基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法
【專利摘要】一種基于電磁?聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，涉及一種油水兩相流電導率層析成像方法，特別涉及一種基于電磁脈沖激勵，聲信號檢測的非侵入式油水兩相流層析成像方法。利用環繞在管道外的永磁環在管道內部構造一個沿著流體流向的靜磁場B0，利用兩組多匝線圈通入瞬態雙極性電流，在油水兩相流體中激發超聲振動信號，利用環繞在管道外壁的若干超聲探頭檢測這些超聲信號。由于油和水電導率的差異，借助數學物理方程，建立利用超聲信號重建油水分界面圖像的計算公式。利用該方法可以實現對油水兩相流中油水界面的非侵入式探測與成像。
【專利說明】
基于電磁-聲輔合的油水兩相流過程層析成像方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種油水兩相流電導率層析成像方法，特別設及一種基于電磁脈沖激 勵，聲信號檢測的非侵入式油水兩相流層析成像方法。
【背景技術】
[0002] 多相流廣泛存在于石油、化工、動力、核能、食品和醫學等領域。尤其在石油、化工 行業中，流體的流動特性往往比較復雜，具有多相混合流動特點。根據混合物的組成成分不 同，多相流又分為液/固、氣/固、氣/液、液/液及氣/液/固等形態。在石油、化工行業中，長輸 管線內的流體通常是經過液相、氣相和固相分離后的液相流體，主要包括原油和地層水，屬 于液/液多相流體。油水兩相流普遍存在于長距離的集輸管線中，成為油田生產、油氣儲運 和化工行業中的主要檢測對象。對油水兩相流流型的辨識和準確計量是其中不可缺少的關 鍵生產流程。
[0003] 因為油水密度的差異，水相如果長期沉積于管道底部容易導致腐蝕加劇，引發泄 露事故。2013年發生的11.22青島輸油管線爆燃事故的原因之一就是管道的長期腐蝕、損壞 引起的原油泄露。如果缺乏對管線中油水兩相流長期、有效的監管，將直接影響到油區安全 生產，對人民的生命財產安全造成威脅。因此油水兩相流流型的可視化監測，對產量的計 量、生產效率的評估、油田安全生產和管理具有非常重大的現實意義。
[0004] 與單相流相比，油水兩相流具有更復雜的流動特性和隨機特性，當流量較低時，由 于流體能量較小，水平管中主要W分層流為主；而當流量較大時，則主要W分散流為主；當 流量介于兩者之間時，既存在分層流，并且在分層交界面處也存在大量的分散流。運時油和 水之間沒有明確的分界面，而是形成一系列油包水或者水包油的微小顆粒，使得準確計量 和流型識別難度很大(許道振2011)。
[0005] 借鑒醫學斷層層析成像技術，國內外學者提出了各種各樣的工業過程層析成像方 法。工業過程層析成像的定義是W多相流為主要研究對象，并對多相流中的過程參數進行 實時檢測的技術。利用過程層析成像可W提供被測流體在管道某個截面的實時圖像，用于 識別與判斷流型及確定相間界面;同時還能確定多相流體各相組分在容器或管道中的局部 濃度分布，確定離散相的顆粒尺寸和運動軌跡等微觀參數。
[0006] 過程層析成像采用的檢測手段主要有核子(包括X射線線、丫射線、中子射線、正電 子、光子）、超聲波、電學（電阻、電容、電磁感應）、光學、核磁共振等幾類十余種方式。其中 基于核子的層析成像技術成像精度高、算法簡單，但是由于福射性強、安全性差、造價高、經 濟性差、使用條件苛刻，所W現場應用較少。在過程層析成像中，研究最多的兩種層析成像 技術是基于超聲的過程層析成像和基于電學參數的過程層析成像。
[0007] 電學過程層析成像主要包括：電阻層析成像，電容層析成像及磁感應層析成像= 種。
[000引電阻層析成像技術是一種基于電阻傳感機理的層析成像技術，主要應用于多相流 體中連續相為導電介質的可視化參數監測，具有無福射、響應速度快、非侵入、低成本等優 點，但是由于ERT的成像分辨率受限于檢測電極的個數，因此成像質量較差，分辨率較低，針 對較小的油水顆粒很難進行區分，目前ERT的測量精度僅在5%-10%之間。
[0009] 電容層析成像的測量原理是根據多相流的不同組分具有不同介電常數的特征，利 用在管道周圍的電容傳感器測量的電壓信號重建介質的介電常數信息。ECT的重建分辨率 仍然受到檢測極板個數的限制，并且當介質的電導率較高時，受到電導率的影響，電容層析 成像的測量結果誤差較大。油田生產后期的產液主要W地層水為主，就屬于高電導率介質， 因此應用電容層析成像的效果較差。
[0010] 超聲層析成像是目前研究較廣泛的層析成像技術。它W超聲波作為掃描源，利用 被測介質對入射聲波的吸收和散射效應所引起的聲波幅度、相位和傳播方向的變化，從不 同角度和方向掃描管道橫截面，從而獲得介質的聲速或者密度分布圖像。超聲層析成像有 反射式、衍射式及透射式等多種測量模式。其空間分辨率與超聲波波長相關，優于ERT和ECT 等基于電法的層析成像。但由于超聲波本身物理特性的限制，它存在著W下幾個問題：
[0011] (A)在管道運種空間較小的區域內，利用介質聲學特性的差異進行成像的超聲波 反射、折射成像，只適用于聲阻抗對比度較大的情況，而油和水的密度和聲速非常接近，不 適用于超聲波折、反射檢測；
[0012] (B)基于超聲吸收系數的透射層析成像中，根據幾何聲學的原理，成像分辨率與超 聲波波長無關，而是受到超聲接收探頭數目（或超聲掃描點的個數)的影響，成像精度較差， 并且傳統的反投影算法、射線追蹤法等算法在成像質量上也有待改進。
[0013] (C)在基于超聲折、反射層析成像的方法中，由于超聲聲程較長，消耗的檢測時間 較多，在應用過程中存在實時性差的問題，系統難W對高速多相流體進行準確的實時測量。
[0014] 運些問題限制了超聲成像設備在多相流檢測領域的發展和應用。電阻抗成像的優 勢剛好可W與之互補。在油水兩相流中，水的電阻率在IQ -m左右，而油滴混合物的電阻率 在50Q ? m左右，兩者的電阻率相差非常大。同時電法測量實時性強，測量快速準確，并且基 于電阻率測量的設備結構簡單，宜于工業現場應用。
[0015] 最近十幾年間，在生物醫學成像領域，研究者們提出了多種參數成像與超聲成像 相結合的方法。其中比較有代表性的有:微波激勵熱聲成像、光聲成像、磁熱聲成像、磁聲 成像等。磁聲成像是指將生物組織置于靜磁場中，用注入電流或感應電流激勵成像體，電流 在靜磁場作用下產生洛倫茲力，激發振動形成超聲波。提取超聲信號，能夠重建成像體的電 導率分布。近年來隨著禪合場成像方法的快速發展，促使人們開始關注并重視基于磁聲效 應的成像方法。
[0016] 回顧工業過程層析成像的發展歷史，其主要理論基礎和算法都起源于醫學層析成 像技術。但是到目前為止，上述多學科、多物理場禪合的測量方法僅僅在醫學成像領域開展 了應用研究，而沒有應用在工業過程層析成像領域中。
[0017] 經過前期大量的仿真和實驗研究，并針對油水兩相流體的特點，我們設計了一種 全新的油水兩相流電阻率成像方法:基于磁聲效應的油水兩相流過程層析成像方法。他能 夠將超聲層析成像的高分辨率與電法層析成像對比度高、檢測速度快、實時性強和介質區 分度好等優點相結合，揚長避短，有望在油水兩相流檢測領域實現實時、高分辨率的成像檢 測。
【發明內容】
[0018] 本發明設及的基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法，首先要在油水 兩相流的管道中構造一個方向沿著流體流向的靜磁場Bo(如附圖1所示），運個靜磁場是由 環繞在管道外的兩個同軸永磁圓環產生的。永磁圓環采用欽鐵棚材料制成，每個永磁圓環 都是由若干個大小和形狀均相同的扇柱形的永磁體圍繞同一個圓屯、拼接而成。每個小扇形 磁體的磁化方向為永磁環的徑向，也就是半徑r方向，其中一個永磁圓環的磁化方向沿半徑 r方向指向圓屯、，另一個永磁圓環的磁化方向沿半徑r方向從圓屯、指向圓周外部。因此在兩 個永磁圓環軸線上，距離兩個永磁環距離相等的中間截面內，能夠形成一個沿著液體流向 的靜磁場。
[0019] 在靜磁場區域所處截面的管道外壁纏繞兩組多應激勵線圈，在線圈中通入雙極性 電流窄脈沖。在電流窄脈沖的激勵下，油水兩相流體中激發出滿電流密度J，使流體在靜磁 場Bo中受到洛侖茲力f = JXBo的作用，引起流體的振動，并發出超聲波。
[0020] 為了在流體中激勵出可測的超聲信號，設計整套系統分為激勵系統、檢測系統和 主控系統=大部分(如附圖2所示）。激勵系統的硬件設備主要有:永磁體、兩組多應線圈、瞬 態強脈沖電流發生器;檢測系統的主要設備有:若干超聲探頭、微弱超聲信號放大器、同步 數據采集器;激勵和檢測系統均在主控系統的控制下同步工作，主控系統硬件可采用微型 計算機或嵌入式系統;永磁體、激勵線圈和超聲探頭均放置在非導電的流體管壁外側，采取 非侵入式的激勵和測量方法。
[0021] 激勵和檢測流程如下所述:第1步，在主控系統的控制下，兩個線圈中通入脈沖電 流激勵信號，激發流體中的磁聲波;第2步，經過固定的超聲傳播時間W后，同步采集多個超 聲探頭接收到的超聲信號;第3步，主控系統將多路同步采集到的數據代入成像算法，重建 油水兩相流的電導率邊界圖像或電導率圖像;第4步，重復1-3步，循環構建油水兩相流的邊 界圖像，并進行動態的刷新。
[0022] 主控系統是整個硬件系統的核屯、，通常由計算機構成，它負責產生同步控制脈沖， 控制窄脈沖電流的產生和超聲波信號的同步采集。激勵和檢測系統都在它的控制下協調工 作。
[0023] 由于磁聲波信號信噪比較低，單次激發產生的電信號受到噪聲的影響較大。為了 得到有用信號，通常需要多次重復激發，在每次激發中都進行數據采集，并將多次超聲激勵 下采集到的數據取平均。由于白噪聲具有廣譜、隨機的特性，通過多次取樣平均后，白噪聲 水平將大大降低，從而提高了信噪比，能夠獲得有用信號。
[0024] 在電流窄脈沖的激勵下，油水兩相流體中激發出滿電流密度J，使流體在靜磁場Bo 中受到洛侖茲力f = JXBo的作用，引起流體的振動，并發出超聲波。由于油和水的電導率不 同，所W油和水內部感應的滿流W及引起的振動差別很大。洛侖茲力源在流體中激勵的聲 波滿足的波動方程可由（1)式描述：
[0025]
(1)
[00%] 其中公式右面的▽?(/xS。），是聲壓波動方程的源項。將公式右側的電流密度用歐 姆定律展開，考慮靜磁場Bo在非靜磁體區域內是無旋的，可得：
[0027]
(2)
[00%]由此可見，在確定了靜磁場BoW后，聲源主要由兩項構成，其中一項含有電導率本 身，另一項含有電導率的梯度，也就是電導率的空間變化。在油水兩相流中，油和水的電導 率本身都相對較低，對比VfTXE和OVx怎我們發現，電導率梯度對應的聲源項遠大于均勻 電導率內部產生的聲源項，因此可將第二項忽略，變為：
[0029]
巧
[0030] 為了通過超聲探頭接收到的聲壓信號求出油水截面的分布信息，我們需要首先從 上述波動方程中求解出波動聲源項V'o-xZ??巧,。只要能夠計算得到電場強度E和靜磁場Bo, 即可利用(3)式中求解出的E和Bo帶入到(4)式，直接重建出電導率的梯度：
[0031]
(4)
[0032] 其中，rd是超聲探頭所處的位置，r是待重建的聲源點的位置，CO是介質中的聲波傳 播速度，E是環繞在流體外圍的若干超聲探頭所處的閉合曲線，n是超聲換能器表面的法向 單位相量。
[0033] 靜磁場Bo是由兩個環形靜磁體激勵產生的，當靜磁體確定下來W后，周圍空間的 靜磁場就確定下來了。因此我們可W通過給定靜磁體的邊界條件，利用有限元的方法求解 Bo O
[0034] 而油水兩相流中的電場強度E是由脈沖磁場的變化在流體中激勵產生的，需要求 解一個滿流場問題才能得到E的分布，滿足：
[0035]
(5)：
[0036] 其中U是由于電荷積累引起的電標量位;A可W近似為激勵線圈在真空中激勵磁場 的磁矢量位。
[0037] 在油和水的電導率都比較低的情況下，油和水中的電場強度E可W用線圈在真空 中激勵的渦旋電場近似的表示，也就是忽略上式中的電標量位，可得：
[00；3引
巧）
[0039] 由此可見，只要得到了一次磁場的磁矢量位即可求出電場強度的近似值。而一次 磁場的f游4?冨補討大自由空間中求解下列定解問題得到：
[0040] (7)
[0041] 其中S(r)是二維Dirac函數，rcir表示激勵線圈上的點，e(r)是激勵線圈上每點的 切向單位向量。
[0042] 當流體邊界處的電導率已知時，可W根據電導率梯度值VV，在二維層析平面能 重建電導率的絕對值曰。
【附圖說明】
[0043] 圖I基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法示意圖。
[0044] 圖中：1油水兩相流非導電材料制成的管道，2第一個永磁環，3扇形永磁體的磁化 方向，4第一個多應激勵線圈，5超聲探頭，6第二個多應激勵線圈，7扇形永磁體的磁化方向， 8第二個永磁環，9管道內的磁感應強度方向。
[0045] 圖2基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法激勵電流波形示意圖。
[0046] 圖3基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法測控系統組成框圖。
[0047] 圖中：1主控系統，2激勵系統，3檢測系統，4永磁體，5瞬態強流脈沖發生器，6兩組 多應線圈，7同步信號采集器，8微弱信號放大器，9超聲探頭
[0048] 圖4基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法激勵和檢測流程示意圖。
[0049] 圖中：1在主控系統的控制下，兩個線圈中通入脈沖電流激勵信號，激發流體中的 磁聲波，2經過固定的超聲傳播時間W后，同步采集多個超聲探頭接收到的超聲信號，3主控 系統將多路同步采集到的數據代入成像算法，重建油水兩相流的電導率邊界圖像或電導率 圖像，4在計算機構建油水兩相流的邊界圖像，并進行動態的圖像刷新刷新。
【具體實施方式】
[0050] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0051] 本發明設及的基于電磁-聲禪合的油水兩相流過程層析成像方法，首先要在油水 兩相流的管道中構造一個方向沿著流體流向的靜磁場Bo。運個靜磁場是由環繞在管道外的 兩個同軸永磁圓環產生的。永磁圓環采用欽鐵棚材料制成，每個永磁圓環都是由若干個大 小和形狀均相同的扇柱形的永磁體圍繞同一個圓屯、拼接而成。每個小扇形磁體的磁化方向 為永磁環的徑向，也就是半徑r方向，其中一個永磁圓環的磁化方向沿半徑r方向指向圓屯、， 另一個永磁圓環的磁化方向沿半徑r方向從圓屯、指向圓周外部。因此在兩個永磁圓環軸線 上，距離兩個永磁環距離相等的中間截面內，能夠形成一個沿著液體流向的靜磁場。當永磁 環的表面磁化強度最大為2T時，如果兩個永磁環的內徑和外徑分別為r= 15cm，R = 40cm，兩 個永磁環之間的距離為d = 20cm時，在中間截面中屯、的靜磁場強度Bo約為0.05特斯拉。每個 圓環中的扇形磁體個數為8-12個。實現方案如圖1所示。
[0052] 在靜磁場區域所處截面的管道外壁纏繞兩組多應激勵線圈，在線圈中通入雙極性 電流窄脈沖，波形示意如圖2所示。在電流窄脈沖的激勵下，油水兩相流體中激發出滿電流 密度J，使流體在靜磁場Bo中受到洛侖茲力f = J X Bo的作用，引起流體的振動，并發出超聲 波。
[0053] 為了在流體中激勵出可測的超聲信號，設計整套系統分為激勵系統、檢測系統和 主控系統=大部分，如圖3所示。激勵系統的硬件設備主要有:永磁體、兩組多應線圈、瞬態 強脈沖電流發生器;檢測系統的主要設備有:若干超聲探頭(8-12個）、微弱超聲信號放大 器、同步數據采集器;激勵和檢測系統均在主控系統的控制下同步工作，主控系統硬件可采 用微型計算機或嵌入式系統;永磁體、激勵線圈和超聲探頭均放置在非導電的流體管壁外 側，采取非侵入式的激勵和測量方法。
[0054] 激勵和檢測流程如圖4所示:第1步，在主控系統的控制下，兩個線圈中通入脈沖電 流激勵信號，激發流體中的磁聲波;第2步，經過固定的超聲傳播時間W后，同步采集多個超 聲探頭接收到的超聲信號；第3步，主控系統將多路同步采集到的數據代入成像算法，重建 油水兩相流的電導率邊界圖像或電導率圖像;第4步，重復1-3步，循環構建油水兩相流的邊 界圖像，并進行動態的刷新。
[0055] 主控系統是整個硬件系統的核屯、，通常由計算機構成，它負責產生同步控制脈沖， 控制窄脈沖電流的產生和超聲波信號的同步采集。激勵和檢測系統都在它的控制下協調 工作。測量過程中的信號激勵設備主要有永磁體、兩組多應線圈；檢測設備是若干超聲探 頭。激勵和檢測設備均放置在非導電的流體管壁外側，采取非侵入式的激勵和測量方法。
[0056] 由于磁聲波信號信噪比較低，單次激發產生的電信號受到噪聲的影響較大。為了 得到有用信號，通常需要多次重復激發，在每次激發中都進行數據采集，并將多次超聲激勵 下采集到的數據取平均。由于白噪聲具有廣譜、隨機的特性，通過多次取樣平均后，白噪聲 水平將大大降低，從而提高了信噪比，能夠獲得有用信號。微弱信號檢測理論告訴我們，信 噪比的提高與多次采樣平均次數的平方根成正比，即：SW? X ^/萬，庚中SNR是信噪比，N是采 樣平均次數。為了提高信噪比，獲得有用信號，必須盡量提高采樣平均次數。但是由于提高 平均次數必然帶來測量時間的延長，降低圖像的刷新頻率，因此必須在滿足測量時間要求 的范圍內增加采樣平均的次數。
[0057] 在電流窄脈沖的激勵下，油水兩相流體中激發出滿電流密度J，使流體在靜磁場Bo 中受到洛侖茲力f = JXBo的作用，引起流體的振動，并發出超聲波。由于油和水的電導率不 同，所W油和水內部感應的滿流W及引起的振動差別很大。洛侖茲力源在流體中激勵的聲 波滿足的波動方程可由（1)式描述：
[005引
（1)
[0059] 其中公式右面的是聲壓波動方程的源項。將公式右側的電流密度用歐 姆定律展開，考慮靜磁場Bo在非靜磁體區域內是無旋的，可得：
[0060]
(2)
[0061]由此可見，在確定了靜磁場BoW后，聲源主要由兩項構成，其中一項含有電導率本 身，另一項含有電導率的梯度，也就是電導率的空間變化。在油水兩相流中，油和水的電導 率本身都相對較低，對比VcrxjB'和OVxf我們發現，電導率梯度對應的聲源項遠大于均勻 電導率內部產生的聲源項，因此可將第二項忽略，變為：
[0062；
(3)
[0063] 為了通過超聲探頭接收到的聲壓信號求出油水截面的分布信息，我們需要首先從 上述波動力?超中求解m泌動聲源項'及。。如果4
，則(3)式變為
[0064]
(4)
[0065] 由于在實際應用中，油和水的聲阻抗和聲速是非常接近的，因此可將油水兩相流 近似為均勻的聲學介質，即油、水兩相流體中油和水的超聲傳播速度近似相同。在均勻聲學 介質中可利用濾波反投影算法從測量聲壓重建聲源f，計算公式為：
[0066]
巧
[0067] 其中，rd是超聲探頭所處的位置，r是待重建的聲源點的位置，CO是介質中的聲波傳 播速度，E是環繞在流體外圍的若干超聲探頭所處的閉合曲線，n是超聲換能器表面的法向 單位相量。利用濾波反投影得到了聲源的分布W后，只要能夠計算得到電場強度E和靜磁場 Bo,即可利用下式直接重建出電導率的梯度：
[006引
腳
[0069] 靜磁場Bo是由兩個環形靜磁體激勵產生的，當靜磁體確定下來W后，周圍空間的 靜磁場就確定下來了。因此我們可W通過給定靜磁體的邊界條件，利用有限元的方法求解 Bo O
[0070] 而油水兩相流中的電場強度E是由脈沖磁場的變化在流體中激勵產生的，需要求 解一個滿流場問題才能得到E的分布，滿足：
[0071]
(7)
[0072] 其中U是由于電荷積累引起的電標量位;A可W近似為激勵線圈在真空中激勵磁場 的磁矢量位。
[0073] 在油和水的電導率都比較低的情況下，油和水中的電場強度E可W用線圈在真空 中激勵的渦旋由場近似的表示，也就是忽略上式中的電標量位，可得：
[0074]
媒
[0075] 由此可見，只要得到了一次磁場的磁矢量位即可求出電場強度的近似值。而一次 磁場的磁矢量位可W通過在無窮大自由空間中求解下列定解問題得到：
[0076]
(9)
[0077] 其中S(r)是二維Dirac函數，rcir表示激勵線圈上的點，e(r)是激勵線圈上每點的 切向單位向量。
[0078] 綜上所述，我們給出了求解電導率梯度的全部計算公式。如果在已知電導率梯度 和邊界條件的情況下，利用有限差分或有限元等數值算法可W獲得油水兩相流中電導率的 相間分布。
【主權項】
1. 一種基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，其特征在于在油水兩相流 的管道中構造一個方向沿著流體流向的靜磁場Bo;同時在靜磁場區域所處的管道外纏繞一 組多匝激勵線圈，并在線圈中通入雙極性電流窄脈沖;利用環繞在管道外、激勵線圈附近的 多個超聲探頭檢測流體內激發出的超聲波信號。2. 根據權利1所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，其特征在于在 瞬態電流激勵的情況下，在油水兩相流體中激發出渦電流J，使流體在靜磁場Bo中受到洛侖 茲力f = JXBo的作用，引起流體的振動，并發出超聲波;超聲探頭測量的超聲信號的幅度和 相位能夠反映油水兩相流交界面的大小和位置信息，可用于重建油水兩相流的相間界面分 布。3. 根據權利1或2所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，其特征在 于用若干個扇形的永磁體圍繞成兩個永磁圓環，環繞在圓形管道的外周，用于激勵沿著流 體流向的靜磁場Bo;每個扇形永磁體的磁化方向為永磁圓環的徑向，也就是半徑r的方向； 其中第一個永磁圓環的磁化方向為沿著r方向并指向圓環的圓心，第二個永磁圓環的磁化 方向與第一個永磁圓環的磁化方向相反，也就是沿著r方向并由圓心指向圓環的外周;在兩 個永磁圓環中間位置處的管道橫截面中將產生一個沿著流體流向的靜磁場Bo。4. 根據權利1或2或3所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，其特征 在于硬件系統分為激勵系統、檢測系統和主控系統三大部分。激勵系統的設備主要有:永磁 體、兩組多匝線圈、瞬態強脈沖電流發生器;檢測系統的主要設備有:若干超聲探頭（8-12 個）、微弱超聲信號放大器、同步數據采集器;激勵和檢測系統均在主控系統的控制下同步 工作;永磁體、激勵線圈和超聲探頭均放置在非導電的流體管壁外側，采取非侵入式的激勵 和測量方法。5. 根據權利1或2或3或4所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法，其 特征在于激勵和檢測流程如下所述:第1步，在主控系統的控制下，在兩個線圈中通入脈沖 電流激勵信號，激發流體中的磁聲波;第2步，經過固定的超聲傳播時間以后，同步采集多個 超聲探頭接收到的超聲信號；第3步，主控系統將多路同步采集到的數據代入成像算法，重 建油水兩相流邊界圖像;第4步，重復1-3步，循環構建油水兩相流的邊界圖像，并進行實施 顯示刷新。6. 根據權利1或2或3或4或5所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方法， 其特征在于，由于油和水的電導率差異較大，油和水中感應的渦電流以及受到的洛侖茲力 也有較大差異;油、水交界面處激發的振動遠大于在油相和水相內部激發的振動，由于振動 量級的差異，所測得的超聲聲壓信號僅能反映油水兩相流交界面的振動;與油水交界面激 發聲場相對應的超聲波滿足的波動方程為：其中，P為聲壓，E為感應電場強度，σ為電導率，▽〇表示電導率在二維層析平面內的梯 度;它在油水兩相流交界面處具有很大的值。7. 據權利1或2或3或4或5或6所述的基于電磁-聲耦合的油水兩相流過程層析成像方 法，其特征在于，假設油水兩相流為近似均勻的聲學介質，即油、水兩相流體中油和水的超 聲傳播速度近似相同；在上述假設下，可利用探測到的超聲信號重建電導率在二維層析平 面內的梯度圖像，用于表征油水交界面的位置信息;W重建公式為：當流體邊界處的電導率已知時，可以根據電導率梯度值▽>，在二維層析平面能重建電 導率的絕對值σ。
【文檔編號】G01N27/74GK105954351SQ201610220468
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】郭亮, 姜文聰, 朱赫, 劉廣孚
【申請人】中國石油大學(華東)