帶有實現層析成像測量原理的測量裝置的流量測量儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定流過測量管的多相介質的流量的流量測量儀，其帶有實現層析成像測量原理的測量裝置。本發(fā)明還涉及一種用于運行這樣的流量測量儀的方法。
【背景技術】
[0002]元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))還具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解為可通過一向量描述的角動量(Drehimpuls)，并且磁矩相應地也可通過一向量來說明，其平行于角動量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏觀磁場時平行于在原子核的部位處宏觀磁場的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量圍繞在原子核的部位處宏觀磁場的向量進動。進動(Pdzess1n)的頻率被稱為拉莫爾頻率并且與磁場強度B的量成比例。拉莫爾頻率根據.Β來計算。在此，γ是旋磁比，其對于氫原子核最大。旋磁比說明了在粒子的自旋或角動量與屬于此的磁矩之間的比例因數。
[0003]測量和分析方法(其在存在宏觀磁場的情況下利用帶有磁矩的原子核的進動的特性)被稱為核磁共振測量或分析方法。核磁共振的英文術語是Nuclear MagneticResonance (NMR)。
[0004]這些測量原理的重要代表是磁共振層析成像術(Magnetresonanztomographie)(MR，或者由英文Magnetic Resonance Imaging，MRI)。通常，由進動的原子核在不同邊界條件下在傳感器線圈中感應的電氣信號被用作用于測量和分析方法的輸出量。
[0005]對利用核磁共振的測量儀的一示例是核磁式流量測量儀，其測量流過測量管的多相介質的流量并且分析介質。
[0006]對于在利用核磁共振的情況下的分析的前提條件是，介質的待分析的相可被激勵成可區(qū)別的核磁共振。該分析可包括介質的各個相的流速和多相介質的各個相的相對含量。核磁式流量測量儀例如可被用于分析從油井輸送的多相介質。該介質那么主要由原油、天然氣和鹽水這些相構成，其中，所有相包含氫原子核。
[0007]從油井輸送的介質的分析也可利用所謂的計量分離器(Testseparator)實現。其分出所輸送的介質的一小部分、使介質的各個相彼此分離并且確定介質的各個相的含量。然而計量分離器不能可靠地測量小于5%的原油含量。因為每個井的原油含量持續(xù)降低并且許多井的原油含量已小于5%，目前不可能在使用計量分離器的情況下經濟地開采這些井。為了另外還能夠開采帶有非常小的原油含量的井，需要相應精確的流量測量儀。
[0008]通常將由旋進的原子核在激勵之后在傳感器線圈中所感應的電氣信號用作用于評估的輸出量。如已實施的那樣，對于測量多相介質的前提條件是介質的各個相可被激勵至可區(qū)別的核磁共振。由介質的相的旋進的原子核在傳感器線圈中所感應的電氣信號的大小取決于在該相中每個體積元旋進的原子核的數量，相應地即取決于該相的密度，但是也取決于原子核在影響的受控制的磁場中的影響持續(xù)時間。因此，在液態(tài)相中所感應的電氣信號的大小大于在氣態(tài)相中。
[0009]對于磁共振層析成像術必需的位置信息例如通過梯度場被施加到試樣上。由于核自旋的拉莫爾頻率與磁場強度成比例，通過梯度場產生核自旋的不同拉莫爾頻率的與位置相關的分布和因此由原子核感應的電氣信號的位置相關性。
[0010]如上面已舉出的那樣，MR信號與介質的密度相關。在比較每立方米氣體、油和水的信號幅度的平均值時可確定，氣體的信號明顯不同于油和水的信號，然而在油和水的信號之間幾乎不存在區(qū)別。信號的強度可通過所謂的氫指數HI來表示。氫指數HI說明介質的氫原子相對于水的相對份額。相應地，水的輕指數為HIwassw=I。對于油和氣體的指數適用HIei=0.9-1.1而HIeas=O-0.2。借助于MR信號，相應地可很好地在一方面氣體與另一方面液體(包括水和油)之間來區(qū)分。而水和油的區(qū)分證實為困難的或非常復雜，因為MR信號的幅度幾乎無區(qū)別。
[0011]如已舉出的那樣，核磁的測量和分析方法基于該效應，即核的磁矩沿著外部施加的磁場的場線取向。這導致介質的膨脹磁化(Bulkmagnetisierung)。該磁化建立的速率通過所謂的自旋-點陣-弛豫時間T1來確定并且具有指數走勢。
[0012]另一對于核磁測量和分析方法典型的測量參數是自旋-自旋-弛豫時間T2。該時間是對在包圍單個自旋的磁場中的不均勻性的度量。
[0013]確定1\和T 2的值的機構與測試試樣的分子動力學相關。分子動力學又與分子的大小且同樣與分子間的距離相關。這些對于每個介質是不同的。相應地，不同的介質同樣具有不同的TjPT2的值。
[0014]由現有技術已知的用于表征多相介質的各個相的測量方法通過預磁化對比測量的測量方法來提供。該測量方法基于在對于多相介質的不同相的T1時間中的區(qū)別并且特別適合用于確定在試樣中的油份額和水份額以及油份額與水份額的相對比例。
[0015]多相的介質流過以恒定的磁場貫穿的路段。在此，磁場具有至少一個垂直于介質的流動方向的分量。由于磁矩在磁場中的取向與介質的相應的相相關，在磁場的作用持續(xù)時間相同的情況下引起在各個相中磁化的不同構造。磁場的作用持續(xù)時間由以恒定的磁場貫穿的路段的長度和介質的流動速度來確定。
[0016]通常，油的縱向的弛豫時間T1明顯小于水的。相應地，平行于外部磁場的油的磁化比水的建立得更快。通過預磁化段的長度的變化，油和水的信號即分別被構造成不同水平，從而由與預磁化段相關的油-水-信號比例可推出在介質中油份額與水份額的比。根據預磁化段在油信號與水信號之間的強對比提供確定介質的油-水-比(OWR)的良好可能性。
[0017]由于氣體份額的信號非常弱，該方法一方面與氣體份額無關，然而另一方面其也不適合于確定它，從而通過預磁化對比測量的測量方法不能來表征介質的所有三個相。
[0018]同樣常常運用在流量測量技術中且不基于核自旋共振(Kernspinresonanz)的另一測量方法通過電容層析成像術(英文electrical capacitance tomography, ECT)來提供。
[0019]電容層析成像術是一種由現有技術已知的用于測量和表征多相介質的方法。其通常適合于介電材料并且基于不同的材料具有不同的介電常數(Permittivitaet)的事實。
[0020]用于電容層析成像術的典型的測量裝置設計成使得圍繞測量管布置有一定數量的電極。由現有技術已知的測量裝置大多具有八個、十二個或十六個電極。
[0021 ] 在所談及的類型的測量裝置中，將激勵電壓施加到一電極上且在所有其它電極上測量感應電壓/電流，而其電勢被保持為零。對于所有存在的電極都來執(zhí)行這。以帶有八個電極的測量裝置為例，在第一步驟中，電極I用作激勵電極而電極2至8用作探測電極。在下一步驟中，電極2用作激勵電極而電極3至8用作探測電極，等等。在帶有N個電極的測量裝置中，即存在N.(N-1) /2個電極對組合且因此存在N.(N-1) /2個電容測量值，由其可構造圖像。該構造借助于評估算法(對其在此不進行詳細研宄)進行。
[0022]由于電容與在電極之間的多相介質的介電常數、即材料對于電場的通過性相關，相應地可能通過所測量的值分辨各個相的分布，因為介質的每個相具有不同介電常數。
[0023]氣體的介電常數大約為1，ε 1，油的介電常數在2與4之間，ε^~2-4，而水的介電常數大于50，￡^>50。根據這里所列舉的對于各個相的介電常數的值已能確定，將氣態(tài)的相與油相分開證實為非常困難和復雜的，因為表征這兩個相的介電常數值相差不遠、即幾乎相同。從以上闡述中，電容層析成像術證實為確定多相介質的碳氫化合物份額(其累加地由油份額和氣體份額組成)和介質的水份額的好方法。
[0024]如所闡述的那樣，上述測量方法在測量多相介質的一定特性時具有很大優(yōu)勢。然而另一方面，其也具有所示出的缺點或限制，使得確定多相介質的所有三個相不可能、不精確或者極其復雜。

【發(fā)明內容】

[0025]相應地，本發(fā)明的目的是說明一種流量測量儀和一種用于運行根據本發(fā)明的流量測量儀的方法，利用其能夠以簡單的方式可靠地來確定多相介質的所有三個相。
[0026]根據本發(fā)明的流量測量儀(在其中來實現之前所引出的和指出的目的)首先且主要特征在于，設置有至少一個另外的測量裝置并且測量裝置中的至少一個實現基于核自旋共振的測量原理。第二測量裝置可同樣實現層析成像的或者但是也可實現非層析成像的測量原理。
[0027]相對于由現有技術已知的流量測量儀，根據本發(fā)明的流量測量儀的優(yōu)點在于可能確定多相介質的所有三個相的流量，而不必將各個相分開。由此顯著減小了對于確定流過測量管的多相介質的流量必需的耗費。
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