核磁式流量測量儀的製作方法
2023-06-07 13:41:56 1
核磁式流量測量儀的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種核磁式流量測量儀,其帶有測量管、磁化裝置、至少一個梯度線圈和/或至少一個信號線圈、第一線圈支架和殼體,殼體沿著測量管的縱軸線具有第一端側和第二端側,梯度線圈和信號線圈布置在測量管與磁化裝置之間的空間中並且梯度線圈和/或信號線圈布置在第一線圈支架上。在殼體的第一端側與第一線圈支架之間構造第一線圈懸掛部而在殼體的第二端側與第一線圈支架之間構造第二線圈懸掛部,第一線圈支架的上側至少在第一線圈懸掛部與第二線圈懸掛部之間的第一部段中是閉合的面,第一線圈懸掛部將第一線圈支架與殼體的第一端側密封,第二線圈懸掛部將第一線圈支架與殼體的第二端側密封,並且殼體與第一線圈支架和線圈懸掛部共同密封。
【專利說明】核磁式流量測量儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種核磁式流量測量儀,其帶有可被多相介質流過的直的測量管、圍繞測量管布置的用於在流過測量管的介質中產生磁場的磁化裝置、用於在磁場中產生梯度的至少一個梯度線圈(Gradientenspule)和/或用於激勵介質的和/或用於探測激勵的效果的至少一個信號線圈、第一線圈支架和殼體,其中,殼體沿著測量管的縱軸線具有第一端側和第二端側,在第一端側中設置有第一殼體開口而在第二端側中設置有第二殼體開口用於穿引測量管,磁化裝置設置在殼體的內腔中並且殼體除了這兩個殼體開口之外是密封的,並且其中,梯度線圈和信號線圈布置在被磁場貫穿的在測量管與磁化裝置之間的空間中並且梯度線圈或至少一個梯度線圈和/或信號線圈或至少一個信號線圈布置在第一線圈支架上。
【背景技術】
[0002]元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))還具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解為可通過矢量描述的旋轉脈衝(Drehimpuls),並且相應地磁矩也可通過平行於旋轉脈衝的矢量取向的矢量來描述。原子核的磁矩的矢量在存在宏觀的磁場時平行於宏觀的磁場在原子核的部位處的矢量取向。在此,原子核的磁矩的矢量圍繞宏觀的磁場在原子核的部位處的矢量旋進。旋進(Praezess1n)的頻率被稱為拉莫爾頻率且與磁場強度B的值成比例。拉莫爾頻率根據公式YB來計算,在其中Y是旋磁比,其對於氫核最大。原子核的磁矩的旋進是帶有拉莫爾頻率的交變磁場,其可感應帶有相同的頻率的電信號到線圈中。
[0003]在存在宏觀磁場時通過藉助於受控制的磁場的激勵影響介質的原子核的旋進且評估激勵的效果的測量方法被稱為核磁共振測量方法。對於測量多相介質的前提是,介質的各個相可被激勵至可區分的核磁共振。
[0004]對實現核磁共振測量方法的測量儀的示例是開頭所提及的核磁式流量測量儀。其可在測量管中測量介質的各個相的流動速度和多相介質的各個相的相對份額。核磁式流量測量儀例如可被用於從油井輸送的多相介質的流量測量。該介質主要包括液態相原油和鹽水以及氣態相天然氣,其中,所有相包含對於核磁共振必要的氫核且可激勵至不同的核磁共振。
[0005]從油井輸送的多相介質的測量也可以利用測試分離器(Tests印arator)來進行。在測試分離器中在一時間段上引入所輸送的介質,接著測試分離器將介質的各個相彼此分離且確定介質的各個相的份額。然而測試分離器與核磁式流量測量儀相比不能可靠地測量小於5%的原油份額。因為每個油井的原油份額持續下降並且許多油井的原油份額已小於5%,現在不能在使用測試分離器的情況下經濟地充分開採這些油井。為了此外還能夠充分開採帶有非常少的原油份額的油井,對於包括多個相的介質原油需要相應精確的流量測量儀。為此尤其可考慮核磁式流量測量儀。
[0006]在開頭所提及的核磁式流量測量儀中,磁場(多相介質的原子核的磁矩首先沿著其取向)通過磁化裝置和梯度線圈來產生。由磁化裝置產生的磁場在流過測量管的介質中是均勻的並且通常由在磁化裝置中作為Halbach陣列布置的永久磁體來產生。不同的測量方法在穿過介質的磁場中引起梯度。該梯度通過均勻的磁場與由至少一個梯度線圈所產生的非均勻的場的疊加來產生。
[0007]受控制的磁場(其激勵旋進的原子核)可通過該至少一個信號線圈來產生。這些信號線圈或者另外的信號線圈可用作用於由旋進的原子核所產生的交變磁場的傳感器。通常,線圈(其是梯度線圈和信號線圈)布置在被磁場貫穿的在磁化裝置與測量管之間的空間中。
[0008]殼體在內腔中至少容納磁化裝置並且相對於外腔密封內腔。密封性的理解在此取決於核磁式流量測量儀的應用目的。密封性可一方面對於接觸和異物而另一方面對於溼氣和水根據EN 60529來規定。對於接觸和異物的密封性通過異物的尺寸來限定並且在國際保護碼中伸至防塵性(Staubdichtheit) (IP6x)。關於溼氣和水的密封性例如可在暫時浸沒(Untertauchen)的情況中給出(IPx7)。密封性也可關於防爆(Explos1nsschutz)、亦即通過防爆類型來規定。由此,密封性可通過根據EN 60079-1 (ex-d)的抗壓的封裝或通過根據EN 60079-7 (ex-e)的提高的安全性來規定。
[0009]對於由現有技術已知的且開頭所說明的核磁式流量測量儀常見的是其製造由於對密封性的要求而複雜的殼體。在測量管與磁化裝置之間的區域中殼體的結構和生產複雜且成本集中。
【發明內容】
[0010]本發明的目的因此為帶有改進的且尤其簡化的結構的核磁式流量測量儀的說明。
[0011]根據本發明的核磁式流量測量儀(在其中實現之前所引入的和所指出的目的)首先且主要特徵在於,在殼體的第一端側與第一線圈支架之間構造有第一線圈懸掛部(Spulenaufhaengung)而在殼體的第二端側與第一線圈支架之間構造有第二線圈懸掛部,第一線圈支架的上側至少在第一線圈懸掛部與第二線圈懸掛部之間的第一部段中是閉合的面,並且第一線圈懸掛部將第一線圈支架與第一端側密封,第二線圈懸掛部將第一線圈支架與第二端側相密封,並且殼體與第一線圈支架和線圈懸掛部一起是密封的。
[0012]根據本發明的核磁式流量測量儀相對於開頭所提及的類型的由現有技術已知的核磁式流量測量儀首先具有減少部件數目的優點,由此使結構簡化。通過第一線圈支架附加設計為殼體的部分,取消了之前必需的單獨的殼體元件,其在第一部段中相對於外腔密封殼體的內腔。該殼體元件的取消使得在關於測量管的縱軸線的徑向伸展中更緊湊的核磁式流量測量儀成為可能。
[0013]在本發明的一優選的設計方案中設置成,第一線圈支架至少在第一部段中構造成管形並且第一線圈支架的管形的部段可沿著測量管的縱軸線移入這兩個線圈懸掛部中。當前第一線圈支架關於縱軸線的每個閉合的外部的橫截面輪廓是管形的。尤其相應地,不只第一線圈支架的環形的外部的橫截面輪廓是可能的。第一線圈支架的可移入性在第一部段中由此來確保,即第一線圈支架的管形的部段的橫截面面積與在測量管與磁化裝置之間的自由的橫截面面積相匹配。通過第一線圈支架(其還同時密封殼體)的可移入性,簡化了根據本發明的核磁式流量測量儀的組裝。
[0014]在根據本發明的核磁式流量測量儀的另一優選的設計方案中,第一線圈支架具有帶有鄰接到殼體的第一端側處的法蘭側的法蘭並且在第一端側與法蘭側之間布置有密封件。此外,在殼體的第二端側處圍繞第二殼體開口布置有帶有第一和第二環側的支承環(Traegerring),其中,第一環側鄰接到殼體的第二端側處而第二環側鄰接到第一線圈支架的上側處。在支承環的第一環側與殼體的第二端側之間布置有密封件,而在支承環的第二環側與第一線圈支架的上側之間同樣布置有密封件。密封件相應於對殼體提出的要求確保密封性。
[0015]在支承環的第一和第二環側中和在法蘭的法蘭側中可設置有用於容納密封件的凹口。提供圓作為用於凹口的輪廓。作為密封件提供由彈性的材料構成的並且相應於成環形的凹口的輪廓的密封件,其被壓合在接觸部位處並且以該方式引起密封性。
[0016]線圈體的法蘭可設有用於穿引螺栓的孔,並且在殼體中可在第一端側處構造有用於容納螺栓的螺紋。這兩個線圈懸掛部與螺栓一起確保第一線圈支架在殼體處的固定。
[0017]構造第一線圈支架用於以介質流過也是有利的,因為那麼還取消測量管,由此在關於測量管的縱軸線的徑向伸展中還更緊湊的核磁式流量測量儀是可能的。構造第一線圈支架用於以介質流過主要包含相對於介質的壓力的足夠的抗壓強度、相對於介質的組分的足夠的化學抗性和當然還有由於介質流動的較小的磨損。
[0018]如果第一線圈支架至少在第一部段中構造成管形,提供了在插入在支承環的第二環側中的凹口中的密封件與第一線圈支架的管形的部段的上側之間在第一線圈支架的管形的部段的上側上布置適配器;適配器與密封件一起使第一線圈支架能夠沿著測量管的縱軸線運動而不影響密封性。如果第一線圈支架在法蘭處與殼體旋緊,該適配器與密封件一起允許第一線圈支架的縱向運動,如其例如由於第一線圈支架和殼體的不同的熱膨脹而產生的那樣。以該方式可避免在殼體中和在第一線圈支架中的機械應力。
[0019]在根據本發明的核磁式流量測量儀的另一優選的設計方案中,至少該梯度線圈或梯度線圈中的至少一個和/或該信號線圈或信號線圈中的至少一個布置在第二線圈支架上。該第二線圈支架可布置在第一線圈支架上。該布置可在測量管與第一線圈支架之間或在第一線圈支架與磁化裝置之間。
[0020]如果第一線圈支架在第一部段中構造成管形,在第二部段中管形地構造第二線圈支架可以是有利的,亦即管形地構造成使得第二線圈支架的管形的部段可沿著測量管的縱軸線移入第一線圈支架的管形的部段中。優選地,第二線圈支架也具有法蘭。該法蘭可設有用於穿引螺栓的孔,並且在殼體中在第一端側處可構造有用於容納螺栓的螺紋。
[0021]如果不僅第一線圈支架設有法蘭且法蘭設有用於穿引螺栓的孔而且第二線圈支架設有法蘭且法蘭設有用於穿引螺栓的孔,提供了在第一線圈支架和第二線圈支架上齊平地布置孔,使得這兩個線圈支架可利用相同的螺栓固定在殼體處。以該方式進一步簡化了根據本發明的核磁式流量測量儀的組裝。
[0022]在第一線圈支架上布置梯度線圈而在第二線圈支架上布置信號線圈或者在第一線圈支架上布置信號線圈而在第二線圈支架上布置梯度線圈也可以是有利的。由此,用於產生磁場中的梯度和用於激勵和用於探測激勵的效果的組件彼此分開並且因此還可分開更換並且可匹配不同的應用目的。當然也可將所有梯度線圈和信號線圈布置在第一線圈支架上。
[0023]因為不僅第一線圈支架而且第二線圈支架至少部分地布置在磁場中,其至少在這些部分中必須由不影響磁場的材料構成。因此,作為用於這兩個線圈支架的材料提供纖維複合材料,尤其玻璃纖維強化的複合材料。當然,這兩個線圈支架在不處於磁場中的區域中也可由其它材料製成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]現在尤其存在設計和改進根據本發明的核磁式流量測量儀的不同可能性。對此結合附圖參照從屬於權利要求1的權利要求和優選的實施例的說明。其中:
圖1顯示了根據本發明的帶有測量管和第一及第二線圈支架的核磁式流量測量儀的第一實施例,
圖2顯示了帶有測量管和第一線圈支架的第二實施例以及圖3顯示了帶有第一線圈支架的第三實施例。
[0025]附圖標記清單
1.核磁式流量測量儀
2.介質
3.測量管
4.磁化裝置
5.梯度線圈
6.信號線圈
7.第一線圈支架
8.殼體
9.縱軸線
10.內腔
11.第一端側
12.第二端側
13.第一殼體開口
14.第二殼體開口
15.空間
16.第一線圈懸掛部
17.第二線圈懸掛部
18.上側
19.第一部段
20.第一線圈支架的法蘭
21.法蘭側
22.密封件
23.支承環
24.第一環側
25.第二環側
26.凹口 27.適配器
28.在法蘭20中的孔
29.螺栓
30.螺紋
31.第二線圈支架
32.第二部段
33.第二線圈支架的法蘭
34.在法蘭33中的孔。
【具體實施方式】
[0026]圖1顯示了根據本發明的核磁式流量測量儀I的第一實施例的重要元件。多相的介質2流過直的測量管3。圍繞測量管3布置有用於在流過測量管3的介質2中產生均勻的磁場的磁化裝置4。梯度線圈5在流過測量管3的介質2中產生非均勻的磁場,並且這兩個磁場的疊加在介質2中引起帶有梯度的磁場。信號線圈6不僅用於介質2的激勵而且用於探測激勵的效果。梯度線圈5布置在第一線圈支架7上。核磁式流量測量儀I還包括殼體8,其中,殼體8沿著測量管3的縱軸線9具有第一端側11和第二端側12。在第一端側11中設置有第一殼體開口 13而在第二端側12中設置有第二殼體開口 14用於穿引測量管
3。磁化裝置設置在殼體8的內腔10中。殼體8除了這兩個殼體開口 13、14之外根據IP67是密封的。相應地,其是防塵的且在暫時浸沒時是密封的。不僅梯度線圈5而且信號線圈6布置在被磁場貫穿的在測量管3與磁化裝置4之間的空間15中。
[0027]在第一線圈支架7與第一端側11之間構造有第一線圈懸掛部16而在第一線圈支架8與第二端側12之間構造有第二線圈懸掛部17。第一線圈支架7的上側18在第一線圈懸掛部16與第二線圈懸掛部17之間的第一部段19中是閉合的面,亦即第一線圈支架7在第一部段中帶有環形的橫截面輪廓是管形的。
[0028]在第一線圈支架7的管形的部段處模製有法蘭20。法蘭20以法蘭側21鄰接到殼體8的第一端側11處。在第一端側11與法蘭20的法蘭側21之間布置有密封件22。在殼體8的第二端側12處圍繞第二殼體開口 14布置有帶有第一環側24和第二環側25的支承環23。第一環側24鄰接到殼體8的第二端側12處而第二環側25鄰接到第一線圈支架7的管形部段的上側18處。不僅在支承環23的第一環側24與殼體8的第二端側12之間而且在支承環23的第二環側25與第一線圈支架7的管形部段的上側18之間分別布置有密封件22。在支承環23的第一環側24和第二環側25中以及在法蘭20的法蘭側21中設置有同心的凹口 26用於作為密封件22的彈性的環形的密封件。
[0029]第一線圈支架7主要包括管形的部段和模製到其處的法蘭20。關於第一線圈支架7的管形部段的縱軸線9的橫截面面積在此這樣匹配於在關於測量管3的縱軸線9的徑向上在測量管3與磁化裝置4之間的自由空間,使得第一線圈支架7的管形部段沿著縱軸線9可移入這兩個線圈懸掛部16、17中。
[0030]在插入在支承環23的第二環側25中的凹口 26中的密封件22與第一線圈支架7的管形部段的上側18之間在第一線圈支架7的管形部段的上側18上布置有適配器27。該適配器27是金屬環,其與密封件22相接觸並且密封地封閉。適配器27與密封件22共同確保在不損害殼體8的密封性的情況下第一線圈支架7沿著測量管的縱軸線9的運動。
[0031]在法蘭20中平行於測量管3的縱軸線9在同心地圍繞縱軸線9布置的圓上設置有用於穿引螺栓29的孔28並且均勻地分布在該圓上。在殼體8中的第一端側11上構造有與孔28齊平的用於螺栓29的螺紋30。
[0032]第一線圈懸掛部16包括第一線圈支架7的設有凹口 26和孔28的法蘭20、用於該凹口 26的密封件22、在殼體8的第一端側11中的螺紋30和螺栓29。第二線圈懸掛部17包括支承環23、在第一環側24中的設有密封件22的凹口 26、在第二環側25中的設有密封件22的凹口 26和適配器27。因此,第一線圈懸掛部16將第一線圈支架7與第一端側11密封而第二線圈懸掛部17將第一線圈支架7與第二端側12密封。殼體8的內腔14因此密封地根據IP67相對於外腔封閉。
[0033]信號線圈6布置在第二線圈支架31上。第二線圈支架31在第二部段32中構造成管形,這樣使得第二線圈支架31的管形部段可沿著縱軸線9移入在第一線圈支架7的管形部段與測量管3之間的空間中。法蘭33模製到第二線圈支架31的管形部段處。第二線圈支架31的法蘭33設有孔34,其與法蘭20中的孔28齊平。因此可能利用相同的螺栓29將第一線圈支架7和第二線圈支架31固定在殼體8的第一端側11處。
[0034]在圖2中示出根據本發明的核磁式流量測量儀I的第二實施例的重要元件。下面僅研究與在圖1中示出的第一實施例的區別。在圖2中示出的實施例中除了梯度線圈5之外在第一線圈支架7上還布置有信號線圈6,從而不需要第二線圈支架。以該方式可進一步減少核磁式流量測量儀I的部件的數目並且因此進一步簡化結構。
[0035]在圖3中示出根據本發明的流量測量儀I的第三實施例的重要部件。這裡以下也僅研究與在圖1中示出的實施例的區別。在圖3中示出的實施例中,一方面如已在圖2中示出的實施例中那樣,不僅梯度線圈5而且信號線圈6布置在第一線圈支架7上。但是此夕卜,第一線圈支架7還構造用於以介質2流過,由此除了第二線圈支架31之外也還取消測量管3。
【權利要求】
1.一種核磁式流量測量儀(I),其帶有可被多相介質(2)流過的直的測量管(3)、圍繞所述測量管(3)布置的用於在流過所述測量管(3)的所述介質(2)中產生磁場的磁化裝置(4)、用於在所述磁場中產生梯度的至少一個梯度線圈(5)和/或用於激勵所述介質(2)的和/或用於探測所述激勵的效果的至少一個信號線圈(6)、第一線圈支架(7)和殼體(8), 其中,所述殼體(8)沿著所述測量管(3)的縱軸線(9)具有第一端側(10)和第二端側(11),在所述第一端側(10)中設置有第一殼體開口(12)而在所述第二端側(11)中設置有第二殼體開口(13)用於穿引所述測量管(3),所述磁化裝置(4)設置在所述殼體(8)的內腔(14)中並且所述殼體(8)除了這兩個殼體開口(12,13)之外是密封的,並且 其中,所述梯度線圈(5)和所述信號線圈(6)布置在被所述磁場貫穿的在所述測量管(3)與所述磁化裝置(4)之間的空間(15)中並且所述梯度線圈(5)或至少一個梯度線圈(5)和/或所述信號線圈(6)或至少一個信號線圈(6)布置在所述第一線圈支架(7)上, 其特徵在於, 在所述殼體(8)的第一端側(10)與所述第一線圈支架(7)之間構造有第一線圈懸掛部(16)而在所述殼體(8)的第二 端側(11)與所述第一線圈支架(7)之間構造有第二線圈懸掛部(17), 所述第一線圈支架(7)的上側(18)至少在所述第一線圈懸掛部(16)與所述第二線圈懸掛部(17)之間的第一部段(19)中是閉合的面並且 所述第一線圈懸掛部(16)將所述第一線圈支架(7)與所述殼體(8)的第一端側(10)密封、所述第二線圈懸掛部(17)將所述第一線圈支架(7)與所述殼體(8)的第二端側(11)密封並且所述殼體(8)與所述第一線圈支架(7)和所述線圈懸掛部(16,17) 一起是密封的。
2.根據權利要求1所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第一線圈支架(7)至少在所述第一部段(19)中構造成管形並且所述第一線圈支架(7)的管形的部段能夠沿著所述縱軸線(9)移入這兩個線圈懸掛部(16,17)中。
3.根據權利要求1或2所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第一線圈支架(7)具有帶有鄰接到所述殼體(8)的第一端側(10)處的法蘭側(21)的法蘭(20)並且在所述殼體(8)的第一端側(10)與所述法蘭(20)的法蘭側(21)之間布置有密封件(22),並且在所述殼體(8)的第二端側(11)處圍繞第二殼體開口(13)布置有帶有第一環側(24)和第二環側(25)的支承環(23),所述支承環(23)的第一環側(24)鄰接到所述殼體(8)的第二端側(11)處,所述支承環(23)的第二環側(25)鄰接到所述第一線圈支架(7)的上側(18)處,在所述支承環(23)的第一環側(24)與所述殼體(8)的第二端側(11)之間布置有密封件(22)並且在所述支承環(23)的第二環側(25)與所述第一線圈支架(7)的上側(18)之間布置有密封件(22)。
4.根據權利要求3所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,在所述支承環(23)的兩個環側(24,25)中並且在所述法蘭(20)的法蘭側(21)中設置有凹口(26)用於容納所述密封件(22)。
5.根據權利要求4所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,在插入在所述支承環(23)的第二環側(25)中的所述凹口(26)中的密封件(22)與所述第一線圈支架(7)的管形的部段的上側(18)之間在所述第一線圈支架(7)的管形的部段的上側(18)上布置有適配器(27),並且所述適配器(27)與所述密封件(22) —起使所述第一線圈支架(7)能夠在不損害密封性的情況下沿著所述測量管(3)的縱軸線(9)運動。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述法蘭(20)設有用於穿引螺栓(29)的孔(28)而在所述殼體(8)中在所述第一端側(10)處構造有用於容納所述螺栓(29)的螺紋(30)。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述梯度線圈(5)或所述梯度線圈(5)中的一個和/或所述信號線圈(6)或所述信號線圈(6)中的一個布置在第二線圈支架(31)上。
8.根據權利要求7所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第二線圈支架(31)布置在所述線圈支架(7)上。
9.根據權利要求7或8所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第二線圈支架(31)在第二部段(32)中構造成管形並且所述第二線圈支架(31)的管形的部段(32)能夠沿著所述縱軸線(9)移入所述第一線圈支架(7)的管形的部段中。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第二線圈支架(31)具有法蘭(33)。
11.根據權利要求 10所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第二線圈支架(31)的法蘭(33)設有用於穿引螺栓(29)的孔(34)而在所述殼體(8)中在所述第一端側(10)處構造有用於容納所述螺栓(29)的螺紋(30)。
12.根據權利要求6和11所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,在所述第一線圈支架(7)的法蘭(20)中和在所述第二線圈支架(31)的法蘭(33)中的所述孔(28)齊平。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第一線圈支架(7)構造用於以所述介質(2)流過。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,在所述第一線圈支架(7)上僅布置一個所述梯度線圈(5)或僅布置多個所述梯度線圈(5)。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的核磁式流量測量儀,其特徵在於,所述第一線圈支架(7)和/或所述第二線圈支架(31)主要由纖維複合材料構成、尤其主要由玻璃纖維強化的複合材料構成。
【文檔編號】G01F1/56GK104048708SQ201410092826
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2013年3月13日
【發明者】J.T.A.波爾斯, J-W.拉蒙特 申請人:克洛納有限公司