具体实施方式

如图1(a)所述，本发明包括在绝缘的管道2的内表面上的两个电极1。管道2通常可以包含在金属外壳(未示出)中。管道包含多相流体流4，图示为包括具有气泡的液体。在管道2的内壁上，示出了覆盖了内壁和电极1的沉积层3。电极上的导体6与测量仪器(未示出)相连，测量仪器能够测量选定的流的电特性，并且还包括密度测量仪器(未示出)，用于测量位于相同位置或靠近电极的上游或下游的流体4的密度，以便测量与电极基本相同体积的流体。因此，距离取决于流体的变化速度和流速。

通常使用伽马射线测量密度，从而测量一个或多个伽马射线通过的体积中的密度，但也可以使用其他密度测量方法，只要它提供通过电极的体积中的可靠测量。

该图示显示了使用两个电极，但是其他配置，例如包括六个电极，也是可能的，例如，提供用于检测仅在部分内壁上的沉积物的方法。

图1(b)还展示了电特性，例如由流体产生的阻抗5，这是我们想要测量的阻抗，以及与沉积层相关的阻抗7。在非导电层/流的情况下，阻抗将作为电容，否则作为电导。

正如下面将要讨论的，基于流条件和沉积物的类型，测量的电特性可以是电阻、电导或电容，并且这些测量的阻抗值可以转换为用于计算的电特性值，例如电导率或介电常数。

对于非导电流中的薄电容层和导电流中的薄导电层，层串联阻抗的影响可以忽略不计。然而，在两种情况下，并联阻抗都会导致流阻抗测量的显著偏移。

本发明的一个方面将在下文解释，导电流的情况下，包括确定导电层对如上所述的传感器中的流体的电导率测量的影响。

图2和图3说明了作为密度函数的流体中的电导率测量，其中，假设密度和电导率之间存在线性关系。通过测量值计算的线8展示了零密度的电导率7在图2中是非零的；这可以解释为沉积层的电导率，如该线性函数8的偏移量7，。如图2所示，偏移量7约为2.7S/m。图3中没有沉积层，零密度情况下的电导率为零。这将在下文详细讨论。

在测量多相流时，电导率测量和密度测量之间存在联系，因为两者都受气体分数的影响很大。因此，假设流体的性质和含水率相当稳定，气体含量的波动是迄今为止改变两种测量变化的最大因素。当考虑到例如几个小时的评估期时，特别是在段塞流状态的条件下，这些假设并非不切实际，而且实际上相当普遍。液体(油+水)将具有恒定的电导率和恒定的密度。

由于油和气都可以认为是不导电的，因此可通过使用其他已知的双组分混合公式，根据测得的流体电导率计算出流体中的水分数；例如：如上述WO2015/055767中所述：

Fw＝水分数

σ＝电导率(S/m)

所以，给出的固定的WLR水分数与液体分数成正比，因为：

Fo＝油分数

Fl＝液体分数＝Fo+Fw＝1-Fg

密度测量可以表示为：

Fg＝气分数

ρ＝密度(Kg/m3)

ρ_测量值＝ρ_水×Fw+ρ_油×Fo+ρ_气×Fg

利用

ρ_液体＝ρ_水×WLR+ρ_油×(1-WLR)＝ρ_油+(ρ_水-ρ_油)×WLR

化简之后，我们得到：

ρ_测量值-ρ_气＝(ρ_液体-ρ_气)×Fl

这表明，如果我们消除气体密度，剩余的测量的密度也与液体分数(Fl)呈线性关系。

我们在下面称这种修正密度为ρ线性分式。

然后，这两个值都与液体分数成正比，我们可以利用它来检测和校正电导率测量值。在假设密度测量值中没有系统偏移的情况下，完成了电导率测量值中偏移的测定，但相反的做法是很简单的。

为了估计导电层和某种程度的绝缘层的影响，我们在ρ线性分式和Fw之间进行普通的线性最小二乘法法拟合(βx+α)，并确定x轴(密度)上的零交叉点α。

拟合的R2的值(测定系数)将为我们提供一个很好的表明拟合程度的指标(电导率和密度之间的线性关系)。

如图4和图5所示，水分数Fw和密度之间的关系还提供了线性函数10，其偏移量9取决于管壁上的层。在图示的情况下，由层引起的水分数的偏移是0.34。

使用Fw将提供最准确的结果，因为它与液体分数直接线性相关，但是直接对电导率进行估计也能产生合理的结果，因为对于相关的区域，2/3次方是足够线性的。还应注意，对于检测电导率偏移，水电导率也不是严格需要的。

该方法已经利用具有已知污染问题的装置现场数据进行了测试，并且测量值已显示出显着的改进。

当流体的液体部分是油连续时，该方法也可以应用于非导电层，例如：蜡层，因此，基于多相流量计的阻抗在电容模式下运行，并测量流体的介电常数。在这种情况下，电极之间的电容受电极本身上薄层的影响非常小，但受电极之间表面上的层的并联电容影响更大。然后，该层将作为测量的介电常数的系统偏移。方法同上，只是用介电常数代替电导率。

当在密度测量中而不是在阻抗测量中发现系统偏移时，也可以使用该方法。该方法与描述的电导率偏移相同，但用密度代替电导率。

如上所述，本发明的另一个目的是提供一种新的能接受密度偏移的含水率算法。

现有仪器中使用的已知含水率算法，电导率测量对密度测量系统的偏移误差高度敏感，。任何系统性的密度偏移都会直接影响测量的含水率。因此，本发明的一个目的是提供一种改进这些测量的方法和/或解决方案。

对于含水量在测量期间内基本上是静态的多相流，密度和电导率的波动主要由气分数的变化决定。

密度由下式给出：

ρ＝ρ_液体×Fl+ρ_气×(1-Fl)＝ρ_气+(ρ_液体-ρ_气)×Fl

和

ρ_液体＝ρ_水×WLR+ρ_油×(1-WLR)＝ρ_油+(ρ_水-ρ_油)×WLR

这意味着假设相关期间的WLR稳定，密度和液体分数之间存在线性相关性；

液体分数和水分数之间也存在线性相关性，因为：Fw＝WLR×Fl；

水分数(与含水率相反)可以直接通过测得的流体电导率进行计算，因此与密度无关，因此我们能够通过测得的电导率，对逐个样本分别计算水分数。

通过收集大量匹配的密度和水分数样本，我们能够进行最小二乘法线性拟合，并从中找到水分数随密度变化的变化率。即定义水分数和密度之间关系的曲线的导数斜率，例如：如图2和图3中线性曲线的斜率所示。这将在下面更详细地解释。

通过扩展上述关系，将水分数作为密度函数的求解，形成水分数的密度一阶导数，最后求解含水率，我们得到以下方程。

其中，β是公式βx+α上的线性拟合的增益因子。

由于这仅取决于密度的相对变化与电导率的相对变化，因此，该算法不受密度测量的恒定偏移量的影响，可用于检测误差，甚至在需要时，可用于修正仪表的行为。

要注意的是，如果在测量期间密度发生显著变化，则此处描述的方法最有效，因为如果密度是静态的，它不可能将密度与水分数相关联。因此，该方法最适合具有间歇或段塞流井。

但是，通过查看R平方相关因子可以很容易的检查测量的密度和电导率的相关性，并且有力地表明通过该算法所做的估计的质量。

计算：

Fw＝水分数(无量纲的)

Fo＝油分数(无量纲的)

Fg＝气分数(无量纲的)

σ＝电导率(S/m)

ρ＝密度(Kg/m3)

基本密度方程：

ρ＝ρ_水×Fw+ρ_油×Fo+ρ_气×Fg

表示为液体-气混合物：

ρ＝ρ_液体+(ρ_液体-ρ_气)×Fg (1)

根据定义，

Fw+Fo+Fg＝1，分数相加得1；

水分数和液体分数的比；

我们发现：

将公式(2)带入(1)之后简化，得到：

假设WLR是不变的，

ρ_液体＝ρ_油+(ρ_水-ρ_油)×WLR (4)

将公式(3)带入公式(4)，并计算Fw：

针对密度进行微分：

一阶导数(变化率)对应于线性拟合的增益系数β；

对WLR进行求解：

根据本发明的一个实施例，从上述的讨论中可以看出，特别是在图2和图3中所示，通过测量流体中的电极之间的电导率和密度的关系，使用相同的系统可以得到两个测量值。通过采样数据计算的线性曲线斜率提供了流体流中与水含量相关的测量值，并且该线向零密度值的延伸提供了偏移值，用于提供管道内表面上的沉积层的测量值。

尽管，假设了密度和电导率之间的关系是线性的，但这可能取决于测量的情况和方法，在计算曲线或曲线的导数/斜率时，这可能会引入需要考虑到非线性因素。

总而言之，本发明涉及一种测量系统，包括：管道内壁上的至少两个电极，用于传导多相流体流，其中，管道可以具有覆盖所述内壁的沉积层。在持续时间内具有基本恒定的水液比(WLR)的流量。电极以选定的分布设置在管道的内表面上，并连接到测量仪器，以测量电极之间的电特性。

所述系统还包括流量密度传感器，流量密度传感器测量的体积与电极体积基本相同，从而提供密度和电特性的可比测量。

所述系统还包括在所述测量仪器中的与密度测量仪器和电极相连接的分析单元，从而以预定速率对所述密度和电测量值进行采样，计算最佳拟合曲线，用于将采样数据表示为相应密度和电测量值数据之间的函数，并基于最佳拟合曲线确定所述沉积层的影响，基于曲线确定所述沉积层对电特性的影响。根据预期的流体条件的短期变化和预期的沉积层的变化率选择预定速率，两者均基于与流体条件相关的现有技术。

在具有导电层并且流动的情况下，通过测量所述两个电极之间的电导或电阻，来发现沉积层的影响，或者在非导电的层并且流动的情况下，通过测量电容，来发现沉积层的影响。例如，沉积层的影响可以是测量的所述两个电极之间的电导率的偏移。

由所述最佳拟合曲线确定的与所述沉积层有关的电特性，对应于零密度的电特性值。作为优选，曲线被定义为密度和电特性之间的线性关系。最佳拟合曲线通过最小二乘法线性拟合计算。

基于所述流中的WLR先前测量值、基于监测流体的WLR测量装置或者气体分数波动的先前测量值，用于执行测量的时间跨度可以凭经验选择。基于所需的数据精度和所述时间跨度计算采样率，以避免流体的短期波动，但可以提供沉积物变化的精确测量值。

根据本发明的一个方面，该曲线定义为密度和通过电特性计算的水分数之间的线性关系。

作为沉积层测量的补充或替代，系统的分析单元可以计算最佳拟合线性曲线，用于将采样数据表示为相应密度和电测量值数据之间的函数，并且基于曲线斜率，确定流体中的水液比。

如上所述，线性曲线可以通过最小二乘法线性拟合计算；基于所述流中WLR的先前测量值，时间跨度是凭经验选择的，或者时间跨度是通过监测流的WLR测量装置确定的。基于所需的数据精度和所述时间跨度，计算采样率。

本发明还涉及一种用于测量管道中条件的方法，包括以下步骤：

在流体中测量选定的电特性，

在基本相同的体积流量下，测量密度，

计算代表密度和电气特性之间关系的曲线，作为优选，电导率/电导系数或者介电常数/电容代表测量的阻抗，

还包括以下至少一个步骤：

计算所述曲线的导数，以表示所述流体的水液比，其中曲线可以是线性的，因此导数是曲线的斜率，

和/或

将该曲线推至代表零密度的值上，所述电特性的值代表在所述管的内表面上的可能的沉积层的特性。