(57)【要約】【課題】多相媒体の３つの相全てを簡単かつ確実に検出することができる流量計、及び、本発明の流量計を動作させる方法を提供すること。【解決手段】断層撮影法の測定原理を実施する測定装置を有する、測定管を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計であって、少なくとも１つの別の測定装置が設けられており、前記測定装置のうちの少なくとも一方が、核スピン共鳴に基づく測定原理を実施する、ことを特徴とする流量計。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断層撮影法の測定原理を実施する測定装置を有する、測定管を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計であって、
少なくとも１つの別の測定装置が設けられており、
前記測定装置のうちの少なくとも一方が、核スピン共鳴に基づく測定原理を実施する、
ことを特徴とする流量計。
【請求項２】
請求項１記載の流量計において、
前記断層撮影法の測定原理は、磁気共鳴断層撮影法によって実現されており、
一方の測定装置は、電気容量断層撮影法の測定原理を実施する、
ことを特徴とする流量計。
【請求項３】
請求項１記載の流量計において、
前記断層撮影法の測定原理は、電気容量断層撮影法によって実現されており、
一方の測定装置は、バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施する、
ことを特徴とする流量計。
【請求項４】
請求項１記載の流量計において、
前記断層撮影法の測定原理は、磁気共鳴断層撮影法によって実現されており、
一方の測定装置は、バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施する、
ことを特徴とする流量計。
【請求項５】
断層撮影法の測定原理を実施する測定装置を有する、測定管を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計を動作させるための方法において、
２つの測定原理を使用し、
前記２つの測定原理のうちの少なくとも一方は、核スピン共鳴に基づく測定原理である、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現し、
さらに、電気容量断層撮影法の測定原理を使用する、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５記載の方法において、
前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現し、
さらに、バイアスコントラスト測定法の測定原理を使用する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５記載の方法において、
前記断層撮影法の測定原理を電気容量断層撮影法によって実現し、
さらに、バイアスコントラスト測定法の測定原理を使用する、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法において、
磁気共鳴断層撮影法によって、水含有率αＷと油含有率αＯとを加算したものからなる液体含有率αＬ、すなわちαＬ＝αＷ＋αＯである液体含有率αＬと、気体含有率αＧとを測定し、
この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加し、
電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、炭化水素含有率と水含有率とを決定し、
磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記液体含有率αＬから、電気容量断層撮影法によって測定された前記水含有率αＷを減算することによって、すなわちαＯ＝αＬ，ＭＲ−αＷ，ＥＣＴによって、測定された各値を用いて油含有率αＯを算出するか、
又は、
電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率αＣから、磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記気体含有率αＧを減算することによって、すなわちαＯ＝αＣ，ＭＲＴ−αＧ，ＭＲによって、油含有率αＯを算出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって測定された各値から、前記媒体の平均導電率を算出し、
前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の前記平均導電率によって引き起こされる、磁気共鳴断層撮影装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、
前記平均導電率によって生じた追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって、前記測定管の断面に亘る前記媒体の導電率マップを作成し、前記導電率マップから前記媒体の平均導電率を決定し、さらに前記導電率マップを用いて、前記媒体の局所的な導電率と前記平均導電率との差を算出し、
前記媒体の前記平均導電率によって決定される、磁気共鳴断層撮影装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、
さらに、前記局所的な導電率と前記平均導電率との前記差に基づいて局所的に発生するＲＦ磁場の減衰を検出し、
前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させ、
さらに、前記平均導電率から相違する前記局地的な導電率による、前記核スピンの励起への影響が補償されるように、前記媒体へと局所的にＲＦ電力を供給する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、
バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯと水含有率αＷとを測定し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、
磁気共鳴断層撮影法によって、気体含有率αＧを測定し、
この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項７記載の方法において、
バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯ対水含有率αＷの比（ＯＷＲ＝αＯ／αＷ）を検出し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、
磁気共鳴断層撮影法によって、液体含有率αＬと気体含有率αＧとを測定し、
この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加し、
磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記液体含有率αＬと、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって検出された前記油含有率αＯ対水含有率αＷの比ＯＷＲとから、αＷ＝αＬ，ＭＲ／（ＯＷＲ＋１）に基づいて水含有率αＷを算出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項８記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、
前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、水含有率と炭化水素成分とを決定し、
バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、水含有率αＷと油含有率αＯとを測定し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、
電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率から、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって測定された前記油含有率αＯを減算することによって、すなわちαＧ＝αＣ，ＥＣＴ−αＯ，ＭＲによって、測定された各値を用いて気体含有率αＧを算出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、
前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、水含有率αＷと炭化成分αＣとを決定し、
バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯ対水含有率αＷの比（ＯＷＲ＝αＯ／αＷ）を検出し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、
まず、電気容量断層撮影法によって測定された前記水含有率αＷと、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって検出された前記比ＯＷＲとを乗算することによって、すなわちαＯ＝ＯＷＲ・αＷ，ＥＣＴによって、測定された各値を用いて油含有率αＯを算出し、その後、電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率αＣから、予め算出しておいた前記油含有率αＯを減算することによって、すなわちαＧ＝αＣ，ＥＣＴ−αＯによって、気体含有率αＧを算出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって測定された各値から、前記媒体の平均導電率を算出し、
前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の前記平均導電率によって引き起こされる、磁気共鳴測定装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、
前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
電気容量断層撮影法によって、前記測定管の断面に亘る前記媒体の導電性マップを作成し、
前記導電性マップから前記媒体の平均導電率を決定し、
さらに前記導電性マップを用いて、前記媒体の局所的な導電率と前記平均導電率との差を算出し、
前記媒体の前記平均導電率によって決定される、磁気共鳴測定装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を決定し、
さらに、前記局所的な導電率と前記平均導電率との差に基づいて局所的に発生するＲＦ磁場の減衰を検出し、
前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させ、さらに、前記平均導電率から相違する前記局所的な導電率による、前記核スピンの励起に対する影響が補償されるように、前記媒体へと局所的にＲＦ電力を供給する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１０又は１６に記載の方法において、
前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の導電率から、前記媒体及び／又は前記多相媒体の少なくとも１つの導電性の相における塩分量を検出する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断層撮影法の測定原理を実施する測定装置を有する、測定管を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計に関する。本発明はさらに、このような流量計を動作させるための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
核スピンを有する元素の原子核は、核スピンによって引き起こされる磁気モーメントも有する。核スピンは、ベクトルで記述可能な角運動量として解釈することができ、これに応じて磁気モーメントも、角運動量のベクトルに対して平行なベクトルによって記述することができる。原子核の磁気モーメントのベクトルは、巨視的磁場が存在する場合には、原子核の位置における巨視的磁場のベクトルに対して平行に配向される。原子核の磁気モーメントのベクトルは、原子核の位置における巨視的磁場のベクトルを中心に歳差運動する。歳差運動の周波数はラーモア周波数ωＬと呼ばれ、磁場強度Ｂの大きさに比例している。ラーモア周波数は、ωＬ＝γ・Ｂに基づいて計算される。ここでのγは磁気回転比であり、水素原子の場合に最大である。磁気回転比は、粒子の角運動量乃至スピンと、これに対応する磁気モーメントとの間の比例定数を表している。
【０００３】
巨視的磁場が存在する場合における磁気モーメントによる原子核の歳差運動の性質を利用した測定分析方法は、核磁気共鳴測定法又は核磁気共鳴分析法と呼ばれている。核磁気共鳴に対応する英語の用語は、Nuclear Magnetic Resonance (NMR)である。
【０００４】
代表格となる測定原理は、磁気共鳴断層撮影法（ＭＲ、又は、英語のMagnetic Resonance ImagingからＭＲＩ）である。通常は、測定・分析方法のための出力パラメータとして、歳差運動する原子核によってセンサコイルにおいて種々異なる境界条件下で誘導される電気信号が使用される。
【０００５】
核磁気共鳴を利用する測定装置の１つの例は、核磁気流量計である。核磁気流量計は、測定管を通流する多相媒体の流量を測定し、媒体を分析する。
【０００６】
核磁気共鳴を利用して分析するためには、核磁気共鳴が識別可能となるように、分析したい媒体の相を励起できることが前提である。この分析には、多相媒体の個々の相の流速と、多相媒体における個々の相の相対的割合とが含まれる。核磁気流量計は、例えば油源から採掘された多相媒体を分析するために使用することができる。この場合には、媒体は、実質的に原油の相と天然ガスの相と塩水の相とからなり、これら全ての相に水素原子核が含まれている。
【０００７】
油源から採掘された媒体の分析は、いわゆるテストセパレータを用いて実施することも可能である。テストセパレータは、採掘された媒体の一部を分岐させて、媒体の個々の相を互いに分離させ、媒体における個々の相の割合を決定する。しかしながらテストセパレータは、５％未満の原油割合を確実に測定することは不可能である。各油源の原油割合は減少し続けており、既に多くの油源の原油割合は５％未満となっているので、現在ではこれらの油源を、テストセパレータを用いて経済的に開発することはできない。原油割合が非常に小さい油源も開発し続けることができるようにするためには、精確な流量計が必須である。
【０００８】
通常は、歳差運動している原子核によって励起後に測定アンテナにて誘導される電気信号を、評価のための出力パラメータとして使用している。既に説明したように、多相媒体を測定するためには、核磁気共鳴が識別可能となるように、分析したい媒体の相を励起できることが前提である。媒体の相の歳差運動している原子核によって測定アンテナにて誘導される電気信号の大きさは、当該相における体積要素ごとの、歳差運動している原子核の数に依存しており、従って、相の密度に依存しているが、影響を及ぼす制御された磁場における、歳差運動している原子核の影響期間にも依存している。従って、液相において誘導される電気信号の大きさは、気相において誘導される電気信号よりも大きい。
【０００９】
磁気共鳴断層撮影法のために必要な位置情報は、例えば試料に加わる傾斜磁場によって得られる。核スピンのラーモア周波数は磁場強度に比例しているので、傾斜磁場によって、それぞれの核スピンの各々異なるラーモア周波数の位置依存性の分布が形成され、これにより、それぞれの原子核によって誘導された電気信号同士の位置関係が形成される。
【００１０】
既に上述したように、ＭＲ信号は媒体の密度に依存している。気体、油、水の１立方メートル当たりの信号振幅の平均値を比較すると、気体の信号が、油の信号及び水の信号とは著しく異なるということを確認することができる。しかしながら、油の信号と水の信号の間においては殆ど差が存在しない。信号の強度は、いわゆる水素指数ＨＩで表すことができる。水素指数ＨＩは、水と比較したときの媒体の水素原子の相対比を表しており、従って、水の水素指数であるＨＩ水＝１である。油と気体の水素指数は、それぞれＨＩ油＝０．９〜１．１であり、ＨＩ気体＝０〜０．２である。従ってＭＲ信号を用いると、一方の側の気体と、他方の側の（水と油からなる）液体とを良好に見分けることができる。これに対して水と油とを見分けるのは、困難であるか、又は非常に手間がかかるということが判明している。なぜならＭＲ信号の振幅に殆ど差がないからである。
【００１１】
既に上述したように、核磁気測定・分析方法は、外部から印加された磁場の磁力線に沿って核の磁気モーメントが整列するという効果に基づいている。これによって媒体のバルク磁化が生じる。このバルク磁化が生じる速度は、いわゆるスピン−格子緩和時間Ｔ１によって決定され、指数関数的に推移する。
【００１２】
核磁気測定・分析方法における別の典型的な測定パラメータには、スピン−スピン−緩和時間Ｔ２がある。このスピン−スピン−緩和時間Ｔ２は、単一スピンを取り囲む磁場の不均一性を表す尺度である。
【００１３】
Ｔ１及びＴ２の値を決定するメカニズムは、試料の分子動力学に依存している。分子動力学そのものは、分子の大きさと分子間距離とに依存している。これらはそれぞれの媒体ごとに異なっている。従って、媒体が異なれば、Ｔ１及びＴ２の値も異なる。
【００１４】
多相媒体の個々の相を見分けるための従来技術から公知の方法は、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって実現されている。この測定原理は、多相媒体の異なる各相のＴ１時間の差に基づいており、油含有率及び水含有率を検出するため、並びに、試料中の油含有率対水含有率の相対比を検出するために特に適している。
【００１５】
多相媒体は、定磁場が混在している区間を通流する。この磁場は、媒体の流れ方向に対して垂直な少なくとも１つの成分を有する。磁場内の磁気モーメントの向きは媒体の各々の相に依存しているので、磁場による影響期間が同じである場合には、個々の相における磁化の向きは各々異なっている。磁場による影響期間は、定磁場が混在している区間の長さと、媒体の流速とによって決定される。
【００１６】
一般的に、油の場合における縦緩和時間Ｔ１は、水の場合よりも格段に短い。従って、外部磁場に対して平行な油の磁化は、水の磁化よりも迅速に発生する。つまり、バイアス区間の長さを変化させることによって、油の信号と水の信号とがそれぞれ異なるレベルで形成されるので、当該バイアス区間に依存している油−水−信号比から、媒体中における油含有率対水含有率の比を推定することができる。バイアス区間に依存している油信号と水信号との間におけるコントラストが強いので、媒体の油−水−比（ＯＷＲ）を良好に決定することが可能となる。
【００１７】
気体含有率の信号は非常に微弱であるので、この方法は、一方で気体含有率からは独立しているが、他方では気体含有率を検出するためには適していない。従って、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって媒体の３つの相全てを識別することは不可能である。
【００１８】
流量測定技術の分野で頻繁に使用される測定原理であって、核磁気共鳴には基づいていない別の１つの測定原理は、電気容量断層撮影法（英語のelectrical capacitance tomographyから、ＥＣＴ）によって実現されている。
【００１９】
電気容量断層撮影法は、多相媒体を測定して識別するための従来技術から公知の方法である。電気容量断層撮影法は基本的に誘電性材料のために適しており、材料が異なれば材料の誘電率も異なるという事実に基づいている。
【００２０】
電気容量断層撮影法のための典型的な測定装置は、測定管の周囲に所定数の電極が配置されるように構成されている。従来技術から公知の測定装置は、８個、１２個、又は、１６個の電極を有することが多い。
【００２１】
上述した形式の測定装置の場合、１つの電極に励起電圧が印加され、他の全ての電極において、これらの電極の電位がゼロに保持されたまま、誘導電圧／誘導電流が測定される。このことが、設けられている全ての電極に対して実施される。例えば８個の電極を有する測定装置の場合には、最初のステップにおいて電極１が励起電極として使用され、電極２〜８が検出電極として使用される。次のステップでは電極２が励起電極として使用され、電極３〜８が検出電極として使用される、等々である。つまり、Ｎ個の電極を有する測定装置の場合には、Ｎ・（Ｎ−１）／２の電極ペアの組み合わせ、ひいてはＮ・（Ｎ−１）／２の容量測定値が存在し、ここから画像を構築することができる。この画像構築は評価アルゴリズムを用いて行われるが、これに関してここでは詳細には説明しない。
【００２２】
容量は、誘電率、すなわち電極間にある多相媒体の、電場に対する材料の透磁率に依存しているので、測定された値によって個々の相の分布を求めることが可能である。なぜなら、媒体の各相は、各々異なる誘電率を有するからである。
【００２３】
気体の誘電率は約１、すなわちεｒ≒１であり、油の誘電率は２〜４、すなわちεｒ≒２〜４であり、水の誘電率は５０より大きい、すなわちεｒ＞５０である。個々の相の誘電率に対する上記の値を見ても、気相と油相とを分離することが非常に困難であり、かつ手間がかかるものであるということが分かる。なぜなら、これら２つの相を特徴づける誘電率の値はさほど離れていない、すなわちほぼ同じであるからである。電気容量断層撮影法は上述のことから、多相媒体の、油含有率と気体含有率とを加算したものから構成されている炭化水素含有率と、当該多相媒体の水含有率とを決定するためには良好な方法であるということが判明している。
【００２４】
上に挙げた各測定原理は、上述したように、多相媒体の特定の特性を測定する場合には大きな利点を有する。しかしながら他方では上述した欠点乃至制限も有しており、多相媒体の３つの相全てを決定することは不可能又は不正確であるか、又は著しく手間がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従って、本発明の課題は、多相媒体の３つの相全てを簡単かつ確実に検出することができる流量計、及び、本発明の流量計を動作させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上述した課題を解決する本発明の流量計は、まず実質的に、少なくとも１つの別の測定装置が設けられており、前記測定装置のうちの少なくとも一方が、核スピン共鳴に基づく測定原理を実施することを特徴としている。第２測定装置は、同様に断層撮影法の測定原理を実施することも、又は、断層撮影法ではない測定原理を実施することも可能である。
【００２７】
従来技術から公知の流量計と比較した本発明の流量計の利点は、多相媒体の３つの相全ての流量を、これらの各相を分離させる必要なしに検出できることにある。こうすることにより、測定管を通流する多相媒体の流量の検出にかかる所要コストが格段に低減される。
【００２８】
各々異なる測定技術は、各々異なる利点及び欠点を有する。１つの流量計において、各々異なる測定原理を実施する２つの測定装置を組み合わせると、一方の測定原理の欠点を他方の測定原理の利点によって少なくとも部分的に補償することができるので、組み合わされた測定原理を用いて最適な測定結果を達成することが可能となる。
【００２９】
本発明の流量計の好ましい実施形態においては、前記断層撮影法の測定原理が磁気共鳴断層撮影法によって実現されており、さらに一方の測定装置が電気容量断層撮影法の測定原理を実施することを特徴としている。これら２つの測定装置は、媒体が通流する測定管の周囲にて、媒体の流れ方向において前後して配置されている。この場合の第１測定装置は、断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実施する測定装置とすることができ、その一方で第２測定装置は、電気容量断層撮影法の測定原理を実施する測定装置とすることができる。しかしながらもちろん、２つの測定装置の順序を逆にすることも可能である。
【００３０】
前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影によって実施する測定装置は、測定管の周囲に配置されている磁気共鳴断層撮影装置からなる。好ましくは、磁気共鳴断層撮影装置は、定磁場を形成するための少なくとも１つの磁場形成装置と、傾斜磁場を形成するための少なくとも１つの磁場形成装置とを含み、後者の磁場形成装置は、好ましくは傾斜コイルによって実現されている。試料における位置情報を得るために、定磁場に傾斜磁場を重畳させることができる。好ましくは、磁気共鳴断層撮影装置はさらに、ＲＦ励起パルス又はＲＦ励起パルスシーケンスを形成するための信号コイルと、核スピンによって形成された測定信号を検出するための検出コイルとを含む。この場合には、信号コイルと検出コイルとを各々異なるコイルとすることも、又は、１つのコイルによって実現することも可能である。
【００３１】
一般性を失うことなく、測定管を通流する測定媒体の流れ方向はｘ方向と定義される。つまり座標系を導入した場合には、ｘ軸は、測定管の長手方向軸に沿って選択されている。ｙ軸は、水平方向の軸として定義されており、ｚ軸は、垂直方向の軸として定義されている。
【００３２】
磁気共鳴断層撮影装置は、断層撮影法のために必要な位置情報が種々異なる方向で得られるように構成されている。位置情報は例えば、種々異なる傾斜方向の傾斜磁場によって作成することができる。このことは、それぞれの媒体の性質に測定を適合させることができるという点で特に有利であり、これによって測定コストが低減される。
【００３３】
媒体において液相と気相とが“分離”した状態である場合、つまり例えば、液相が測定管の下側領域を流れ、より密度の小さい気相が測定管の上側領域を流れる場合には、ｚ方向に沿った傾斜磁場を形成することが特に適当である。このような媒体の場合には、媒体の特徴を完全に識別するために、ｚ方向の位置情報だけが得られれば充分である。
【００３４】
多相媒体において気相が測定管の断面全体に亘って液相と混合されている場合、例えば液体中の気泡の形態で混合されている場合には、媒体全体の特徴を識別するために、ｚ方向の位置情報だけでは不十分である。むしろ、測定管の断面に沿った各点を測定できる必要がある。従って、位置情報をｚ方向においてもｙ方向においても得る必要がある。このことは、２つの異なる形式で実現することができる。１つには、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを形成することができる。これに続いて、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを形成することができる。このようにして第１ステップでは、ｚ軸に沿った位置情報が作成及び測定され、第２ステップでは、ｙ軸に沿った位置情報が作成及び測定される。このようにして作成された測定結果同士を組み合わせると、１つの完全な画像が作成される。２つには、ｚ軸に沿った傾斜とｙ軸に沿った傾斜とを有する１つの傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを形成することができる。このような磁場によれば、測定管の断面全体に対する位置情報が直接的に得られる。
【００３５】
ここで、傾斜磁場を用いた位置情報を種々異なる方法で符号化することが考えられる。
【００３６】
励起パルスによるスピン系の励起よりも前に既に傾斜磁場が存在する場合、つまり、励起よりも前に既にスピンが種々のラーモア周波数によって位置依存的に歳差運動している場合には、励起パルスのパルス幅によって、当該スピンのうちの励起される所定の部分を選択することができる。つまり、スピン系の選択的励起が実施され、これにより、選択的に励起された部分だけが測定信号を放出することとなる。
【００３７】
位置情報を、スピンの位相シフトによって符号化することも考えられる。傾斜磁場は、励起パルスによるスピン系の励起と、スピン系によって形成された信号の読み出しとの間において、所定の時間間隔で印加される傾斜磁場により、歳差周波数は位置に依存して変化する。なぜなら、既に上述したように、ラーモア周波数は磁場強度に比例しているからである。傾斜磁場が再びオフされると、スピンは再び自身の「古い」周波数で歳差運動するが、励起されたスピンの位相は位置に依存して変化されており、このことは位相符号化と呼ばれる。
【００３８】
励起コイルによってスピンが励起された後、読み出し中に傾斜磁場が励起された場合（「読み出し傾斜磁場」）、スピンは測定中に、位置に依存した種々異なる周波数を有する複数の信号を放出する。測定された「周波数混合」は、フーリエ変換によって復号することができる。つまり、位置情報を周波数によって符号化することも可能であり、このことは周波数符号化と呼ばれる。
【００３９】
別の測定装置として設けられるこの電気容量断層撮影装置は、冒頭において説明したような一般的な電気容量断層撮影装置として構成することができるので、ここでさらに詳細に説明する必要は無い。
【００４０】
電気容量断層撮影装置は、測定管の周囲に対称的に配置されている複数の電極を含む。電極の数は任意に選択することができる。電極は、好ましくは外側から測定管に固定される。これにより、媒体の流れが電極によって阻害乃至影響されないよう保証される。測定ユニットによって複数の電極のうちの１つに対して励起電圧が印加され、そして、残りの電極の測定信号が検出される。上述したように、このプロセスが全て電極に対して繰り返され、そして、アルゴリズムによって試料中の誘電率の分布が再構築される。
【００４１】
本発明の流量計の別の好ましい実施形態は、前記断層撮影法の測定原理が電気容量断層撮影法によって実現されており、さらに一方の測定装置が、バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施することを特徴としている。前記バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施する測定装置は、通流する媒体に対して垂直の少なくとも１つの成分を有する定磁場が混在しているバイアス区間と、ＲＦ励起パルス又はＲＦ励起パルスシーケンスによって核スピンを励起し、当該核スピンによって形成された測定信号を検出するアセンブリとを含む。
【００４２】
バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施するためには、定磁場が混在しているバイアス区間の長さを変化させることができるようにする必要がある。このことは、種々異なる方法で実現することができる。
【００４３】
冒頭で述べたように本発明は、測定管を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計を動作させるための方法にも関する。この流量計には、断層撮影法の測定原理を実施する測定装置が設けられている。
【００４４】
この方法に複数の実施形態が存在するが、２つの測定原理を使用し、２つの測定原理のうちの少なくとも一方が核スピン共鳴に基づく測定原理であるという点が、全ての実施形態に共通している。
【００４５】
前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現する場合には、さらに電気容量断層撮影法の測定原理、又は、バイアスコントラスト測定法の測定原理を使用することができる。前記断層撮影法の測定原理を電気容量断層撮影法によって実現する場合には、さらにバイアスコントラスト測定法の測定原理を使用することができる。前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現し、さらに電気容量断層撮影法の測定原理を使用する場合には、詳細には、磁気共鳴断層撮影法によって、水含有率αＷと油含有率αＯとを加算したものからなる液体含有率αＬ、すなわちαＬ＝αＷ＋αＯである液体含有率αＬと、気体含有率αＧとを測定し、この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加し、電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、炭化水素含有率と水含有率とを決定し、磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記液体含有率αＬから、電気容量断層撮影法によって測定された前記水含有率αＷを減算することによって、すなわちαＯ＝αＬ，ＭＲ−αＷ，ＥＣＴによって、測定された各値を用いて油含有率αＷを算出するか、又は、電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率αＣから、磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記気体含有率αＧを減算することによって、すなわちαＯ＝αＣ，ＭＲＴ−αＧ，ＭＲによって、油含有率αＯを算出することができる。
【００４６】
直前に記載した方法においてはさらに、電気容量断層撮影法によって測定された各値から前記媒体の平均導電率を算出し、前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の前記平均導電率によって引き起こされる、磁気共鳴断層撮影装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させることが推奨される。
【００４７】
直前に記載した方法においてはさらに、電気容量断層撮影法によって、前記測定管の断面に亘る前記媒体の導電率マップを作成し、前記導電率マップから前記媒体の平均導電率を決定し、さらに前記導電率マップを用いて、前記媒体の局所的な導電率と前記平均導電率との差を算出し、前記媒体の前記平均導電率によって決定される、磁気共鳴断層撮影装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、さらに、前記局所的な導電率と前記平均導電率との前記差に基づいて局所的に発生するＲＦ磁場の減衰を検出し、前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させ、さらに、前記平均導電率から相違する前記局地的な導電率による、前記核スピンの励起への影響が補償されるように、前記媒体へと局所的にＲＦ電力を供給することが推奨される。
【００４８】
本発明の方法において、前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現し、さらにバイアスコントラスト測定法の測定原理を使用する場合には、本発明の別の１つの実施形態は、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯと水含有率αＷとを測定し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、磁気共鳴断層撮影法によって、気体含有率αＧを測定し、この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加することを特徴としている。
【００４９】
前記断層撮影法の測定原理を磁気共鳴断層撮影法によって実現し、さらにバイアスコントラスト測定法の測定原理を使用する、本発明の別の１つの実施形態は、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯ対水含有率αＷの比（ＯＷＲ＝αＯ／αＷ）を検出し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、磁気共鳴断層撮影法によって、液体含有率αＬと気体含有率αＧとを測定し、この際に、選択的励起及び／又は位相符号化及び／又は周波数符号化によって位置情報を符号化し、ｚ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚを印加するか、又は、ｙ軸に沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを印加するか、又は、まずｚ軸に沿った傾斜磁場を印加した後、ｙ軸に沿った傾斜磁場を印加して、これらのデータセットを組み合わせるか、又は、同時にｚ軸とｙ軸とに沿った傾斜磁場、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚを印加し、磁気共鳴断層撮影法によって測定された前記液体含有率αＬと、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって検出された前記油含有率αＯ対水含有率αＷの比ＯＷＲとから、αＷ＝αＬ，ＭＲ／（ＯＷＲ＋１）に基づいて水含有率αＷを算出する、ことを特徴としている。
【００５０】
上述したように本発明の方法においては、前記断層撮影法の測定原理を電気容量断層撮影法によって実現し、さらにバイアスコントラスト測定法の測定原理を使用することもできる。詳細には、電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、水含有率αＷと炭化水素成分αＣとを決定し、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、水含有率αＷと油含有率αＯとを測定し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率αＣから、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって測定された前記油含有率αＯを減算することによって、すなわちαＧ＝αＣ，ＥＣＴ−αＯ，ＶＭによって、測定された各値を用いて気体含有率αＧを算出することができる。
【００５１】
しかしながらまた、以下のようにすることも可能である。すなわち、電気容量断層撮影法によって、油含有率αＯと気体含有率αＧとを加算したものからなる、αＣ＝αＯ＋αＧに基づく炭化水素含有率αＣと、水含有率αＷとを測定し、前記媒体の誘電率分布又は導電率分布から、水含有率αＷと炭化成分αＣとを決定し、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって、油含有率αＯ対水含有率αＷの比（ＯＷＲ＝αＯ／αＷ）を検出し、なお、バイアスコントラストは、バイアス区間の長さ又は測定位置を変化させることによって実現し、まず、電気容量断層撮影法によって測定された前記水含有率αＷと、バイアスコントラスト測定法の測定原理によって検出された前記比ＯＷＲとを乗算することによって、すなわちαＯ＝ＯＷＲ・αＷ，ＥＣＴによって、測定された各値を用いて油含有率αＯを算出し、その後、電気容量断層撮影法によって測定された前記炭化水素含有率αＣから、予め算出しておいた前記油含有率αＯを減算することによって、すなわちαＧ＝αＣ，ＥＣＴ−αＯによって、気体含有率αＧを算出することも可能である。
【００５２】
前記断層撮影法の測定原理を電気容量断層撮影法によって実現し、さらにバイアスコントラスト測定法の測定原理を使用する、上に詳細に記載した本発明の具体的な実施形態において、補完的に、電気容量断層撮影法によって測定された各値から、前記媒体の平均導電率を算出し、前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の前記平均導電率によって引き起こされる、磁気共鳴測定装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を算出し、前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させることができる。
【００５３】
このことは、詳細には補完的に以下のようにして実現することができる。すなわち、電気容量断層撮影法によって、前記測定管の断面に亘る前記媒体の導電性マップを作成し、前記導電性マップから前記媒体の平均導電率を決定し、さらに前記導電性マップを用いて、前記媒体の局所的な導電率と前記平均導電率との差を算出し、前記媒体の前記平均導電率によって決定される、磁気共鳴測定装置のＲＦ共振回路における追加的な負荷を決定し、さらに、前記局所的な導電率と前記平均導電率との差に基づいて局所的に発生するＲＦ磁場の減衰を検出し、前記平均導電率によって生じた前記追加的な負荷による、核スピンの励起への影響が補償されるように、当該核スピンの励起のために前記媒体へと供給するＲＦ電力を増加させ、さらに、前記平均導電率から相違する前記局所的な導電率による、前記核スピンの励起への影響が補償されるように、前記媒体へと局所的にＲＦ電力を供給することができる。
【００５４】
最後に上に詳細に記載したような本発明の方法は、前記媒体及び／又は多相媒体の少なくとも１つの導電性の相の導電率から、前記媒体及び／又は前記多相媒体の少なくとも１つの導電性の相における塩分量を検出するためにも使用することができる。
【００５５】
詳細には、本発明の流量計を構成及び発展するための種々の実施形態が存在する。これに関しては、請求項１に後続する請求項と、図面に関連した以下の説明とが参照される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の流量計の第１実施例を示す図であり、ここでは、磁気共鳴断層撮影法の測定原理と、電気容量断層撮影法の測定原理とが実施されている。
【図２】本発明の流量計の第２実施例を示す図であり、ここでは、電気容量断層撮影法の測定原理と、バイアスコントラスト測定法の測定原理とが実施されている。
【図３】本発明の流量計の第３実施例を示す図であり、ここでは、磁気共鳴断層撮影法の測定原理と、バイアスコントラスト測定法の測定原理とが実施されている。
【００５７】
全ての図面には、それぞれ、測定管２を通流する多相媒体の流量を検出するための流量計１が図示されている。さらには図面に図示された全ての流量計１が、断層撮影法の測定原理を実施する第１測定装置３と、第２測定装置４とを有しているということも共通している。これらの測定装置３，４の少なくとも１つが、核磁気共鳴に基づいた測定原理を実施する。
【００５８】
図１に図示した実施例に基づく本発明の流量計１の場合には、第１測定装置３は、電気容量断層撮影装置５によって実現されている。この電気容量断層撮影装置５は、測定管２の周囲に対称的に配置されている複数の電極６を有する。電気容量断層撮影装置５は、これらの電極６を測定管２の外側に固定できるように構成されている。これにより、測定管２を通流する多相媒体の流れが電極６によって阻止又は阻害されないよう保証されている。電極６で発生する測定信号は評価ユニット（図示せず）にて評価され、適当なアルゴリズムによって、測定管２の断面の２次元の誘電率分布マップが構築される。
【００５９】
図１に図示した流量計１の第２測定装置４は、磁気共鳴断層撮影装置７によって実現されており、この磁気共鳴断層撮影装置７も測定管２の周囲に配置されている。磁気共鳴断層撮影装置７は、定磁場を形成するための磁場形成装置（詳細には図示せず）と、定磁場に重畳される傾斜磁場Ｇを形成するための磁場形成装置（詳細には図示せず）と、ＲＦ励起パルス又はＲＦ励起パルスシーケンスを形成するための励起コイル（図示せず）と、核スピンによって形成される測定信号を検出するための検出コイル（図示せず）とを含む。励起コイルと検出コイルとは、１つのコイルによって実現することができる。磁気共鳴断層撮影装置７によって、ｚ方向に沿った傾斜磁場Ｇ，すなわちＧ＝Ｇｚ・ｅｚ、及び／又は、ｙ方向に沿った傾斜磁場Ｇ，すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙを形成することができる。このことは、時間的に同時に、すなわちＧ＝Ｇｙ・ｅｙ＋Ｇｚ・ｅｚとなるように実施することも、時間的に前後させて実施することも可能である。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の定義は図３の下側に図示している。
【００６０】
図２の実施例の場合には、第１測定装置３は、バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施する測定装置によって実現されている。この測定装置は、定磁場を有するバイアス区間８を有する。磁場は、多相流体の流れ方向に対して垂直な少なくとも１つの成分を有しており、測定管２の周囲に配置されている複数の磁場形成要素９によって形成される。磁場が混在しているバイアス区間８は、磁場形成要素９の数と、形成された磁場の方向とに相互に依存している。
【００６１】
その他の点に関して、第１測定装置３には、ＲＦ励起パルス又はＲＦ励起パルスシーケンスによって核スピンを励起させるため、及び、当該核スピンによって形成された測定信号を測定するためのアセンブリ１０が付属している。
【００６２】
第２測定装置４は、図２の実施例に基づく本発明の流量計の場合には、電気容量断層撮影装置５によって実現されている。この電気容量断層撮影装置５は、図１の実施例の電気容量断層撮影装置５と全く同様に実現することができ、この電気容量断層撮影装置５によって、図１の実施例の電気容量断層撮影装置５に関する上述の説明と全く同様のことを実施することができる。
【００６３】
図３に図示した実施例に基づく本発明の流量計１も、既に上述したように、第１測定装置３と第２測定装置４とを有する。ここでは、第１測定装置３は、バイアスコントラスト測定法の測定原理を実施し、定磁場が混在しているバイアス区間８を含む。ここでも磁場は、測定管２の周囲に配置されている複数の磁場形成要素９によって形成され、多相媒体の流れ方向に対して垂直な少なくとも１つの成分を有している。ここでも測定装置３は、ＲＦ励起パルス又はＲＦ励起パルスシーケンスによって核スピンを励起させるため、及び、当該核スピンによって形成された測定信号を測定するためのアセンブリ１０を含む。磁場形成要素９の数、及び／又は、磁場形成要素９によって形成された磁場の方向に相互に依存して、有効な磁場が混在しているバイアス区間８が確定及び変化される。
【００６４】
図３に概略的に図示した実施例に基づく本発明の流量計１の場合には、さらに、断層撮影法の測定原理が磁気共鳴断層撮影法によって実現されている。つまり、磁気共鳴断層撮影装置７が設けられている。この磁気共鳴断層撮影装置７は、図１の実施例の磁気共鳴断層撮影装置７と全く同様に実現することができ、この磁気共鳴断層撮影装置７によって、図１の実施例の磁気共鳴断層撮影装置７に関する上述の説明と全く同様のことを実施することができる。
【図１】
2015155905.tif 000003
【図２】
2015155905.tif 000004
【図３】
2015155905.tif 000005