[发明专利]带有实现层析成像测量原理的测量装置的流量测量仪

说明书

本发明涉及一种带有实现层析成像测量原理的测量装置的流量测量仪，其用于确定流过测量管的多相介质的流量。所示出的流量测量仪具有实现层析成像测量原理的测量装置和第二测量装置。这两个测量装置中的至少一个实现基于核自旋共振的测量原理。在所示出的实施例中，第二测量装置通过磁共振层析成像仪来实现。第一测量装置不同于此地来实现，即通过实现预磁化对比测量的测量原理的测量装置，其具有带有恒定的磁场的预磁化段。磁场具有至少一个垂直于多相介质的流通方向的分量并且由围绕测量管布置的磁场产生元件来产生。此外，用于通过RF激励脉冲或RF激励脉冲序列激励核自旋的结构单元属于该测量装置。

技术领域

本发明涉及一种用于确定流过测量管的多相介质的流量的流量测量仪，其带有实现层析成像测量原理的测量装置。本发明还涉及一种用于运行这样的流量测量仪的方法。

背景技术

元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))还具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解为可通过一向量描述的角动量(Drehimpuls)，并且磁矩相应地也可通过一向量来说明，其平行于角动量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏观磁场时平行于在原子核的部位处宏观磁场的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量围绕在原子核的部位处宏观磁场的向量进动。进动(Präzession)的频率被称为拉莫尔频率ω_L并且与磁场强度B的量成比例。拉莫尔频率根据ω_L=γ·B来计算。在此，γ是旋磁比，其对于氢原子核最大。旋磁比说明了在粒子的自旋或角动量与属于此的磁矩之间的比例因数。

测量和分析方法(其在存在宏观磁场的情况下利用带有磁矩的原子核的进动的特性)被称为核磁共振测量或分析方法。核磁共振的英文术语是Nuclear MagneticResonance (NMR)。

这些测量原理的重要代表是磁共振层析成像术(Magnetresonanztomographie)(MR，或者由英文Magnetic Resonance Imaging，MRI)。通常，由进动的原子核在不同边界条件下在传感器线圈中感应的电气信号被用作用于测量和分析方法的输出量。

对利用核磁共振的测量仪的一示例是核磁式流量测量仪，其测量流过测量管的多相介质的流量并且分析介质。

对于在利用核磁共振的情况下的分析的前提条件是，介质的待分析的相可被激励成可区别的核磁共振。该分析可包括介质的各个相的流速和多相介质的各个相的相对含量。核磁式流量测量仪例如可被用于分析从油井输送的多相介质。该介质那么主要由原油、天然气和盐水这些相构成，其中，所有相包含氢原子核。

从油井输送的介质的分析也可利用所谓的计量分离器(Testseparator)实现。其分出所输送的介质的一小部分、使介质的各个相彼此分离并且确定介质的各个相的含量。然而计量分离器不能可靠地测量小于5%的原油含量。因为每个井的原油含量持续降低并且许多井的原油含量已小于5%，目前不可能在使用计量分离器的情况下经济地开采这些井。为了另外还能够开采带有非常小的原油含量的井，需要相应精确的流量测量仪。

通常将由旋进的原子核在激励之后在传感器线圈中所感应的电气信号用作用于评估的输出量。如已实施的那样，对于测量多相介质的前提条件是介质的各个相可被激励至可区别的核磁共振。由介质的相的旋进的原子核在传感器线圈中所感应的电气信号的大小取决于在该相中每个体积元旋进的原子核的数量，相应地即取决于该相的密度，但是也取决于原子核在影响的受控制的磁场中的影响持续时间。因此，在液态相中所感应的电气信号的大小大于在气态相中。

对于磁共振层析成像术必需的位置信息例如通过梯度场被施加到试样上。由于核自旋的拉莫尔频率与磁场强度成比例，通过梯度场产生核自旋的不同拉莫尔频率的与位置相关的分布和因此由原子核感应的电气信号的位置相关性。