專利名稱：流量計(jì)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測具有管道的管中的流體流率(flow rate)的流量計(jì)，該管道 具有設(shè)置在管中的通道，管中的流體流過該通道并且由上游超聲傳感器和下游超聲傳感器 產(chǎn)生的平面波傳播通過該通道。(如本文所使用的，對“本發(fā)明”或“發(fā)明”的引用表述涉及 示例性實(shí)施方案而不一定涉及所附權(quán)利要求書所涵蓋的每個(gè)實(shí)施方案。)更具體地講，本發(fā) 明涉及用于檢測具有管道的管中的流體流率的流量計(jì)，該管道具有設(shè)置在管中的通道，管 中的流體流過該通道并且由上游超聲傳感器和下游超聲傳感器產(chǎn)生的平面波傳播通過該 通道，其中，管道由吸聲材料制成，使得本質(zhì)上所有聲音的非流體路徑被吸收。
背景技術(shù)：
本部分旨在向讀者介紹可能與本發(fā)明的各方面相關(guān)的領(lǐng)域的各方面。以下的討論 內(nèi)容旨在提供有助于更好理解本發(fā)明的信息。因此，應(yīng)該理解，以下討論內(nèi)容中的陳述是在 就此而論的基礎(chǔ)上閱讀的而并不承認(rèn)其是現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)前的超聲流量計(jì)布置在管的相對兩端使用了兩個(gè)傳感器，其中，一個(gè)處于流體 流的上游，另一個(gè)處于流體流的下游，這兩個(gè)傳感器都發(fā)送和接收信號。每個(gè)傳感器產(chǎn)生進(jìn) 入流體并環(huán)繞管壁的平面波。上游信號和下游信號之間的渡越時(shí)間(transit time)差被 用于計(jì)算流率。因?yàn)槁曇粼诠鼙谥械膫鞑ニ俣缺仍诹黧w介質(zhì)中的傳播速度快，所以接收傳 感器具有噪聲，這是由于聲音進(jìn)入管中并且在行進(jìn)于液體中的聲音之前的時(shí)候到達(dá)。噪聲 水平是顯著的，因?yàn)槠浣档土肆髁繙y量的精確度并且導(dǎo)致低流率時(shí)差的測量或不測量。此外，傳統(tǒng)上，具有散射填料(如，金屬或玻璃或微球體)的聚合物被用作超聲傳感 器的背襯塊(backing mass)。由于使用衰減背襯塊，通過從傳感器背面吸收聲音并且不允 許反射出現(xiàn)，提高了傳感器發(fā)送的超聲信號的帶寬。據(jù)信，在使用超聲渡越時(shí)間流量測量的 情況下，具有散射填料的聚合物從來沒有作為管壁聲衰減器被使用過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可應(yīng)用于利用超聲渡越時(shí)間技術(shù)測量流率，尤其是低流率。本申請尤其應(yīng) 用于監(jiān)控海底油井中的化學(xué)流體注入。本發(fā)明涉及使用吸聲管道來引導(dǎo)流。這種管道衰減 所有聲學(xué)路徑的聲音，除了通過流體的路徑之外。這種改進(jìn)使得有可能通過非常小孔的管 在流率非常低時(shí)進(jìn)行流動(dòng)測量。


在附圖中，圖示說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案以及實(shí)踐本發(fā)明的優(yōu)選方法，在附圖中圖1示出本發(fā)明的流量計(jì)。圖2示出聲信號路徑。圖3示出低流量計(jì)布置。圖4示出具有l(wèi)OOcSt油的4. 5mm直徑管的渡越時(shí)間流量計(jì)性能的實(shí)例證明(3Mhz
信號)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中在多個(gè)視圖中類似的附圖標(biāo)記始終表示類似的或相同的部 件，更具體地講，參照其中的圖1和圖3，在圖1和圖3中示出用于檢測管12中的流體流率 的流量計(jì)10。流量計(jì)10包括管道14，該管道14具有設(shè)置在管12中的通道，管12中的流 體流過該通道。流量計(jì)10包括上游超聲傳感器，該上游超聲傳感器接觸管12并且被設(shè)置 成對準(zhǔn)該通道使得上游傳感器16產(chǎn)生的平面波傳播通過該通道。流量計(jì)10包括下游超聲 傳感器，該下游超聲傳感器接觸管12并且被設(shè)置成使得下游傳感器18產(chǎn)生的平面波傳播 通過該通道并且被產(chǎn)生上游傳感器16信號的上游傳感器16接收。下游傳感器18從上游 傳感器16接收平面波并且提供下游傳感器18信號。流量計(jì)10包括控制器20，該控制器 20與上游傳感器和下游傳感器18進(jìn)行通信，用于從上游傳感器16信號和下游傳感器18信 號計(jì)算流體流率。管道14可由吸聲材料制成，使得本質(zhì)上所有聲音的非流體路徑都被吸收。上游傳 感器16和下游傳感器18可以延伸通過管12的壁并且與管12的內(nèi)部聲學(xué)連通。管道14 可以與管12形成密封，從而本質(zhì)上防止管12中的流體在管道14周圍泄露。管道14可以由填充有衰減顆粒的聚合物制成。所述聚合物可以是環(huán)氧化物、尼 龍、PTFE或PEEK (聚芳基醚酮)。所述顆粒是金屬、玻璃微球、金屬氧化物或橡膠，其大小等 于或小于聲波波長。管道可以具有長度L和直徑開口 D，使得在其中Q>. 2升/小時(shí)的容積 流量條件下，當(dāng)C>1400m/s時(shí)，管道尺寸L/D2大于1385/米。本發(fā)明涉及用于檢測管12中的流體流率的方法。該方法包括使流體流過管12中 設(shè)置的管道14的通道的步驟。存在由上游傳感器16產(chǎn)生平面波的步驟，該上游傳感器16 接觸管12并且被設(shè)置成對準(zhǔn)該通道，使得平面波傳播通過通道并且由產(chǎn)生下游傳感器18 信號的下游傳感器18接收。存在由下游傳感器18產(chǎn)生平面波的步驟，該下游傳感器18接 觸管12并且被設(shè)置成使得平面波傳播通過通道并且由產(chǎn)生上游傳感器16信號的上游傳感 器16接收。存在利用與上游傳感器和下游傳感器18進(jìn)行通信的控制器20從上游傳感器 16信號和下游傳感器18信號計(jì)算流體流率的步驟。管道14可以由吸聲材料制成，并且其中，由上游傳感器16產(chǎn)生平面波的步驟可以 包括由上游傳感器16產(chǎn)生平面波使得本質(zhì)上所有聲音的非流體路徑被管道14吸收的步 驟，并且其中，下游傳感器18產(chǎn)生平面波的步驟可以包括由下游傳感器18產(chǎn)生平面波使得 本質(zhì)上所有聲音的非流體路徑被管道14吸收的步驟。由上游傳感器16產(chǎn)生平面波的步驟 可以包括由延伸通過管12的壁并且與管12的內(nèi)部聲學(xué)連通的上游傳感器16產(chǎn)生平面波 的步驟，并且其中，由下游傳感器18產(chǎn)生平面波的步驟可以包括由延伸通過管12的壁并且 與管12的內(nèi)部聲學(xué)連通的下游傳感器18產(chǎn)生平面波的步驟。管道14可以與管12形成密封，從而本質(zhì)上防止管12中的流體在管道14周圍泄露。在本發(fā)明的操作過程中，當(dāng)前的超聲流量計(jì)布置是在管12中的管道14的相對兩 端使用兩個(gè)潤濕的傳感器，其中，一個(gè)處于流體流的上游而另一個(gè)處于流體流的下游，這兩 個(gè)傳感器都發(fā)送和接收信號(圖1)。上游信號和下游信號之間的渡越時(shí)間的差被用于計(jì)算 流率。每個(gè)傳感器產(chǎn)生進(jìn)入流體并環(huán)繞管12的壁的平面波(圖2)。聲波的傳播具有被稱為 傳感器束分布的分布。對于
權(quán)利要求
1.一種用于檢測管中的流體流率的流量計(jì)，所述流量計(jì)包括管道，所述管道具有設(shè)置在所述管中的通道，所述管中的流體流過所述通道；上游超聲傳感器，所述上游超聲傳感器接觸所述管并且被設(shè)置成對準(zhǔn)所述通道，使得 由所述上游傳感器產(chǎn)生的平面波傳播通過所述通道；下游超聲傳感器，所述下游超聲傳感器接觸所述管并且被設(shè)置成對準(zhǔn)所述通道，使得 由所述下游傳感器產(chǎn)生的平面波傳播通過所述通道并且被產(chǎn)生上游傳感器信號的所述上 游傳感器接收，所述下游傳感器從所述上游傳感器接收所述平面波并且提供下游傳感器信 號；以及控制器，所述控制器與所述上游傳感器和所述下游傳感器進(jìn)行通信，用于從所述上游 傳感器信號和所述下游傳感器信號計(jì)算流體流率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)，其中，所述管道由吸聲材料制成，使得本質(zhì)上所有聲 音的非流體路徑被吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計(jì)，其中，所述上游傳感器和所述下游傳感器延伸通過 所述管的壁并且與所述管的內(nèi)部聲學(xué)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量計(jì)，其中，所述管道與所述管形成密封，從而本質(zhì)上防止 所述管中的流體在所述管道周圍泄露。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量計(jì)，其中，所述管道由填充有衰減顆粒的聚合物制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流量計(jì)，其中，所述聚合物是環(huán)氧化物、尼龍、PTFE或PEEK。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流量計(jì)，其中，所述顆粒是目徑小于或等于聲波波長的金屬、 金屬氧化物、玻璃微球或橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流量計(jì)，其中，所述管道具有長度L和直徑開口D，使得在 Q>. 2升/小時(shí)的容積流動(dòng)條件下，當(dāng)C>1400m/s時(shí)，管道尺寸L/D2大于1385/米。
9.一種用于檢測管中的流體流率的方法，所述方法包括以下步驟使流體流過設(shè)置在所述管中的管道的通道；由上游超聲傳感器產(chǎn)生平面波，所述上游超聲傳感器接觸所述管并且被設(shè)置成對準(zhǔn)所 述通道，使得所述平面波傳播通過所述通道并且被產(chǎn)生下游傳感器信號的所述下游傳感器 接收；由下游超聲傳感器產(chǎn)生平面波，所述下游超聲傳感器接觸所述管并且被設(shè)置成對準(zhǔn)所 述通道，使得所述平面波傳播通過所述通道并且被產(chǎn)生上游傳感器信號的所述上游傳感器 接收；利用與所述上游傳感器和所述下游傳感器進(jìn)行通信的控制器從所述上游傳感器信號 和所述下游傳感器信號計(jì)算流體流率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述管道由吸聲材料制成，并且其中，所述上游 傳感器產(chǎn)生所述平面波的步驟包括由所述上游傳感器產(chǎn)生所述平面波使得本質(zhì)上所有聲 音的非流體路徑被所述管道吸收的步驟，并且其中，所述下游傳感器產(chǎn)生所述平面波的步 驟包括由所述下游傳感器產(chǎn)生所述平面波使得本質(zhì)上所有聲音的非流體路徑被所述管道 吸收的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述上游傳感器產(chǎn)生所述平面波的步驟包括 由延伸通過所述管的壁并且與所述管的內(nèi)部聲學(xué)連通的所述上游傳感器產(chǎn)生所述平面波的步驟，并且其中，所述下游傳感器產(chǎn)生所述平面波的步驟包括由延伸通過所述管的壁并 且與所述管的內(nèi)部聲學(xué)連通的所述下游傳感器產(chǎn)生所述平面波的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述管道與所述管形成密封，從而本質(zhì)上防止 所述管中的流體在所述管道周圍泄露。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述管道具有長度L和直徑開口D，使得在 Q>. 2升/小時(shí)的容積流動(dòng)條件下，當(dāng)C>1400m/s時(shí)，管道尺寸L/D2大于1385/米。
全文摘要
一種用于檢測管中的流體流率的流量計(jì)，該流量計(jì)包括管道，該管道具有設(shè)置在管中的通道，管中的流體流過該通道。該流量計(jì)包括上游傳感器，該上游傳感器接觸管并且被設(shè)置成使得上游傳感器產(chǎn)生的平面波傳播通過通道。該流量計(jì)包括下游傳感器，該下游傳感器接觸管并且被設(shè)置成使得下游傳感器產(chǎn)生的平面波傳播通過通道并且被產(chǎn)生上游傳感器信號的上游傳感器接收。下游傳感器從上游傳感器接收平面波并且提供下游傳感器信號。該流量計(jì)包括控制器，該控制器與上游傳感器和下游傳感器進(jìn)行通信，用于從上游傳感器信號和下游傳感器信號計(jì)算流體流率。一種用于檢測管中的流體流率的方法。
文檔編號G01F1/66GK102667419SQ201080057816
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者D·R·奧根斯坦, E·戈特利布 申請人:卡梅倫國際公司