非圓形橫截面管道中的流體的nmr成像的制作方法
【專利摘要】用于測量流體物理性質(zhì)的基于NMR的系統(tǒng)(100)，所述基于NMR的系統(tǒng)包括：a.NMR波譜儀(110)，用于令所述流體在產(chǎn)生的磁場中受射頻(RF)信號作用，測量所述流體再發(fā)射的RF信號，并產(chǎn)生所述流體的NMR圖像；b.計算機處理器(120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波譜儀的檢測功能；c.計算機可讀介質(zhì)(CRM)(130)，用于存儲供所述計算機處理器使用的機器指令和存儲所述RF信號測量的相關(guān)信息；d.視覺顯示器(140)，用于指示所述基于NMR的系統(tǒng)的當前狀態(tài)和功能；e.數(shù)字電子連接端口(150)，用于所述基于NMR的系統(tǒng)和計算機通訊網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)字通訊；f.管道(160)，所述管道設(shè)有預(yù)定的非圓形截面節(jié)段，用于供所述流體流動；以及g.流激機構(gòu)(170)，用于在所述管道中引起所述流體的流動；其中，所述CRM(130)包括多個由所述計算機處理器(120)執(zhí)行的步驟，用于分析處理流經(jīng)所述非圓形截面管道的所述流體在層流和層流?湍流混合流條件下的物理性質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
【專利說明】
非圓形橫截面管道中的流體的NMR成像
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于用于以基于NMR的系統(tǒng)分析流經(jīng)非圓形截面管道的流體的物理性質(zhì)的裝置 和方法。
【背景技術(shù)】
[0001] 對復(fù)雜流體的流動行為的觀察和分析能夠提供對物質(zhì)物理性質(zhì)的重要理解。因 此，這對于工業(yè)過程的控制和優(yōu)化也成為了重要因素。所述過程的示例包括但不限于勘探 性油田鉆井、流體運輸以及食物加工處理。
[0002] 在石油工業(yè)中，鉆井液沿鉆桿向下流通再向上回到圍繞鉆桿的鉆孔環(huán)形區(qū)域，其 流變學(xué)性質(zhì)和組成性質(zhì)將提供必要的過程控制信息。該信息往往帶來鉆井液組成成分或鉆 井參數(shù)(例如鉆井速度和鉆壓）的實時流程變化?；谟吞镢@井操作的性質(zhì)，此類控制決策 可能帶來數(shù)千萬美元的經(jīng)濟結(jié)果。核磁共振(NMR)成像已知是可用于在復(fù)雜流體流動和流 體移動性質(zhì)中采集數(shù)據(jù)的高靈敏度非侵入性方法。一些極為有效的分析應(yīng)用是基于脈沖場 梯度自旋回聲影像(PGSE)和信號成像實驗。這些陰影依靠的是在不同流動區(qū)條件下采集到 的流體數(shù)據(jù)，包括層流、湍流和層流_湍流混合流。
[0003] 基于此，顯然需要一種用于對流經(jīng)核磁共振成像裝置的流體進行觀察和分析的方 法和系統(tǒng)，其中所述核磁共振成像裝置的設(shè)計特征可提供不同相對大小的層流-湍流瞬變 流動區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明提供用于測量流體物理性質(zhì)的基于NMR的系統(tǒng)（100)，所述基于NMR的系統(tǒng)包括： a.NMR波譜儀（110)，用于令所述流體在產(chǎn)生的磁場中接觸射頻(RF)，測量所述流體再發(fā)射 的RF信號，并產(chǎn)生所述流體的NMR圖像;b.計算機處理器（120)，用于控制所述RF造波和所述 NMR波譜儀的檢測功能;c.計算機可讀介質(zhì)（CRM) (130 )，用于存儲供所述計算機處理器使用 的機器指令和存儲所述RF信號測量的相關(guān)信息；d.視覺顯示器（140)，用于指示所述基于 匪R的系統(tǒng)的當前狀態(tài)和功能；e.數(shù)字電子連接端口（150)，用于所述基于NMR的系統(tǒng)和計 算機通訊網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)字通訊;f.管道（160)，所述管道設(shè)有預(yù)定的非圓形截面節(jié)段，用于 供所述流體流動；以及g.流激機構(gòu)（170)，用于在所述管道中引起所述流體的流動;其中，所 述CRM(130)包括多個由所述計算機處理器（120)執(zhí)行的步驟，用于分析處理流經(jīng)所述非圓 形截面管道的所述流體在層流和層流-湍流混合流條件下的物理性質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0004] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于匪R的系統(tǒng)，其中由所述基于 NMR的系統(tǒng)測量的所述流動物的物理性質(zhì)包括至少一種物質(zhì)的濃度和鑒定，以及所述物質(zhì) 的粒徑、粒徑分布、顆粒形狀、動態(tài)流體特征和水含量。
[0005] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于匪R的系統(tǒng)，其中由所述基于 NMR的系統(tǒng)測量的所述流動物的物理性質(zhì)包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)這些電化學(xué)和/ 或化學(xué)性質(zhì)。
[0006] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于匪R的系統(tǒng)，其中所述非圓形 截面管道的規(guī)格使得所述管道中得到預(yù)測的層流、湍流和層流-湍流混合流區(qū)域。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于NMR的系統(tǒng)，其中所述管道的非圓 形截面的截面形狀為簡單橢圓形，且通過所述截面的所述流體速度剖面Vz在笛卡爾坐標系 中如下公式所示：
其中，Q為流經(jīng)所述管道的流體的總流量，"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道 沿y軸的半徑;沿所述截面的不同x、y坐標的速度差與所述管道中的相對層流、湍流和層流-端流混合流流量具有相關(guān)性。
[0007] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于NMR的系統(tǒng)（100)，其中所述橢 圓形截面管道(310)被串聯(lián)配置，作為工業(yè)過程的串聯(lián)組成部件，其中所述流體的物理性質(zhì) 得到測量。
[0008] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于NMR的系統(tǒng)（100)，其中述橢圓 形截面管道(410)在線配置，其容納與工業(yè)流程常規(guī)流體(420)平行流動的所述流體，即其 中從所述常規(guī)流體中抽取流體，并在所述基于匪R的系統(tǒng)的監(jiān)控點之后再將其重新并入所 述常規(guī)流體中。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于NMR的系統(tǒng)，其中所述橢圓形截面 管道是多個具有不同橢圓度e的截面的管道之一，所述e的范圍在最小值〇至最大值0.98之 間，其中e如以下公式所示：
其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑，與所述數(shù)據(jù)分析處理 參數(shù)在操作上相匹配。
[0009] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的基于NMR的系統(tǒng)，其中所述橢圓形 截面管道是多個具有不同程度的表面粗度的內(nèi)壁的管道之一，所述管道中產(chǎn)生不同的流體 湍流水平，與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明提供用于測量流體的物理性質(zhì)的方法，所述方法包括以下步驟:a.令所述流體 在使用NMR波譜儀（110)產(chǎn)生的磁場中接觸射頻(RF)，測量所述流體再發(fā)射的RF信號，并產(chǎn) 生所述流體的匪R圖像;b.使用計算機處理器（120)控制所述RF造波和所述NMR波譜儀的檢 測功能;c.使用計算機可讀介質(zhì)(CRM)(130)存儲供所述計算機處理器使用的機器指令和存 儲所述RF信號測量的相關(guān)信息;d.使用視覺顯示器（140)指示所述基于NMR的系統(tǒng)的當前狀 態(tài)和功能;e.使用數(shù)字電子連接端口（150)在所述基于NMR的系統(tǒng)和計算機通訊網(wǎng)絡(luò)之間進 行數(shù)字通訊;f.使用設(shè)有預(yù)定的非圓形截面節(jié)段的管道（160)供所述流體流動；以及g.使用 流激機構(gòu)（170)在所述管道中引起所述流體的流動；其中，所述CRM( 130)包括多個由所述計 算機處理器（120)執(zhí)行的步驟，用于分析處理流經(jīng)所述非圓形截面管道的所述流體在層流 和層流-湍流混合流條件下的物理性質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0010] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中由所述基于NMR的系統(tǒng) 測量的所述流動物的物理性質(zhì)包括至少一種物質(zhì)的濃度和鑒定，以及所述物質(zhì)的粒徑、粒 徑分布、顆粒形狀、動態(tài)流體特征和水含量。
[0011] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中測量所述流動物的物理 性質(zhì)包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)這些電化學(xué)和/或化學(xué)性質(zhì)。
[0012] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述橢圓形截面管道是 工業(yè)流程的串聯(lián)組成部分，其中所述流體的物理性質(zhì)受到監(jiān)控。
[0013] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述橢圓形截面管道在 線連接，其容納與工業(yè)流程常規(guī)流體平行流動的所述流體，即其中從所述常規(guī)流體中抽取 流體，并在經(jīng)過所述基于NMR的系統(tǒng)的監(jiān)控點之后再將其重新并入所述常規(guī)流體中。
[0014] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中由所述基于NMR的系統(tǒng) 測量的所述流動物的物理性質(zhì)包括至少一種物質(zhì)的濃度和鑒定，以及所述物質(zhì)的粒徑、粒 徑分布、顆粒形狀、動態(tài)流體特征和水含量。
[0015] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中測量所述流動物的物理 性質(zhì)包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)這些電化學(xué)和/或化學(xué)性質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述非圓形截面管道的 規(guī)格使得所述管道中得到預(yù)測的層流、湍流和層流-湍流混合流區(qū)域。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述管道的非圓形截面的截 面形狀為簡單橢圓形，且通過所述截面的所述流體速度剖面在笛卡爾坐標系中如下公式 所示：
其中，Q為流經(jīng)所述管道的流體的總流量，"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道 沿y軸的半徑;沿所述截面的不同X、y坐標的速度差與所述管道中的相對層流、湍流和層流-端流混合流流量具有相關(guān)性。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述橢圓形截面管道是多個 具有不同橢圓度e的截面的管道之一，所述e的范圍在最小值0至最大值0.98之間，其中e如 以下公式所示：
其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑，與所述數(shù)據(jù)分析處理 參數(shù)在操作上相匹配。
[0017] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述橢圓形截面管道是 多個具有不同程度的表面粗度的內(nèi)壁的管道之一，所述管道中產(chǎn)生不同的流體湍流水平， 與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明提供用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于NMR的系統(tǒng)的配件盒(500)，其中所述 配件盒包括至少一個橢圓形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面橢圓度和（ii)內(nèi)表 面粗度的特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所 述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大值約20m之 間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的橢圓度e的范圍在最小值約〇至最大值約0.98之間，其中e如以 下公式所示：
其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而 言，用于預(yù)測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大 值5000之間，其中NRe如以下公式所示：
其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，#為流體的平均速度，DH是管道的水壓直徑，且 y為所述流體的動態(tài)粘度。
[0018] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2 個管道節(jié)段，其中，對于密度為約10鎊/加侖、平均速度為約7.5ft/s且動態(tài)粘度為約160cp 的參照流體而言，所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為占所述管道 節(jié)段的總截面面積的最小值約10%至最大值約70%，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約 2000至約4000之間的雷諾數(shù)N Re。
[0019] 本發(fā)明提供用測量流動流體的基于NMR的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括以下步 驟:在預(yù)設(shè)的多個用于承載流經(jīng)所述基于NMR系統(tǒng)的測量部分的流體的管道模塊中進行管 道模塊交換，所述管道模塊兩端設(shè)有系統(tǒng)兼容接頭;其中所述多個管道包括至少2個橢圓形 截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有(i)截面橢圓度和（ii)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所 述管道內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處 理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段中進行選擇，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大 值約20ym之間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段中進行選擇，其中所述管道節(jié)段的橢圓度e的范圍在最小值約〇至最大值約0.98之 間，其中e如以下公式所示：
其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段中進行選擇，其中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的 參照流體而言，用于預(yù)測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)?^的范圍在最小值 1000至最大值5000之間，其中N Re如以下公式所示：
其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，#為流體的平均速度，Dh是管道的水壓直徑， 且y為所述流體的動態(tài)粘度。
[0020] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2 個管道節(jié)段中進行選擇，其中，對于密度為約10鎊/加侖、平均速度為約7.5ft/s且動態(tài)粘度 為約160cp的參照流體而言，所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為占 所述管道節(jié)段的總截面面積的最小值約10%至最大值約70%，其中所述MLTF區(qū)域限定為具 有在約2000至約4000之間的雷諾數(shù)N Re。
[0021] 本發(fā)明提供用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于NMR系統(tǒng)的配件盒，其中所述配件 盒包括至少一個矩形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面矩形長寬比和（ii)內(nèi)表面 粗度的特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所述 組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大值約20m之 間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括在至少2個 管道節(jié)段之間選擇，其中所述管道節(jié)段的所述矩形長寬比AR的范圍在最小值約1至最大值 約8之間，其中AR如以下公式所示： AR=ff/H, 其中W是所述管道的寬度，H是所述管道的高度。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而 言，用于預(yù)測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大 值5000之間，其中NRe如以下公式所示：
[0022] 其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，#為流體的平均速度，Dh是管道的水壓直 徑，且:為所述流體的動態(tài)粘度。
[0023] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2 個管道節(jié)段，其中，對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照 流體而言，所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為占所述管道節(jié)段的 總截面面積的最小值約10%至最大值約70%，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約2000至約 4000之間的雷諾數(shù)N Re。
[0024] 本發(fā)明提供使用測量流動流體的基于NMR的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括至少 一個矩形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面矩形長寬比和（ii)內(nèi)表面粗度的特定 組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所述組合性質(zhì)與 所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段中進行選擇，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大 值約20ym之間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段之間選擇，其中所述管道節(jié)段的所述矩形長寬比AR的范圍在最小值約1至最大值約8 之間，其中AR如以下公式所示： AR=ff/H, 其中W是所述管道的寬度，H是所述管道的高度。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括至少2個管道 節(jié)段，其中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而 言，用于預(yù)測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大 值5000之間，其中NRe如以下公式所示：
其中。為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度3為流體的平均速度，Dh是管道的水壓直徑，且 為所述流體的動態(tài)粘度。
[0025] 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括至少2個 管道節(jié)段，其中，對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流 體而言，所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為占所述管道節(jié)段的總 截面面積的最小值約10%至最大值約70%，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約2000至約 4000之間的雷諾數(shù)N Re。
[0026] 本發(fā)明提供用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于NMR系統(tǒng)的配件盒，其中所述配件 盒包括至少一個螺旋形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)相對曲率和（i i)內(nèi)表面粗度 的特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所述組合 性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大值約20m之 間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的螺旋曲率S的范圍在最小值約0.02至最大值約0.1之間，其中S 如以下公式所示：
其中，a為螺旋管道的截面內(nèi)寬，螺旋管道的螺距為2皿'，且螺旋管道所包圍的圓柱形 半徑為V。。
[0027] 本發(fā)明提供使用測量流動流體的基于NMR的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括螺旋 截面管道，所述管道節(jié)段具有（i)相對曲率和（i i)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所述管道 內(nèi)產(chǎn)生特定的層流、湍流和層流-湍流混合流條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù) 在操作上相匹配。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述方法包括在至少2個管 道節(jié)段中進行選擇，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度的范圍在最小值約〇.2m至最大 值約20ym之間，其中Rrms如以下公式所示：
其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。 本發(fā)明的又一目的在于公開任一種如上所述的方法，其中所述配件盒包括至少2個管 道節(jié)段，其中所述管道節(jié)段的螺旋曲率S的范圍在最小值約0.02至最大值約0.1之間，其中S 如以下公式所示：
其中，a為螺旋管道的截面內(nèi)寬，螺旋管道的螺距為2皿'，且螺旋管道所包圍的圓柱形 半徑為V。。
【附圖說明】
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] 為了幫助理解本發(fā)明，并明白其如何應(yīng)用于實踐，本公開將在下文中，引用以下附 圖，以非限制性實施例的形式對優(yōu)選實施例進行詳細描述： 圖1展示了用于測量流體物理性質(zhì)的基于NMR的系統(tǒng)（100)的示意圖。 圖2是管道的簡單橢圓形截面在笛卡爾坐標空間中的幾何制圖（橢圓形管道截面），其
中x軸(主軸)為a，y軸(副軸)為b ，(Xb彡a;e = l，橢圓是沿x軸的直線； e = 0,橢圓是圓形。 圖3是其中貫穿了橢圓形截面管道的基于NMR的測量系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)與工業(yè)過程 常規(guī)流體流動相串聯(lián);基于NMR的系統(tǒng)（100)與橢圓形截面管道(310)與常規(guī)流通流體(320) 串行連接。 圖4其中貫穿了橢圓形截面管道的基于NMR的測量系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)與工業(yè)過程常 規(guī)流體流動相并聯(lián);基于NMR的系統(tǒng)（100)與橢圓形截面管道(410)與常規(guī)流通流體(420)串 行連接。
圖5是管道配件盒的示意圖，其中具有各種截面橢圓度和表面粗度的管道配件盒(500) 可在基于NMR的系統(tǒng)（100)中換用。 圖6是矩形截面管道的幾何制圖，其中寬度為W，高度為H;矩形長寬比. ，0<H< 圖7是螺旋管道節(jié)段的示意圖，其中螺旋管道截面的內(nèi)寬為a，螺旋管道的螺距為2皿'， 且螺旋管道所包圍的圓柱形半徑為V。。。
【具體實施方式】
[0032]下文將描述本發(fā)明的所有方面，以便于本領(lǐng)域技術(shù)人員使用本發(fā)明，并列舉發(fā)明 人所構(gòu)思的實施本發(fā)明的最佳模式。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明可以存在各種 改進形式，因為本發(fā)明的本質(zhì)原理具體限定為提供一種用于高精度測量和控制工業(yè)環(huán)境中 的流動物的物理、電化學(xué)和/或化學(xué)態(tài)轉(zhuǎn)換的非侵入式在線裝置。
[0033] 本發(fā)明中的"核磁共振"和"NMR"術(shù)語指的是處于磁場中的物質(zhì)的原子核吸收并再 放射電磁輻射的物理現(xiàn)象。所述物質(zhì)再放射出的輻射共振頻率由磁場強度和所述物質(zhì)的特 定原子結(jié)構(gòu)決定。
[0034] 本發(fā)明中的"基于NMR的系統(tǒng)"術(shù)語指的是一種對物質(zhì)產(chǎn)生可控核磁共振作用并檢 測由此產(chǎn)生的電磁輻射的波譜測度的裝置。
[0035] 本發(fā)明中的"NMR圖像"術(shù)語指的是通過匪R波譜法獲得的截面的波譜測度的圖像 表征;其集合可以整合生成NMR波譜測度的三維表征。
[0036] 本發(fā)明中的"非侵入式"術(shù)語指的是，本發(fā)明所公開的操作并不影響待測物質(zhì)，且 不會干擾所述物質(zhì)參與的正常工業(yè)過程。
[0037] 下文中的術(shù)語"多個"指的是任何大于等于一的整數(shù)。
[0038] 本發(fā)明中的"層流"術(shù)語指的是流體各層平行流動的流體動態(tài)特征，各層之間各不 干擾。層流亦可表征為其流體的粘度吸收其動能的形式。
[0039]本發(fā)明中的"湍流"術(shù)語指的是流體流動時各層之間顯著相互干擾的流體動態(tài)特 征，其特征在于并非以平滑的平行層流動。湍流亦可表征為其流體的粘度不吸收其動能的 形式。
[0040] 本發(fā)明中的"表面粗糙度"術(shù)語指的是機械加工面的質(zhì)地特征，該特征是由真實表 面相對于其理想形式的法向向量方向偏差來量化的，由此偏差大則表面粗糙，偏差小則表 面平滑。
[0041] 本發(fā)明中的術(shù)語"在線"（"on-line")指的是一種系統(tǒng)狀態(tài)，在此狀態(tài)下，系統(tǒng)的測 量功能為實時操作，且無需人工干預(yù)。
[0042] 本發(fā)明中的"串聯(lián)"（"in-line")指的是測量系統(tǒng)在涉及流體的工業(yè)過程中作為連 續(xù)操作序列的組成部分。
[0043] 本發(fā)明的又一個實施例中，提供一種尤其適用于檢測物質(zhì)中所含（即濃度和識別） 的至少一種物質(zhì)以及該材料的物理特征(包括粒徑、粒徑分布、顆粒形狀、動態(tài)流體特征、含 水量)的系統(tǒng)和方法。
[0044] 本系統(tǒng)進一步適用于測量流動物的電化學(xué)和/或化學(xué)態(tài)轉(zhuǎn)化，所述轉(zhuǎn)化包括所述 物質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)的相對變化。 流體動力的科學(xué)和應(yīng)用幾何學(xué)表明，管道的截面形狀的改變會影響其層流-湍流瞬變 區(qū)域的大小?；诖?，NMR波譜技術(shù)與具有特定層流-湍流瞬變性質(zhì)的流動管道系統(tǒng)的結(jié)合， 能夠為測定流體的流變和組成性質(zhì)提供有益的實驗和流程控制價值。 實施例
[0045] 下面將描述本發(fā)明尋求保護的實施方式的多個實施例，以為例證。下文中將涉及 部分所述實驗。所述實施例描述了本發(fā)明的形式和方法，并列舉了發(fā)明人所構(gòu)思的實施本 發(fā)明的最佳模式，但不應(yīng)看作是對本發(fā)明范圍的限制。 實施例1
[0046] 眾多水質(zhì)毒性檢測技術(shù)能檢測極低濃度的危險污染物。但是，這些技術(shù)往往專門 針對一種或一類污染物，有些還受到物流限制。例如，許多生物檢測體，例如藻類系統(tǒng)，其分 布能力有限。使用魚類或貽貝的檢測體能夠檢測氰化物和含氯農(nóng)藥，但其靈敏度不足以達 到期望檢測水平。由于潛在水質(zhì)污染物的物理和化學(xué)性質(zhì)變化很大，因此當需要全面檢測 水質(zhì)毒性時，檢測一種或一類污染物的儀器用途有限。全面毒性檢測對于大型供水系統(tǒng)的 一般安全是必要的，例如城市水庫。
[0047] 基于NMR的系統(tǒng)可以通過從城市水庫栗出的平行供水，持續(xù)在線監(jiān)控供水系統(tǒng)。該 系統(tǒng)以飲用水的共振頻率以及預(yù)定有毒污染物列表的共振頻率和電磁自選特征進行校準。 當(a)流體共振頻率偏離標準可接受共振頻率范圍時或(b)檢測到所述有毒污染物列表上 的任一種污染物時，該系統(tǒng)發(fā)出警報。
[0048] 此外，該基于NMR的系統(tǒng)測量水流截面的層流-湍流瞬變，以促進物質(zhì)成分的分離， 最大化該系統(tǒng)的整體檢測有效性。 實施例2:
[0049] 將基于NMR的系統(tǒng)用于測量番茄醬生產(chǎn)流程中的流體流變性質(zhì)，包括粘度。該系統(tǒng) 針對期望的番茄醬配置參數(shù)相關(guān)的共振頻率進行校準和調(diào)整。對番茄醬流進行持續(xù)的在線 測量，若系統(tǒng)檢測到偏離校準粘度值大于〇. 5 %的流體粘度時，則可以啟動警報。
[0050] 此外，該基于匪R的系統(tǒng)測量番茄醬生產(chǎn)線的流動物中的層流-湍流瞬變截面區(qū) 域，這是為了分離和識別未能完全同化在流體基質(zhì)中的任何成分。由此，可以最大化產(chǎn)品一 致性和質(zhì)量控制。 實施例3:
[0051] 在石油勘探工業(yè)中，鉆井液沿鉆桿向下流通再向上回到圍繞鉆桿的鉆孔環(huán)形區(qū) 域，其流變學(xué)性質(zhì)和組成性質(zhì)將提供必要的過程控制信息。該信息往往帶來鉆井液組成成 分或鉆井參數(shù)(例如鉆井速度和鉆壓)的實時流程變化。
[0052]在一些情況下，循環(huán)鉆井液的性質(zhì)可以提供地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造信息。某些地質(zhì)結(jié)構(gòu)更 可能使得鉆井下部鉆具組合(BHAs)卡住。當檢測到所述情況時，將采用特定步驟來避免鉆 柱卡住。應(yīng)當注意，鉆柱卡住將導(dǎo)致數(shù)以百萬計的不可預(yù)測操作費用，尤其是損失昂貴的下 部工具，且鉆井點場地費用浪費天數(shù)累積。
[0053]在油田鉆機現(xiàn)場，使用基于NMR的系統(tǒng)來測量鉆井液的流變性質(zhì)，包括粘度。 實施例4:
[0054] 蒸餾物可以包括但不限于，酒精飲料和化工產(chǎn)品，包括石油化工產(chǎn)品。在飲料蒸餾 工業(yè)中，酒精物質(zhì)來自各種原料，包括但不限于谷物、蔬菜和水果。在石油化工工業(yè)中，有的 產(chǎn)品的蒸餾性質(zhì)對終產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要，例如汽車燃料和航空燃料。例如，航空燃料的蒸 餾性質(zhì)可以影響高溫操作、高飛行高度或兩者兼有時的啟動、預(yù)熱和汽塞傾向。因此，石油 產(chǎn)品說明書、商業(yè)合同協(xié)議、煉油加工/控制應(yīng)用以及工業(yè)/產(chǎn)品規(guī)定的符合性中常常包括 了蒸餾限制。
[0055] 作為蒸餾系統(tǒng)/過程中質(zhì)量控制的一部分，使用基于NMR的系統(tǒng)，根據(jù)共振頻率來 測量流體的流變性質(zhì)以及相對于標準參照物質(zhì)的水含量和流體質(zhì)量。流體流經(jīng)冷凝過程 (包括流經(jīng)部分螺旋管道)時進行NMR成像。
【主權(quán)項】
1. 用于測量流體物理性質(zhì)的基于核磁共振(NMR)的系統(tǒng)（100)，所述基于NMR的系統(tǒng)包 括： a. NMR波譜儀（110)，用于令所述流體在產(chǎn)生的磁場中受射頻(RF)信號作用，測量所述 流體再發(fā)射的RF信號，并產(chǎn)生所述流體的NMR圖像； b. 計算機處理器（120)，用于控制所述RF造波和所述NMR波譜儀的檢測功能； c. 計算機可讀介質(zhì)（CRM) (130)，用于存儲供所述計算機處理器使用的機器指令和存儲 所述RF信號測量的相關(guān)信息； d. 視覺顯示器（140 )，用于指示所述基于NMR的系統(tǒng)的當前狀態(tài)和功能； e. 數(shù)字電子連接端口（150)，用于所述基于NMR的系統(tǒng)和計算機通訊網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)字通 訊； f. 管道(160)，所述管道設(shè)有非圓形截面的預(yù)定節(jié)段，用于供所述流體流動；以及 g. 流激機構(gòu)（170 )，用于在所述管道中引起所述流體的流動； 其中，所述CRM(130)包括多個由所述計算機處理器（120)執(zhí)行的步驟，用于分析處理與 流經(jīng)所述非圓形截面管道的所述流體在層流和層流-湍流混合流條件下的物理性質(zhì)相關(guān)的 數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，由所述基于NMR的系統(tǒng)測量的所 述流動物的物理性質(zhì)包括至少一種物質(zhì)的濃度和鑒定，以及所述物質(zhì)的粒徑、粒徑分布、顆 粒形狀、動態(tài)流體特征和水含量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，由所述基于NMR的系統(tǒng)測量的所 述流動物的物理性質(zhì)包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)這些電化學(xué)和/或化學(xué)性質(zhì)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述非圓形截面管道的規(guī)格使 得所述管道中得到層流、湍流和層流-湍流混合流的預(yù)測區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道的非圓形截面的截面 形狀為簡單橢圓形，且通過所述截面的所述流體速度剖面在笛卡爾坐標系中如下公式所 示：其中，Q為流經(jīng)所述管道的流體的總流量，"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道 沿y軸的半徑;沿所述截面的不同x、y坐標的速度差與所述管道中的相對層流、湍流和層流-端流混合流流量具有相關(guān)性。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓形截面管道(310)被串 聯(lián)配置，作為工業(yè)過程的串聯(lián)組成部分，其中所述流體的物理性質(zhì)受到監(jiān)控。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓形截面管道(410)為在 線配置，其容納與工業(yè)過程的常規(guī)流體(420)平行流動的所述流體的流，即其中從所述常規(guī) 流體中抽取流體，并在經(jīng)過所述基于NMR的系統(tǒng)的監(jiān)控點之后再使所述流體重新并入所述 常規(guī)流體中。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓形截面管道是具有不 同橢圓度e的截面的多個管道之一，所述e的范圍在最小值0至最大值0.98之間，其中e如以 下公式所示：其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑，與所述數(shù)據(jù)分析處理 參數(shù)在操作上相匹配。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于NMR的系統(tǒng)，其特征在于，所述橢圓形截面管道是具有不 同程度的表面粗度的內(nèi)壁的多個管道之一，所述管道中產(chǎn)生不同的流體湍流水平，與所述 數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。10. 用于測量流體的物理性質(zhì)的方法，所述方法包括以下步驟： a. 令所述流體在使用匪R波譜儀（110)產(chǎn)生的磁場中受射頻(RF)信號作用，測量所述流 體再發(fā)射的RF信號，并產(chǎn)生所述流體的NMR圖像； b. 使用計算機處理器（120)控制所述RF造波和所述NMR波譜儀的檢測功能； c .使用計算機可讀介質(zhì)（CRM) (130)存儲供所述計算機處理器使用的機器指令和存儲 所述RF信號測量的相關(guān)信息； d. 使用視覺顯示器（140)指示所述基于NMR的系統(tǒng)的當前狀態(tài)和功能； e. 使用數(shù)字電子連接端口（150)在所述計算機處理器（120)與計算機通訊網(wǎng)絡(luò)之間進 行數(shù)字通訊； f. 使用設(shè)有非圓形截面節(jié)段的預(yù)定管道(160)供所述流體在所述磁場中流動；以及 g. 使用流激機構(gòu)（170)在所述管道中引起所述流體的流動； 其中，所述方法進一步包括所述CRM(130)執(zhí)行用于處理與流經(jīng)所述非圓形截面管道的 所述流體在層流和層流-湍流混合流條件下的物理性質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)的指令的步驟。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述處理與流動物的測得物理性質(zhì)相關(guān) 的數(shù)據(jù)的步驟包括確定至少一種材料的濃度和鑒定，以及所述材料的粒徑、粒徑分布、顆粒 形狀、動態(tài)流體特征和水含量。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述流動物的測得物理性質(zhì)包括電導(dǎo) 率、介電常數(shù)和磁性性質(zhì)這些電化學(xué)和/或化學(xué)性質(zhì)。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述非圓形截面管道的規(guī)格使得所述管 道中得到層流、湍流和層流-湍流混合流的預(yù)測區(qū)域。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述管道的非圓形截面的截面形狀為簡 單橢圓形，且通過所述截面的所述流體速度剖面在笛卡爾坐標系中如下公式所示：其中，Q為流經(jīng)所述管道的流體的總流量，"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道 沿y軸的半徑;沿所述截面的不同x、y坐標的速度差與所述管道中的相對層流、湍流和層流-端流混合流流量具有相關(guān)性。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述橢圓形截面管道(310)被串聯(lián)配置， 作為工業(yè)過程的串聯(lián)組成部分，其中所述流體的物理性質(zhì)受到監(jiān)控。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述橢圓形截面管道(410)為在線配置 的，其容納與工業(yè)過程的常規(guī)流體(420)平行流動的所述流體，即其中從所述常規(guī)流體中抽 取流體，并在經(jīng)過測量區(qū)域之后再將該流體重新并入所述常規(guī)流體中。17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述橢圓形截面管道是具有不同橢圓度 e的截面的多個管道之一，所述e的范圍在最小值0至最大值0.98之間，其中e如以下公式所 示：其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑，與所述數(shù)據(jù)分析處理 參數(shù)在操作上相匹配。18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述橢圓形截面管道是具有不同程度的 表面粗度的內(nèi)壁的多個管道之一，所述管道中產(chǎn)生不同的流體湍流水平，與所述數(shù)據(jù)分析 處理參數(shù)在操作上相匹配。19. 用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于匪R的系統(tǒng)的配件盒（500)，其中所述配件盒包 括至少一個橢圓形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面橢圓度和（ii)內(nèi)表面粗度的 特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生層流、湍流和層流-湍流混合流的特定的條件，所述組合 性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms的范圍在最小值約0.2wi至最大值約20wi之間，其中 Rrms如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中所述管道節(jié)段的橢圓度e的范圍在最小值約〇至最大值約0.98之間，其中e如以下公式所 示：其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑。22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而言，用于預(yù) 測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大值5000之 間，其中NRe如以下公式所示：其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體的密度，#為流體的平均速度，DH是管道的水壓直徑， 且y為所述流體的動態(tài)粘度。23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中，對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而言，所述 管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為占所述管道節(jié)段的總截面面積的最 小值約10%至最大值約70%，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約2000至約4000之間的雷諾 數(shù) NRe〇24. 使用測量流動流體的基于NMR的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括以下步驟:在預(yù)設(shè) 的多個用于承載流經(jīng)所述基于NMR系統(tǒng)的測量部分的流體的管道模塊中進行管道模塊交 換，所述管道模塊兩端設(shè)有系統(tǒng)兼容接頭;其中所述多個管道包括至少2個橢圓形截面管道 節(jié)段，所述管道節(jié)段具有(i)截面橢圓度和（ii)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi) 產(chǎn)生層流、湍流和層流-湍流混合流的特定條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在 操作上相匹配。25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括在至少2個管道節(jié)段中進 行選擇，其中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms的范圍在最小值約0.2m至最大值約2〇ym 之間，其中Rrms如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括在至少2個管道節(jié)段中進 行選擇，其中所述管道節(jié)段的橢圓度e的范圍在最小值約〇至最大值約0.98之間，其中e如以 下公式所示：其中"a"是所述管道沿x軸的半徑，"b"是所述管道沿y軸的半徑。27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括在至少2個管道節(jié)段中進 行選擇，其中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而 言，用于預(yù)測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大 值5000之間，其中NRe如以下公式所示：其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，為流體的平均速度，Dh是管道的水壓直徑，且 y為所述流體的動態(tài)粘度。28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括在至少2個管道節(jié)段中進 行選擇，其中，對于密度為約10鎊/加侖、平均速度為約7.5ft/s且動態(tài)粘度為約160cp的參 照流體而言，所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為最小值、即占所述 管道節(jié)段的總截面面積的約10%至最大值、即約70%之間，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有 在約2000至約4000之間的雷諾數(shù)N Re。29. 用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于NMR系統(tǒng)的配件盒，其中所述配件盒包括至少一 個矩形截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面矩形長寬比和（i i)內(nèi)表面粗度的特定組 合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生層流、湍流和層流-湍流混合流的特定條件，所述組合性質(zhì)與所 述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相匹配。30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms,的范圍在最小值約0.2wi至最大值約20wi之間，其 中Rrms如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括在至少2個管道節(jié)段 之間選擇，其中所述管道節(jié)段的所述矩形長寬比AR的范圍在最小值約1至最大值約8之間， 其中AR如以下公式所示： AR=ff/H, 其中W是所述管道的寬度，H是所述管道的高度。32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中對于密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而言，用于預(yù) 測所述管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大值5000之 間，其中NRe如以下公式所示：其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，曼為流體的平均速度，Dh是管道的水壓直徑，且 y為所述流體的動態(tài)粘度。33. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中，對于密度為約10鎊/加侖、平均速度為約7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而言， 所述管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域的范圍在最小值、即占所述管道節(jié)段 的總截面面積的約10%至最大值、即占約70%之間，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約 2000至約4000之間的雷諾數(shù)N Re。34. 使用測量流動流體的基于匪R的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括至少一個矩形截面 管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有（i)截面矩形長寬比和（ii)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所 述管道內(nèi)產(chǎn)生層流、湍流和層流-湍流混合流的特定條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處 理參數(shù)在操作上相匹配。35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少2個管道節(jié)段，其中所 述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms的范圍在最小值、即約0.2wi至最大值、即約20ym之間，其 中Rrms如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。36. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法包括在至少2個管道節(jié)段之間 選擇，其中所述管道節(jié)段的所述矩形長寬比AR的范圍在最小值約1至最大值約8之間，其中 AR如以下公式所示： AR=ff/H, 其中W是所述管道的寬度，H是所述管道的高度。37. 根據(jù)權(quán)利要求34所述方法，其特征在于，所述方法包括至少2個管道節(jié)段，其中對于 密度為10鎊/加侖、平均速度為7.5ft/s且動態(tài)粘度為160cp的參照流體而言，用于預(yù)測所述 管道節(jié)段的層流-湍流流動特征的雷諾數(shù)N Re的范圍在最小值1000至最大值5000之間，其中 NRe如以下公式所示：其中P為流經(jīng)所述管道節(jié)段的流體密度，#為流體的平均速度，DH是管道的水壓直徑，且 y為所述流體的動態(tài)粘度。38. 根據(jù)權(quán)利要求34所述方法，其特征在于，所述方法包括至少2個管道節(jié)段，其中，對 于密度為約10鎊/加侖、平均速度為約7.5ft/s且動態(tài)粘度為約160cp的參照流體而言，所述 管道節(jié)段中的層流-湍流混合流(MLTF)截面區(qū)域范圍為在最小值、即占所述管道節(jié)段的總 截面面積的約10%至最大值、即占約70%之間，其中所述MLTF區(qū)域限定為具有在約2000至 約4000之間的雷諾數(shù)N Re。39. 用于測量流動流體物理性質(zhì)的基于NMR系統(tǒng)的配件盒，其中所述配件盒包括螺旋形 截面管道節(jié)段，所述管道節(jié)段具有(i)相對曲率和（i i)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所述 管道內(nèi)產(chǎn)生層流、湍流和層流-湍流混合流的特定條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理 參數(shù)在操作上相匹配。40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中所述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms的范圍在最小值約0.2wi至最大值約20wi之間，其中 Rrms如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的配件盒，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其 中所述管道節(jié)段的螺旋曲率S的范圍在最小值約0.02至最大值約0.1之間，其中S如以下公 式所示：其中，aa為螺旋管道的截面內(nèi)寬，螺旋管道的螺距為2皿'，且螺旋管道所包圍的圓柱形 半徑為V。。42. 使用測量流動流體的基于NMR的系統(tǒng)的方法，其中所述方法包括螺旋截面管道，所 述管道節(jié)段具有（i)相對曲率和(i i)內(nèi)表面粗度的特定組合性質(zhì)，在所述管道內(nèi)產(chǎn)生層流、 湍流和層流-湍流混合流的特定條件，所述組合性質(zhì)與所述數(shù)據(jù)分析處理參數(shù)在操作上相 匹配。43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少2個管道節(jié)段，其中所 述管道節(jié)段的內(nèi)部均方根粗度Rrms的范圍在最小值約0.2M1至最大值約20mi之間，其中Rrms 如以下公式所示：其中n為測量次數(shù)，y為與平均表面高度之間的差值。44. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述配件盒包括至少2個管道節(jié)段，其中 所述管道節(jié)段的螺旋曲率S的范圍在最小值約0.02至最大值約0.1之間，其中S如以下公式 所示：其中，a為螺旋管道的截面內(nèi)寬，螺旋管道的螺距為2皿'，且螺旋管道所包圍的圓柱形 半徑為V。。
【文檔編號】G01N15/00GK106053299SQ201510420515
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年7月16日
【發(fā)明人】尤里·拉波波特, 伊泰·巴魯奇
【申請人】艾斯拜克特Ai有限公司