專(zhuān)利名稱(chēng)：多相系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于確定多材料對(duì)象中的單獨(dú)材料的組成和特性的方法，更具體來(lái)說(shuō)，涉及一種分析多材料對(duì)象的電網(wǎng)絡(luò)表示的方法。
背景技術(shù)：
多相流是多材料對(duì)象的一個(gè)示例，其中至少兩個(gè)材料或相在管道或?qū)Ч軆?nèi)部共同流動(dòng)。多相流過(guò)程對(duì)于各種行業(yè)是重要的，其中包括例如石油、制藥、食品和化學(xué)工業(yè)。存在對(duì)這些類(lèi)型的多相流過(guò)程中的內(nèi)部流特性的直接了解的需要，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有和新處理設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計(jì)和增加的操作效率。用于預(yù)測(cè)多相過(guò)程的性能所使用的特性可包括例如相的空間分布(空間體積相分?jǐn)?shù))、流體系(flow regime)、界面面積以及相或材料之間的絕對(duì)和相對(duì)速率。了解材料的空間分布是特別有用的，因?yàn)椴牧系姆蔷鶆蚍植稼呄蛴跍p小可用于化學(xué)反應(yīng)或轉(zhuǎn)換的材料之間的界面面積，并且可引起使流再循環(huán)，從而形成空間非均勻反應(yīng)區(qū)或濃度。此外，體積相分?jǐn)?shù)和速率是實(shí)現(xiàn)多相流的適當(dāng)和及時(shí)控制的重要參數(shù)。電阻抗層析(EIT)是一種微創(chuàng)測(cè)量技術(shù)，它可用于定量繪制多材料對(duì)象中的材料分布。在EIT中，電導(dǎo)率和電容率的繪圖用于推斷多材料對(duì)象中的不同材料的分布。不同電流模式或電壓模式通過(guò)對(duì)象周?chē)碾姌O施加到對(duì)象，并且測(cè)量對(duì)應(yīng)電壓或電流。根據(jù)電流-電壓關(guān)系，確定內(nèi)部阻抗或內(nèi)部導(dǎo)納分布。使用各種圖像處理算法的基于所計(jì)算阻抗分布的圖像重構(gòu)是一種確定多材料對(duì)象中的不同材料的分布的方法。但是，圖像處理算法常常太費(fèi)時(shí)間并且計(jì)算密集。它們還忽略問(wèn)題的許多定量方面，例如空間對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)。因此，希望確定將會(huì)解決上述問(wèn)題的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于確定多材料對(duì)象的特性的方法。該方法包括確定表示多材料對(duì)象的電元素矩陣，并且用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘該電元素矩陣，以得到第一變換電元素矩陣。該方法還包括用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘該第一變換電元素矩陣，以得到第二變換電元素矩陣。該方法還包括根據(jù)第二變換電元素矩陣來(lái)確定多材料對(duì)象的特性。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供一種多材料感測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源，用于向多材料對(duì)象周?chē)碾姌O提供施加電信號(hào)集合；以及測(cè)量單元，用于從電極得到測(cè)量電信號(hào)集合。該系統(tǒng)還包括處理電路，用于基于施加的和測(cè)量的信號(hào)集合來(lái)確定電元素矩陣，并且用于用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘該電元素矩陣，以得到第一變換電元素矩陣。處理電路進(jìn)一步用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘該第一變換電元素矩陣以得到第二變換電元素矩陣，并且基于第二變換電元素矩陣來(lái)確定多材料對(duì)象的特性。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于確定多材料對(duì)象的特性的方法。該方法包括向多材料對(duì)象周?chē)碾姌O提供施加電信號(hào)集合，并且從電極得到測(cè)量電信號(hào)的測(cè)量
3電信號(hào)集合。該方法還包括用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘所測(cè)量的電信號(hào)集合以得到第一變換測(cè)量電信號(hào)集合，并且用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘該第一變換測(cè)量電信號(hào)集合以得到第二變換測(cè)量電信號(hào)集合。該方法還包括基于第二變換測(cè)量電信號(hào)集合來(lái)確定多材料對(duì)象的特性。


通過(guò)參照附圖閱讀以下具體實(shí)施方式
，會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、 方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似符號(hào)在整個(gè)附圖中表示相似部件，附圖包括圖1是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的油生產(chǎn)設(shè)備的框圖；圖2是將要根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所使用的基于電阻抗層析(EIT)的多相流量計(jì)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的施加電壓EIT系統(tǒng)的框圖；圖4是兩個(gè)相成分的混合物的三個(gè)不同流體系的表示；圖5是矩陣元素Y(2，2)隨第二相(secondary phase)的分?jǐn)?shù)的變化的圖形表示；圖6是矩陣元素Y(2，3)隨第二相離導(dǎo)管中心軸線的平均距離的變化的圖形表示；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的原始分布及其第二相的等效分布的圖形表示；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、確定多材料對(duì)象的特性的方法的流程圖； 以及圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多材料對(duì)象的分析的流程圖；以及圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、根據(jù)電信號(hào)集合來(lái)確定多材料對(duì)象的特性的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)論述，本發(fā)明的實(shí)施例用于提供測(cè)量多材料對(duì)象的特性的系統(tǒng)和方法。 在多相流的一個(gè)示例中，對(duì)象的特性可包括流經(jīng)導(dǎo)管的油、水和氣體(在這個(gè)上下文中指的是氣態(tài)羥類(lèi))的體積分?jǐn)?shù)和流率。雖然參照在油/氣體/水測(cè)量中的使用來(lái)描述本發(fā)明， 但是它完全不是要限于這類(lèi)應(yīng)用，本發(fā)明的方面而是在例如癌癥診斷和水處理過(guò)程等大量工業(yè)、衛(wèi)生保健和化學(xué)過(guò)程中得到應(yīng)用。這類(lèi)多材料對(duì)象的特性可能與對(duì)于多相流所給出的示例完全不同。圖1示出根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的油生產(chǎn)設(shè)備10。油生產(chǎn)設(shè)備通常包括各互連到管道系統(tǒng)14的多個(gè)油井12。管道系統(tǒng)14包括耦合到多相流量計(jì)(MPFM) 18的生產(chǎn)集合管16。 多相流量計(jì)實(shí)現(xiàn)與油井非常接近的未處理井流的測(cè)量，并且因而可提供油井性能的連續(xù)監(jiān)測(cè)，它可用于更好的油藏管理。從油井12抽出的流體通過(guò)生產(chǎn)集合管16發(fā)送到生產(chǎn)分離器20。應(yīng)當(dāng)注意，測(cè)試分離器(未示出)可附加地連同設(shè)備10中的MPFM—起使用，或者可備選地使用。MPFM優(yōu)于測(cè)試分離器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行測(cè)量所需的時(shí)間的減少。雖然必須允許測(cè)試分離器在改變油井時(shí)進(jìn)行填充和穩(wěn)定，但是MPFM更迅速地響應(yīng)油井流體的變化，并且需要更少時(shí)間來(lái)穩(wěn)定。生產(chǎn)分離器20分離從油井抽出的油、氣體和水。生產(chǎn)分離器20可包括一個(gè)或多個(gè)測(cè)量裝置。測(cè)量裝置例如可包括水表，其測(cè)量從油井所提取的水的量或比率(rate)；以及乳化液計(jì)(emulsion meter)，其測(cè)量從油井所提取的油的量。其它測(cè)量裝置可包括通常用于監(jiān)測(cè)油井性能的其它裝置，例如井口壓力傳感器、溫度計(jì)、鹽度計(jì)和PH計(jì)。圖2示出基于電阻抗層析(EIT)的MPFM系統(tǒng)40。在EIT中，多材料對(duì)象中的導(dǎo)電率或電容率分布從通過(guò)對(duì)象周?chē)碾姌O所進(jìn)行的電測(cè)量來(lái)推斷。導(dǎo)電電極附連到多材料對(duì)象的周邊，并且交流電流或電壓施加到電極的部分或全部。分別測(cè)量所產(chǎn)生的電位或電流， 并且該過(guò)程對(duì)于施加電流和/或電壓的許多不同配置或模式重復(fù)進(jìn)行。圖2的MPFM系統(tǒng)40包括電極陣列42，其中包括圍繞導(dǎo)管46所分布的多個(gè)電極 44。導(dǎo)管可包括容器，它在其中攜帶多個(gè)材料或相，例如管道或桶(tank)，或者導(dǎo)管可包括另一種管(vessel)，例如人體的一部分或者整個(gè)人體。在一個(gè)更具體的實(shí)施例中，電極的數(shù)量可以為8、12或16，取決于導(dǎo)管的大小和所需精度。電極可直接附連到導(dǎo)管的內(nèi)壁，其中一個(gè)實(shí)施例包括在需要時(shí)使用適當(dāng)涂層來(lái)確保良好的電接觸。電極連接到電子調(diào)節(jié)電路48，它可包括例如耦合到計(jì)算機(jī)50的電流或電壓源、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、差分放大器、濾波器、數(shù)字復(fù)用器、模擬復(fù)用器、時(shí)鐘和/或數(shù)字I/O單元等部件。在一個(gè)實(shí)施例中， 計(jì)算機(jī)50包括個(gè)人計(jì)算機(jī)，它配備有用于圖像重構(gòu)過(guò)程的數(shù)字信號(hào)處理器卡以及用于顯示圖像的適當(dāng)顯示器52。在其它實(shí)施例中，也可使用例如現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯裝置(CPLD)等的其它處理電路。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)跨接它們施加電壓模式的電壓集合來(lái)激勵(lì)電極44，這產(chǎn)生導(dǎo)管中的多材料對(duì)象內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。在任何給定時(shí)間，一個(gè)或多個(gè)電壓源用于將一種模式的電壓施加到電極，并且測(cè)量每個(gè)電極中的電流信號(hào)的對(duì)應(yīng)集合。在一個(gè)實(shí)施例中，不是施加電壓，而是一個(gè)或多個(gè)電流源用于通過(guò)將電流注入其中來(lái)激勵(lì)電極，并且測(cè)量跨接電極上的對(duì)應(yīng)電壓。圖3是具有L個(gè)電極的施加電壓EIT系統(tǒng)的框圖60。各電極61連接到電路，它包括用于生成施加的電壓的電壓源62以及用于測(cè)量施加的電流的安培表和直接測(cè)量施加的電壓的伏特計(jì)。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)63使單個(gè)校準(zhǔn)電路64能夠連接到電壓源/安培計(jì)/伏特計(jì)電路的任一個(gè)，以便允許將整個(gè)系統(tǒng)校準(zhǔn)到單個(gè)參考。數(shù)字控制器(未示出)可與電壓源(具有安培計(jì)和伏特計(jì))、開(kāi)關(guān)進(jìn)行接口，并且校準(zhǔn)電路可用于設(shè)置系統(tǒng)配置并且收集電壓和電流的數(shù)字測(cè)量。在電流而不是電壓施加到電極的另一個(gè)實(shí)施例中，電流使用電流源來(lái)生成， 電流源可包括例如直流源或者電壓-電流轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。在電流和電壓源的兩種實(shí)施例中，所得測(cè)量由計(jì)算機(jī)50(圖2、來(lái)處理，并且確定多材料對(duì)象中的電阻抗或?qū)Ъ{分布的表示。電阻抗或?qū)Ъ{分布然后由計(jì)算機(jī)50進(jìn)一步分析，以便提供多材料對(duì)象的特性。多材料對(duì)象的特性可包括例如系統(tǒng)的材料的組成和分布。 此外，還可分析電阻抗或?qū)Ъ{分布，以便確定多材料對(duì)象的單獨(dú)材料的流體系、相分?jǐn)?shù)和速率。例如，流體系可包括但不限于氣泡流、攪動(dòng)流(churnflow)、段塞流(slug flow)或環(huán)狀流。在電壓源實(shí)施例中，從一個(gè)電極流動(dòng)到另一個(gè)電極的電流是跨接所有電極所施加的相對(duì)電壓以及存在于所有電極之間的材料的導(dǎo)電率和電容率的函數(shù)。例如，材料可僅僅是油，或者它可以是油和氣體的混合物。取決于材料及其分布，所有電極之間的阻抗或?qū)Ъ{改變，并且在電極之間流動(dòng)的電流也改變。因此，從施加電壓集合和測(cè)量電流集合，可計(jì)算每一對(duì)電極之間的阻抗的阻抗集合或阻抗矩陣。類(lèi)似地，作為替代或補(bǔ)充，從施加電壓集合和測(cè)量電流集合，可計(jì)算每一對(duì)電極之間的阻抗的導(dǎo)納集合或?qū)Ъ{矩陣。由于阻抗和導(dǎo)納是電極之間的材料的電導(dǎo)率和電容率的函數(shù)，因此，通過(guò)分析阻抗或?qū)Ъ{網(wǎng)絡(luò)，可確定材料分布及其特性。若干方法可用于從施加電信號(hào)集合和測(cè)量電信號(hào)集合來(lái)計(jì)算阻抗或?qū)Ъ{矩陣。這些方法可包括但不限于使用偽逆或迭代算法。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠分析來(lái)自電極的電信號(hào)的測(cè)量電信號(hào)集合，并且確定多材料對(duì)象的特性。測(cè)量的電信號(hào)可包括電壓信號(hào)或電流信號(hào)。應(yīng)當(dāng)注意，由于測(cè)量的電信號(hào)也是電極之間的材料的電導(dǎo)率和電容率的函數(shù)， 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，能夠通過(guò)分析測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)量的電信號(hào)集合來(lái)分析多材料對(duì)象的特性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)的分析包括用第一數(shù)學(xué)變換矩陣A左乘阻抗或?qū)Ъ{矩陣Y，并且由第二數(shù)學(xué)變換矩陣B右乘所得乘積矩陣，如等式(1)所述。因此，變換的阻抗或?qū)Ъ{矩陣由;F表示，并且表示為
權(quán)利要求
1.一種用于確定多材料對(duì)象的特性的方法(101)，包括下列步驟 確定(10 表示所述多材料對(duì)象的電元素矩陣；用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘(104)所述電元素矩陣，以得到第一變換電元素矩陣； 用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘(106)所述第一變換電元素矩陣，以得到第二變換電元素矩陣；以及基于所述第二變換電元素矩陣來(lái)確定(108)所述多材料對(duì)象的特性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一數(shù)學(xué)變換矩陣包括離散傅立葉變換矩陣， 以及所述第二數(shù)學(xué)變換矩陣包括所述離散傅立葉變換矩陣的逆。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述多材料對(duì)象的特性的步驟包括基于沿所述第二變換阻抗矩陣的對(duì)角線的元素來(lái)確定所述多材料對(duì)象中的材料的分布的空間對(duì)稱(chēng)， 并且基于不是沿所述第二變換阻抗矩陣的對(duì)角線的元素來(lái)確定所述多材料對(duì)象中的材料的分布的不對(duì)稱(chēng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述多材料對(duì)象的特性的步驟包括利用從隨機(jī)生成的流體系和材料分布的數(shù)值模擬所得到的電元素矩陣的信息。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述多材料對(duì)象的特性的步驟包括基于先前實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)利用關(guān)于所述電元素矩陣的信息。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多材料對(duì)象的特性包括所述對(duì)象內(nèi)的不同材料的組成和分布。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述多材料對(duì)象的特性的步驟包括確定所述多材料對(duì)象內(nèi)的材料的流體系、體積分?jǐn)?shù)、密度和速率。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定所述多材料對(duì)象中的材料分布的等效可視表不。
9.一種多材料感測(cè)系統(tǒng)(40)，包括電源(62)，其向多材料對(duì)象周?chē)碾姌O提供施加電信號(hào)集合； 測(cè)量單元(62)，其從所述電極得到測(cè)量電信號(hào)集合；以及處理電路(50)，其基于所施加的和測(cè)量的電信號(hào)集合來(lái)確定電元素矩陣，用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘所述電元素矩陣以得到第一變換電元素矩陣，用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘所述第一變換電元素矩陣以得到第二變換電元素矩陣，以及基于所述第二變換電元素矩陣來(lái)確定所述多材料對(duì)象的特性。
10.一種確定多材料對(duì)象的特性的方法(130)，包括下列步驟 向所述多材料對(duì)象周?chē)碾姌O提供(13 施加電信號(hào)集合； 從所述電極得到(134)測(cè)量電信號(hào)的測(cè)量電信號(hào)集合；用第一數(shù)學(xué)變換矩陣左乘(136)所述測(cè)量電信號(hào)集合，以得到第一變換測(cè)量電信號(hào)集合；用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘(138)所述第一變換測(cè)量電信號(hào)集合，以得到第二變換測(cè)量電信號(hào)集合；以及基于所述第二變換測(cè)量電信號(hào)集合來(lái)確定(140)所述多材料對(duì)象的特性。
全文摘要
本發(fā)明名稱(chēng)為多相系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)分析。提供一種用于確定多材料對(duì)象的特性的方法(101)。該方法包括確定(102)表示多材料對(duì)象的電元素矩陣。由第一數(shù)學(xué)變換矩陣來(lái)左乘(104)電元素矩陣，以得到第一變換電元素矩陣。用第二數(shù)學(xué)變換矩陣右乘(106)第一變換電元素矩陣以得到第二變換電元素矩陣。該方法還包括基于第二變換電元素矩陣來(lái)確定(108)所述多材料對(duì)象的特性。
文檔編號(hào)G01N27/08GK102183547SQ20111000855
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者A·巴納吉, H·K·皮萊, S·馬哈林加姆, W·巴蘇 申請(qǐng)人:通用電氣公司