用于負責說明溶解氣體的多相流計量的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于負責說明溶解氣體的多相流計量的系統(tǒng)和方法。一種用于計量流體流動的系統(tǒng)，包括用于接收多相流體的可振動的流管.驅動器配置成用于使流管振動.一對傳感器定位成用于檢測流管上不同位置處的流管的運動.壓力傳感器和溫度傳感器定位成用于測量流體的壓力.一個或多個處理器配置以利用傳感器信號間的相位差來確定通過流管的流體流率.所述一個或多個處理器進一步配置以利用多相流體中的壓力、溫度和多種液體的相對量來確定多相流體中的溶解氣體量。
【專利說明】
用于負責說明溶解氣體的多相流計量的系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明通常涉及一種計量儀，更具體地涉及一種適用于測量多相流體的科里奧利 計量儀(Coriolis flowmeter)。
【背景技術】
[0002] 各種不同的計量儀在工業(yè)中用于提供關于多相流體的流率的信息。計量的流體可 包括液體和氣體的混合物。這種情況在油氣工業(yè)中通常會遇到，其中所產生的流體通常為 油、水和氣的混合物。然而，在其他工業(yè)同樣也會遇到需要計量多相流體的情況。
[0003] -種類型的計量儀為科里奧利計量儀?？评飱W利計量儀包括電子發(fā)送器和可振動 的流管，待測流體可以在流管中流過。發(fā)送器通過向一個或多個驅動器發(fā)送驅動信號維持 流管振動，并且基于來自一對用于測量流管運動的傳感器的信號測量計算。設備的物理特 性指示科里奧利力沿著傳感器之間的流管段作用，從而引起大致為正弦傳感器信號之間的 相位差。該相位差大致與通過流管測量段流動的流體質量流率成比例。因此，相位差提供了 通過流管流動的流體質量流量(mass flow)測量值的基礎?？评飱W利計的流管振蕩的頻率 隨著流管中過程流體的密度而變化。頻率值可以從傳感器信號中提取(例如通過計算連續(xù) 過零值之間的時間延遲），從而流體密度還可以通過分析傳感器信號獲得。
[0004] 科里奧利計在各種不同的工業(yè)中廣泛使用。直接測量質量流量在頻率方面優(yōu)于基 于體積的測量，因為其中材料的密度和/或體積會隨著溫度和/或壓力而變化，而質量不受 影響。這在油氣工業(yè)中特別重要，其中能量含量以及由此的產量值是質量的函數(shù)。術語"凈 油"用于油氣工業(yè)中用以描述三相或液流(油/水）內的油的流率。油氣工業(yè)中常見的目標是 確定多個油井中每個油井生產的凈油，因為該信息當做出影響油氣田生產量的決定時和/ 或優(yōu)化油氣田產量的決定時非常重要。
[0005] 在液流中包含氣體會在科里奧利計的質量流量和密度測量值中引入誤差。實驗室 實驗可以用于表征(characterize)質量流率和密度誤差是如何與其他參數(shù)相關聯(lián)的，例如 所觀測的流率以及所觀測的與純凈流體相比密度的降低。這些實驗可以用于開發(fā)一種以經 驗為依據(jù)的模型，該模型提供了對于包含氣相和液相的多相流相關的某些誤差的修正。這 些基于經驗的修正會導致現(xiàn)場操作的科里奧利計性能改善。關于使用科里奧利計計量多相 流體的其他細節(jié)在美國專利 US6，311，136; US6，505，519; US6，950，760; US7，059，199; US7， 313，488; US7，617，055以及US8，892，371中提供，其內容在此全部引入作為參考。
[0006] 本發(fā)明人做出了多種適用于科里奧利計領域和凈油氣測量領域的改進，如下將進 行詳細說明。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的一個方面為一種測量流體流的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可振動的流管，用于接 收多相流體流。驅動器配置成用以使流管振動。一對傳感器定位成用以檢測流管上不同位 置處的流管的運動并且輸出指示所檢測的運動的傳感器信號。壓力傳感器定位成用以測量 多相流體的壓力。溫度傳感器定位成用以測量流體的溫度。一個或多個處理器配置成用以 接收傳感器信號，確定傳感器信號之間的相位差，并且使用所確定的相位差來確定通過流 管的流體流率。所述一個或多個處理器進一步配置成用以接收壓力傳感器中指示流管中多 相流體壓力的信號，接收來自溫度傳感器指示流管中多相流體溫度的信號，接收來自計量 儀指示多相流體中多種不同液體相對量的信號；并且利用多相流體中的壓力、溫度和多種 液體的相對量來確定多相流體中的溶解氣體量。
[0008]本發(fā)明的另一個方面是一種計量流體流的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可振動的流管，用于 接收包括多種液體和氣體的多相流體。驅動器配置成用以使流管振動。一對運動傳感器定 位成檢測在流管上不同位置的流管運動，并且輸出指示所檢測運動的傳感器信號。壓力傳 感器定位成用以測量多相流體的壓力。溫度傳感器定位成用以測量流體的溫度。該系統(tǒng)具 有一個或多個處理器，配置成用于接收壓力傳感器中指示流管中多相流體壓力的信號，接 收溫度傳感器中指示流管中多相流體溫度的信號，接收計量儀中指示多相流體中多種不同 液體相對量的信號，并且使用多個輸入和不同液體的流體流動速率之間的映射(mapping) 確定多種不同液體中每一種的流體流動速率。輸入包括:運動傳感器信號之間的相位差、運 動傳感器信號中的至少一個的頻率、來自溫度傳感器的信號、來自壓力傳感器的信號、以及 來自計量儀指示多種不同液體相對量的信號。所述映射負責說明（account f or)氣體在多 種不同液體中的溶解性。
[0009] 本發(fā)明的另一方面是凈油氣橇塊(net oil and gas skid)，其用于表征來自一個 或多個油井的輸出。凈油氣橇塊包括可振動的流管，流管用于接收來自一個或多個油井的 多相流體。驅動器配置成用以使流管振動。一對傳感器定位成檢測在流管上不同位置的流 管的運動，并且輸出指示所檢測運動的傳感器信號。溫度傳感器定位成以測量多相流體的 溫度。壓力傳感器定位成用以測量多相流體的壓力。凈油氣橇塊包括含水量儀，含水量儀適 于測量多相流體中油和水的相對量。一個或多個處理器配置成用于接收傳感器信號，確定 傳感器信號之間的相位差，并且使用所確定的相位差來確定通過流管的流體流率。所述一 個或多個處理器進一步配置成用于接收來自含水量儀指示多相流體中油和水相對量的信 號，使用傳感器信號確定流管中多相流體的密度，并且使用多相流體的溫度和壓力確定多 相流體中溶解氣體的量。
[0010] 本發(fā)明的另一個方面是一種計量多相流體流的方法。該方法包括當多相流體流動 通過流管時使流管振動。一對傳感器用于檢測在流管上的不同位置處流管的運動?；趤?自傳感器的信號之間的相位差確定流率。測量多相流體的溫度和壓力。測量多相流中多種 不同液體的相對量。使用流體的溫度和壓力確定多相流體中的溶解氣體的量。
[0011] 本發(fā)明的另一方面是一種確定質量流率以及密度誤差修正以補償與通過科里奧 利計的多相流體流相關的誤差的方法。該方法包括：（i)使多相流體流動通過科里奧利計； ii)使用參考計量儀測量多相流體中的液體量和總的氣體量;并且（iii)記錄科里奧利計對 多相流體的響應。通過改變多相流體中氣體和液體的相對比例而改變多相流體的組分，并 且重復步驟（i)-(iii)以產生表征科里奧利計對多相流體響應的經驗數(shù)據(jù)。氣體溶解性模 型用于確定隨著多相流體流動通過科里奧利計總氣體中有多少氣體呈自由氣體的形式。科 里奧利計的響應與多相流體中的由氣體溶解性模型確定的自由氣體量映射，從而獲得質量 流率和密度修正值。
[0012] 其他目標和特征將部分地很清楚，并且部分地此后指出。
【附圖說明】
[0013] 圖1為科里奧利計量儀一個實施例的透視圖；
[0014] 圖2為圖1中所示科里奧利計量儀的側視圖；
[0015] 圖3為科里奧利計量儀處理器一個實施例的示意圖，表示了其輸入和輸出；
[0016] 圖4為一種用于產生與通過科里奧利計量儀流動的多相流相關的基于經驗數(shù)據(jù)的 系統(tǒng)一個實施例的示意圖；
[0017] 圖5為一種用于產生與通過科里奧利計量儀流動的多相流相關的基于經驗數(shù)據(jù)的 系統(tǒng)另一個實施例的示意圖；
[0018] 圖6為用于來自當計量油和水的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了驅 動增益相對歸一化(nominal)氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表；
[0019] 圖7為用于來自當計量油和水的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了密 度降相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表；
[0020] 圖8為用于來自當計量油和水的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了質 量流率誤差相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表；
[0021] 圖9為用于來自當計量油和水的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了密 度誤差相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表；
[0022] 圖10為用于來自當計量氣體和油的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了 驅動增益相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表，這會引起實際GVF與歸一化的GVF顯著不 同；
[0023] 圖11為用于來自當計量氣體和油的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了 密度降相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表，這會引起實際GVF與歸一化的GVF顯著不同；
[0024] 圖12為用于來自當計量氣體和油的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了 質量流率誤差相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表，這會引起實際GVF與歸一化的GVF顯 著不同；
[0025] 圖13為用于來自當計量氣體和油的混合物時的科里奧利計的一組數(shù)據(jù)的、示出了 密度誤差相對歸一化氣體體積分數(shù)(GVF)的圖表，這會引起實際GVF與歸一化的GVF顯著不 同；
[0026] 圖14為示意圖，表示一種用于獲得多相流率以及科里奧利計密度修正的系統(tǒng)的實 施例；
[0027] 圖15為示意圖，表示一種用于訓練(training)和使用神經網(wǎng)絡獲得多相流率和科 里奧利計密度修正的方法實施例；
[0028] 圖16為示意圖，表示一種用于獲得多相流率以及科里奧利計密度修正的系統(tǒng)的另 一個實施例；
[0029] 圖17為示意圖，表示一種用于訓練和使用神經網(wǎng)絡獲得多相流率和科里奧利計密 度修正的另一個方法示意圖；
[0030] 圖18為表示壓力、溫度和溶解氣體-油比率(Rs)之間關系的圖表；
[0031] 圖19為表示壓力、溫度和形成的體積因子(Bo)之間關系的圖表；
[0032]圖20為凈油氣橇塊的一個實施例的前視圖，其包括圖1和2的科里奧利計量儀； [0033]圖21為圖20所示凈油氣橇塊的側視圖；
[0034]圖22為圖20和21中所示凈油氣橇塊中流調節(jié)器的一個實施例示意圖；
[0035]圖23為示意圖，表示包括圖20和21中所示凈油氣橇塊合并緊湊分離系統(tǒng)的一個實 施例，從而有助于采用較高的GVF計量流體。
[0036] 相應的參考標記指示整套附圖相應的部件。
【具體實施方式】
[0037] -種科里奧利計量儀實施例，整體上表示為215,在圖1和2中示出。計量儀215包 括:一個或多個導管18、20(也被稱為流管）；一個或多個驅動器46a、46b，用于驅動導管的振 動；以及一對運動傳感器48a、48b，用于產生指示導管振動的信號。所示實施例中，具有兩個 導管18、20，兩個驅動器46a、46b和兩個運動傳感器48a、48b，并且驅動器和運動傳感器置于 導管之間，從而每個驅動器和運動傳感器對于兩個導管均可操作。然而可以理解的是，科里 奧利計量儀可以僅有一個單獨的導管和/或具有一個單獨的驅動器。還可以理解的是，導管 可以具有有別于所示實施例中導管18、20的配置。
[0038]如圖1和2所示，計量儀215被設計插入管線(沒有示出）中，管線有一個較小的截面 被移除或者被預留，以便為計量儀提供空間。計量儀215包括用于連接到管線的安裝法蘭 12,還包括中心總管分路接頭16,所述總管分路接頭支撐兩個平行的平面回路18和20,這些 回路垂直于管線定位。驅動器46a、46b和傳感器48a、48b附接在回路18和20的兩端之間?；?路18、20相對兩端上的驅動器46a、46b由數(shù)字控制器(沒有示出）采用幅值相同相位相反的 信號電流（即反相180°的電流)激勵，從而使得回路18、20的直線段26圍繞其共面垂直等分 線56旋轉（圖2)。重復反轉（例如，正弦控制）提供給驅動器46a、46b的激勵電流使得每個直 線段26能夠經受振蕩運動，掃過(sweep out)水平面關于回路對稱軸線56的蝴蝶結形狀?；?路18、20的在下部圓化轉彎38和40處的整個橫向漂移較小，對于直徑為1英寸的管道兩英尺 長直線段26大約為1/16英寸。振蕩頻率典型地為大約80-90赫茲，盡管根據(jù)流管的尺寸和配 置頻率可能會發(fā)生變化。
[0039]定位傳感器48a、48b從而檢測流管上不同位置處的流管的運動，并且輸出指示被 檢測運動的傳感器信號。正如本領域技術人員理解的，科里奧利效應引起兩個傳感器48a、 48b之間的相位差，其通常與質量流率成比例。同樣地，回路18、20的諧振頻率作為其中流動 通過的流體密度的函數(shù)而變化。因此，通過分析傳感器48a、48b的信號可以測量質量流率和 密度?？评飱W利計215具有處理器101(圖3)，處理器配置成用于接收來自傳感器48a、48b的 傳感器信號，確定傳感器信號之間的相位差，并使用所確定的相位差來確定通過流管的流 體流率。處理器101還被配置成用于確定一個或多個傳感器信號的頻率，并使用所確定的頻 率確定流管中流體的密度。
[0040]對基本測量值可以施加各種不同的修正值，基本測量值來自傳感器48a、48b信號 之間的相位差和頻率。例如，多相流引入流管上較高的可變阻尼，為單相條件下三個數(shù)量級 幅值之多。另外，多相流條件下產生的質量流率和密度測量值具有很大的系統(tǒng)和隨機誤差， 由此可以由處理器101確定和實施修正算法。其他關于科里奧利計量儀操作的細節(jié)在美國 專利 US6,311，136;US6,505,519;US6,950,760;US7,059，199 ;US7，188,534;US7,614,312; US7，660，681以及US7，617，055中提供，其內容在此全部引入作為參考。
[0041] 正如下面更詳細描述的，處理器101適于配置應用修正，其是由溶解氣體對科里奧 利計測量值影響帶來的。另外，處理器101適于配置成用于確定通過流管流動的流體中溶解 氣體量。說明溶解氣體效應和/或測量溶解氣體量的能力在很多不同類型的工業(yè)中很重要。
[0042] -個很重要的關心溶解氣體的工業(yè)是油氣工業(yè)。典型地，油罐內的高壓會引起大 部分或者所有氣體溶解在油相內。在沸點壓力以上，所有氣體溶解。隨著每個提取過程段石 油流體壓力降低，氣相逐漸從油相釋放變成自由氣體。然而，油相通常保持飽和含有溶解氣 體，其數(shù)量隨著壓力和溫度條件以及所關心的特定油氣的易混合性而變化。因此，隨著溫度 和壓力條件在整個提取過程變化，自由氣相和溶解氣相之間存在很大的交換。油氣工業(yè)中 的標準是在標準溫度和壓力條件下報告流率，從而提供持續(xù)的測量值而不管操作條件如 何。在標準雜件下，近乎所有氣體都是自由氣體，基本上沒有溶解氣體。
[0043]然而，溶解氣體對科里奧利計來說很大程度上是近似不可見的。如果具有溶解氣 體但沒有自由氣體的液體通過科里奧利計，如下被觀測到：
[0044] (i)包含溶解氣體的液體密度接近沒有溶解氣體的純液體密度。標準石油工業(yè)模 型存在用于預測與溶解氣體相關的密度變化，其通常在數(shù)值上會減少，并且通常被稱為膨 脹系數(shù)。液體密度的該變化與相當?shù)挠秃妥杂蓺怏w混合物密度相比通常較??；
[0045] (ii)包含溶解氣體的液體質量流量為液體和氣體流質量流量之和，但是在油氣工 業(yè)中通常會遇到的壓力處，溶解氣體的質量與液體質量比較起來往往非常低;并且
[0046] (iii)保持流管振蕩所需的驅動增益(這里用于指的是驅動電流(amp)和傳感器信 號電壓(v)之間的比率)指示用于保持流管振蕩需要的能量。當純液體或純氣體流過流管 時，驅動增益比較低，但是遠遠高于當多相流體處于流管時(通常高兩個數(shù)量級）。甚至最小 程度的將自由氣體與液體混合，都會引起驅動增益快速增加，從而使得其在檢測是否存在 自由氣體時成為一個關鍵測量值。然而，存在溶解氣體而不存在自由氣體情況下，驅動增益 沒有顯著上升。
[0047] 因此，來自科里奧利計的質量流量和密度測量值不會顯著地受到存在溶解氣體的 影響，因為這些測量值中的誤差與那些由相同液體與等體積自由氣體混合引起的誤差相比 比較小，甚至可以忽略。相應地，傳統(tǒng)科里奧利計量儀消除溶解氣體效應因為其可被忽略并 且不會試圖確定流體中溶解氣體量。
[0048] 盡管溶解氣體存在，其中及自身不會影響科里奧利計的性能，但是溶解氣體實際 上為多相流過程中科里奧利計的重要誤差來源。這是因為修正說明了由現(xiàn)有技術中的科里 奧利計測量的流體中的多相的存在主要使用基于經驗的模型。盡管這些模型有限使用物理 模型，例如對于壓力和溫度修正氣體密度，它們不能負責說明（account for)溶解氣體。已 經確定當應用在其中油相中的氣體溶解度有別于當采集模型數(shù)據(jù)時的溶解度的條件下時， 這可以在修正的流體速率中引入極大的誤差。
[0049] 這里所述的科里奧利計215解決了該問題。對溶解氣體量建?；蛘哂梢阎囊合?和氣相物理特性連同觀測到的溫度和壓力條件預測溶解氣體量。大量標準石油工業(yè)模型提 供了氣體溶解度的預測值以及流體密度的相應變化。一個這樣的實例在M. E . Vasquez和 H.D.Beggs于1980年6月在JPT968-70上發(fā)表的"用于流體物理特性預測的相關性"。另一個 選擇是使用黑色原油模型，其提供了基于氣相、油相和水相的堆積特性的PVT計算。該模型 對于油氣生產應用來說很實用，其中由于段塞流動(slugging)或操作條件的變化大量流體 組分會快速改變?？梢圆捎媒M分模型替代，并且對于具有固定組分的應用或者在線組分測 量很合適，例如醫(yī)療應用。
[0050] 溶解氣體的影響在模型開發(fā)過程中被考慮在內，通常是基于實驗室實驗過程中采 集的數(shù)據(jù)來完成。這里開發(fā)物理模型來預測多少氣體已經溶解，而僅殘留的自由氣體被用 于開發(fā)對科里奧利計或其他計量儀(例如含水量儀）中多相行為的、基于經驗的修正。正如 所示，這會產生多相模型，從而產生對質量流量和密度更一致的修正?？紤]溶解氣體的第二 區(qū)域在實時操作過程中，其中適當?shù)娜芙鈿怏w模型包含在內，從而可以估計和由計量儀報 告整個氣體流（自由氣體+溶解氣體）。
[0051] 因此，這里所述科里奧利計215的一個優(yōu)點在于可以在包含易混合氣體的多相流 過程中提供更好的流率和密度測量值，這是因為其改進了為多相流過程中的原始流率和原 始密度測量值提供修正的能力。科里奧利計215的另一個優(yōu)點在于其產生溶解氣體測量值， 從而使得更容易在油氣工業(yè)標準條件下報告流率，并且在其他應用中這也是期望的。對于 任意特定計量儀來說沒有必要獲得全部這兩項優(yōu)點。例如，測量計可以使用這里所述的技 術提供改進的流率和密度測量值，而不需要確定和/或不輸出溶解氣體測量值，反之亦然， 這不會偏離本發(fā)明的保護范圍。
[0052] 多相流修正模型
[0053] 由經驗數(shù)據(jù)推導的模型使得科里奧利計215能夠提供對原始質量流率和原始密度 測量值的修正，這可以解釋多相流對計量儀的效果。通過使得科里奧利計處于多相流條件 的范圍開發(fā)模型，從而記錄和模型化其質量流量和密度誤差。這里參考油、水和氣體描述模 型，從而提供詳細的實例，但是可以理解的是，相同的過程可以采用不同的材料。
[0054]采用多種方式指定油、水和氣體的三相混合物。一種方式是指定油、水和氣體組分 的質量流量。這里油和水流將采用kg/s說明，而氣體流動速率(這里考慮處于低操作壓力 下)將采用g/s說明。另一種指定油、水和氣體三相混合物的方式是指定油和水的總液體流 率(通常采用kg/s)、含水量(在百分之零和百分之百之間）以及氣體體積流量分數(shù)或GVF(從 百分之零升到百分之五十以及超過百分之五十）。當每個相的密度隨著溫度和壓力條件是 已知的，在各相之間沒有滑移(slip)，其直接從這些指定中的一種轉換為另一種。當具體指 定最終結果的準確度時，第一說明（每種相位的質量流量)是方便的，而后面的說明（液流/ 含水量/GVF)對于描述實驗條件更方便，特別是開發(fā)模型過程中。氣體和純油的兩相流可以 被認為是三相流的特殊情況，其中含水量為零。類似地，具有純水的氣體的兩相流可以被認 為三相流的另一種特殊情況，其中含水量為百分之百。
[0055]圖4表示用于開發(fā)多相流過程中科里奧利計質量流率和密度誤差的基于經驗模型 的試驗裝備。測試中的科里奧利計并入凈油氣橇塊121中，其包括如上說明的科里奧利計 215,以及包括定位成用以測量流管中流體的壓力的壓力傳感器、定位成用以測量流管中流 體的溫度的溫度傳感器、以及定位成用以測量流體的含水量的含水計。分離器系統(tǒng)131提供 分離的水流和油流，而液氮罐133用于提供與液體混合的氣體，從而制成多相流。每個相在 被合并和通過橇塊121之前通過一套單獨的相計量儀141中的一個單獨測量。對于每個執(zhí)行 的試驗，對于期望的油、水和氣流率度建立穩(wěn)定的條件，然后將來自計量儀141的單個相參 考測量值與橇塊121的輸出比較，在整個試驗的持續(xù)過程中平均化。
[0056]在一個更簡單的可替換布置中（圖5)，不會分離油和水。根據(jù)是否增加或降低含水 量，含水量在離線程序中通過將計算的當前油/水混合物的體積替換為純水或者純油而選 定。僅當新的含水量為〇%或者100%的情況下，必須替換整個體積的液體。一旦已經建立了 期望的含水量，那么采用一定范圍的流率和GVF設置執(zhí)行一系列試驗，其中通過連續(xù)混合存 儲槽將含水量保持為常量。當需要新的含水量，重復離線程序。
[0057] 模型開發(fā)中溶解氣體的效能
[0058]與現(xiàn)有技術開發(fā)的用于科里奧利計的模型相比，計算GVF和質量流量以及密度誤 差不依賴于沒有氣體溶解到液體混合物中的假設。
[0059]所使用的特定油、水和氣體之間的相互作用會導致一定比例的氣體溶解到液體混 合物中。然而，氣體的可溶解性可以改變。例如，相比起水中，石油氣更容易溶解到油中，這 就意味著含水量影響相關于油/水混合物的氣體溶解度。較低含水量的情況下（例如，純油 連續(xù)流，其中混合物/乳液由油中含有水滴構成），比起較高含水量的情況(例如，純水連續(xù) 流，其中混合物/乳液由水中含有油滴構成），氣體更容易溶解到溶液中。非常高含水量的情 況下，極少或者沒有氣體進入溶液。
[0060] 圖6-13的數(shù)據(jù)對比了極其類似的液體質量流量和GVF條件下，有氣體溶解到液體 中和沒有氣體溶解到液體中的情況下，相同的80毫米直徑的科里奧利計的性能。產生這些 數(shù)據(jù)的試驗壓力相對較低(300kPa_500kPa絕對值），這就意味著通?？紤]氣體密度可忽略， 因為相比于液體密度來說其相對較小。操作溫度近似為40°C。已知，多相流混合物對科里奧 利計的影響當流體粘度非常高時被降低(氣體和液體在流管內的相對運動被減少）。然而， 該試驗中，油的粘度過低從而不能阻止多相流對科里奧利計的影響。
[0061] 圖6-9分別表示實驗過程中科里奧利計的驅動增益、密度降低、質量流量誤差以及 密度誤差，其中含水量被保持在穩(wěn)定的大約100% (即，沒有油），氣體孔隙組分通過改變與 水混合的氣體量而變化。該試驗中極少的氣體能夠溶解到液體中，因為高含水量以及如下 事實，即該特定氣體基本上不能溶解于水中。各種情況下X軸表示多相混合物的歸一化GVF 值，即科里奧利流管壓力和溫度條件下體積表示的氣體百分比，假定所有入射到液體流中 的氣體保持自由，沒有任何氣體溶解。現(xiàn)有技術中固有的默認假設在于所有入射到液體中 的氣體（由參考氣體計量儀測量），在多相混合物中保持為自由氣體，并且由此對多相混合 物的歸一化GVF有貢獻。圖6-9中不同液體流率、含水量或計量儀操作的其他條件之間沒有 表現(xiàn)出差異。該數(shù)據(jù)表示當自由氣體添加到液體中時科里奧利計期望的性能。
[0062] 驅動增益（圖6)在拉格朗日刻度上顯示，并且表示保持流管振蕩所需要的能量的 量。由于可使用驅動增益各種定義，這里所使用的表達如下：
[0063] 驅動增益=(驅動電流(amps))/(傳感器電壓(v))
[0064]在零值歸一化GVF處驅動增益數(shù)值有很大的范圍。其中一些是在參考氣體供應已 經在一系列實驗過程中被去掉之后，液體中仍然存在邊際數(shù)量的氣體引起的。然而在零值 歸一化GVF和非零值歸一化GVF之間的驅動增益仍然有清晰的界限。除了兩個點之外，所有 的非零值GVF點比所有的零值GVF點的驅動增益都高。數(shù)據(jù)非常粗略的表示出驅動增益中數(shù) 量級（即，10的倍數(shù))增加，從任意自由氣體開始。更通常地，盡管對于不同的流管設計、流管 取向和其他因素來說，驅動增益的準確數(shù)值會顯著地改變，當與液體混合的自由氣體通過 科里奧利計時，驅動增益的一個較大增長通常會被觀測到。
[0065] 如圖7所示為密度降。這里密度降如下定義：
[0066] 密度降= (Pf-pa)/pfX100%
[0067] 其中pf為根據(jù)含水量僅是水和油的混合物情況下液體的密度，paS科里奧利質量 計量儀產生的明顯的或觀測到的密度。注意到當所觀測的密度讀數(shù)降落到流體密度之下 時，通常所示密度降為正。正如所期望的，零值GVF處的密度降同樣也是零，但是隨著GVF從 零開始增加，密度降快速升高，表示自由氣體的存在引起所觀測密度讀數(shù)的下降。
[0068] 圖8和9表示科里奧利計的質量流量和密度誤差，確定如下：
[0069] 密度誤差= (pa-pm)/pmX100%
[0070]質量流量誤差=? -吮J，< x 100〇/〇w
[0071] 其中Pm為計算的真實的多相混合物密度，力"為真實的多相混合物質量流量，為 科里奧利質量計量儀上顯示的質量流率。
[0072] 質量流量和密度誤差從零值GVF的零點開始表現(xiàn)出非常廣泛類似的特性，并且在 向外傳播之前快速降低到很低但是非零值GVF，從而形成一個更廣范圍的誤差。
[0073] 圖10-13表示對于GVF和體積流率的相同范圍下但是含水量低（即油連續(xù)流）的情 況，用于相同計量儀的驅動增益、密度降、質量流量誤差和密度誤差的相應特性，其會引起 在被注射之前由參考氣體計測量的一些氣體在到達科里奧利計之前溶解入液體之中。各種 情況中，x軸表示歸一化GVF，假定所有由參考氣體計測量的氣體保持自由，并且不會進入溶 液中。
[0074] 圖10中，與圖6相比，在零GVF值和稍微高于零GVF值的驅動增益值之間不再清晰區(qū) 分。然而，當歸一化GVF超過大約8%，驅動增益一致性地高于在零值GVF處觀測到的數(shù)值范 圍。這就指示一些氣體必須進入溶液中，因為自由氣體對驅動增益的影響對較低粘度的流 體總是很顯著。特別是，其表現(xiàn)出當歸一化GVF大約8%或者更少的情況下幾乎所有氣體進 入溶液中。
[0075] 圖11中，（與圖7比較），歸一化GVF從百分之零增加到大約百分之五，密度降可忽 略。密度降不會始終處于零之上，直到大約10%歸一化GVF。因為密度降是基于純流體密度 推導的，該圖表示對于上至大約5%歸一化GVF，所報告的混合密度與純液體的相同。這同樣 指示至少部分氣體進入溶液中。
[0076] 圖12中，（與圖8比較），對于上至大約5%的低歸一化GVF，質量流率誤差接近零，并 且僅當歸一化GVF超過大約15%，相應的質量流量誤差始終小于零。再次，這就指示至少一 些氣體進入溶液中，并且流動通過科里奧利計時不是自由氣體。
[0077] 然而，特性的最大區(qū)別在密度誤差（圖13,與圖9相比）中示出，其中液體/氣體混合 物的密度誤差對于小于大約8%的歸一化GVF始終為正值，并且密度誤差僅對于超過大約 20%的歸一化GVF始終為負值。很清楚，如果將氣體溶解到液體中，與歸一化的混合物密度 相比，這會引起密度測量值的正向轉移，其中假定所有氣體是自由的。因此，再次，該結果指 示一些氣體隨著流動通過科里奧利計而溶解。
[0078] 整體而言，對該特定試驗設置來說，圖6-13所示的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出科里奧利計量儀對 一方面具有接近100%含水量的多相流和另一方面對具有接近0%含水量的多相流的響應 存在明顯不同，其中在接近100%含水量的多相流體中，氣體基本上與液體不能融合，并且 任意非零值歸一化GVF對科里奧利計的性能有影響(例如增加的驅動增益和密度降，以及負 的質量流量和密度誤差），在接近0 %含水量的多相流體中，氣體不可溶解，并且其中對于上 至大約5%的歸一化GVF，對密度降和質量流量誤差存在受限影響的或者沒有影響?；旧?， 科里奧利計簡單的不能檢測或響應溶解到液體中的氣體。另外，結果顯示，在開發(fā)基于經驗 的質量流率和密度修正值期間，歸一化GVF和實際GVF之間的差異會將誤差引入基于經驗的 質量流率和密度修正值(通過使用試驗開發(fā)），并不解決與溶解氣體相關的問題。
[0079] 相應地，為了解決這一問題，由已知的液相和氣相的物理特性，連同觀測到的溫度 和壓力條件對溶解氣體量建模。大量的油工業(yè)模型提供了對氣體溶解度以及由此引起的流 體密度變化的估計，例如，M. E. Vasquez和H. D. Beggs于1980年6月發(fā)表在JPT968-70上的"用 于流體物理特性估計的相關性"。這里所述的結果基于黑油模型，其提供了基于氣相、油相 和水相的大量特性的PVT計算。該模型對于油氣生產應用來說很實用，其中由于段塞流動以 及操作條件的變化大量流體組分會快速改變。具有相同方法論的組分模型可以采用，并且 適于具有固定組分的應用或者在線組分測量，例如醫(yī)療應用。
[0080] 因此，當對于科里奧利計開發(fā)基于經驗的質量流率和密度修正值時，替代使用歸 一化GVF，流動通過科里奧利計的自由氣體水平基于總氣體流和總氣體溶解性模型的參考 測量值計算。然后可以對科里奧利計對自由氣體的響應更好地建模，從而使得與自由氣體 相關的質量流率和密度誤差的修正值更準確。
[0081] 可以采用給定的一組輸入(例如，傳感器信號之間的相位差、流管振動頻率、溫度、 壓力、驅動增益等)與一組輸出（例如，修正的質量流率和修正的密度)之間的映射形式來實 施對于科里奧利計的經驗質量流率和密度修正。例如，可以使用神經網(wǎng)絡。通常對神經網(wǎng)絡 的這些輸入基于可提供給計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過原始測量值或者基于這些測量值的計算。 選定輸入從而提供關于輸出的光滑連續(xù)的輸入。對于氣體-液體混合物的常用神經網(wǎng)絡設 計如圖14所示。注意到兩個分立的神經網(wǎng)絡用于質量流率修正和密度修正，通過針對神經 網(wǎng)絡的框中的水平線在圖14中表示。一種用于訓練(training)和使用該神經網(wǎng)絡從而用于 不溶解流體的實例在圖15中描勾畫出。每個步驟中使用的公式在表2中定義，在該說明書具 體實施方式部分的末尾給出。對于不溶解流體(例如其中液體主要為水），相質量流率對于 標準條件和實際條件是相同的。
[0082] 當氣體溶解到液體中，可以使用相同的神經網(wǎng)絡設計聯(lián)合PVT模型。例如，黑油模 型使用互相關聯(lián)性(correlations)或者表格數(shù)據(jù)從而估計溶解氣體量和不同溫度以及壓 力處的密度變化。例如，雖然還可以替代地使用其他互相關聯(lián)性，原處的自由氣相密度可以 使用AGA8模型確定。
[0083]對黑油模型很多互相關聯(lián)性可用。一個實例是巴斯克斯模型(vazquez model)。黑 油模型中的關鍵參數(shù)為：
[0084] (i )P。, sc，pw, sc，Pg, sc-標準液體、氣體和水的密度，用于確定流體。這是計量儀常用 的輸入數(shù)據(jù)。這些密度從計量儀輸入標準溫度轉換到互相關聯(lián)性所使用的60°F。
[0085] (ii)GOR，氣-油比率，為標準條件下氣體與油生產率比的測量值。這由一段時間內 分離的氣相和液相上的表面測量值獲得。
[0086] (iii )Rs，溶解氣體-油比率，負責說明溶解到的油中氣體的體積?？梢灾匦掳才旁?關系從而預測沸點壓力。在低于沸點壓力的壓力處存在自由氣相。在高于沸點壓力的壓力 處，氣體處于飽和狀態(tài)并且溶解量受到G0R的限制。
[0087] (iv)Bo,形成體積因子，調整用于溶解氣體的油密度。由于溶解氣體的存在，油更 輕，即使在較高壓力下也是如此。
[0088] (v)Rw和Bw為類似的因子，負責說明氣體溶解在水中。比起油，氣體更不容易溶解 于水中，并且通常在科里奧利應用中被忽略。
[0089] 模型適當?shù)匕瑲怏w可溶解性調整因子，允許模型被調整從而負責說明實際上石 油流體并不總是以相同方式表現(xiàn)的事實。運行多個試驗以改善用于特定一組石油流體的模 型的調整。可替換地，有時候油氣工業(yè)中已知什么調整因子對于特定油井或區(qū)域的流體良 好地起作用。適當?shù)恼{整因子可以基于該工業(yè)知識被輸入。調整因子可以設定到歸一值 1.0,其與重原油典型特性匹配。當調整因子設定為零，模型變成不可溶解模型。調整因子可 以配置為含水量的函數(shù)。商業(yè)物理特性計算包，例如施耐德電氣SimSci? PIPEPHASE，可以 用于獲得多相流體的全部特性。
[0090] -種易混合流體神經網(wǎng)絡模型的實例如圖16中所示。一種訓練和使用該神經網(wǎng)絡 的方法實例在圖17中勾畫出。該方法通常對應圖15指出的方法，但是存在與包含溶解氣體 計算相關的不同。與易混合流體神經網(wǎng)絡相關的公式在表3中列出。
[0091] 基于互相關聯(lián)性的簡化的參數(shù)模型或者查詢表可以建成到在線多相計量儀中。例 如，圖18示出了表明在標準油氣密度情況下計算出的Rs參數(shù)隨壓力和溫度變化的曲線。這 些曲線表示隨著壓力增加溶解氣體量增加，但是隨著溫度增加溶解氣體量減少。類似地，如 圖19所示，作為溫度和壓力函數(shù)，可以獲得用于Bo的曲線?？紤]到調整因子(CRs)之后，飽和 氣體的油密度隨著溫度和溶解氣體的增加而減少，從而引起B(yǎng)o增加。
[0092] 溶解氣體模型適用于多相流體的經驗質量流率和的密度修正值開發(fā)過程中，這樣 比在傳統(tǒng)技術中的輸入更準確。例如，一組計算在詳細說明的末尾在圖表4中再現(xiàn)。這些實 例計算中一些事情比較突出。例如，利用氣體溶解性模型計算的液體密度和GVF與歸一化數(shù) 值明顯不同。盡管流體密度的歸一化數(shù)值為830.3kg/m 3,利用氣體溶解性模型估計的實際 液體密度僅為825.3kg/m3。這一點由科學理解所證實，即油中包含溶解氣體將降低油的密 度(例如，按照表4中數(shù)據(jù)從797.5kg/m 3到大約791.7kg/m3)。采用氣體溶解性模型估計的實 際GVF(11.7 % )同樣比歸一化GVF(18.3 % )百分比低得多。這與圖6-13中的數(shù)據(jù)一致，指示 至少一些氣體確實實際上已經在實驗室中的三相流試驗期間溶解在油中。
[0093] 相應地，針對多相流體的質量流率和密度相關性可以采用這里所述的技術改善。 因此，科里奧利計215適于配置成利用負責說明溶解氣體效應的映射(例如，與氣體溶解性 模型結合使用的神經網(wǎng)絡)來確定油、水、和/或氣的質量流率，和/或密度。這就使得科里奧 利計量儀在多相流體中提供更準確的質量流率和/或密度讀數(shù)。
[0094]使用一組特定的包含來自石油工業(yè)的油、水和氣的多相流來產生圖6-13的數(shù)據(jù)。 可以理解的是，當不同的多組多相流體包含在過程中時，溶解氣體的效應是不同的。例如， 與來自油井的氣體相比，二氧化碳(c〇 2)易溶于水。然而，當選擇、適配或開發(fā)適當?shù)挠糜谪?責說明存在溶解氣體的模型時，通過考慮采用不同的材料可以使用相同的過程來減少與溶 解氣體相關的誤差。 _5] 現(xiàn)場溶解氣體模型的應用
[0096]前面的部分解釋如何改善科里奧利計在多相流過程中的準確度和一致性。然而， 同樣可能的是在現(xiàn)場使用氣體溶解性模型來提供流動通過科里奧利計量儀215中的流體中 溶解氣體量的測量值?，F(xiàn)場使用的氣體溶解性模型與實驗室中所使用的模型可以相同，也 可以是不同的模型?，F(xiàn)場使用的模型具有與實驗室模型不同的調整，或者甚至是不同的結 構。溶解的氣體模型對于用于開發(fā)科里奧利計量儀215多相流修正值的低壓實驗室最合適， 但是對于較高上游壓力應用的在線操作并不是最合適的模型。然而科里奧利計量儀對自由 氣體的響應是相同的，即使根據(jù)壓力任意溶解氣體的量是不同的。這是由于正如上面提到 的，科里奧利計量儀215不會被存在的溶解氣體過多地影響。如果期望的話，科里奧利計量 儀215可配置成用于可以由用戶輸入或調整一個或多個調整因子。這有助于實現(xiàn)相同科里 奧利計量儀215或者相同類型的科里奧利計量儀在流體表現(xiàn)不同的不同油田的配置。
[0097] -種將氣體可溶解性模型實時應用的方法，包括如下步驟：（i)基于科里奧利計的 響應確定多相混合物中的自由氣體量(GVF); (ii)使用氣體可溶解性模型計算溶解氣體量； 并且（iii)由自由氣體和溶解氣體計算存在的總氣量?？评飱W利計量儀215的處理器101適 于配置為（例如，經過編程)從而執(zhí)行該方法并輸出溶解氣量和/或總的氣量。例如，處理器 101適于配置為報告標準條件下油、水和總氣體(包括自由氣體和溶解氣體)量(流率和/或 隨時間的總和）。
[0098]橇塊設計
[0099] 多相流態(tài)的（例如，油、水和氣)對采用科里奧利計量儀和含水計量儀(測量生產線 條件下水-液體體積流動比率)測量系統(tǒng)對準確測量液體和氣體組分流率更具挑戰(zhàn)性。具體 來講，流動狀態(tài)的變化會產生滑移狀況，其中氣相速度會與油相和水相速度顯著不同，引起 更加困難的準確計量。
[0100] 含水量儀最好與很好混合的油和水流一同操作。當流態(tài)包括嚴重的段塞流動時， 期望的是，防止科里奧利計和含水量儀受到正向和然后負向的流率，正像如果計量儀位于 橇塊上支腿上發(fā)生的那樣。還期望的是，科里奧利計在零流動條件中適當?shù)嘏欧?，因為當沒 有流體流動通過部分填充的流管時，部分填充的流管可能產生較大的流率和密度誤差。
[0101] 圖20和21表示凈油氣橇塊121(其為多相計量系統(tǒng)），設計用于將氣相和液相之間 的潛在滑移狀況最小化。凈油氣橇塊121包括:科里奧利計215;定位成用于測量流體含水量 的含水量儀145;定位成用于測量流體溫度的溫度傳感器147;以及定位成用于測量流體壓 力的壓力傳感器149。還期望測量流管上的差壓，因為這有助于使用流管中的平均壓力執(zhí)行 氣體計算，而不僅僅是用流管入口處，流管出口處或者一些其他特定位置處的壓力。凈油計 算機151(更寬范圍地，處理器)安裝在橇塊121上。凈油計算機151配置成用于接收科里奧利 計215、含水量儀145、溫度傳感器147和壓力傳感器149以及其他可以包括在橇塊121內的任 意測量設備的信號。凈油計算機151適于集成所有設備215、145、147、149等的信息，并且執(zhí) 行還沒有被需要確定流過橇塊121的流體速率和密度的設備執(zhí)行的任何計算。凈油計算機 151適于相互獨立地輸出油、水和氣體的當前流率。凈油計算機151還適于輸出油、水和氣體 一個或多個時間段的總流量。用于操作科里奧利計215和凈油計算機151的所需的處理適于 由一個或多個處理器執(zhí)行。例如一些計算在科里奧利計215的發(fā)送器內執(zhí)行，而另一些計算 在單獨的處理器中實施?？梢岳斫獾氖牵鞣N不同所需的計算和其他處理活動被靈活性的 執(zhí)行，并且在實施例中這里詳細說明的特定選擇不應當被認為是限制性的。
[0102] 凈油氣橇塊121被配置為在多相流體流動通過氣橇塊時保持調整后的流體輪廓 (profile)。沿著橇塊121的頂部部段定位流體調整器153(圖22)，從而接收流動通過橇塊的 多相流體，以在流體到達科里奧利計215流管并且在流體到達含水計145之前混合流體。正 如圖22中所示，流體調整器153適于包括多個從導管159壁157向內突出的突伸部(tab) 155， 導管159定位成將多相流體傳送通過氣橇塊121。突伸部155在流動流體內產生渦流，從而使 得流體混合?？梢岳斫獾氖牵渌愋偷牧黧w調整器也可以用以替換圖22中所示的流體調 整器153來使用。
[0103] 導管159還配置為在橇塊121中具有升高或下降部，其用于干擾任意在流動中發(fā)生 的滑移狀況。例如，導管159的一個支腿161向上延伸，而導管的另一個支腿163向下延伸。導 管的水平分段165將上支腿161和下支腿163彼此連接。隨著流體通過這些部段161、163、 165,流體的上升和下降有助于更好地混合氣相和液相。
[0104] 含水量儀145處于科里奧利計215的下游。流體同樣隨著其流動通過科里奧利計 215的流管由于其中有彎曲而混合。因此，科里奧利計215還有助于確保到達含水量儀時充 分混合。
[0105]圖20和21中所示的凈油氣橇塊121中，科里奧利計215和含水量儀145安裝在導管 159的下游支腿163內，其是期望的，用以限制通過科里奧利計215和含水量儀145的逆流量 (例如，在萬一頻繁碰到段塞流動的情況下）。然而，可以理解的是，可以將科里奧利計215安 裝在凈油氣橇塊的其他地方，例如在上支腿上或者水平支腿上。同樣地，含水量儀145、溫度 傳感器147和壓力傳感器149可以安裝在有別于圖21和22中所示的其他位置上，如果期望的 話。
[0106] 通過在橇塊上游包含緊湊的部分分離系統(tǒng)171，凈油氣橇塊121的操作范圍對于高 氣流、高GVF流會增加，如圖23所示。分離器的目的在于減少提供給科里奧利計215和121其 他部件的自由氣體量。分離器161有氣體輸出部173和液體輸出部175。液體輸出部175被從 分離器171引導到科里奧利計215的流管，并且氣體輸出部從流管轉向，從而在多相流體流 動通過流管之前減少多相流體的自由氣體量。分離器171可以不具備獲得氣液完全分離的 能力，但是這不是問題，因為凈油氣橇塊121具有處理多相流的能力。設計分離器171以僅獲 得部分分離是有利的，因為其尺寸、成本和復雜度降低。因此在一些實施例中，期望使用不 具備獲得完全分離能力的分離器171。
[0107] 可與上述科里奧利計215相同的另一個科里奧利計215'定位成用于計量分離器 171的氣體輸出?？梢岳斫獾氖?，氣體輸出175可以通過不同類型的計量儀來計量，包括不是 科里奧利計的量器，如果期望的話。然而一些情況下，期望使用科里奧利計計量來自分離器 171的氣體輸出175,因為分離器的控制系統(tǒng)(沒有示出）可以監(jiān)測科里奧利計的密度讀數(shù)和 驅動增益，從而檢測任何液體殘留物（即，不期望包含在氣體輸出中的液體）。短期發(fā)生液體 殘留有時候是期望的，在這個過程中如果沒有檢測到，系統(tǒng)測量將變得無效。當這些液體殘 留事件被檢測到(例如，通過監(jiān)測科里奧利計215'的密度讀數(shù)和驅動增益），SEVA方法，正如 在美國專利No. 5，570，300中所描述的（其內容在此全部引入作為參考)可被采用，其中測量 狀態(tài)臨時設置為"炫目（DAZZLED)"，并且系統(tǒng)輸出由當前測試平均值，或已知的可靠數(shù)據(jù)的 最近平均值替代。液體殘留事件的累積持續(xù)時間適當?shù)乇挥涗洸蟾娼o操作者，從而其對 整個測試的影響被考慮在內。
[0108] 當引入本發(fā)明各方面的元素或其實施例時，冠詞"一個"，"某個"、"上述"和"所述" 用于指的是具有一個或多個該元素。術語"含有"，"包括"和"具有"目的為包含性的，并且意 味著還有有別于所列元素的其他元素。
[0109] 據(jù)上所述，可以看到本發(fā)明若干優(yōu)勢和方面已經獲得，并且獲得其他有利的結果。
[0110] 不是所說明和所述的所有說明部件都是需要的。另外，一些實現(xiàn)方式和實施例可 包括其他元件。布置的變化和部件的類型變化可以在不偏離這里設定的權利要求的精神或 范圍的情況下做出。另外，可以提供不同的或更少的部件并且合并部件。可替換地或者另外 地，可以通過若干部件實現(xiàn)一個部件。
[0111] 上面的說明通過舉例而不是限定的方式闡述了本發(fā)明的各方面。該說明使得本領 域技術人員能夠制作并使用本發(fā)明的各方面，并且描述了若干實施例、使用、變型、可替換 形式以及本發(fā)明各方面的用途，包括目前被認為是最好的實施本發(fā)明多個方面的模式。另 外，可以理解的是，本發(fā)明各方面在應用中并不限于構建的細節(jié)和本發(fā)明說明書或者圖中 說明的部件布置。本發(fā)明的各方面能夠采用其他實施例并且可以采用各種不同的方式實踐 或執(zhí)行。同樣地，可以理解的是，這里所使用的措辭和術語其目的是說明性的，并不能被認 為是限制性的。
[0112] 已經詳細描述了本發(fā)明的各方面，很明顯在不脫離本發(fā)明在所附權利要求中限定 的各方面的范圍的情況下可能做出修正和改變。還可以設想，在上述結構、產品和過程中做 出各種變化而不偏離本發(fā)明的保護范圍。在前面的具體說明中，已經參考【附圖說明】了各種 優(yōu)選實施例。然而很明顯的是，可以就此做出各種修正和改變，并且可以實施額外的實施例 而不偏離本發(fā)明在提出的權利要求中遵循的更寬的范圍方面。相應地，說明書和附圖被認 為是說明性的而不是限制性意義的。
[0113] 提供摘要有助于讀者快速確定技術公開的性質。其提交是基于不用于解釋或限制 權利要求范圍或意義的理解。
[0114] 表1:術語表







【主權項】
1. 一種用于計量流體流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 可振動的流管，用于接收多相流體流； 驅動器，配置成用于振動所述流管； 一對傳感器，定位成用于檢測在流管上不同位置處的流管的運動，并且輸出指示所檢 測的運動的傳感器信號； 壓力傳感器，定位成用于測量多相流體的壓力； 溫度傳感器，定位成用于測量流體的溫度;和 一個或多個處理器，配置成用于接收傳感器信號，確定傳感器信號之間的相位差，并且 使用所確定的相位差來確定通過流管的流體流率，其中所述一個或多個處理器進一步配置 成用于： 接收來自壓力傳感器的指示流管中多相流體壓力的信號； 接收來自溫度傳感器的指示流管中多相流體溫度的信號； 接收來自計量儀的指示多相流體中多種不同液體相對量的信號；以及 利用多相流體中的壓力、溫度和多種液體的相對量來確定多相流體中的溶解氣體量。2. 根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，其中所述一個或多個處理器配置成通過利用多個輸入和與 流體流率相關的至少一個輸出之間的映射來確定流體流率，其中所述輸入包括原始質量流 體流率、流體壓力、流體溫度以及多相流體中多種液體的相對量，并且其中所述一個或多個 處理器配置成根據(jù)氣體溶解性模型來確定溶解氣體量。3. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中氣體溶解性模型包括可調的調整因子。4. 根據(jù)前述權利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個處理器配置成用 于確定多相流體中的自由氣體量。5. 根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個處理器配置成利用所確定的溶解 氣體量和自由氣體量來確定多相流體中的總氣體量。6. 根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，還包括流調節(jié)器，所述流調節(jié)器定位并構造 成在多相流體進入流管之前對多相流體進行混合。7. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述流調節(jié)器包括多個突伸部，所述突伸部從定位 成用于將多相流體傳送到流管的管道的壁向內突出。8. 根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，還包括位于流管上游的導管，該位于流管上 游的導管連接到流管以便將多相流體傳送到流管，并且配置成具有兩個大致豎直的部段和 位于所述兩個大致豎直的部段之間的一大致水平的部段。9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述兩個大致豎直的部段中的一個位于所述大致 水平的部段和流管之間，其中流管比所述大致水平的部段的高度低。10. 根據(jù)權利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中所述大致水平的部段在每個所述大致豎直的 部段的上端連接至所述大致豎直的部段。11. 根據(jù)前述權利要求1-10中任一項所述的系統(tǒng)，還包括位于流管上游的分離器，用于 將多相流體中的至少一些自由氣體從液相分離，分離器具有氣體輸出部和液體輸出部，其 中液體輸出部被從分離器導向流管，并且氣體輸出部從流管轉向，從而在多相流體流動通 過流管之前減少其中的自由氣體量。12. 根據(jù)權利要求1-11中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述多種不同液體包括水和油，并且 其中所述計量儀包括含水量儀。13. -種用于計量流體流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 可振動的流管，用于接收包括多種液體和氣體的多相流體； 驅動器，配置成用于使流管振動； 一對運動傳感器，定位成用于檢測在流管上不同位置處的流管的運動，并且輸出指示 所檢測的運動的傳感器信號； 壓力傳感器，定位成用于測量多相流體的壓力； 溫度傳感器，定位成用于測量流體的溫度;和 一個或多個處理器，配置成用于： 接收來自壓力傳感器的指示流管中多相流體壓力的信號； 接收來自溫度傳感器的指示流管中多相流體溫度的信號； 接收來自計量儀的指示多相流體中多種不同液體相對量的信號;并且 通過利用多個輸入和所述不同液體的流體流率之間的映射來確定所述多種不同液體 中每一種的流體流率，所述輸入包括運動傳感器信號之間的相位差、運動傳感器信號中的 至少一個的頻率、來自溫度傳感器的信號、來自壓力傳感器的信號、以及來自所述計量儀的 指示多種不同液體相對量的信號，其中所述映射負責說明氣體在多種不同液體中的溶解 性。14. 根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述映射包括神經網(wǎng)絡。15. 根據(jù)權利要求13或14所述的系統(tǒng)，其中所述映射部分地基于氣體溶解性模型。16. 根據(jù)權利要求13-15中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個處理器配置成利用 多相流體中的流體壓力、流體溫度、以及多種液體的相對量來確定多相流體中的溶解氣體 量。17. -種凈油氣橇塊，用于表征來自一個或多個油井的輸出，所述凈油氣橇塊包括： 可振動的流管，用于接收來自所述一個或多個油井的多相流體； 驅動器，配置成用于使流管振動； 一時傳感器，定位成用于檢測在流管上不同位置處的流管的運動，并且輸出指示所檢 測的運動的傳感器信號； 溫度傳感器，定位成用于測量多相流體的溫度； 壓力傳感器，定位成用于測量多相流體的壓力； 含水量儀，適于測量多相流體中油和水的相對量； 一個或多個處理器，配置成用于接收傳感器信號，確定傳感器信號之間的相位差，并且 利用所確定的相位差來確定通過流管的流體流率，其中所述一個或多個處理器進一步配置 成用于： 接收來自含水量儀的指示多相流體中油和水的相對量的信號； 利用傳感器信號確定流管中多相流體的密度；以及 利用多相流體的溫度和壓力確定多相流體中的溶解氣體量。18. 根據(jù)權利要求17所述的凈油氣橇塊，其中所述一個或多個處理器配置成通過利用 多個輸入和多個輸出之間的映射來確定多相流體中的溶解氣體量，其中所述映射部分地基 于氣體溶解性模型。19. 根據(jù)權利要求18所述的凈油氣橇塊，其中氣體溶解性模型包括可調的調整因子。20. 根據(jù)權利要求18-19中任一項所述的凈油氣橇塊，其中所述映射包括神經網(wǎng)絡。21. 根據(jù)權利要求20所述的凈油氣橇塊，其中所述神經網(wǎng)絡已經通過使用氣體溶解性 模型利用負責說明溶解氣體效應的經驗數(shù)據(jù)被訓練。22. 根據(jù)權利要求20所述的凈油氣橇塊，其中氣體溶解性模型為第一氣體溶解性模型， 并且其中所述神經網(wǎng)絡已經使用利用第二氣體溶解性模型的、負責說明溶解氣體效應的經 驗數(shù)據(jù)被訓練，第二氣體溶解性模型與第一氣體溶解性模型不同。23. 根據(jù)權利要求17-22中任一項所述的凈油氣橇塊，其中所述一個或多個處理器配置 成用于確定多相流體中的自由氣體量。24. 根據(jù)權利要求23所述的凈油氣橇塊，其中所述一個或多個處理器配置成用于利用 所確定的溶解氣體量和自由氣體量來確定多相流體中的總氣量。25. 根據(jù)權利要求17-24中任一項所述的凈油氣橇塊，還包括流調節(jié)器，所述流調節(jié)器 定位并構造成用于在多相流體進入流管之前時多相流體混合。26. 根據(jù)權利要求17-25中任一項所述的凈油氣橇塊，還包括位于流管上游的分離器， 所述分離器具有氣體輸出部和液體輸出部，其中液體輸出部被從分離器導向流管，并且氣 體輸出部從流管轉向，從而在多相流體流動通過流管之前減少其中的自由氣體量。27. -種計量多相流體流的方法，所述方法包括： 當多相流體流動通過流管時使流管振動； 利用一時傳感器檢測在流管上的不同位置處流管的運動，并且從每個傳感器輸出傳感 器信號； 測量多相流體的壓力； 測量多相流體的溫度； 測量多相流體中多種不同液體的相對量； 基于傳感器信號之間的相位差來確定流率； 利用流體的溫度和壓力來確定多相流體中的溶解氣體量。28. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其中確定多相流體中的溶解氣體量包括利用多個輸 入和多個輸出之間的映射，其中所述映射包括氣體溶解性模型。29. 根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述映射包括神經網(wǎng)絡，所述神經網(wǎng)絡已經使用 利用氣體溶解性模型的、負責說明溶解氣體效應的經驗數(shù)據(jù)被訓練。30. 根據(jù)權利要求29所述的方法，其中氣體溶解性模型為第一氣體溶解性模型，并且所 述映射包括已經使用利用第二氣體溶解性模型的、負責說明溶解氣體效應的經驗數(shù)據(jù)被訓 練的神經網(wǎng)絡，第二氣體溶解性模型與第一氣體溶解性模型不同。31. 根據(jù)權利要求27-30中任一項所述的方法，其中還包括確定多相流體中的自由氣體 量。32. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中還包括利用所確定的溶解氣體量和自由氣體量 來確定多相流體中的總氣體量。33. 根據(jù)權利要求27-32中任一項所述的方法，還包括使多相流體流動通過位于流管上 游的流調節(jié)器。34. 根據(jù)權利要求27-33中任一項所述的方法，還包括利用位于流管上游的分離器將多 相流體中的至少一些自由氣體與液相分離，并且使分離的氣體轉向以便在多相流體流動通 過流管之前減少其中的自由氣體量。35. 根據(jù)權利要求27-34中任一項所述的方法，其中所述多種不同液體包括水和油。36. -種確定質量流率以及密度誤差修正以補償與多相流體流通過科里奧利計相關的 誤差的方法，所述方法包括： (i) 使多相流體流動通過科里奧利計； (ii) 利用參考計量儀測量多相流體中的液體量和總的氣體量； (i i i)記錄科里奧利計對多相流體的響應； 通過改變多相流體中氣體和液體的相對比例而改變多相流體的組分，并且重復步驟 (i)_(i i i)以產生表征科里奧利計對多相流響應的經驗數(shù)據(jù)； 利用氣體溶解性模型來確定隨著多相流體流動通過科里奧利計總氣體中有多少氣體 呈自由氣體的形式；以及 將科里奧利計的響應與多相流體中的由氣體溶解性模型確定的自由氣體量映射，從而 獲得質量流率和密度修正。
【文檔編號】G01F15/02GK105928578SQ201610308749
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月26日
【發(fā)明人】M·P·亨利, R·P·卡西米羅, M·S·圖姆斯, A·A·普羅布斯特
【申請人】因文西斯系統(tǒng)公司