[发明专利]具有电介质样品管以及填充波导的电介质构件的波导传感器

说明书

技术领域

本发明涉及流体传感器，其用于测量流体的组成和/或流动特性，并且具体地但非排他性地用于测量管中和/或油或天然气井中流体的油、气体和/或水的含量以及流率。

背景技术

已知使用流体传感器来测量流体的组成和/或流动特性。这种流体传感器通常被称为多相计量器。已知的多相计量器包括基管，所述基管在其内部限定由同心布置的开放式的大致圆筒形金属腔体构件所包围的流体流动路径。基管对于射频(RF)电磁辐射基本上是透过性的。腔体构件限定适于RF电磁场的谐振腔体，所述谐振腔体延伸通过基管和延伸跨越(across)流体流动路径。在已知的多相计量器中，基管可由聚氯乙烯(PVC)或聚醚醚酮(PEEK)形成，并且腔体构件由黄铜形成。这种已知的多相计量器配置成检测RF电磁场频谱中的谐振峰，并从谐振峰的特征推断出流体流动路径中流体的组成和/或流动特性。

众所周知的是，RF电磁场的强度跨越谐振腔而变化。因此，当非均相的流体存在于流体流动路径中时，存在于流体中的不同流体组成(例如水、油或气体)可位于具有显著不同的RF电磁场强度的区域或流动通过所述区域。如果不同的流体组成的位置跨越流体流动路径移动，则这会使得流体流动路径中的流体的组成和/或流动特性的测量更加困难和/或更加不准确。因此，在已知的多相计量器中，腔体构件通常与基管分隔开，从而限定谐振腔，所述谐振腔在横截面上显著大于流体流动路径，以便改善跨越流体流动路径的RF电磁场强度的均匀性。因此，已知的多相计量器具有在基管的外表面和腔体构件的内表面之间限定的环形外部腔体区域。

在已知的多相计量器中，环形外部腔体区域填充有空气或水。这种已知的多相计量器的实例在下述文献中有所描述：S.Al-Hajeri，S.R.Wylie，R.A.Stuart和A.I.Al-Shamma'a，“在石油和天然气工业中用于多相测量的电磁腔体传感器(An electromagnetic cavity sensor for multiphase measurement in:the oil and gas industry)”，物理学杂志(Journal of Physics)：会议序列号(Conference Series)76(2007)012007；S.Al-Hajeri，S.R.Wylie，A.Shaw和A.I.Al-Shamma'a，“用于石油工业三相流量测量的实时电磁波监测系统(Real time EM waves monitoring system for oil industry three phase flow measurement)”，物理学杂志(Journal of Physics)：会议序列号(Conference Series)178(2009)012030；S.R.Wylie，A.I.Al-Shamma'a，A.Shaw和S.Al-Hajeri，“用于多相测量的电磁腔体传感器(Electromagnetic cavity sensors for multiphase measurement)”，石油和天然气的勘探和生产综论(Exploration and production Oil and Gas Review)，第9卷，第1期；和号为FI834892的芬兰专利文献。

因为对于腔体构件而言会有必要配置成承受高的外部压力，因此尤其是在高压环境中使用包括空气填充的外部腔体区域的流体传感器可能是有问题的。类似地，如果腔体构件由壳体包围以便在高压环境中受到保护，则对于壳体而言会有必要配置成承受高的外部压力。在海底环境中，为空气填充的外部腔体区域提供高压密封以防止水进入也可能是重要的。此外，对于在流体流动路径内的高的内部流体压力而言，对于基管而言会出于类似原因有必要配置成承受高的内部流体压力。

因为水具有相对高的导电性，因此使用包括水填充的外部腔体区域的流体传感器也可能是有问题的。这可能会导致在水填充的外部腔体区域中的RF电磁场的吸收并且可能使得难以检测在RF电磁场中的谐振峰。这可能使得测量流体流动路径中的流体的组成和/或流动特性更加困难和/或更加不准确。此外，尽管水比空气的可压缩性要小得多，但是如果外部和/或内部流体压力足够高，则对于腔体构件和/或基管而言可能仍然有必要配置成承受高的外部流体压力和/或高的内部流体压力。为了防止流体传感器结构完整性上的任何降低，为水填充的外部腔体区域提供高压密封以防止水流出也可能是重要的。