( 如多相混合物 ) 的水分数。如何能够进行此计算的实例可见于 WO 2007/129897 或 WO 2005/057142。除油、 气和水的电容率 ( 介电常数 ) 和质量衰减外， 这些 流体的密度也假定是预先知晓的。 WO 2007/129897提供了如何能够获得这。
35、些参数的进一步 信息。 0061 4)基于步骤3的所测量的水分数和液体分数的第一估值来计算水液体比(水液体 比 WLR 液体分数中水的百分比 )。可使用步骤 3 的所计算的液体分数作为第一估值或液 体分数的前一计算的结果。 0062 5)计算步骤1中进行的电测量的统计参数， 诸如过去10-100次测量的标准差。 也 可使用更少或更多次的测量 ； 但是， 太少的测量可增加测量不确定性， 而太多测量可导致不 期望的动力学行为， 诸如对液体含量快速变化的慢响应。 0063 6) 计算由实验获得的 WLR 相关性校正因子， 并将其乘以步骤 5 的统计参数以获得 说 明 书 CN 102246008 A。
36、 CN 102246014 A6/8 页 9 图 3 中的曲线 20 的 x 值 17。 0064 7) 使用曲线 20 计算湿气的液体分数 18。 0065 8) 使用步骤 7 的液体分数和步骤 3 的水分数计算 WLR 的更新值， 并重复步骤 6-8 直至计算的 WLR 收敛为稳定值。 0066 当完成步骤 1-8 时， 就确定了湿气的组成 ( 即油、 水和气的百分比 )。获得湿气的 液体分数的主导因素是图 3 所示的曲线。因为该曲线主要取决于电信号的统计波动和湿气 的水分数， 并且由步骤 1-3 得到的水分数测量几乎不受气体密度误差的影响， 所以液体分 数测量 ( 和 GVF) 变得几乎。
37、不受气体密度的显著误差的影响。因为水分数是在没有使用任 何步骤5的统计参数的独立计算中获得的， 所以步骤1-8的测量算法变得稳健， 避免了液体 分数计算不受控制的扩增或计算有多个解， 原因是液体含量的增加和水分数的增加二者均 通过 WLR 相关性校正因子提供图 3 中 x- 值 17 的增加。但是， 因为水分数是在使用图 3 的 曲线 20 的计算循环之前的步骤 1-3 中计算的， 所以在步骤 6-8 的迭代循环过程中， 水分数 是固定的， 而仅有液体分数是变化的。 0067 图显示了在 Texas 的 South West Research Center 的湿气测试设施， 在 120barg。
38、 压力下进行的上述方法的测试。x- 轴显示了 3000 秒的时段， y- 轴 21 显示了 GVF( 气体分 数 )。粗线 23 是参考气体分数， 而细线 24 是根据本发明的所测量的气体分数。 0068 当油 ( 冷凝物 )、 水和气的分数以及油、 水和气的密度已知时， 可基于使用流量设 备 2 获得多相流体的速度。 0069 流量设备可以是基于测量压力降的设备 6 诸如文丘里管或通过使用如 WO 2007/129897和WO 2005/057142所述的交互关联技术的设备。 还可使用基于测量压差的其 他流量设备 2 诸如 V 形锥体或孔板和多尔管。这些是众所周知的测量原理， 关于如何使用 。
39、这些设备的进一步信息可见于挪威油气测量学会 (Norwegian Society for Oil and Gas Measurement) 出版的 Handbook of MultiPhase Metering( 多相计量手册 )。 0070 当除了管的横截面积之外还已知湿气的液体组分和气体组分的速度时， 可容易地 计算湿气 ( 油、 水和气 ) 的单个组分的流速。 0071 步骤 1-8 中描述的方法实际上是对气相中包含的微滴进行计数的方法。通过使用 根据S.Geraldine等人的 “New correction method for wet gasflow metering based 。
40、on two phase flow modeling ： Validation on industrialAir/Oil/Water tests at low and high pressure” ( 基于双相流建模的湿气流量计量的新校正方法 ： 在低压和高压下对工业 空气/油/水测试的验证)， 第26届国际北海流量测量研讨会-20081的基于文丘里管的 计算湿气流速的模型， 除了气体速度之外， 还可获得液体微滴直径、 微滴速度、 液膜厚度和 液膜速度。这一信息可用于对图 3 中的曲线 20 提供另外的校正因子。校正因子可基于经 验获得的关系得到并以下列方式执行 ： 0072 1) 进行电测量。
41、诸如行进的电磁波的相位系数或衰减系数、 管截止频率或反射频 率， 如 WO 2007/129897 和 WO 2000/057142 所述。 0073 2) 使用基于 射线的密度计 (15、 16) 测量湿气的密度， 如 WO2007/129897 和 WO 2005/057142 所述。 0074 3) 计算湿气 ( 如多相混合物 ) 的水分数， 如 WO 2007/129897、 NO324812 或 WO 2005/057142 所述。除油、 气和水的电容率 ( 介电常数 ) 和质量衰减外， 这些流体的密度也 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A7/8 。
42、页 10 假定是预先知晓的。WO2007/129897 提供了如何能够获得这些参数的进一步信息。 0075 4)基于步骤3的所测量的水分数和液体分数的第一估值来计算水液体比(水液体 比 WLR 液体分数中水的百分比 )。可使用步骤 3 的所计算的液体分数作为第一估值或液 体分数的前一计算的结果。 0076 5)计算步骤1中进行的电测量的统计参数， 诸如过去10-100次测量的标准差。 也 可使用更少或更多次的测量 ； 但是， 太少的测量可增加测量不确定性， 而太多测量可导致不 期望的动力学行为， 诸如对液体含量快速变化的慢响应。 0077 6) 计算由实验获得的 WLR 相关性校正因子、 微滴。
43、直径校正因子和薄膜分数校正因 子， 并将它们乘以步骤 5 的统计参数以获得图 3 中的曲线 20 的 x 值 17。 0078 7) 使用曲线 20 计算湿气的液体分数 18。 0079 8) 使用步骤 7 的液体分数和步骤 3 的水分数计算 WLR 的更新值， 并重复步骤 6-8 直至计算的 WLR 收敛为稳定值。 0080 9) 使用 1 中描述的方法和模型， 基于步骤 8 的所测量的分数和文丘里管 6 的所 测量的 压力来计算液体微滴的速度、 液膜的速度、 液膜、 气体的速度以及薄膜厚度和微 滴直径。 0081 10) 重复步骤 6-9， 直至步骤 9 中计算的所有参数收敛为稳定值。 0。
44、082 除了上述元件之外， 测量装置还包含用于进行电测量的元件和用于进行计算的计 算机 ； 但是， 如何实现进行这些测量和计算所需的电子设备和软件是公知的。 0083 发射和反射方法是用于材料表征的公知方法， 如图5和6所示。 电磁方法可基于图 5 所示的穿过壁的辐射缝 23， 或通过使用图 6 所示的开口端的共轴导体 24。共轴电缆 24 上 发射脉冲或连续频率。基于反射回到共轴导体上的振幅和相位变化的测量结果， 可确定管 内材料的电容率。 图5和6所示的发射和反射传感器的设计和工作原理进一步描述于Chen 等人的 “Microwave Electronics-measurement and。
45、 material characterization” ( 微 波电子设备 - 测量和材料表征 )， Wiley(2004) 和 “PermittivityMeasurements of Thin Liquid Film Layers using open-ended Coaxial Probes” ( 使用开口的共轴探针的薄液 膜层的电容率测量 )， Meas.Sci.Technol.， 7(1996)， 1164-1173。 0084 图 7 显示的两个天线也可用于进行电磁测量。天线是被绝缘材料与管壁隔开的共 轴导体， 并略微穿透到管中， 充当管内部的偶极天线。发射天线 28 和接收天线 。
46、28 也可制造 为组装到管中的分立单元 27 或制造为单独的天线。天线还可沿管的周围定位或沿管轴向 定位或处于任何轴向和径向位置的组合。因此， 此设备可用于测量管的介质内电磁波的损 耗、 相位。 0085 基于用于进行电磁测量的三天线的相似布置显示于图 8。天线是被绝缘材料与管 壁隔开的共轴导体， 并略微穿透到管中， 充当管内部的偶极天线。天线可制造为图 8 所示的 一个紧凑的探针单元35， 其中发射天线33和两个接收天线34、 32是通过陶瓷或玻璃与金属 外壳 35 电绝缘的。设备可用于测量管内电磁波的相位和损耗， 其还可进一步扩展为测量管 内行进的电磁波的相位系数和损耗系数。 WO 200。
47、7/129897提供了如何能够使用这一设备获 得这些参数的进一步信息。 0086 在对本发明的以上描述中， 使用 光子吸收来确定湿气的密度。也可使用确定湿 气的密度的其他设备， 诸如(但不限于)文丘里管与交互关联速度测量组合、 具有不同流动 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A8/8 页 11 特性对流体密度的多个质量流量设备的组合或基于油 + 气的流体的烃组成的状态方程模 型。但是， 基于 光子吸收的密度测量是用于确定湿气的密度的优选方法。 0087 多相混合物的水分数还可通过使用以下来获得 ： US 5.135.684 中描述的双重能 量质量吸收测量、 或。
48、NO 304333中描述的电容/电感测量原理与单一能量质量吸收相结合、 或 WO00/45133 中显示的电容 / 电感测量原理与交互关联和文丘里管相结合。以上获得的 水分数测量随后可与诸如行进的电磁波的相位系数或衰减系数、 管截止频率或反射、 或管 内行进的电磁波或自管中的介质反射的电磁波的损耗或相位的反射或测量的统计计算相 结合， 以计算湿气的液体分数。图 5 和 6 中所示的设备或图 2 中所示的至少两个天线 14 的 任何组合可与测量湿气的水分数和密度的任何技术联合使用， 以获得用于确定湿气的液体 分数和流速的期望的电磁测量。 说 明 书 CN 102246008 A CN 102246014 A1/4 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102246008 A CN 102246014 A2/4 页 13 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102246008 A CN 102246014 A3/4 页 14 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102246008 A CN 102246014 A4/4 页 15 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102246008 A 。