專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的流量計(jì)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量計(jì)(flow meter)系統(tǒng)和方法，并且更加具體地涉及一種用于測(cè)量三相流(three phase flow)的流動(dòng)特性(flowcharacteristic)的流量計(jì)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
流量計(jì)被用于測(cè)量流動(dòng)材料的質(zhì)量流率、密度和其它特性。流動(dòng)材料可包括液體(liquid)、氣體(gas)、相組合的液體和氣體、在液體中懸浮的固體、包括氣體和懸浮固體的液體等。 振動(dòng)管道傳感器例如Coriolis (科里奧利)質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)密度計(jì)通常通過(guò)檢測(cè)包含流動(dòng)材料的振動(dòng)管道的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行操作。與管道中的材料相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)例如質(zhì)量流量、密度等能夠通過(guò)處理從與管道相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)換能器(transducer)接收到的測(cè)量信號(hào)而得以確定。振動(dòng)的、被材料填充的系統(tǒng)的振動(dòng)模式通常受到包容管道和在其中所包含的材料的、相組合的質(zhì)量、剛度以及阻尼特性的影響。 典型的Coriolis質(zhì)量流量計(jì)包括在管線(xiàn)或者其它輸送系統(tǒng)中串列式(inline)連接并且在系統(tǒng)中輸運(yùn)材料例如流體(fluid)、漿液等的一個(gè)或者多個(gè)管道。每一個(gè)管道可以被視為具有一組固有振動(dòng)模式，包括例如簡(jiǎn)單彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在典型的Coriolis質(zhì)量流量測(cè)量應(yīng)用中，當(dāng)材料流動(dòng)通過(guò)管道時(shí)，管道在一種或者多種振動(dòng)模式中受到激勵(lì)(excite)，并且在沿著管道隔開(kāi)的點(diǎn)位處測(cè)量管道的運(yùn)動(dòng)。通常由致動(dòng)器例如機(jī)電裝置(如以周期性方式擾動(dòng)管道的音圈式驅(qū)動(dòng)器)提供激勵(lì)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量在換能器位置處的運(yùn)動(dòng)之間的時(shí)間延遲或者相位差而確定質(zhì)量流率。能夠根據(jù)流量計(jì)的振動(dòng)響應(yīng)頻率而確定流動(dòng)材料的密度。兩個(gè)這樣的換能器(或者拾取傳感器(pickoff sensor))通常被用以測(cè)量一個(gè)或者多個(gè)流管道(flow conduit)的振動(dòng)響應(yīng)并且通常位于在致動(dòng)器上游和下游的位置處。該兩個(gè)拾取傳感器通過(guò)電纜線(xiàn)路例如通過(guò)獨(dú)立的兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)而被連接到電子儀器。該儀器從該兩個(gè)拾取傳感器接收信號(hào)并且處理該信號(hào)從而得到流量測(cè)量(flowmeasurement)。 使用近來(lái)在信號(hào)處理和量計(jì)(meter)設(shè)計(jì)方面的進(jìn)展并且注意到包括混合、氣泡尺寸等的流體動(dòng)力學(xué)，一種低頻振動(dòng)式(vibratory)流量計(jì)能夠被用于準(zhǔn)確地測(cè)量多相流體液流的混合物密度和混合物質(zhì)量流量。雖然這個(gè)是一個(gè)大的進(jìn)展，但是很多流量計(jì)使用者希望了解純粹液體(liquid-only)的密度。關(guān)于純粹液體密度的主要應(yīng)用是在用于三相油田流量測(cè)量和用于純粹液體水泥工藝測(cè)量這兩者的上游油氣計(jì)量中。能夠測(cè)量純粹液體密度的振動(dòng)式流量計(jì)可以消除對(duì)于用于測(cè)量多相流的氣體體積分率(volume fraction)的氣體體積分率量計(jì)的需求。這可以消除另外的成本和復(fù)雜度。 在上游油氣工業(yè)中，油井通常產(chǎn)生水(water)、油(oil)和天然氣。分離器(s印arator)被用于將這些分量(component)分離到氣腿(leg)和液腿中。液腿的密度然后得以測(cè)量并且被用于計(jì)算構(gòu)成液流的水的分率(fraction)和油的分率。這種測(cè)量只是一種基于測(cè)得密度的濃度測(cè)量并且被稱(chēng)作凈油計(jì)算(net oil computing)。例如，如果油具有0. 8g/cc的密度并且水具有1. 0g/cc的密度，則測(cè)得的0. 9的混合物密度意味著按照體積50%的水和50%的油。類(lèi)似地，0. 95的測(cè)得密度意味著按照體積75%的水和25%的油。 在僅僅存在兩種液相時(shí)并且在油和水的基礎(chǔ)密度(base density)已知的情況下，根據(jù)兩個(gè)等式和兩個(gè)未知量，兩相分量確定是比較容易的。基本等式包括
1
1+ P water①water
其中(小)項(xiàng)包括體積相分率(phase fraction)并且(P )項(xiàng)包括密度。這能夠被以矩陣形式寫(xiě)為
1
1
wa敏 輸入水和油密度并且利用振動(dòng)式流〗矩陣求逆計(jì)算體積相位分率，包括
:計(jì)測(cè)量混合物密度，標(biāo)準(zhǔn)凈油計(jì)算過(guò)程利用
0)
oz7
0)
1
An-; P
1
1體積。
流
一旦兩個(gè)相分率已知，它們便能夠乘以體積流率以確定所產(chǎn)生的水的體積和油的另外，能夠通過(guò)將分量體積流率乘以分量密度而計(jì)算分量質(zhì)量流率。
在一些情形中，盡管經(jīng)過(guò)分離過(guò)程，但是液流將仍然攜帶一些氣體。當(dāng)在閥門(mén)或者量裝置兩端存在壓降時(shí)，這將發(fā)生。結(jié)果，一些被夾帶的氣體脫離油混合物。當(dāng)由于油的粘度增加、受激生產(chǎn)(stimulated production)或者通過(guò)油井發(fā)生滯流(slugging)而使得分離器并非以完美方式工作時(shí)，氣體脫離也會(huì)發(fā)生。在這些情形中，存在于液流中的氣體在實(shí)際的水和油生產(chǎn)中引起非常大的誤差。例如，如果油井僅僅產(chǎn)生水和天然氣并且分離器的液腿的輸出包括95%的水和5%的氣體，則所示意的混合物密度是0. 95g/cc(假設(shè)氣體密度為零)并且凈油計(jì)算假設(shè)液流再次為75%的水和25%的油。實(shí)際上，這個(gè)油井并不產(chǎn)油并且在產(chǎn)油中的誤差是無(wú)窮大的。 —種典型解決方案是添加含氣率(gas void fraction, GVF)量計(jì)。氣體分率能夠由GVF量計(jì)定量并且液體密度測(cè)量的氣體部分能夠被移除。這在凈油處理計(jì)算中消除了大的夾帶氣體誤差。 當(dāng)存在三種相態(tài)時(shí)，存在三個(gè)未知量(油、水和天然氣的相分率)并且為了解決該問(wèn)題而需要另一等式。如上所述，在過(guò)去，這個(gè)第三等式已經(jīng)根據(jù)含水率探針(water-cutprobe)或者含氣率量計(jì)而得出。然而，期望利用單個(gè)Coriolis量計(jì)作出這個(gè)測(cè)量。
在本技術(shù)領(lǐng)域中仍然需要一種能夠測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于效
:三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流j計(jì)。該振動(dòng)式流量計(jì)包括量計(jì)組件，該量計(jì)組件包括拾取傳感器和被耦接到該拾取傳感器的量計(jì)電子器件。該量計(jì)電子器件被配置為從拾取傳感器接收振動(dòng)響應(yīng)，使用振動(dòng)響應(yīng)的第一頻率分量產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量，并且使用振動(dòng)響應(yīng)的至少第二頻率分量而產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。該至少第二頻率分量包括與第一頻率分量不同的頻率。該量計(jì)電子器件進(jìn)一步被配置為根據(jù)該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量而確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)。該振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)包括第一振動(dòng)式流量計(jì)、至少第二振動(dòng)式流量計(jì)，和被耦接到該第一振動(dòng)式流量計(jì)和該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)的處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)被配置為從第一振動(dòng)式流量計(jì)接收第一振動(dòng)響應(yīng)并且從該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)接收至少第二振動(dòng)響應(yīng)。該至少第二振動(dòng)響應(yīng)包括與第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。該處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為根據(jù)第一振動(dòng)式流量計(jì)的第一振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量并且根據(jù)該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)的該至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。該處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為根據(jù)該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法。該方法包括從振動(dòng)式流量計(jì)接收振動(dòng)響應(yīng)，使用振動(dòng)響應(yīng)的第一頻率分量產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量，和，使用振動(dòng)響應(yīng)的至少第二頻率分量產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。該至少第二頻率分量包括與第一頻率分量不同的頻率。該方法進(jìn)一步包括根據(jù)該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。 根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法。該方法包括接收第一振動(dòng)響應(yīng)和至少第二振動(dòng)響應(yīng)，根據(jù)該第一振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量，和，根據(jù)該至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。該至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)包括與該第一振動(dòng)頻率響應(yīng)不同的頻率。該方法進(jìn)一步包括根據(jù)該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。本發(fā)明的各個(gè)方面
在振動(dòng)式流量計(jì)的一個(gè)方面，該量計(jì)電子器件進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于三相流的:中的每一種的預(yù)定分量密度。
在振動(dòng)式流量計(jì)的另一個(gè)方面，該量計(jì)電子器件進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于三相流
:中的每一種的預(yù)定聲速值。
三種分j
的三種分〗 在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)-三相流的三種分量中的每一種的相分率。 在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)-流的含氣率(GVF)。
在振動(dòng)式流』流的含水率。
在振動(dòng)式流』 在振動(dòng)式流』
-步包括確定關(guān)于
-步包括確定三相
t計(jì)的又一個(gè)方面，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定三相
t計(jì)的又一個(gè)方面，該至少第二頻率分量基本被疊加在該第一頻率分
t計(jì)的又一個(gè)方面，該第一頻率分量和該至少第二頻率分量在振動(dòng)響
應(yīng)中在基本交替的時(shí)間發(fā)生。
在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，該量計(jì)電子器件進(jìn)一步被配置為以第一頻率振動(dòng)該量計(jì)組件并且以至少第二頻率振動(dòng)該量計(jì)組件，從拾取傳感器接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量，其中該至少第二頻率是與該第一頻率不同的頻率。 在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，該量計(jì)電子器件進(jìn)一步被配置為以第一頻率振動(dòng)該量計(jì)組件，從拾取傳感器接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量，其中該第一頻率分量和該至少第二頻率分量是由在第一頻率下的振動(dòng)產(chǎn)生的。 在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量。 在振動(dòng)式流量計(jì)的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將振動(dòng)響應(yīng)濾波(filter)成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量。 在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)方面，該處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度。 在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的另一個(gè)方面，該處理系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定聲速值。
在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的又一個(gè)方面，確定關(guān)于三相流的三種分量中的每一種的相分率。
在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的又一個(gè)方面，確定三相流的含氣率(GVF)。 在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的另一個(gè)方面，確定三相流的含水率。 在振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)的又一個(gè)方面，第一振動(dòng)式流量計(jì)被以第一頻率振動(dòng)以產(chǎn)生第一振動(dòng)響應(yīng)并且該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)被以至少第二頻率振動(dòng)以產(chǎn)生該至少第二振動(dòng)響應(yīng)。 在該方法的一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括接收關(guān)于三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度的初步步驟。
在該方法的另一個(gè)方面種的預(yù)定聲速值的初步步驟。
在該方法的又一個(gè)方面的三種分量中的每一種的相分率
在該方法的又一個(gè)方面氣率(GVF)。 在該方法的又一個(gè)方面水率。 在該方法的又一個(gè)方面
在該方法的又一個(gè)方面基本交替的時(shí)間發(fā)生。
在該方法的又一個(gè)方面
8
個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定
，該方法進(jìn)一步包括接收關(guān)于三相流的三種分量中的每一
，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定關(guān)于三相流
，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定三相流的含
，確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定三相流的含
，該至少第二頻率分量基本被疊加在該第一頻率分量上。，該第一頻率分量和該至少第二頻率分量在振動(dòng)響應(yīng)中在
，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)該振動(dòng)式流量計(jì)的量計(jì)組件并且進(jìn)一步以至少第二頻率振動(dòng)該量計(jì)組件，從量計(jì)組件的拾取傳感器接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量，其中該至少第二頻率是與該第一頻率不同的頻率。 在該方法的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)該振動(dòng)式流量計(jì)的量計(jì)組件，從量計(jì)組件的拾取傳感器接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率分量和該至少第二頻率分量，其中該第一頻率分率下的振動(dòng)產(chǎn)生的。 在該方法的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)分量和該至少第二頻率分量。 在該方法的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)分量和該至少第二頻率分量。 在該方法的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)振動(dòng)響應(yīng)并且從第二振動(dòng)式流量計(jì)接收該至少第二振動(dòng)響應(yīng)，該至少第二振動(dòng)響應(yīng)處于與該第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。 在該方法的又一個(gè)方面，接收振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)第一振動(dòng)式流量計(jì)以產(chǎn)生第一振動(dòng)響應(yīng)并且以至少第二頻率振動(dòng)至少第二振動(dòng)式流量計(jì)以產(chǎn)生該至少第二振動(dòng)響應(yīng)，該至少第二振動(dòng)響應(yīng)處于與該第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。


圖1示出包括流量計(jì)組件和量計(jì)電子器件的流量計(jì)。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法的流程圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于產(chǎn)生第一頻率和至少第二頻率的電路。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的Hilbert (希爾伯特)變換塊(transform block)的一部分的細(xì)節(jié)。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分析塊的框圖。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于產(chǎn)生第一頻率和至少第二頻率的電路。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖l-8和以下說(shuō)明描繪了用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí)例。為了教導(dǎo)創(chuàng)造性原理，一些傳統(tǒng)的方面已被簡(jiǎn)化或者省略。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到落入本發(fā)明范圍內(nèi)的這些實(shí)例的變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到在下面描述的特征能夠被以各種方式組合以形成本發(fā)明的多種變型。結(jié)果，本發(fā)明不限于在下面描述的特殊實(shí)例，而是僅由權(quán)利要求和它們的等價(jià)形式限定。 圖1示出包括流量計(jì)組件10和量計(jì)電子器件20的流量計(jì)5。量計(jì)電子器件20經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)100而被連接到量計(jì)組件10并且被配置為通過(guò)通信路徑26提供密度、質(zhì)量流率、體積流率、總體(totalized)質(zhì)量流量、溫度和其它信息中的一個(gè)或者多個(gè)的測(cè)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，本發(fā)明能夠在任何類(lèi)型的Coriolis流量計(jì)中使用，而與驅(qū)動(dòng)器、拾取傳
量和該至少第二頻率分量是由在第一頻一步包括將振動(dòng)響應(yīng)分離成該第一頻率一步包括將振動(dòng)響應(yīng)濾波成該第一頻率一步包括從第一振動(dòng)式流量計(jì)接收第一感器、流管道的數(shù)目或者振動(dòng)操作模式無(wú)關(guān)。另外，應(yīng)該認(rèn)可的是，流量計(jì)5能夠可替代地包括振動(dòng)式密度計(jì)。 流量計(jì)組件10包括一對(duì)凸緣101和101'、歧管(manifold) 102和102'、驅(qū)動(dòng)器104、拾取傳感器105-105'和流管道103A禾口 103B。驅(qū)動(dòng)器104和拾取傳感器105和105'被連接到流管道103A和103B。 凸緣101和101'被固定到歧管102和102'。歧管102和102'能夠被固定到間隔器(spacer) 106的相對(duì)端部。間隔器106保持在歧管102和102'之間的間隔從而防止在流管道103A和103B中的不期望的振動(dòng)。當(dāng)流量計(jì)組件10被插入攜帶被測(cè)量的流動(dòng)材料的管道系統(tǒng)(未示出)中時(shí)，流動(dòng)材料通過(guò)凸緣101進(jìn)入流量計(jì)組件10，經(jīng)過(guò)進(jìn)口歧管102(在此處全部量的流動(dòng)材料被引導(dǎo)進(jìn)入流管道103A和103B)，流動(dòng)通過(guò)流管道103A和103B并且返回到出口歧管102'中，在此處它通過(guò)凸緣101'離開(kāi)量計(jì)組件IO。
流管道103A和103B被選擇并且適當(dāng)?shù)乇话惭b到進(jìn)口歧管102并且被安裝到出口歧管102'從而具有基本相同的質(zhì)量分布、慣性動(dòng)量(moment of inertia)和分別地圍繞彎曲軸線(xiàn)W—W和W' —W'的彈性模量。流管道103A和103B以基本并行的方式從歧管102和102'向外延伸。 流管道103A和103B被驅(qū)動(dòng)器104圍繞各自的彎曲軸線(xiàn)W和W'沿著相反方向并且在被稱(chēng)作流量計(jì)5的第一異相彎曲模式的模式下驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器104可以包括很多熟知的裝置之一，例如被安裝到流管道103A的磁體和被安裝到流管道103B的相對(duì)線(xiàn)圈。交流電流過(guò)該相對(duì)線(xiàn)圈以引起兩個(gè)管道振蕩。量計(jì)電子器件20經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)110向驅(qū)動(dòng)器104施加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)。 量計(jì)電子器件20能夠以預(yù)定頻率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。量計(jì)電子器件能夠以變化頻率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，包括產(chǎn)生多個(gè)疊加頻率。 量計(jì)電子器件20分別地在導(dǎo)線(xiàn)111和111'上接收傳感器信號(hào)。量計(jì)電子器件20在導(dǎo)線(xiàn)110上產(chǎn)生引起驅(qū)動(dòng)器104振蕩流管道103A和103B的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。量計(jì)電子器件20處理來(lái)自拾取傳感器105和105'的左和右速度信號(hào)從而計(jì)算質(zhì)量流率。通信路徑26提供允許量計(jì)電子器件20與操作員或者與其它電子系統(tǒng)相接口的輸入和輸出裝置。圖1的說(shuō)明僅僅作為Coriolis流量計(jì)的操作的一個(gè)實(shí)例給出而非旨在限制本發(fā)明的教導(dǎo)。
有利地，可用的低頻振動(dòng)式流量計(jì)能夠準(zhǔn)確地測(cè)量其中夾帶空氣的量并不過(guò)度的三相流的密度。相反，可以使用高頻量計(jì)，該高頻量計(jì)準(zhǔn)確地測(cè)量量計(jì)的振動(dòng)頻率，但是在存在多相流時(shí)由于另外的誤差而受到妨礙。有利地采用這兩個(gè)特性來(lái)準(zhǔn)確地并且可靠地確定密度和流動(dòng)特性。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法的流程圖200。在步驟201中，接收關(guān)于三種相分量中的每一種的密度。密度包括已知的或者假設(shè)的數(shù)值。能夠例如從遠(yuǎn)程裝置或者從操作員接收密度。密度能夠被存儲(chǔ)或者被編程到適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器中。 在步驟202中，接收關(guān)于三種相分量中的每一種的聲速值。聲速值包括已知的或者假設(shè)的數(shù)值。能夠例如從遠(yuǎn)程裝置或者從操作員接收聲速值。聲速值能夠被存儲(chǔ)或者被編程到適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器中。 在步驟203中，振動(dòng)式流量計(jì)的流量計(jì)組件受到振動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例
10需要僅僅單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)。能夠以一個(gè)或者多個(gè)頻率振動(dòng)該流量計(jì)組件。
在一個(gè)實(shí)施例中，以單個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率振動(dòng)流量計(jì)組件。單個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率能夠產(chǎn)生包括 第一頻率分量和至少第二頻率分量的振動(dòng)響應(yīng)，因?yàn)榱坑?jì)組件在單個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率下的振動(dòng)能 夠誘發(fā)多個(gè)頻率響應(yīng)分量。例如，由通過(guò)流量計(jì)的流動(dòng)產(chǎn)生的噪音將以至少第二頻率在流 量計(jì)組件中形成振動(dòng)。這個(gè)至少第二頻率分量將通常是與驅(qū)動(dòng)頻率不同的頻率。振動(dòng)響應(yīng) 的這個(gè)至少第二頻率分量將當(dāng)然具有比第一頻率分量小得多的幅度。然而，這個(gè)至少第二 頻率分量能夠被放大和被以其它方式處理。能夠隨后在下面的步驟中處理該第一振動(dòng)頻率 響應(yīng)和該至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)。 在另一實(shí)施例中，單個(gè)流量計(jì)的流量計(jì)組件被以第一驅(qū)動(dòng)頻率振動(dòng)并且還被以至 少第二驅(qū)動(dòng)頻率振動(dòng)。該至少第二驅(qū)動(dòng)頻率是與該第一驅(qū)動(dòng)頻率不同的頻率。例如，第一 驅(qū)動(dòng)頻率能夠是大約100赫茲(Hz)并且第二驅(qū)動(dòng)頻率能夠是大約450Hz。應(yīng)該理解，給出 這些驅(qū)動(dòng)頻率僅僅用于示意并且本發(fā)明不限于任何具體的驅(qū)動(dòng)頻率。應(yīng)該理解，可能需要 對(duì)于該第一驅(qū)動(dòng)頻率和該至少第二驅(qū)動(dòng)頻率這兩者校準(zhǔn)該單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)。例如可以使 用空氣和水這兩者校準(zhǔn)該單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)。 在一個(gè)實(shí)施例中，該流量計(jì)組件被以該第一驅(qū)動(dòng)頻率振動(dòng)并且然后被以該至少第 二驅(qū)動(dòng)頻率振動(dòng)(即，振動(dòng)在時(shí)間上交替地發(fā)生)?？商娲?，流量計(jì)能夠被以該第一驅(qū)動(dòng) 頻率和該至少第二驅(qū)動(dòng)頻率二者同時(shí)地振動(dòng)(驅(qū)動(dòng)信號(hào)因此可包括兩個(gè)或者更多驅(qū)動(dòng)頻 率的合成)。結(jié)果，流量計(jì)的振動(dòng)響應(yīng)包括至少兩個(gè)頻率分量。 在所有的以上實(shí)施例中，該單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)產(chǎn)生第一振動(dòng)頻率響應(yīng)和至少第二 振動(dòng)頻率響應(yīng)這兩者。能夠隨后在下面的步驟中處理第一振動(dòng)頻率響應(yīng)和第二振動(dòng)頻率響 應(yīng)。 在步驟204中，從單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)接收振動(dòng)響應(yīng)。該振動(dòng)響應(yīng)可包括第一頻率 分量和該至少第二頻率分量。頻率分量處于與該第一頻率分量不同的頻率。例如，該至少 第二頻率分量可包括比該第一頻率分量更高的頻率。 在步驟205中，處理該振動(dòng)響應(yīng)以獲得第一頻率分量和該至少第二頻率分量。該
處理可包括將振動(dòng)響應(yīng)分離成第一頻率分量和該至少第二頻率分量。該處理可包括例如通
過(guò)使用例如帶通濾波器而將振動(dòng)響應(yīng)濾波成第一頻率分量和該至少第二頻率分量。 在步驟206中，產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量。使用從第一頻率分量導(dǎo)出的第一頻
率產(chǎn)生第一密度測(cè)量。 在步驟207中，產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。使用該至少第二頻率分量的至 少第二頻率產(chǎn)生該至少第二密度測(cè)量。如在前討論地，該至少第二頻率是與第一頻率不同 的頻率。因此，由于三相流材料以不同頻率的振動(dòng)，和所引起的壓縮性效應(yīng)(見(jiàn)在下面的討 論)，該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量將是不同的。差異能夠被用于確定其它流動(dòng)特 性。 在步驟208中，根據(jù)在第一和第二密度測(cè)量之間的差異確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特 性(見(jiàn)在下面的討論)。第一和第二密度測(cè)量能夠被用于確定三相流的氣體分率以及第一 和第二液體分率。例如，對(duì)于包括油田生產(chǎn)的三相流，第一和第二密度測(cè)量能夠被用于確定 三相流的含氣率(GVF)和含水率。 —旦三種相分率已知，便能夠?qū)⑺鼈兂艘泽w積流率以例如確定被產(chǎn)生的水的體積
11和油的體積。另外，能夠通過(guò)將分量體積流率乘以分量密度而計(jì)算分量質(zhì)量流率。
已經(jīng)研究了在Coriolis量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)中氣體壓縮性和流體壓縮性的效 應(yīng)。由于對(duì)于流動(dòng)材料的測(cè)得密度的影響，壓縮性能夠在流量測(cè)量中引起顯著誤差。能夠 由于流量計(jì)的振動(dòng)而引起壓縮性效應(yīng)，其中激烈的振動(dòng)能夠在多相流中引起液相和氣相二 者的壓縮。然而，混合物壓縮性是主要效應(yīng)。 這種壓縮性效應(yīng)與在推導(dǎo)關(guān)于質(zhì)量流量和密度測(cè)量的等式時(shí)已經(jīng)作出的一些假 設(shè)相反。已知具有低的驅(qū)動(dòng)頻率的量計(jì)通常并不呈現(xiàn)這些現(xiàn)象，因?yàn)檩^低頻率流量計(jì)根據(jù) 設(shè)計(jì)將在流動(dòng)材料上產(chǎn)生較小的作用力。結(jié)果，低頻率振動(dòng)式流量計(jì)在三相流上施加較小 的壓縮性作用力。相反，較高頻率流量計(jì)將在流動(dòng)材料上產(chǎn)生較高作用力并且因此將在三 相流的全部相分量上施加更大的壓縮。壓縮性效應(yīng)在振動(dòng)式流量計(jì)中形成質(zhì)量流量和密度 這兩種誤差?？赡苡杏玫氖?，帶有和不帶有可測(cè)壓縮性效應(yīng)地產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)。除了別的以 外，在三相流上的壓縮性效應(yīng)的定量化能夠被用于確定流的相分率和密度。
如果關(guān)于氣體和兩個(gè)液相的聲速是已知的，并且如果從低頻量計(jì)和高頻量計(jì)這兩 者獲得密度測(cè)量，則能夠生成另外的等式以解決三相流問(wèn)題。以獨(dú)特的方式，能夠在兩種模 式中驅(qū)動(dòng)流量計(jì)；在低頻模式中(例如標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模式，例如)和在高頻模式中。通過(guò)獲得這 兩個(gè)密度測(cè)量的差異而產(chǎn)生的誤差能夠被用作缺少的第三等式。 三相流問(wèn)題的一種解決方案是非凡的。需要第三等式來(lái)將流量測(cè)量分解
(resolve)成三個(gè)分量。在下面示出兩個(gè)已知的等式 Ooil+Owater+Ogas = 1 (1) P 。i,。i丄+P water①冊(cè)ter+P卵s①辟s = P mix (2) 其中(小)項(xiàng)包括體積相分率并且(P)項(xiàng)包括密度。在這兩個(gè)等式中，能夠由振 動(dòng)式流量計(jì)或者振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)準(zhǔn)確地測(cè)量總體(即，三相)混合物密度(Pmix)。另外，
能夠假定(assume)每一種分量(P 。n， P watCT， P gas)的密度。例如，它們能夠由使用者輸入 或者能夠被編程到量計(jì)電子器件20或者處理系統(tǒng)707(見(jiàn)圖7)或者其它等效部件中并且 由其存儲(chǔ)。應(yīng)該指出，氣體密度(Pgas)是壓力的強(qiáng)函數(shù)。因此，存在兩個(gè)等式和三個(gè)未知 量①。n，①w^r和①^(即，每一個(gè)體積相分率)。需要另一等式，從而能夠求解分量密度
P 。il， P water禾口 P gas。 第三等式的來(lái)源通過(guò)探究在存在夾帶空氣的情況下操作的高頻量計(jì)的密度特性 (density performance)而得以發(fā)現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣被注入流動(dòng)液流中時(shí)，高頻流量計(jì) 產(chǎn)生意外地高的密度值。這是反直覺(jué)的，因?yàn)閷⒖諝馓砑拥搅黧w使得流體更輕并且更不稠 密。然而，根據(jù)聲速模型和壓縮性效應(yīng)而完全解釋了這個(gè)意外結(jié)果，其中夾帶的空氣降低了 三相流的聲速并且增加了壓縮性效應(yīng)。針對(duì)增加含氣率(void fraction)而由高頻流量計(jì) 給出的高密度讀數(shù)是由在振動(dòng)期間的晃蕩效應(yīng)產(chǎn)生的，其中氣泡并不完全地隨著流動(dòng)流體 移動(dòng)。 相反，熟知的是，在小于200Hz下操作的低頻量計(jì)例如流量計(jì)產(chǎn)生非常良好的密 度估計(jì)。這也是按照聲速理論的，因?yàn)榈皖l量計(jì)將在三相流上施加最小壓縮性效應(yīng)。較慢 的振動(dòng)速度引起較小的壓縮和較輕的晃蕩。 使用關(guān)于低頻和高頻這兩種量計(jì)均已得到檢驗(yàn)的聲速理論，能夠使用單個(gè)振動(dòng)式 流量計(jì)作出關(guān)于低頻和高頻這兩種模式的密度估計(jì)預(yù)測(cè)?？商娲?，能夠使用多于一個(gè)的流量計(jì)。 利用聲速等式開(kāi)始推導(dǎo)所需的第三等式。這些等式定義了基于各個(gè)分量性質(zhì) (agas， awater和aoil)的、關(guān)于三相流的混合物聲速(amix)。
<formula>formula see original document page 13</formula>
(4) 混合物聲速(amix)能夠被用于確定在流管中的聲學(xué)駐波。聲學(xué)駐波的頻率(f)是 熟知的并且與剛度(K)除以質(zhì)量(M)的平方根相關(guān)。然后能夠操作這種關(guān)系以給出估計(jì)流 體剛度(Kfluid)，其由于流體壓縮性而并非無(wú)限大。
<formula>formula see original document page 13</formula>(5)
<formula>formula see original document page 13</formula>(6) 其中D是流管的內(nèi)徑并且(f)是振動(dòng)頻率。這些結(jié)果然后能夠被代入定義高頻 驅(qū)動(dòng)模式、混合物聲速(a^)、混合物密度(Pmix)和管子直徑(D)之間的關(guān)系的特征值問(wèn)題 中。 <formula>formula see original document page 13</formula>(8) 其中(i)是流管位移速度并且(AJ)是流管加速度因子。當(dāng)特征值問(wèn)題得以解 決時(shí)，能夠根據(jù)全部參數(shù)而確定頻率模式。然后根據(jù)密度等式定義這種模式的估計(jì)密度 (P):
一 、2
一l (9) P:
<formula>formula see original document page 13</formula>

其中(a)是密度校準(zhǔn)常數(shù)。這些等式的解給出在下面示出的最終的第三等式<formula>formula see original document page 14</formula> 其中(p high)和(p 是分別地在高驅(qū)動(dòng)振動(dòng)/模式下和在低驅(qū)動(dòng)振動(dòng)/模式下
的測(cè)得密度，并且(pwatCT)是已知的水的密度值。這個(gè)等式能夠被添加到另外兩個(gè)以得到
以下矩陣等式 [O川]<formula>formula see original document page 14</formula>這個(gè)矩陣等式然后能夠被取逆成最終形式'
<formula>formula see original document page 14</formula>
能夠求解等式(14)以確定體積分率。gas、 Owate，P①^ 將希望了解關(guān)于三相流的含水率和氣體體積分率?；谝阎姆謁 式為Gas Volume Fraction = GVF = t (15)
通常，流量計(jì)的使用者 t分率，關(guān)于這些量的等
<formula>formula see original document page 14</formula>
U①。"卜~ 1-GKP
使用等式(15)和(16)，使用者能夠獲得含氣率的估計(jì)。振動(dòng)式流量計(jì)(或者流量 計(jì)系統(tǒng))因此并不要求單獨(dú)的氣體分率量計(jì)。使用等式(15)和(16)，使用者能夠獲得對(duì)含 水率的估計(jì)。振動(dòng)式流量計(jì)(或者流量計(jì)系統(tǒng))因此并不要求單獨(dú)的含水率量計(jì)。
相分量分率的確定能夠進(jìn)一步被用于提供另外的診斷。例如，如果GVF或者WC數(shù) 值超過(guò)預(yù)定閥值，則能夠產(chǎn)生警報(bào)。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于產(chǎn)生第一頻率和至少第二頻率的電路300。這 個(gè)實(shí)施例配合單個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)使用并且因此電路300被耦接到振動(dòng)式流量計(jì)5的單個(gè)拾 取傳感器105/105'。電路300能夠包括量計(jì)電子器件20的一部分?？商娲兀娐?00能夠包括處理系統(tǒng)707的一部分。電路300包括濾波器302A和302B、 Hilbert變換304A 和304B，以及分析i央306A和306B。 濾波器302A從拾取傳感器105/105'濾出第一頻率分量(即，在一些實(shí)施例中的 "低頻模式")而濾波器302B濾出該至少第二頻率分量(即，在一些實(shí)施例中的高頻模式)。 濾波器302A和302B因此形成兩個(gè)單獨(dú)的處理分支。根據(jù)需要，例如如果采用多于兩個(gè)振 動(dòng)頻率，則能夠配置多于兩個(gè)處理分支。 在一個(gè)實(shí)施例中，濾波可包括以流量計(jì)的預(yù)期基頻為中心的帶通濾波。濾波可包 括進(jìn)行濾波以移除噪音和不希望的信號(hào)。另外，能夠執(zhí)行其它調(diào)節(jié)操作，例如放大、緩沖等。 如果傳感器信號(hào)包括模擬信號(hào)，則這個(gè)塊能夠進(jìn)一步包括任何方式的采樣、數(shù)字化和被執(zhí) 行用于產(chǎn)生數(shù)字傳感器信號(hào)的抽取。 在一些實(shí)施例中，波型濾波器(mode filter) 302A和302B包括數(shù)字有限脈沖響應(yīng) (FIR)多相抽取濾波器。濾波器能夠在處理裝置中或者量計(jì)電子器件20或處理系統(tǒng)707的 處理例程中實(shí)現(xiàn)。這些濾波器提供用于對(duì)拾取傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波和抽取的最佳方法，其 中濾波和抽取是在相同序時(shí)(chronological time)和在相同抽取率下執(zhí)行的?？商娲兀?濾波器302A和302B可包括無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器或者其它適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器或者濾 波過(guò)程。然而，應(yīng)該理解，其它濾波過(guò)程和/或?yàn)V波實(shí)施例已經(jīng)得到考慮并且是在說(shuō)明書(shū)和 權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的。 Hilbert變換304A將第一頻率分量相移大約九十度并且Hilbert變換304B將該 至少第二頻率分量相移大約九十度。相移操作產(chǎn)生相應(yīng)的頻率分量的I和Q分量(即，同 相和正交分量)。然而，應(yīng)該理解，能夠以任何方式的相移機(jī)制或者操作執(zhí)行90度相移。
I和Q分量由分析塊306A和306B接收和處理。該處理產(chǎn)生第一頻率fA和至少第 二頻率fB。該第一頻率fA和該至少第二頻率fB能夠被用于產(chǎn)生第一密度和至少第二密度。
有利地根據(jù)90度相移計(jì)算根據(jù)本發(fā)明的頻率。頻率在一個(gè)實(shí)施例中使用90度相 移和從其推導(dǎo)出90度相移的相應(yīng)傳感器信號(hào)(即，從I和Q分量)。 獲得如此推導(dǎo)的頻率而不需要任何獨(dú)立的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。在非?？焖俚牟僮髦袕?單個(gè)90度相移獲得了該頻率。所得到的頻率具有高的準(zhǔn)確度。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的Hilbert變換塊304A和304B的一部分的細(xì)節(jié)。 在所示實(shí)施例中，Hilbert變換塊304A和304B每一個(gè)均包括與濾波塊412并聯(lián)的延遲塊 411。延遲塊411引入采樣延遲。延遲塊411因此選擇按照序時(shí)在時(shí)間上比由濾波塊412 并行地濾波的數(shù)字信號(hào)樣本更晚的數(shù)字信號(hào)樣本。濾波塊412對(duì)于輸入的數(shù)字信號(hào)樣本執(zhí) 行90度相移。 Hilbert變換塊304A和304B產(chǎn)生拾取(P0)信號(hào)的90度相移版本，即，它們產(chǎn)生 初始的、同相(I)信號(hào)的正交(Q)分量。Hilbert變換塊304A和304B的輸出因此與用于第 一和至少第二振動(dòng)響應(yīng)的初始的、同相(I)信號(hào)分量一起地提供用于第一和至少第二振動(dòng) 響應(yīng)的新的正交(Q)分量P0 Q和P0 Q。 到Hilbert變換塊304A或者304B的輸入能夠被表示成
P0 = Ap。 cos(wt) (17)
使用Hilbert變換，輸出變成
P0hilbert = A加sin("t) (18)
將初始項(xiàng)與Hilbert變換的輸出相組合給出
P0 = Ap。[cos(wt)+isin(wt)] = Ap。eJ("t) (19) 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分析塊306A或者306B的框圖。分析塊306A或者 306B從單個(gè)拾取(P0)信號(hào)接收信號(hào)。在所示實(shí)施例中的分析塊306A或者306B包括聯(lián)結(jié) 塊(join block) 501、復(fù)共軛塊502、采樣塊503、復(fù)數(shù)乘法塊504、濾波塊505、相角塊506、 常數(shù)塊507和除法塊508。 聯(lián)結(jié)塊501接收特定振動(dòng)響應(yīng)的同相(I)和正交(Q)分量并且傳遞它們。共軛塊 502對(duì)于振動(dòng)響應(yīng)執(zhí)行復(fù)共軛運(yùn)算并且形成虛信號(hào)(imaginary)的負(fù)部(negative)。延遲 塊503將采樣延遲引入分析塊306A或者306B中并且因此按照序時(shí)按時(shí)間選擇數(shù)字信號(hào)樣 本。在復(fù)數(shù)乘法塊504中，這個(gè)更老的(older)數(shù)字信號(hào)樣本被乘以當(dāng)前數(shù)字信號(hào)。復(fù)數(shù) 乘法塊504將P0信號(hào)和P0共軛信號(hào)相乘，從而實(shí)現(xiàn)在下面的等式(20)。濾波塊505實(shí)現(xiàn) 數(shù)字濾波，例如在前討論的FIR濾波。濾波塊505可包括被用于從傳感器信號(hào)的同相(I) 和正交(Q)分量移除諧波含量以及用于抽取信號(hào)的多相抽取濾波器。能夠選擇濾波器系數(shù) 以提供所輸入信號(hào)的抽取，如例如按照因子10的抽取(decimation by a factor of 10)。 相角塊506根據(jù)PO信號(hào)的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角塊506實(shí)現(xiàn)在下面的 等式(21)的一部分。常數(shù)塊507供給包括樣本速率Fj余以二pi的因子，如在等式(22)中 所示。除法塊5908執(zhí)行等式(22)的除法操作。
分析塊306A或者306B實(shí)現(xiàn)以下等式
(20)
(21) 在兩個(gè)相繼樣本之間的角度因此是
—i sin(紐一)
w/ —欣—t =tan -^~ 這是振動(dòng)響應(yīng)的角頻率。轉(zhuǎn)換成Hz :
, 一 —，) x 闊力。=^——^~
2;r (22) 其中"Fs"是Hilbert變換塊304A或者304B的速率。在一些實(shí)施例中，"Fs"為 大約2kHz。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于產(chǎn)生第一頻率和至少第二頻率的電路300。與 其它實(shí)施例同樣的部件共享標(biāo)號(hào)。這個(gè)實(shí)施例不同于前一實(shí)施例300之處在于進(jìn)一步包括 平均濾波器609。 這個(gè)實(shí)施例同樣地從單個(gè)拾取傳感器105/105'接收振動(dòng)響應(yīng)。然而，單個(gè)振動(dòng)式 流量計(jì)在該實(shí)施例中可以?xún)H僅被以單個(gè)頻率振動(dòng)，其中如在前討論地，在流量計(jì)中的噪音 產(chǎn)生第二振動(dòng)響應(yīng)。電路300因此利用了在流動(dòng)系統(tǒng)中的噪音。因?yàn)樯倭康牧鲃?dòng)噪音將激 勵(lì)傳感器模式，自誘發(fā)的(self-induced)更高的振動(dòng)響應(yīng)模式將能夠被檢測(cè)到，即便不提 供任何驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這意味著僅僅需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
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這種方法要求多得多的濾波，因?yàn)楦吣Ｊ叫盘?hào)(并未利用驅(qū)動(dòng)得以增強(qiáng))將處 于低得多的幅度。因?yàn)檫@個(gè)更高模式振動(dòng)響應(yīng)的大致頻率范圍是已知的，所以較低的幅度 不是一個(gè)重大問(wèn)題。另外，另一個(gè)考慮在于，因?yàn)檩^低的幅度，密度測(cè)量也將更嘈雜。只要 緩慢響應(yīng)時(shí)間是可接受的，便能夠在已經(jīng)進(jìn)行頻率測(cè)量之后通過(guò)將很多樣本取平均而消除 這個(gè)問(wèn)題。為此目的，平均濾波器609能夠使得該至少第二頻率達(dá)到平均值從而改進(jìn)頻率 確定并且減少結(jié)果中的噪音和誤差。 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng) 700。振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)700包括第一流量計(jì)5A和至少第二流量計(jì)5B。流量計(jì)5A和5B在 管道711中連接。流量計(jì)5A和5B這兩者均測(cè)量在管道711中流動(dòng)的三相流。振動(dòng)式流量 計(jì)系統(tǒng)700進(jìn)一步包括處理系統(tǒng)707。處理系統(tǒng)707被耦接到該第一流量計(jì)5A和該至少第 二流量計(jì)5B。處理系統(tǒng)707從第一流量計(jì)5A接收第一振動(dòng)響應(yīng)并且從該至少第二流量計(jì) 5B接收至少第二振動(dòng)響應(yīng)。如在前討論地并且如在下面結(jié)合圖8所討論地，處理系統(tǒng)707 能夠確定第一密度、至少第二密度和另外的流動(dòng)特性。 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法的流程圖800。在
步驟801中，如在前討論地，接收關(guān)于三種相分量中的每一種的密度。 在步驟802中，如在前討論地，接收關(guān)于三種相分量中的每一種的聲速值。 在步驟803中，第一振動(dòng)式流量計(jì)和至少第二振動(dòng)式流量計(jì)受到振動(dòng)。該第一振
動(dòng)式流量計(jì)被以第一頻率振動(dòng)并且產(chǎn)生第一振動(dòng)響應(yīng)。該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)被以至少
第二頻率振動(dòng)并且產(chǎn)生至少第二振動(dòng)響應(yīng)。 根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，能夠采用兩個(gè)或者更多振動(dòng)式流量計(jì)。應(yīng)該理解，可包 括多于兩個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)并且能夠接收多于兩個(gè)振動(dòng)響應(yīng)。多個(gè)振動(dòng)響應(yīng)能夠得以采用并 且可以進(jìn)一步改善密度和流動(dòng)特性計(jì)算。 應(yīng)該理解，多個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)應(yīng)該在共同的三相流動(dòng)液流上操作。另外，流動(dòng)液流 在多個(gè)振動(dòng)式流量計(jì)的每一個(gè)處應(yīng)該處于大約相同的壓力下。 在步驟804中，從該第一振動(dòng)式流量計(jì)和該至少第二振動(dòng)式流量計(jì)接收該第一振 動(dòng)響應(yīng)和該至少第二振動(dòng)響應(yīng)。如在前討論地，該至少第二振動(dòng)響應(yīng)包括與該第一振動(dòng)響 應(yīng)不同的頻率。 在步驟805中，如在前討論地，產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量。 在步驟806中，如在前討論地，產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。 在步驟807中，如在前討論地，根據(jù)在第一和第二密度測(cè)量之間的差異確定一個(gè)
或者多個(gè)流動(dòng)特性。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，振動(dòng)式流量計(jì)(5)包括量計(jì)組件(10)，量計(jì)組件(10)包括拾取傳感器(105，105′)和被耦接到拾取傳感器(105，105′)的量計(jì)電子器件(20)，其中振動(dòng)式流量計(jì)(5)的特征在于量計(jì)電子器件(20)被配置為從拾取傳感器(105，105′)接收振動(dòng)響應(yīng)，使用所述振動(dòng)響應(yīng)的第一頻率分量產(chǎn)生所述三相流的第一密度測(cè)量，使用所述振動(dòng)響應(yīng)的至少第二頻率分量產(chǎn)生所述三相流的至少第二密度測(cè)量，以及根據(jù)所述第一密度測(cè)量和所述至少第二密度測(cè)量而確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性，其中所述至少第二頻率分量處于與所述第一頻率分量不同的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中量計(jì)電子器件(20)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中量計(jì)電子器件(20)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定聲速值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的相分率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含氣率(GVF)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含水率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中所述至少第二頻率分量基本被疊加在所述第一頻率分量上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量在所述振動(dòng)響應(yīng)中在基本交替的時(shí)間發(fā)生。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中量計(jì)電子器件(20)進(jìn)一步被配置為以第一頻率振動(dòng)量計(jì)組件(10)并且以至少第二頻率振動(dòng)量計(jì)組件(IO)，從拾取傳感器(105，105')接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量，其中所述至少第二頻率是與所述第一頻率不同的頻率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中量計(jì)電子器件(20)進(jìn)一步被配置為以第一頻率振動(dòng)量計(jì)組件(IO)，從拾取傳感器(105， 105')接收振動(dòng)響應(yīng)，并且將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量，其中所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量是由在所述第一頻率下的振動(dòng)產(chǎn)生的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)(5)，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將所述振動(dòng)響應(yīng)濾波成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量。
13. —種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)的特征在于第一振動(dòng)式流量計(jì)(5A);至少第二振動(dòng)式流量計(jì)(5B);禾口被耦接到第一振動(dòng)式流量計(jì)(5A)和至少第二振動(dòng)式流量計(jì)(5B)的處理系統(tǒng)(707)，其中處理系統(tǒng)(707)被配置為從第一振動(dòng)式流量計(jì)(5A)接收第一振動(dòng)響應(yīng)，從至少第二振動(dòng)式流量計(jì)(5B)接收至少第二振動(dòng)響應(yīng)，根據(jù)第一振動(dòng)式流量計(jì)(5A)的所述第一振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生所述三相流的第一密度測(cè)量，根據(jù)至少第二振動(dòng)式流量計(jì)(5B)的所述至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)產(chǎn)生所述三相流的至少第二密度測(cè)量，以及根據(jù)所述第一密度測(cè)量和所述至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性，其中所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)處于與所述第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中處理系統(tǒng)(707)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中處理系統(tǒng)(707)進(jìn)一步被配置為接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定聲速值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的相分率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含氣率(GVF)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含水率。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13的振動(dòng)式流量計(jì)系統(tǒng)(700)，其中第一振動(dòng)式流量計(jì)(5A)被以第一頻率振動(dòng)以產(chǎn)生所述第一振動(dòng)響應(yīng)并且所述至少第二振動(dòng)式流量計(jì)(5B)被以至少第二頻率振動(dòng)以產(chǎn)生所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)。
20. —種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法，所述方法包括從振動(dòng)式流量計(jì)接收振動(dòng)響應(yīng)；使用所述振動(dòng)響應(yīng)的第一頻率分量產(chǎn)生所述三相流的第一密度測(cè)量；使用所述振動(dòng)響應(yīng)的至少第二頻率分量產(chǎn)生所述三相流的至少第二密度測(cè)量，其中所述至少第二頻率分量處于與所述第一頻率分量不同的頻率；以及根據(jù)所述第一密度測(cè)量和所述至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度的初步步驟。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定聲速值的初步步驟。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的相分率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中確定所述個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含氣率(GVF)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中確定所述個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含水率。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述至少第二頻率分量基本被疊加在所述第一頻率分量上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量在所述振動(dòng)響應(yīng)中在基本交替的時(shí)間發(fā)生。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)所述振動(dòng)式流量計(jì)的量計(jì)組件并且進(jìn)一步以至少第二頻率振動(dòng)所述量計(jì)組件，其中所述至少第二頻率是與所述第一頻率不同的頻率；從所述量計(jì)組件的拾取傳感器接收所述振動(dòng)響應(yīng)；禾口將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量。
29. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)所述振動(dòng)式流量計(jì)的量計(jì)組件；從所述量計(jì)組件的拾取傳感器接收所述振動(dòng)響應(yīng)；以及將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量，其中所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量是由在所述第一頻率下的振動(dòng)產(chǎn)生的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將所述振動(dòng)響應(yīng)分離成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量。
31. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括將所述振動(dòng)響應(yīng)濾波成所述第一頻率分量和所述至少第二頻率分量。
32. —種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的方法，所述方法包括接收第一振動(dòng)響應(yīng)和至少第二振動(dòng)響應(yīng)；根據(jù)所述第一振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生所述三相流的第一密度測(cè)量；根據(jù)所述至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)產(chǎn)生所述三相流的至少第二密度測(cè)量，其中所述至少第二振動(dòng)頻率響應(yīng)處于與所述第一振動(dòng)頻率響應(yīng)不同的頻率；禾口根據(jù)所述第一密度測(cè)量和所述至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，進(jìn)一步包括接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定分量密度的初步步驟。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，進(jìn)一步包括接收關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的預(yù)定聲速值的初步步驟。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定關(guān)于所述三相流的三種分量中的每一種的相分率。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含氣率(GVF)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中確定所述一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性進(jìn)一步包括確定所述三相流的含水率。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括從第一振動(dòng)式流量計(jì)接收所述第一振動(dòng)響應(yīng)；以及從第二振動(dòng)式流量計(jì)接收所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)，其中所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)處于與所述第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。
39. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中接收所述振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步包括以第一頻率振動(dòng)第一振動(dòng)式流量計(jì)以產(chǎn)生所述第一振動(dòng)響應(yīng)；以及以至少第二頻率振動(dòng)至少第二振動(dòng)式流量計(jì)以產(chǎn)生所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)，其中所述至少第二振動(dòng)響應(yīng)處于與所述第一振動(dòng)響應(yīng)不同的頻率。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明提供一種用于測(cè)量三相流的流動(dòng)特性的振動(dòng)式流量計(jì)(5)。振動(dòng)式流量計(jì)(5)包括量計(jì)組件(10)，量計(jì)組件(10)包括拾取傳感器(105，105′)和被耦接到拾取傳感器(105，105′)的量計(jì)電子器件(20)。量計(jì)電子器件(20)被配置為從拾取傳感器(105，105′)接收振動(dòng)響應(yīng)，使用該振動(dòng)響應(yīng)的第一頻率分量產(chǎn)生三相流的第一密度測(cè)量，和，使用該振動(dòng)響應(yīng)的至少第二頻率分量產(chǎn)生三相流的至少第二密度測(cè)量。頻率分量處于與該第一頻率分量不同的頻率。量計(jì)電子器件(20)進(jìn)一步被配置為根據(jù)該第一密度測(cè)量和該至少第二密度測(cè)量確定一個(gè)或者多個(gè)流動(dòng)特性。
文檔編號(hào)G01F1/74GK101765759SQ200780100085
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者A·T·佩滕, C·B·麥卡納利, M·J·貝爾, R·L·小圣皮埃爾 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司