Система, способ и установка для измерения многофазного потока

Система, способ и установка для измерения многофазного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Для настоящего изобретения испрашивается приоритет предварительной заявки №61/179832 на патент США (Bruno Pinguet et al.) под названием “System, method and apparatus for measuring multiphase flow”, поданной 20 мая 2009 года, все раскрытие которой включено в эту заявку путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

В общем это настоящее раскрытие относится в общем к области измерений свойств флюидов, а более конкретно, но не для ограничения, к измерению многофазного флюидного потока, содержащего четыре фазы.

Предпосылки создания изобретения

Как хорошо известно, возрастающее потребление углеводородов во всем мире приводит к тому, что нефтяные компании обращают внимание на разработку новых месторождений. Коллекторы углеводородов становятся менее легкими для добычи, поскольку многие обычно находятся в шельфовой зоне, ниже уровня моря, или в районах, в которых присутствие человека ограничено или невозможно. В дополнение к задаче трудной добычи имеются дополнительные расходы, связанные с добычей флюидов худшего качества, вследствие чего требуется надлежащая оптимизация расходов на разработку и добычу.

В общем, общее направление новых месторождений основывается как на добыче газа (например, с высоким значением API) или на добыче вязкого флюида, обычно называемого тяжелой нефтью, сверхтяжелой нефтью и битумом. Эти флюиды могут быть настолько вязкими, что большую часть времени они не могут протекать естественным образом вследствие трения, которое они создают относительно стенки трубы, вследствие чего необходимо добавлять разбавитель или химическую добавку к флюидам с тем, чтобы снижать вязкость и чтобы обеспечивать в результате этого протекание на сборные пункты для специфической регенерации и обработки.

В соответствии с этим имеется необходимость в системах и способах, которые направлены на разрешение упомянутых выше и других задач, связанных с системами и способами для обработки газа и высоковязких флюидов из предшествующего уровня техники.

Краткое изложение раскрытия

С учетом упомянутых выше недостатков, присущих системам и способам из предшествующего уровня техники, варианты осуществлений настоящего раскрытия направлены на решение добычи и мониторинга применительно к четырехфазному потоку. Поэтому примерными системами и способами предоставляется новый и полезный четырехфазный, многофазный расходомер, в котором исключены многие недочеты и недостатки систем и способов из предшествующего уровня техники и в который включены многочисленные новые признаки, которые не предполагаются, не представлены очевидным образом, не предлагаются или даже не подразумеваются в любой из систем и способов из предшествующего уровня техники как в одной (одном), так и в сочетании их.

В соответствии с аспектом настоящего раскрытия один или несколько вариантов осуществлений относятся к системам и способам для мониторинга добычи нефти, воды, газа и разбавителя.

Примерными системами и способами можно осуществлять мониторинг в реальном времени и можно делать это без дополнительных датчиков в системе. Способы систем могут быть основаны на новой технологии для ядерных измерений и могут быть основаны на разрешении фундаментальных задач из предшествующего уровня техники и использовании свойств ядерных измерений путем сочетания по меньшей мере трех уровней энергии гамма/рентгеновского излучения для измерения каждой фазы четырехфазного флюидного потока. Системы и способы могут использовать специализированную модель поведения флюидов для оценивания реальных свойств флюидов в условиях трубопровода. Системы и способы могут предоставлять доли и расходы для каждой из четырех фаз в любых подходящих условиях независимо от диапазона концентраций четырех фаз, протекающих по выкидной линии.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего раскрытия один или несколько вариантов осуществлений относятся к системам и способам для мониторинга добычи четырехфазного флюидного потока на основании использования определенных ядерных свойств флюидов, позволяющих выполнять различение четырех фаз уникальным способом, в сочетании с одновременным использованием свойств поведения флюидов, и этими системами и способами может предоставляться в реальном времени расход каждой фазы. Системы и способы могут быть предусмотрены на любом подходящем трубопроводе, от дна моря до поверхности, и после установки вмешательство в их работу не требуется. Кроме того, системы и способы могут быть более компактными, чем системы и способы, используемые в обычном процессе, таком как использование сепаратора. Согласно вариантам осуществлений, системы и способы не имеют необходимости использовать какие-либо подвижные детали, и они могут быть независимыми от скорости нагнетания разбавителя. Кроме того, согласно аспекту настоящего раскрытия системы и способы не имеют необходимости использовать априорную информацию о расходе или использовать калибровку потока на месте расположения скважины. Системы и способы могут включать в себя сочетание новых ядерных измерений, анализ поведения свойств флюидов и использование любого подходящего оборудования, работа которого основана на принципе измерения дифференциального давления, такого как трубка Вентури, измерительная диафрагма, клапан, дроссель и т.п.

В соответствии с этим, согласно примерному аспекту предложена система для измерения свойств флюидов флюидного потока, имеющего четыре фазы, при этом система включает в себя устройство измерения доли, выполненное с возможностью нахождения соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, протекающих во флюидном потоке; и устройство моделирования поведения, выполненное с возможностью определения, на основании соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, соответствующих расходов для каждой из четырех фаз флюидов.

В соответствии с этим, согласно дальнейшему примерному аспекту предложен способ измерения свойств флюидов флюидного потока, имеющего четыре фазы, при этом способ включает в себя определение с помощью устройства измерения доли соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, протекающих во флюидном потоке; и определение с помощью устройства моделирования поведения, на основании соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, соответствующих расходов для каждой из четырех фаз флюидов.

В соответствии с этим, согласно примерному аспекту предложена установка для измерения свойств флюидов флюидного потока, имеющего четыре фазы, при этом установка включает в себя устройство измерения доли, выполненное с возможностью определения соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, протекающих во флюидном потоке; и устройство моделирования поведения, выполненное с возможностью определения, на основании соответствующих измерений доли каждой из четырех фаз флюидов, соответствующих расходов для каждой из четырех фаз флюидов.

Четыре фазы флюидов включают в себя водную фазу, газовую фазу, нефтяную фазу и фазу разбавителя.

Четыре фазы флюидов влияют на общее поведение флюидов в смеси фаз и включают в себя смесь водной фазы, газовой фазы, фазы сырой нефти и четвертой фазы, при этом четвертая фаза включает в себя фазу разбавителя или нефтяную фазу, имеющую другие свойства, чем фаза сырой нефти.

Устройство измерения доли основано на устройстве ядерного измерения.

Устройство моделирования поведения основано на устройстве измерения дифференциального давления, включающем в себя по меньшей мере одно из датчика, трубки Вентури, измерительной диафрагмы, клапана, дросселя, колена, коленчатого патрубка и сужения сечения.

Устройство ядерного измерения включает в себя бариевый источник, при этом бариевый источник включает в себя сочетание более чем 9 основных энергетических пиков, перегруппированных в по меньшей мере 4 основных пика, включающих в себя первый пик около 30 кэВ, второй пик около 80 кэВ, третий пик около 160 кэВ и четвертый пик от около 302 до около 383 кэВ.

Эти совместно с другими аспектами, признаками и преимуществами настоящего раскрытия, а также различными признаками новизны, которые характеризуют изобретение, особенно подчеркнуты в прилагаемой формуле изобретения и формируют часть этого раскрытия. Изложенные выше аспекты и преимущества не являются исчерпывающими и отдельно или совместно являются важными для сущности или осуществления на практике раскрытия. Другие аспекты, признаки и преимущества настоящего раскрытия станут без труда очевидными для специалистов в данной области техники из нижеследующего подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами. В соответствии с этим чертежи и описание следует считать иллюстративными, по природе, а не ограничивающими.

Краткое описание чертежей

Для содействия специалистам в соответствующей области техники при изготовлении и использовании предмета изобретения делаются ссылки на прилагаемые чертежи, на которых для единообразия одинаковые позиции могут относиться к аналогичным элементам. На чертежах:

фиг.1 - иллюстрирует систему предшествующего уровня техники, для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при нагнетании разбавителя из скважины;

фиг.2 - иллюстрирует систему предшествующего уровня техники, для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при нагнетании разбавителя с поверхности;

фиг.3 - график, иллюстрирующий ядерные взаимодействия в зависимости от уровня энергии;

фиг.4 - график, иллюстрирующий спектр гамма-излучения в зависимости от уровня энергии при взаимодействиях;

фиг.5 - график, иллюстрирующий плотность электронов в зависимости от теоретических взаимодействий;

фиг.6 - график, иллюстрирующий ослабление массой в зависимости от уровня энергии при взаимодействиях;

фиг.7 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов в четырехфазном флюидном потоке независимо от уровня нагнетания разбавителя, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.8 - график, иллюстрирующий изменение вязкости смеси нефть-разбавитель в зависимости от концентрации разбавителя, для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюида, согласно вариантам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.9 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при выполнении измерения трубкой Вентури и ядерного измерения в сопле трубки Вентури, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.10 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при выполнении измерения трубкой Вентури и измерения полного дифференциального давления (ДД), и ядерного измерения в сопле трубки Вентури, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.11 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при выполнении измерения трубкой Вентури и ядерного измерения не в сопле трубки Вентури, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.12 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при наличии общего решения с использованием дифференциального давления (ДД) и ядерного измерения, близкого, но не сплетаемого, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.13 - используется для иллюстрации примерных систем и способов, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока при наличии дифференциального давления (ДД) и датчиков ядерного измерения, объединенных в одном пространстве, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке;

фиг.14 - график, иллюстрирующий характерную эволюцию значений коэффициента расхода при истечении совместно со шкалой вязкости для случая расхода 3000 баррелей в сутки (447000 л/сутки) при плотности смеси примерно 900 кг/м³ и при объемной доле газа примерно 50%, предназначенный для иллюстрации примерных систем и способов для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке; и

фиг.15 - используется для иллюстрации примерных систем и способов ядерного измерения, предназначенных для измерения свойств флюидов четырехфазного флюидного потока, согласно примерам осуществлений, раскрытым в этой заявке.

Подробное описание

Теперь конкретные варианты осуществления настоящего раскрытия будут описаны подробно с обращением к сопровождающим чертежам. Кроме того, в нижеследующем подробном описании вариантов осуществлений настоящего раскрытия многочисленные характерные детали изложены для обеспечения более полного понимания изобретения. Однако специалисту в данной области техники должно быть понятно, что варианты осуществления, раскрываемые в этой заявке, можно применять на практике без этих характерных деталей. В других случаях хорошо известные признаки не будут описываться подробно, чтобы исключить необходимость в усложнении описания.

Терминология и формулировки, используемые в этой заявке, употребляются исключительно с описательными целями и не должны толковаться как ограничивающие объем. Выражения, такие как «включающий в себя», «содержащий», «имеющий», «вмещающий» или «касающийся», и разновидности их, предполагаются широкими и охватывающими предмет изобретения, излагаемый ниже, эквиваленты и дополнительный предмет изобретения, не излагаемый. В контексте настоящего раскрытия «разбавитель» может включать в себя любую подходящую вторичную нефть, используемую для смешивания с добываемой из коллектора нефтью, и как таковой включает в себя любой подходящий флюид, такой как нефть, используемая для смешивания с пластовой нефтью, и может также включать в себя любой подходящий флюид, используемый для предотвращения образования твердых веществ и/или веществ, похожих на лед (например, такой как метанол в качестве разбавителя и/или похожий на лед в качестве гидрата). В контексте настоящего раскрытия «нефть» может включать в себя тяжелые нефтяные остатки или любой подходящий конденсат и т.п.

Настоящее раскрытие включает в себя осознание того, что стоимость разбавителя является высокой, а соответствующее управление скоростью нагнетания и ее оптимизация могут привести к значительному снижению стоимости. В то же время контролирующие органы изыскивают оборудование, способное точно измерять различные фазы, втекающие в магистральную трубу, чтобы гарантировать, что роялти или налоги налагаются правильно. Это распространяется также на приемку-сдачу нефтяными компаниями, использующими один и тот же трубопровод при добыче с различных месторождений и обладающих возможностью точно определять каждый вклад из своих собственных вкладов. Наконец, нефтяные компании хотят иметь возможность оптимизировать управление коллектором. В этой прикладной задаче имеются как минимум четыре фазы, втекающие в магистральную трубу, включающие в себя вязкую нефть, воду, газ и разбавитель, каждая из которых может быть преобладающей в тот или иной момент добычи из скважины или во время ввода скважины в эксплуатацию. Например, в случае тяжелой нефти сначала обычно нагнетают 60-70% разбавителя, чтобы началось понижение столба и уменьшилось трение. Затем в зависимости от типа нефти и используемого разбавителя количество его можно значительно снижать, например, до 20-30%.

На данный момент на рынке отсутствует система (например, называемая многофазным расходомером), способная в настоящее время измерять в реальном времени добычу этих четырех фаз простым и компактным способом. До настоящего времени прагматическое решение заключалось в измерении скорости нагнетания разбавителя куда-либо в эксплуатационную трубу, например в точку А и в момент ТА времени, затем в предположении определенного процесса смешивания между точкой А и точкой В и после этого в измерении различных фаз в точке А и в момент ТВ времени. Примеры различных вариантов действий из предшествующего уровня техники, соответствующих описанным выше системам и способам, показаны на фиг.1 и 2. С теоретической точки зрения такие подходы могут быть корректными только при сохранении постоянными расходов нагнетания и флюида, добываемого из скважины. К сожалению, в скважине этого типа имеются большие флуктуации. Например, разбавитель распределяется между несколькими скважинами на месторождении, и в каждой точке нагнетания флуктуация больше чем ±15% является обычной. Как должно быть понятно, это может оказывать до некоторой степени сильное влияние на поведение флюидов. Кроме того, скорость нагнетания, определяемая в момент ТА времени, может быть иной по сравнению со скоростью, определяемой во время измерения трех фаз. Чтобы учитывать задержку между точками нагнетания и измерения, следует применять поправку, и поскольку расход в значительной степени является турбулентным и флуктуирующим, а информация о процессе между А и В является неизвестной, то, как можно понять из фиг.1 и 2, используют только среднюю скорость, основанную на измерении в точке В, которую можно применять, чтобы компенсировать время, которое затрачивается на протекание разбавителя от точки А до точки В. В любом случае реализовать такой процесс нелегко, при этом остается существенная необходимость в усовершенствовании.

Несколько гипотез, описываемых ниже, действуют совместно с упомянутыми выше способами и системами и, как будет показано, они не могут подтверждаться для всей без исключения добычи из скважин с тяжелой нефтью. В связи с этим существует необходимость в системах и способах, обеспечивающих возможность измерения в реальном времени четырех фаз в один и тот же момент времени и в одном и том же пространстве, и чтобы при этом можно было получать достаточную частоту сбора данных (например, чтобы можно было улавливать флуктуацию в скважинах), доли, расходы и поведение свойств флюидов в четырех фазах.

В настоящее время большая часть систем и способов из предшествующего уровня техники, предназначенных для решения задачи добычи и мониторинга, основана на использовании крупного сепаратора для оценивания, в лучшем случае расхода нефти и разбавителя, воды и газа. Затем путем отбора проб в таких системах и способах делается попытка идентификации доли добываемой нефти, или при использовании дополнительного измерительного оборудования в них может делаться оценка количества разбавителя в смеси нефть-разбавитель. Вследствие большого объема оборудования для таких систем и способов требуются большие инвестиции. В дополнение к этому, как будет описываться в дальнейшем, они имеют много ограничений в части точности и трудоемкости. Многофазные расходомеры становятся все более признаваемыми в нефтедобывающей промышленности в качестве альтернативы использованию сепаратора в предшествующем уровне техники. Кроме того, при добыче нефти все больше ориентируются на два экстремальных значения API (API - Американский нефтяной институт), высокое значение API (например, низкая плотность), при котором приходится разрабатывать некоторые специфические решения для газового конденсата, и низкое значение API, характерное для тяжелой нефти, сверхтяжелой нефти, битума. Считают, что последнее значение API представляет завтрашний день в нефтедобывающей промышленности во всем мире. Однако имеются некоторые фундаментальные проблемы при добыче флюида этого типа. Например, при холодной добыче необходимо добавлять разбавитель в эту смесь нефти, воды и газа, чтобы уменьшать трение основного потока относительно трубы. Эта добавляемая четвертая фаза создает проблемы для оборудования из предшествующего уровня техники, а также для новейшей многофазной технологии, имеющейся на рынке. Чтобы совладать с этой четвертой фазой, в одном предложенном решении добавляют датчики. Однако добавление датчиков само по себе может быть достаточно сложным.

В последние десять лет в промышленности по производству многофазных измерителей расхода достигнуты реальные успехи, но все еще имеется область, относящаяся к разработке новых идей, которая медленно воспринимается в нефтедобывающей промышленности. Консолидация промышленных предприятий привела к принятию нескольких технологий, которые, как показано, работают в случае общего многофазного потока, состоящего из трех фаз: нефти, воды и газа (например, без включения вязкого флюида). Можно сказать, что принятые технологии основаны на двухэнергетическом гамма-излучении (например, на ядерном измерении, связанном с ослаблением гамма-излучения, проходящего сквозь один протекающий флюид) или электромагнитном измерении (например, удельного сопротивления и удельной проводимости или в более общем смысле - измерения импеданса), которые в обоих случаях делают возможным различение 3 фаз. Кроме того, используют сочетания этих двух технологий. Большая часть этих технологий внедрена на газовых скважинах или на нефтяных скважинах с вязкостью жидкости (например, в условиях линии) обычно ниже чем 500-1000 сП (0,5-1 Па×с).

Вследствие ограниченного количества доступной обычной нефти и возрастающей скорости потребления существует необходимость в добыче тяжелой нефти, которая является более вязкой и для которой может требоваться дополнительный разбавитель в смеси нефти, воды и газа для снижения трения основного потока относительно трубы. Поэтому для содействия подвижности тяжелой нефти этого типа, которую можно сравнивать с арахисовой пастой или зубной пастой в части характеристики вязкости, примерные системы и способы настоящего раскрытия можно использовать в отрасли многофазных расходомеров для устранения упомянутых выше и других обнаруживаемых проблем, являющихся результатом дополнительной четвертой фазы. В дополнение к этому аспектом примерных систем и способов настоящего раскрытия разрешаются вопросы, связанные с отдаленностью запасов углеводородов, и вводится концепция поддержания свободного использования в сочетании с повышенной надежностью и робастностью. В примерных системах и способах нет необходимости использовать подвижные детали или калибровку расхода на месте расположения скважины, что является преимуществом.

Для некоторых коллекторов, из которых осуществляют добычу тяжелой нефти, существует еще один вопрос, связанный с песком из пласта. Например, содержание песка в таких продуктах может быть до 10%, что также может приводить к изменению характеристики вязкости относительно флюида без твердого продукта. Задачи и вопросы с мониторингом нефти и управлением коллекторами этих типов приводят к снижению интереса к продукту этого типа. Вплоть до настоящего времени надлежащее решение не было найдено.

Традиционный или обычный способ разрешения этой задачи заключается в использовании крупного сепаратора, посредством которого в случае наилучшего варианта определяется расход смеси нефть/разбавитель, а благодаря процессу разделения - расходы воды и газа. Однако большую часть времени жидкость является перемешанной и возможно только двухфазное разделение между газом и жидкостью (например, между водой, нефтью и разбавителем, совместно, или водой, нефтью и песком). На практике в сепараторе осуществляют только частичное разделение, и на самом деле жидкость включает в себя некоторое количество захваченных газовых пузырьков, которые в сепараторе не могут мигрировать к поверхности границы раздела газ/жидкость вследствие слишком короткого времени удержания или вследствие утраты подвижности газа, обусловленной присутствием жидкой эмульсии. Кроме того, без добавления деэмульгатора для осуществления попытки расслоения смеси нефть-разбавитель-вода трудно или даже невозможно получать отдельно углеводород и воду.

Как описывалось выше, для решений из предшествующего уровня техники требуются дополнительное количество химического флюида для различения добываемых фаз и использование крупного сепаратора. В дополнение к этому для снижения общих расходов на процесс следует выполнять некоторые специфические способы обработки, чтобы регенерировать некоторую часть деэмульгатора, используемого в процессе разделения.

Кроме того, как уже описывалось, многофазные измерители расхода для трех фаз разрабатываются и серийно выпускаются примерно в течение 15 лет, тогда как измерение четырех фаз стали рассматривать только недавно. Имеются многочисленные опубликованные патенты и патентные заявки, касающиеся конкретных аспектов этой разработки, которые будут обсуждаться в дальнейшем. Вообще говоря, наибольшее количество их направлено на измерение солености четырех фаз. Во многих из предложенных решений четвертая фаза рассматривается как растворенная в одной из других фаз и, исходя из поведения флюида, не оказывает влияния на поведение флюидов (например, как в случае, когда соль растворена в воде). Иначе говоря, предполагается, что четвертая фаза оказывает незначительное влияние на структуру потока или поведение смеси (например, на вязкость смеси). Это предположение учитывается в качестве исходного условия в большей части разработок или даже во всех разработках. Например, в Международной патентной заявке WO1997/042493, включенной в эту заявку путем ссылки, описано конкретное решение задачи измерения четырех фаз совместно с солью и показаны проблемы, связанные с измерением четырех фаз, для которого в некоторых случаях требуются продолжительные периоды усреднения, чтобы получать измерение солености. Еще один пример показан в патенте Великобритании №GB2316167, включенном в эту заявку путем ссылки, направленном на способ вычисления содержания соли в воде. Имеются несколько патентных публикаций Roux и соавторов (например, заявка № ЕР1862781 А1 на Европейский патент и заявка № 2007/0287190 А1 на патент США, переуступленные Schlumberger, включенные в эту заявку путем ссылки), в которых разрешаются вопросы, связанные с концентрацией солености в четырехфазном потоке. В последнее время в патентных публикациях Pinguet и соавторов (например, заявке № ЕР1970702 А1 на Европейский патент и Международной патентной заявке PCT/IB2009/050365, переуступленных Schlumberger, включенных в эту заявку путем ссылки, был раскрыт способ решения проблемы твердой фазы, втекающей в магистральную трубу вместе с тремя основными фазами, а также проблемы концентрации песка и осаждения асфальтена, или окалины, или воска внутри трубы.

Способ из предшествующего уровня техники четвертая фаза рассматривается как растворенная или как твердая фаза. Аспект настоящего раскрытия построен на предшествующем уровне техники, при этом четвертая фаза рассматривается как имеющая более значительное влияние на поведение флюида, и этот эффект учитывается. Другой аспект настоящего раскрытия разрешает вопросы, связанные с разбавителем, при наличии большого количества твердой фазы (например, 10% песка в нефти), которая может способствовать существенному изменению вязкости смеси жидкость/песок подобно случаю холодной добычи тяжелой нефти с песком, когда в ранний период эксплуатации скважины доля песка находится в пределах 10-40%.

Поэтому желательно создать способ и установку (например, которая в этой заявке также может называться «системой), в которых разрешаются упомянутые выше и другие задачи. Предложенное решение может включать в себя некоторые признаки из предшествующего уровня техники, упомянутые выше, но распространяется на некоторые свойства флюида и фактически на применения и случаи, когда присутствует большое количество четвертой фазы, не рассматривавшейся в предшествующем уровне техники. В настоящем раскрытии также обращается внимание на присутствие растворителя, который раньше никогда не учитывался и который обладает некоторой специфичностью в многофазном потоке. Кроме того, в настоящем раскрытии обращается внимание на применение тяжелой нефти, что делает такое решение исключительным и прогрессивным.

Системами и способами из предшествующего уровня техники невозможно измерять четыре фазы (например, как минимум) на одном и том же месте и в одно и то же время. Кроме того, тяжелую нефть обычно добывают в виде пены или эмульсии, и этим добавляется проблема еще и при измерении расходов. Чтобы иметь возможность решать эти первоочередные вопросы, примерные системы и способы находятся во взаимодействии с различными флюидами, проходящими через измерительный прибор, и работают при размерах, которые меньше, чем самая тонкая структура потока. Наименьшие структуры обычно представляют собой газовые пузырьки, захваченные внутри жидкости, и размер их можно оценивать диаметром, составляющем около 0,5 мм, который находится в соответствии с используемым коэффициентом безопасности, при этом примерные системы и способы могут находиться во взаимодействии с флюидом размером около сотни нанометров. Кроме того, примерные системы и способы регистрации могут быть чувствительными к нескольким различным свойствам смешанного флюида и могут включать в себя одно взаимодействие, ориентированное на конкретные свойства каждого флюида (например, разбавителя, нефти, воды и газа). Наконец, примерные системы и способы можно делать компактными, чтобы иметь возможность одновременно измерять различные доли многофазного потока, предпочтительно, без использования подвижных деталей и без необходимости калибровки на месте расположения скважины.

Такие примерные системы и способы могут быть основаны на оптических и/или ядерных технологиях с несколькими длинами волн или по аналогии - с несколькими уровнями энергии, которая, в частности, может специфически взаимодействовать с некоторыми внутренними свойствами флюида или некоторой конкретной сигнатурой выделенных свойств каждого флюида.

С учетом некоторых внутренних свойств, использованных при разрешении отмеченных выше и других проблем посредством систем и способов из предшествующего уровня техники, в варианте осуществления примерные системы и способы могут быть основаны на ядерном измерении. С физической точки зрения ослабление гамма-излучения, которое является результатом взаимодействия между проникающим излучением и веществом, не является простым процессом. Единственное событие, связанное с взаимодействием гамма-рентгеновского фотона и частицы вещества, обычно не приводит к превращению фотона в некоторую другую форму энергии и эффективному исчезновению. Обычно имеются несколько связанных с взаимодействием событий и суммарное ослабление является суммой затуханий, обусловленных взаимодействиями различных видов. Эти взаимодействия включают в себя фотоэлектрический эффект, рассеяние и парное рождение. На фиг.3 показано приближенное представление основного диапазона коэффициентов поглощения для каждого взаимодействия в зависимости от энергии излучения. Показано каждое из трех взаимодействий излучение-вещество, которые вносят вклад в полное поглощение, и представлены фотоэлектрический эффект (ФЭ), комптоновское рассеяние (К), парное рождение (ПР). В настоящее время типичные промышленные системы могут работать без всяких проблем в диапазоне от 0,01 до 1,5 МэВ. Из графика можно видеть, что фотоэлектрический эффект и комптоновское рассеяние являются причиной большей части обнаруженного ослабления.

Фотоэлектрическое (ФП) поглощение гамма-рентгеновского излучения происходит в случае, когда гамма-рентгеновский фотон поглощается, что приводит к испусканию электронов из внешней оболочки атома и, следовательно, к ионизации атома. Впоследствии ионизированный атом возвращается в нейтральное состояние с испусканием гамма-рентгеновского характеристического излучения из атома. Это последующее излучение низкоэнергетических фотонов обычно поглощается. Поглощение фотоэлектронов является преобладающим процессом при поглощении гамма-рентгеновского излучения до энергий около 500 кэВ. Поглощение фотоэлектронов также преобладает в случае атомов с большими атомными номерами, например, таких как H₂S, или в случае соли, присутствующей в воде.

Комптоновское рассеяние (К) происходит в случае, когда падающий гамма-рентгеновский фотон отклоняется от своего первоначального пути в результате взаимодействия с электроном. Энергия электрона возрастает, и он испускается с места на орбите. Гамма-рентгеновский фотон теряет энергию вследствие взаимодействия, но продолжает проходить через материал по измененному пути. Поскольку рассеянный гамма-рентгеновский фотон имеет меньшую энергию, он, следовательно, имеет большую длину волны, чем падающий фотон. Это событие также известно как некогерентное рассеяние, поскольку изменение энергии фотона в результате взаимодействия не всегда является упорядоченным и согласованным. Энергетический сдвиг зависит от угла рассеяния, но не от природы рассеивающей среды.

Парное рождение (ПР) может происходить в случае, когда энергия гамма-рентгеновского фотона больше чем 1,02 МэВ, но на самом деле оно становится значительным при более высоких энергиях (например, при примерно 10 МэВ). Парное рождение происходит в случае, когда электрон и позитрон создаются при аннигиляции гамма-рентгеновского фотона. Позитроны являются очень короткоживущими и исчезают (например, путем аннигиляции позитронов) с образованием двух фотонов с энергией 0,51 МэВ. Парное рождение является особенно важным, когда высокоэнергетические фотоны проходят через материалы с большим атомным номером.

Между тем с точки зрения безопасности при более высоком уровне энергии необходимо более сильное экранирование для исключения любого нежелательного излучения. Поэтому с чисто практической точки зрения лучше исключать использование излучения выше предельного, находящегося в границах диапазона от 0,5 до 1 МэВ, при котором затраты на экранирование сделают такое решение менее привлекательным и более опасным с точки зрения облучения, включая возникновение проблем, связанных с нарушением экологически благоприятной среды. Следовательно, имеется диапазон от 10 кэВ до 1000 кэВ, в котором ядерное устройство должно работать, и на первый взгляд это будет приводить к взаимодействиям двух видов: комптоновскому и фотоэлектрическому. Вследствие преобладания каждого взаимодействия в одной или другой области представляет интерес получать один уровень энергии как можно более низким, чтобы он был существенным для максимального взаимодействия в случае фотоэлектрического эффекта, при этом имеется в виду меньше чем 50 кэВ. Комптоновский эффект в большей степени преобладает выше 150 кэВ. Кроме того, наиболее интересная точка находится в диапазоне от 50 до 150 кэВ, в котором встречаются оба эффекта. Поэтому имеются три диапазона энергий с очевидным, хорошо определенным взаимодействием в каждый момент времени. Наличие одного уровня энергии в каждом диапазоне приводит к измерению некоторых специфических свойств смеси 4 фаз, протекающих по трубе. Следует отметить, что взаимодействий трех видов достаточно, чтобы сумма долей была равна 100%, и на самом деле это дает четвертую часть информации о потоке и достаточную информацию для решения системы из четырех уравнений с четырьмя неизвестными.

Полезно отметить, что при любом уровне энергии, выбираемой из диапазона от 200 до 1000 кэВ, будет осуществляться измерение одного и того же явления взаимодействия, и по этой причине неинтересно использовать с практической точки зрения и с точки зрения безопасности диапазон энергий выше чем 200-600 кэВ.

Основанные на таком физическом обзоре, каким образом примерные системы и способы могут генерировать такие различные уровни энергии. В одном аспекте примерные системы и способы могут быть основаны на использовании генератора рентгеновской установки с некоторыми конкретными уровнями энергии. Такое оборудование обладает преимуществом, зак