[发明专利]测量含水多相混合物的成分和水的盐度的方法及设备

说明书

本发明涉及一种方法和装置，其用于根据多相混合物的复数介电常数 和密度的测量结果，来测量多相混合物的组分和水的盐度。通过测量两接 收天线间的相移的频率位置以及相移的频率位置所除的相移的扩展，来确 定复数介电常数。所述方法特别适合于分散在烃连续混合物中的少量水的 体积分数和盐度的高精度测量，例如烃湿气流中的水百分率和水盐度的测 量(对于湿气流的典型的水百分率为管道体积的0.001-0.5％量级)。所述 方法不可用于高损耗介质的复数介电常数的测量，所述高损耗介质例如为 多相混合物，其中烃分散在水中，以及水的盐分按重量超过约0.5％的 NaCl。

油水和气或冷凝水和气的流动的流体混合物在石油工业中是普遍出 现的，为未加工的井流的产物。这样的井流通常称为多相流混合物，其中 油、水和气称为单相或组分。

当井流的气体组分超过90％气体时，所述井通常称为湿气井。湿气 井还可称为气井/冷凝井，其中冷凝物为从气体中冷凝的液体。气井/冷凝 井的组分一般可为98％的气体、已从所述气体冷凝出的1.9％的冷凝物和 0.1％的液态淡水。油气层中的地层水一般为盐水，以及操作员通常知道 其的盐度。在正常情况下，井不应产生任何地层水。事实上，管道中的地 层水可引起水合物和水垢形成，还可引起管道的严重腐蚀。如果操作员已 经知道井中的地层水和淡水的量(还称为总水百分率)，则可向井流中注 入化学抑制剂，以限制由该水所引起的有害效果，或改变该井的生产率以 最小化地层水的产生。特别关注的是测量远程操作的海底油井中的地层水 和淡水的含量，因为在这种装置中管道的成本是非常高的。由于操作员已 知地层水的盐度，因此通过测量总水(地层水加上淡(冷凝)水)百分率 和水的盐度，可确定的井中淡水和地层水的百分率。为了满足野外操作员 的要求，用于测量井中的总水百分率和水盐度的仪器需要能够对水的百分 数和水盐度进行可靠且可重复的测量，其中地层水的百分率为管道总面积 的千分之几那么少。

微波广泛用于多相混合物的成分和水盐度的测量。美国4,458,524 (1984)公开了一种测量介电常数(电容率)、密度、温度和压力的多相 流量计。这种设备使用两接收天线间的相移来确定介电常数。另外已知其 他技术是基于共振频率测量。这样的技术的例子公开在W03/034051和美 国专利US6,466,035中。美国专利US5,103,181描述了一种基于管中的相 长和相消干涉图的测量的方法。

然而，上述的方法没有一个方法能够测量复数介电常数，使得能够确 定多相混合物的水盐度。

众所周知，通过测量电磁波经过介质的相移和衰减，可确定所述介质 的复数介电常数。美国专利US 4,902,961描述了一种基于相移和功率衰 减的测量结果来测量复数介电常数的方法。该测量在两个不同(固定)的 频率中进行，一个在X带，另一个在S带。由于此方法依靠功率测量来 测量复数介电常数，因此无法获得为精确测量烃湿气流的水百分率和水盐 度所要求的灵敏性和稳定性。NO 200 10 616公开了一种基于微波频率的 功率和相位测量结果来测量多相混合物中的连续相的水电导率(water conductivity)的方法。然而，此方法也依赖于功率测量，且所述方法不能 进行具有分散的水相的烃连续混合物的复数介电常数的准确测量。

本发明的目的在于提供复数介电常数的准确测量。本发明的目的在于 进行烃连续介质的分散的水百分率和水盐度的准确测量。本发明的目的在 于提供含有少量的水和大量气体的多相混合物中油、气体和水百分率和水 盐度的准确测量，这在烃湿气流是典型的。

根据本发明的方法包括下面的步骤：

a.在两接收天线间进行电磁相位测量，所述两接收天线位于自发射天 线的不同距离处，

b.根据经验确定的一个或多个常数以及上述的测量，确定有效介电 常数和虚介电常数，

c.确定混合物的密度，

d.确定温度和压力，

e.基于流体混合物中的成分的密度、有效介电常数以及虚介电常数 的知识以及以上步骤a-d的结果，计算流体混合物的气体和液体或多种 液体的体积分数以及水的盐度。

根据本发明的设备进一步特征在于独立权利要求8所述的特征。

从属权利要求2-7和9-12定义本发明的优选实施方式。

下面参考附图进一步描述本发明，其中：

图1显示根据本发明的用于测量成分和水盐度的仪表的示例性实施 方式的示意性纵截面图，