[发明专利]使用贴片天线的多相流计量

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2010年2月8日提交的、指定律师案号243265-1的美国专利申请序号61/302381的优先权，因此通过引用整体合并该专利申请的内容。

技术领域

本发明一般涉及多相流计量(multiphase flow metering)，具体而言涉及贴片(patch)天线在多相组分(composition)的计量中的使用。

背景技术

在加工工业、油气工业以及其它此类领域中，通常需要精确测量在管线内部流动的材料的组分和流速。在其中介质的电导率很低的情况下，例如其中组分具有小百分比的油和/或水的湿气流，而且随油/水的分馏(fractional)变化的介电常数变化很小，测量组分变化变得困难。

在石油工业中用于测量流体的商业可得传感器基于多种原理(单一技术或者是几种技术的组合)。例如，阻抗传感器、容性和/或感性传感器、双能量伽马传感器、venturi测量计和微波传感器(衰减/相位/共振)都已得到使用。目前，有许多可得的基于微波的流计量传感器，它们提供不同程度的灵敏度、复杂性和成本。典型地，使用信号的幅度和相位的测量来重建各种流态，例如段塞流(slug)、混状流(churn)和环状流(annular)。采用所有测量多相流的方法，精度、灵敏度、成本和技术复杂性是所关注的。

因此，当前存在对多相流计量进行改进的需要。

发明内容

本发明通过提供用于多相组分流计量的改进方法和装置而至少克服一些前述缺陷。具体而言，本发明的多方面可以使用一个或多个贴片天线来获得来自在管中流动的多相组分的信息。

因此，根据本发明的一个实施例，一种计量管中多相组分的方法，包括：将工作在无线电或微波频率范围内的至少一个贴片天线定位于接近多相组分；在频率范围上激励该至少一个贴片天线；随时间测量发射和反射信号；估计基准共振频率；估计共振频率从基准共振频率的偏移；基于该偏移计算多相组分的电容率(permittivity)；并且，基于电容率计算多相组分的相组分。

根据本发明的另一实施例，一种计量流过管的多相组分的方法，该方法包括：将至少一个贴片天线定位成与多相组分通信(communication)，其中该至少一个贴片天线工作在无线电或微波频率范围内；在频率范围上激励该至少一个贴片天线；在该频率范围上测量发射和反射功率；基于幅度和相位测量估计多相组分的相馏分(fraction)。

根据本发明的另一实施例，一种计量流过管的多相组分的方法，包括：将工作在无线电或微波频率范围内的多个贴片天线定位于接近多相组分；在至少一个频率上激励该多个贴片天线，由此产生发射和反射信号；基于发射和反射信号的特征(signature)估计流态；并且，基于发射和反射信号计算多相组分的相组分。

根据本发明的另一实施例，一种计量流过管的多相组分的方法，该方法包括：沿管轴向定位多个贴片天线组(set)，其中将第一贴片天线组轴向安置在距第二贴片天线组的一定距离处；在频率范围上激励多个贴片天线组；在该频率范围的至少一个上测量多个贴片天线组的功率；并且，基于该测量估计流动的多相组分的速率。

根据本发明的另一实施例，一种计量流过管的多相组分的方法，包括：从多相组分获得多个被测对象，其中多个被测对象包括幅度、相位和频率测量中的至少一个；通过使用传递函数将多个测量对象组合成单个量；并且，基于该单个量估计多相组分的相馏分。

根据本发明的另一实施例，一种计量流过管的多相组分的方法，包括：将工作在无线电或微波频率范围内的多个贴片天线定位于接近多相组分；并且，使用该多个贴片天线作为电极，从而获得多相组分的低频阻抗测量。

从以下详细描述和附图，本申请的各种其它特征和优点将显而易见。

附图说明

附图示出目前预期用于实现本发明的一个实施例。

图1为根据本发明实施例的多相流计量方法的流程图。

图2A-2D为根据本发明各种实施例使用贴片天线的管线部分的透视图。

图3A-3C为根据本发明各种实施例使用贴片天线的管线部分的端视图。

图4A-4F为根据本发明各种实施例的各种贴片天线形状的视图。

图5为根据本发明实施例使用贴片天线的多相流计量系统的透视图。

图6为根据本发明实施例示出典型频率响应曲线的图表。

图7为根据本发明实施例示出测试结果的图表。

图8为根据本发明实施例示出测试结果的图表。

图9A-9D为根据本发明各种实施例示出测试结果的各种图表。