本申請要求2014年7月22日提交的美國臨時申請No.62/027，574的權(quán)益，該申請以引用方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及用于使用伽瑪射線密度測量法來檢測流動管路沉積物的方法。更具體地，在某些實施方式中，本公開涉及使用非侵入式伽瑪射線密度測量法來測量流動管路沉積物厚度的方法和關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在石油和天然氣行業(yè)中，經(jīng)常出現(xiàn)來自流動管路中采出液流的物質(zhì)沉積物。如果不加以關(guān)注，則這些沉積物在一定時間段內(nèi)堆積并且減小了可用于流動的有效橫截面面積，由此增加了壓降或者減少了碳氫化合物的流動。在極端情況下，沉積物會堆積以填充管腔，從而造成流動管路完全堵塞，由此影響碳氫化合物的可用性。被堵塞的流動管路尤其難以補救，并且如果沒有被補救，則可能需要進行更換。在可到達性會受到限制或者進行干預(yù)的成本高的海底環(huán)境中，補救會變得更復(fù)雜，并且更換成本會比岸上位置高。

沉積物形成的進展或在線知識可有助于補救策略并且防止流動管路被完全堵塞。關(guān)于沉積程度的當(dāng)前或?qū)崟r信息可用于發(fā)展最佳清管策略，該最佳清管策略有效清除沉積物，同時就應(yīng)用頻率而言，其具有成本效益。由于沉積物可形成在流動管路的內(nèi)壁上，流動管路通常是絕緣的或具有填充有絕緣材料的環(huán)狀空間的套管配置，因此難以檢查管道并且將沉積物形成定量。諸如壓力換能器或溫度探針的其它傳感器是侵入式的，并且常常在流動管路的端部處被插入。用這些侵入式傳感器覆蓋流動管路的每一英尺是不切實際的。

期望的是開發(fā)用于確定管路內(nèi)沉積物的存在以及厚度的非侵入式方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開總體上涉及使用伽瑪射線密度測量法來檢測流動管路沉積物的方法。更具體地，在某些實施方式中，本公開涉及使用非侵入式伽瑪射線密度測量法來測量流動管路沉積物厚度的方法和關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。

在一個實施例中，本公開提供了一種測量流動管路沉積物的方法，所述方法包括：提供包括所述流動管路沉積物的管道；測量橫穿所述管道的未衰減光子計數(shù)；以及分析所測得的未衰減光子計數(shù)，以確定所述流動管路沉積物的厚度。

在另一個實施例中，本公開提供了一種測量流動管路沉積物的方法，所述方法包括：提供包括所述流動管路沉積物的管道；測量橫穿所述管道的未衰減光子計數(shù)；以及計算所述流動管路沉積物的厚度。

在另一個實施例中，本公開提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：包含流動管路沉積物的管路，以及密度計。

附圖說明

可以參照結(jié)合附圖進行的以下描述來獲取對當(dāng)前實施方式及其優(yōu)點的更完整且徹底的理解。

圖1是光子檢測系統(tǒng)的圖示。

圖2是光子檢測系統(tǒng)的圖示。

圖3是描繪沿著多個弦的未衰減光子計數(shù)的圖。

圖4是描繪沿著多個弦的經(jīng)校正的衰減計數(shù)的圖。

圖5是管道系統(tǒng)的圖示。

圖6是描繪沿著多個弦的未衰減光子計數(shù)的圖。

圖7是描繪沿著多個弦的未衰減光子計數(shù)的圖。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將容易清楚本公開的特征和優(yōu)點。雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行眾多改變，但這些改變在本公開的精神內(nèi)。

具體實施方式

隨后的描述包括實施本發(fā)明主題的技術(shù)的示例性設(shè)備、方法、技術(shù)、和/或指令序列。然而，要理解，可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐所描述的實施方式。

本公開總體上涉及使用伽瑪射線密度測量法來檢測流動管路沉積物的方法。更具體地，在某些實施方式中，本公開涉及使用非侵入式伽瑪射線密度測量法來測量流動管路沉積物厚度的方法和關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。

本文中公開的方法的一些期望屬性在于，它們是相比于傳統(tǒng)方法能夠更準確地確定管路內(nèi)沉積物和堵塞物的存在和厚度的非侵入式方法。在某些實施方式中，本文中描述的方法可用于非侵入式檢測沉積在傳送諸如天然氣和石油的碳氫化合物的流動管路的內(nèi)壁上的固體和被液體和氣體堵塞的固體。

本發(fā)明涉及開發(fā)用于收集碳氫化合物的流動管路的伽瑪射線或x射線密度測量法數(shù)據(jù)的方法。該方法可以包括收集密度計數(shù)據(jù)和多相流動數(shù)據(jù)并且處理該數(shù)據(jù)，以確定內(nèi)部管路壁上的固體沉積物的存在和流動管路的管芯或管腔中的阻塞。

在一個實施例中，本公開提供了一種方法，該方法包括：提供包括帶有流動管路沉積物的管道的管道系統(tǒng)；測量橫穿管道的未衰減光子計數(shù)；以及確定流動管路沉積物的厚度。

在某些實施例中，管道可以是用于傳送碳氫化合物的流動管路。在某些實施例中，管道可以是岸上流動管路或海底流動管路。在某些實施例中，碳氫化合物可以以氣相、液相、或多相存在于流動管路中。在某些實施例中，管道內(nèi)的流態(tài)可以為分層的、波狀的、段塞的、攪拌的、或霧狀的。在某些實施例中，管道可以是絕緣管道、裸管、或套管系統(tǒng)。

在某些實施例中，測量未衰減光子計數(shù)可包括生成管道第一側(cè)的入射光子計數(shù)并且檢測管道第二側(cè)的光子計數(shù)。在某些實施例中，可以特定方式進行測量，使得它利用了流動管路中的下層多相流動力學(xué)的特性。在某些實施例中，可以通過X射線源或伽瑪射線源來生成入射光子計數(shù)。在某些實施例中，可以利用密度計來實現(xiàn)入射光子計數(shù)的生成和未衰減光子計數(shù)的測量。

在某些實施例中，密度計可包括源和檢測器陣列。在某些實施例中，源可以是發(fā)射伽馬或X射線光子的小放射性物體。在某些實施例中，檢測器陣列可包括以定量方式感測或測量光子的單個檢測器或多個檢測器。檢測器陣列可按多種方式圍繞流動管路定位，以下描述這些方式中的一些。

在某些實施例中，可在如圖1中所示的平行射束布置中使用單個源和檢測器。現(xiàn)在，參照圖1，圖1圖示了包括流動管路110、源120和檢測器130的光子檢測系統(tǒng)100。如圖1中可看到的，源120和檢測器130可沿著線布置，使得從源120發(fā)射的光子在檢測器130的沿著弦170的視線上。在某些實施例中，可移動臂150可附接到源120和檢測器130，從而允許視線順著流動管路110的橫截面上下移動，以允許測量與流動管路110中心的距離有所不同的多個弦170處的未衰減光子計數(shù)。

在某些實施例中，可在如圖2中所示的扇形射束布置中使用單個源和檢測器陣列?，F(xiàn)在，參照圖2，圖2圖示了包括流動管路210、源220和檢測器陣列230的光子檢測系統(tǒng)200。檢測器陣列230可包括多個檢測器213。如圖2中可看到的，源220和檢測器陣列230可沿著線布置，使得從源220發(fā)射的光子在檢測器陣列230的單個檢測器231的沿著弦270的視線上。在某些實施例中，源220和/或檢測器陣列230可沿著位于平面中心的軸旋轉(zhuǎn)，從而允許光子在檢測器陣列230中的每個檢測器231的視線上發(fā)射，以允許測量沿著取向和與流動管路210中心的距離有所不同的多個弦170的未衰減光子計數(shù)。

在某些實施例中，密度計可被定位成圍繞管道的第一位置并且被用于生成并且測量沿著第一弦橫貫管道的橫截面的光子計數(shù)。檢測器可以沿著該第一弦測量未衰減光子計數(shù)并且可以計算衰減的光子計數(shù)與入射的光子計數(shù)的比率。還可以測量和記錄第一弦與管道參考點的距離。在某些實施例中，可以沿著初始弦橫穿管道進行多次測量。在沿著初始弦完成測量之后，密度計可以被重新定位，以沿著其它弦測量伽瑪射線光子計數(shù)的衰減。

在某些實施例中，例如，在平行射束實施例中，源和檢測器線可重新定位在同一平面上的取向，使得它平行于初始弦測量，由此形成第二弦。還可以測量和記錄其它弦相對于第一弦的位置。

在某些實施例中，例如，在扇形射束實施例中，可以流動管路的中心作為軸，重新定位或重新定向所述源和檢測器陣列。這樣，可在源和陣列的單個檢測器之間形成新的一組弦或線?？裳刂孪疫M行光子計數(shù)測量并且可記錄數(shù)據(jù)。

在某些實施例中，例如，在扇形射束實施例和平行射束實施例中，可通過旋轉(zhuǎn)源和檢測器來進行檢測器和源的旋轉(zhuǎn)和重新定位。密度計可沿著流動管路的長度重新定位，以重復(fù)該處理。

一旦已經(jīng)從與參考點的距離有所不同的足夠數(shù)量的弦得到數(shù)據(jù)，在流動管路的給定位置處，該數(shù)據(jù)隨后可被處理，以確定管道上的沉積物厚度。足夠的弦數(shù)量可取決于管道的大小和管道的層的數(shù)量。

在某些實施例中，確定管道上的沉積物厚度可包括分析所測得的未衰減光子計數(shù)，以確定流動管路沉積物的厚度。

在某些實施例中，分析所測得的未衰減光子計數(shù)可包括將測得的橫穿管道的未衰減光子計數(shù)描繪為與參考點的距離的函數(shù)的曲線并且分析該曲線以確定管道上的沉積物厚度。如本文中使用的，h被稱為與管道橫截面的參考點的弦測量的距離。

在圖3中示出通過這種方法生成的曲線的示例。如圖3可看到的，沿著各弦的未衰減光子計數(shù)作為h的函數(shù)而變化。在初始高度0處，針對管道的給定片段的計數(shù)率表現(xiàn)為略微可變。隨著高度增大，這些計數(shù)率的變化減小，達到存在第一轉(zhuǎn)換的點(點A)。點A代表沉積物的內(nèi)層所在處從管道中心起算的高度。如可在圖3中看到的，點A存在于1.8英寸的高度處。隨著高度進一步增大，未衰減光子計數(shù)減小，直到達到局部極小值(點B)。點B代表沉積物盡頭所在處從管道中心起算的高度。如可在圖3中看到的，點B存在于2.3英寸的高度處。該點出現(xiàn)在與管道的內(nèi)半徑相等的高度處。從點B到點A的高度的差異代表沉積物的厚度。如可在圖3中看到的，沉積物的厚度是0.5英寸。隨著高度進一步增大，未衰減光子計數(shù)增大，直到達到尖點(點C)。點C代表管道盡頭所在處從管道中心起算的高度。如可在圖3中看到的，點C存在于3.3英寸的高度處。該點出現(xiàn)在與管道的外半徑相等的高度處。在管道包括外涂層的實施例中，隨著高度進一步增大，未衰減光子計數(shù)增大，直到達到另一個尖點(點D)。點D代表絕緣盡頭所在處從管道中心起算的高度。如可在圖3中看到的，點D存在于3.6英寸的高度處。該點出現(xiàn)在與管道絕緣體的外半徑相等的高度處。

在其它實施例中，分析所測得的未衰減光子計數(shù)可包括將經(jīng)校正的衰減計數(shù)描繪為h的函數(shù)的曲線并且分析該曲線，以確定管道上的沉積物厚度。在該實施例中，可以通過從入射光子計數(shù)中減去所測得的未衰減光子計數(shù)并然后將該數(shù)字除以在各弦處所測得的空管道的衰減計數(shù)來得到經(jīng)校正的衰減計數(shù)。

在圖4中示出通過這種方法生成的曲線的示例。如可通過圖4看到的，經(jīng)校正的衰減計數(shù)作為h的函數(shù)而變化。在初始高度0處，針對管道的給定片段的計數(shù)率表現(xiàn)為略微可變。隨著高度增大，這些計數(shù)率的變化減小，達到存在第一轉(zhuǎn)換的點(點A)。點A代表沉積物的內(nèi)層所在處從管道中心起算的高度。如可在圖4中看到的，點A存在于1.8英寸的高度處。隨著高度進一步增大，衰減增大，直到達到局部極小值(點B)。點B代表沉積物盡頭所在處從管道中心起算的高度。如可在圖4中看到的，點B存在于2.3英寸的高度處。該點出現(xiàn)在與管道的內(nèi)半徑相等的高度處。從點B到點A的高度的差異代表沉積物的厚度。如可在圖4中看到的，沉積物的厚度是0.5英寸。隨著高度進一步增大，經(jīng)校正的衰減保持恒定。

在其它實施例中，確定沉積物的厚度可包括計算沉積物的厚度。在某些實施例中，可以利用以下等式在各弦長度處計算沉積物的厚度：

其中，l_deposit是沉積物的弦長度，μ_Water是水的衰減常數(shù)，l_Water是水在給定高度處的弦長度，μ_insulation是絕緣體的衰減常數(shù)，l_insulation是絕緣體在給定高度處的弦長度，μ_stream是管道內(nèi)的流體的衰減常數(shù)，R₁是管道的內(nèi)半徑，I是衰減光子計數(shù)，I₀是入射光子計數(shù)，并且μ_deposit是沉積物的衰減常數(shù)。

對于給定管道系統(tǒng)，可使用以上討論的任何方法來測量衰減光子計數(shù)與入射光子計數(shù)之比。

對于給定管道系統(tǒng)，μ_Water、μ_insulation、μ_wall、μ_stream和μ_deposit的值可以是已知的或測得的。在某些實施例中，可使用任何傳統(tǒng)方法來測量這些值。

對于給定管道系統(tǒng)，可使用傳統(tǒng)方法來計算l_Water、l_insulation和l_wall。在某些實施例中，可使用以下等式來計算l_Water、l_insulation和l_wall：

l＝2[(R₁)Sin(a cos(h/R₁)-(R₂)Sin(a cos(h/R₂)]

其中，R₁是片段的外半徑，R₂是片段的內(nèi)半徑，h是弦的從管路中心起算的距離，并且a是檢測器/源的仰角。圖5圖示了單個弦處的針對管道系統(tǒng)的水、絕緣體、壁(wall)、流和沉積物的各種長度。可將水、絕緣體、壁、流和沉積物的各種長度相加到一起，以確定沿著單個弦的水、絕緣體、壁、流和沉積物的總長度。

一旦已經(jīng)提供了所有變量，隨后就可針對各位置求解l_deposit。隨后，可將沿著各弦測得的l_deposit值相互進行比較，直到找到最大值。該最大的l_deposit值代表沉積物的厚度。

在其它實施例中，可通過測量在不同時間橫貫管道片段的光子的計數(shù)時間段的差異來計算沉積物的厚度。在這些實施例中，流動管路可包括間隔至少為管道直徑的兩個密度計。簡言之，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果計數(shù)時間段比間隔流的柱塞和Taylor氣泡通過系統(tǒng)射束的時間短得多，則將針對管道內(nèi)的射束路徑橫貫柱塞片段和Taylor氣泡片段的時間段來測量不同的計數(shù)率。通過將不同時間橫貫管道的片段的光子的計數(shù)時間段進行比較，可確定光子是橫貫柱塞片段還是Taylor氣泡片段。一旦已經(jīng)進行了此確定，就可使用針對各情形的光子計數(shù)，利用以下等式來計算流的長度：

其中，可使用多相流模型來確定柱塞片段和Taylor氣泡片段的平均流體組成，由此確定每種類型片段的射束衰減。另外，可使用兩個密度計來同時測量流動管路的兩個分開位置處的計數(shù)時間段，其中，一個位置是柱塞片段而另一個位置是Taylor氣泡片段。然后，可使用以上等式來計算流的長度。

通過從管道內(nèi)的射束路徑長度減去這些路徑長度，產(chǎn)生沉積路徑長度，可用該沉積路徑長度來推導(dǎo)沉積物厚度。

為了有助于更好理解本發(fā)明，給出一些實施例的某些方面的以下示例。以下示例決不應(yīng)該被認為是限制或限定本發(fā)明的范圍。

實例

實例1

第一管道具有4.6英寸的內(nèi)直徑、6.6英寸的外直徑，并且用蠟沉積物來制備0.3英寸的涂層。用積垢沉積物來制備具有4.6英寸的內(nèi)直徑、6.6英寸的外直徑，以及0.3英寸的涂層的第二管道。石油和天然氣的混合物流過第一管道和第二管道。將包括源和檢測器的密度計布置在各管道的兩側(cè)并且沿著各管道的軸在不同高度處測量光子計數(shù)。將針對各管道測得的光子的相對計數(shù)繪制到圖上。圖6圖示該圖的結(jié)果。分析該圖，通過定位具有極小值和交匯點，確定各管道上的沉積物厚度是0.5英寸。

實例2

除了實例1中的第一管道和第二管道之外，制備具有4.6英寸的內(nèi)直徑、6.6英寸的外直徑和0.3英寸涂層的第三管道。與第一管道和第二管道相同的石油和天然氣的混合物流過第三管道。將包括源和檢測器的密度計布置在第三管道的兩側(cè)，并且沿著各管道的軸在不同高度處測量光子計數(shù)。針對第一管道和第二管道測得的光子的相對計數(shù)均除以測得的第三管道的光子的相對計數(shù)，以得到經(jīng)校正的衰減計數(shù)，并且將針對各第一管道和第二管道校正的衰減計數(shù)繪制到圖表上。圖7圖示該圖表的結(jié)果。分析該圖表，通過定位局部極小值和交匯點，確定各管道上的沉積物厚度是0.5英寸。

實例3

使用以下等式來計算第一管道和第二管道的各弦測得的沉積物的厚度：

對于第一管道和第二管道二者，得到μ_Water、μ_insulation、μ_wall、μ_stream和μ_deposit的值。使用以下等式在各弦處計算l_Water值、l_insulation值和l_wall值：

l＝2[(R₁)Sin(a cos(h/R₁)-(R₂)Sin(a cos(h/R₂)]

一旦針對各弦長度計算出各l_deposit值，就確定對于第一管道和第二管道而言，最大的l_deposit值是0.5英寸。

雖然參照各種實現(xiàn)方式和開發(fā)描述了實施例，但應(yīng)該理解，這些實施例是例示性的，并且發(fā)明主題的范圍不限于此?？梢赃M行許多變化、修改、添加和提高。

可以提供多個實例作為單個實例用于本文中描述的組件、操作或結(jié)構(gòu)中?？傮w上，在示例性配置中被展示為單獨組件的結(jié)構(gòu)和功能可被實現(xiàn)為組合結(jié)構(gòu)或組件。類似地，被展示為單個組件的結(jié)構(gòu)和功能可被實現(xiàn)為單獨組件。這些和其它變化、修改、添加和改進可落入本發(fā)明主題的范圍內(nèi)。