測量多相流體中的體積分?jǐn)?shù)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及傳感器，并且具體地涉及用于測量多相流體中的流體水平(fluid level)的水平傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]例如乳劑的多相流體的成分的測量在許多行業(yè)中是重要的應(yīng)用。乳劑的油和水的含量的確定在原油生產(chǎn)中的不同階段和精煉階段是必要的。乳劑的特征在油田管理、分離器、脫鹽器、廢水管理系統(tǒng)和油質(zhì)量控制系統(tǒng)中是重要的。重要的是知道從特定油田獲得的混合物中的油和水的水平，以了解油田的總體健康，以及提高油田的生產(chǎn)率和產(chǎn)能。
[0003]在例如分離器的容器系統(tǒng)中，存在于從井獲得的乳劑中的油和水和其它成分借助于重力和乳劑不同成分之間的密度差與彼此分離。在這樣的分離器中，成分的量通過觀察界面水平和使用分離器柱上的測量標(biāo)記來確定。從成本觀點(diǎn)來看，還重要的是測量如水油的乳劑的不同成分在油生產(chǎn)的各種階段的水平。低估特定乳劑中的水含量可導(dǎo)致用于將水從油分離的附加設(shè)備的取得方面的嚴(yán)重成本問題。廢水管理是使乳劑特征化很重要的另一個應(yīng)用。
[0004]為了測量乳劑中的油水成分，反乳化劑與乳劑混合且攪拌來分離混合物中的油和水。典型地，操作者目視觀察累積的水平面來確定乳劑中的水位。該技術(shù)易于有人為誤差，且可導(dǎo)致用于容器管理系統(tǒng)、廢水管理系統(tǒng)等所需的反乳化劑的選擇中的后續(xù)誤差。
[0005]許多類型的水平和界面設(shè)備已構(gòu)想出了多年，且它們的子設(shè)備已經(jīng)商業(yè)化。它們中的是γ射線傳感器、導(dǎo)波傳感器、磁致伸縮傳感器、微波傳感器、超聲波傳感器、單板電容/導(dǎo)納傳感器、分段電容傳感器、感應(yīng)傳感器，以及計算機(jī)斷層掃描傳感器。各個傳感器均具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一些傳感器對于許多使用者過于昂貴。一些傳感器可需要冷卻套來在操作溫度(高于125°c)下執(zhí)行。一些界面設(shè)備需要清楚的界面來工作，這可在利用擴(kuò)散乳劑工作時成問題。一些易于結(jié)垢。其它傳感器沒有提供箱的剖面的能力，而是監(jiān)測脫鹽過程中的需小心的點(diǎn)。使用電極的系統(tǒng)易于在高鹽度應(yīng)用中缺少電極，且易于結(jié)垢。最后，這些系統(tǒng)中的許多都很復(fù)雜，且難以實(shí)施。
[0006]一些現(xiàn)有的傳感器系統(tǒng)已使用獨(dú)立的電容元件來測量流體水平。那些傳感器系統(tǒng)的關(guān)鍵限制在于其不能同時地定量液體中的若干成分的能力。電容方法已經(jīng)用于使用用于電容測量的特別設(shè)計的電極來測量液體的介電常數(shù)。這些設(shè)計由對用于電容測量和用于電導(dǎo)率測量的電極的單獨(dú)類型的需要限制。電感器電容器電路也已經(jīng)用于使用電磁共振器來監(jiān)測容器中的流體水平，其中電容變化與流體水平和流體類型有關(guān)。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已達(dá)成共識的是由傳導(dǎo)液體填充共振器在測量中將不可靠性和噪音相比于例如空氣中的非傳導(dǎo)流體中的值增大了大約一個數(shù)量級。然而，這些方面并未提供混合物中獨(dú)立分析物在其最小和最大濃度的極限下的濃度的準(zhǔn)確測量。
[0007]利用現(xiàn)有的傳感器系統(tǒng)，沒有一個系統(tǒng)能夠帶來低成本、高靈敏度、良好的信噪比、高選擇性、高準(zhǔn)確性和高數(shù)據(jù)采集速度的組合。此外，沒有現(xiàn)有系統(tǒng)已描述為能夠準(zhǔn)確地特征化或定量其中一種流體處于低濃度下的流體混合物。
[0008]因此，需要一種有助于多相流體的成分的自動測量的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個實(shí)施例中，提供了一種用于測量多相流體中的流體水平的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括卷繞采樣容器的初級線圈。采樣容器保持多相流體的樣本。系統(tǒng)還包括設(shè)置成鄰近初級線圈的至少一個次級線圈。此外，至少一個次級線圈中的每一個電連接到至少一個電容元件上。此外，該系統(tǒng)包括電聯(lián)接到至少一個次級線圈上的分析器。分析器構(gòu)造成測量響應(yīng)于提供至初級線圈的激勵信號的至少一個次級線圈的響應(yīng)。
[0010]在另一個實(shí)施例中，提供了一種用于檢測多相流體中的成分的流體水平的方法。該方法包括檢測成分對提供至線圈組件的激勵信號的響應(yīng)。成分累積在采用容器中。此外，該方法包括基于響應(yīng)與成分的流體水平之間的關(guān)系確定多相流體中的成分的流體水平。響應(yīng)與流體水平之間的關(guān)系基于校準(zhǔn)流體的響應(yīng)確定。
[0011]在又一個實(shí)施例中，提供了一種用于測量多相流體中的流體水平的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括卷繞采樣容器的初級線圈。采樣容器保持多相流體的樣本。該系統(tǒng)還包括設(shè)置成鄰近初級線圈的多個次級線圈。多個次級線圈中的每一個電連接到不同值的電容元件上。該系統(tǒng)還包括電連接到初級線圈上的分析器，其電感耦合到多個次級線圈中的每一個上。分析器構(gòu)造成測量響應(yīng)于提供至初級線圈的激勵信號的各個次級線圈的響應(yīng)。
【附圖說明】
[0012]本公開內(nèi)容的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從連同附圖的優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳細(xì)描述中顯而易見，附圖通過示例示出了本公開內(nèi)容的某些方面的原理。
[0013]圖1為共振傳感器系統(tǒng)的圖示；
圖2為圖1的共振傳感器系統(tǒng)的操作的圖示；
圖3為通過連接至共振傳感器系統(tǒng)的分析器分析的響應(yīng)的示例；
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于測量多相流體的流體水平的傳感器的圖示；
圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的用于測量多相流體中的流體水平的傳感器的圖示;
圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于確定多相流體中的成分的流體水平的方法的框圖；以及
圖7-9為從本發(fā)明的傳感器接收到的響應(yīng)的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)在將在下面詳細(xì)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其示例在附圖中示出。只要可能，遍及附圖使用的相同的參考標(biāo)號表示相同或類似的部分。
[0015]如下文將更詳細(xì)地討論的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于感測多相流體中的不同成分的水平的低成本系統(tǒng)。多相流體包括多個獨(dú)立成分。例如，油和水成分構(gòu)成油水乳劑中的體積的大部分。油田管理和廢水管理的重要方面在于確定存在于取回的乳劑中的水的水平。此外，在這些系統(tǒng)中的某些過程中，反乳化劑與乳劑一起使用來將乳劑分成不同的成分。這些反乳化劑的效力需要通過在測試乳劑上使用反乳化劑來測試。測試的反乳化劑以已知成分的量加入乳劑中，且所得的乳劑允許在采樣容器中分成不同的成分。本發(fā)明設(shè)置成鄰近采樣容器，以測量與原來的乳劑分開的多個成分中的成分的量。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于確定例如油水乳劑的多相流體中的成分水平的系統(tǒng)包括線圈組件。線圈組件包括初級線圈和至少一個次級線圈。次級線圈設(shè)置成鄰近初級線圈。至少一個次級線圈進(jìn)一步與分析器聯(lián)接，以分析從次級線圈接收到的響應(yīng)。另一方面，初級線圈與供應(yīng)電信號的電源連接。初級線圈中的電信號用作用于初級線圈的激勵信號。激勵信號的存在導(dǎo)致圍繞初級線圈的電磁場，這導(dǎo)致了次級線圈中的感生電勢。采樣容器中存在的成分影響電磁場，且因此導(dǎo)致次級線圈中的電勢的變化。電磁場中的變化還導(dǎo)致與次級線圈相關(guān)聯(lián)的多個頻譜參數(shù)的變化。與次級線圈聯(lián)接的分析器測量頻譜參數(shù)。分析器采集的來用于確定成分水平的參數(shù)包括但不限于復(fù)阻抗響應(yīng)、“傳感器”的阻抗響應(yīng)的共振峰值位置、峰值寬度、峰值高度和峰值對稱性、阻抗的實(shí)數(shù)部分的大小、阻抗的虛數(shù)部分的共振頻率、阻抗的虛數(shù)部分的反共振頻率、零電抗頻率、相角，以及阻抗的大小等。此外，在系統(tǒng)中，分析器的輸出經(jīng)歷通過處理子系統(tǒng)的分析，處理子系統(tǒng)確定頻譜參數(shù)與存在于采樣容器中的成分水平之間的關(guān)系。基于該關(guān)系，確定采樣容器中的成分的實(shí)際水平。這種確定用于確定在測試下用來分離乳劑的反乳化劑的效力。
[0016]圖1示出了用于多相流體中的成分水平的確定的傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)100包括傳感器102、采樣容器104、分析器106和處理子系統(tǒng)108。根據(jù)某些實(shí)施例的采樣容器104為擋板管(baffle tube)。采樣容器104可例如由抵抗結(jié)垢的材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯的合成含氟聚合物。傳感器102被放置鄰近于采樣容器使得采樣容器104的壁將傳感器102與存在于采樣容器104中的多相流體分離。
[0017]存在于采樣容器104中的多相流體可例如為油、水和反乳化劑的混合物。采樣容器104可為脫鹽器模擬裝備的一部分。根據(jù)某些實(shí)施例的來自脫鹽器模擬裝備的采樣容器104可包括作為混