La présente invention a trait à une méthode pour déterminer laThe present invention relates to a method for determining the
composition d'un fluide. Plus précisément, l'invention propose une méthode de traitement de données analysant des caractéristiques de faisceaux de micro ondes ayant traversé un fluide afin de déterminer la composition de ce fluide. composition of a fluid. More specifically, the invention proposes a data processing method analyzing characteristics of microwave beams having passed through a fluid in order to determine the composition of this fluid.
La méthode selon l'invention est particulièrement bien adaptée pour déterminer la composition de fluide multiphasique comprenant par exemple de l'eau, de l'huile et/ou du gaz. Par exemple, la méthode peut s'appliquer à la détermination de la composition d'un effluent pétrolier contenu dans un ballon de séparation ou en circulation dans une conduite. 10 Le document FR 01/16.096 propose un ballon séparateur comportant une première tige munie d'émetteurs de faisceaux micro-ondes, une deuxième tige munie de récepteurs de faisceaux micro-ondes. Le séparateur contient un effluent pétrolier provenant d'un puits de production. Une source de micro15 ondes est connectée aux émetteurs de manière à ce que chacun des émetteurs puisse émettre un faisceau de micro-ondes. Un dispositif d'acquisition enregistre les faisceaux de micro-ondes captés par les récepteurs, ainsi que le faisceau de micro-onde émis par la source. The method according to the invention is particularly well suited for determining the composition of multiphasic fluid comprising for example water, oil and / or gas. For example, the method can be applied to determining the composition of a petroleum effluent contained in a separation flask or in circulation in a pipe. The document FR 01 / 16.096 proposes a separator balloon comprising a first rod provided with microwave beam transmitters, a second rod provided with microwave beam receivers. The separator contains petroleum effluent from a production well. A microwave source is connected to the transmitters so that each of the transmitters can emit a microwave beam. An acquisition device records the microwave beams picked up by the receivers, as well as the microwave beam emitted by the source.
La présente invention propose une méthode de traitement des caractéristiques des faisceaux de micro-ondes captés par les récepteurs afin de déterminer la composition du fluide traversé par ces faisceaux. The present invention provides a method of processing the characteristics of the microwave beams picked up by the receivers in order to determine the composition of the fluid traversed by these beams.
De manière générale, la présente invention concerne une méthode pour 25 déterminer la composition d'un fluide sensiblement homogène, dans laquelle on effectue les étapes suivantes: a) on mesure l'atténuation et le déphasage d'au moins deux faisceaux d'ondes ayant parcourus des trajets de distances différentes dans ledit fluide, b) on détermine des relations modélisant les variations de l'atténuation et du déphasage des ondes en fonction de la distance, mesurées à l'étape a), c) on détermine la composition du fluide en comparant les relations déterminées à l'étape b) avec un ensemble de relations préalablement 5 déterminées, chaque relation dudit ensemble correspondant à un fluide de composition connue. In general, the present invention relates to a method for determining the composition of a substantially homogeneous fluid, in which the following steps are carried out: a) measuring the attenuation and the phase shift of at least two beams of waves having traveled paths of different distances in said fluid, b) relations are determined which model the variations in the attenuation and phase shift of the waves as a function of the distance, measured in step a), c) the composition of the fluid is determined by comparing the relationships determined in step b) with a set of previously determined relationships, each relationship of said set corresponding to a fluid of known composition.
Selon l'invention, à l'étape a), au moins deux desdits faisceaux d'ondes peuvent avoir parcourus deux trajets différents de même distance dans ledit 10 fluide et on peut effectue une moyenne, par exemple pondérée, des atténuations et des déphasages mesurés pour lesdits au moins deux faisceaux ayant parcouru deux trajets différents de même distance dans ledit fluide. According to the invention, in step a), at least two of said wave beams may have traveled two different paths of the same distance in said fluid and an average, for example weighted, of the attenuations and phase shifts measured can be carried out for said at least two beams having traveled two different paths of the same distance in said fluid.
Selon l'invention, à l'étape c), l'ensemble de relations préalablement 15 déterminées peut être obtenu en effectuant les étapes a) et b) sur des fluides de composition connue. According to the invention, in step c), the set of previously determined relationships can be obtained by performing steps a) and b) on fluids of known composition.
Selon l'invention, à l'étape b), on peut déterminer une première équation de l'atténuation en fonction de la distance et une deuxième équation 20 du déphasage en fonction de la distance, les première et deuxième équations approchant les mesures d'atténuation et de déphasage de l'étape a), et à l'étape c), on peut déterminer la composition du fluide en comparant les première et deuxième équations déterminées à l'étape b) avec des couples d'équations préalablement déterminées, chaque couple d'équations correspondant à un 25 fluide de composition connue. According to the invention, in step b), it is possible to determine a first equation of the attenuation as a function of the distance and a second equation of the phase shift as a function of the distance, the first and second equations approaching the measurements of attenuation and phase shift of step a), and in step c), the composition of the fluid can be determined by comparing the first and second equations determined in step b) with pairs of predetermined equations, each couple of equations corresponding to a fluid of known composition.
La première équation peut être de la forme p = e-'-ao la deuxième équation peut être de la forme O= d+L,, p étant l'atténuation, 0 étant le déphasage, cc, oc, X et XO étant des constantes et on détermine les valeurs des constantes cc, (x, X et 2W, et à l'étape c). Et, on peut comparer les valeurs des constantes déterminées à l'étape b) avec des groupes de constantes préalablement déterminées, chaque groupe de constantes correspondant à un fluide de composition connue, lesdits groupes de constantes préalablement déterminées étant obtenus en effectuant les étapes a) et b) sur des fluides de 5 compositions connues. A l'étape b), on peut utiliser une régression linéaire pour déterminer les valeurs des constantes. The first equation can be of the form p = e -'- ao the second equation can be of the form O = d + L ,, p being the attenuation, 0 being the phase shift, cc, oc, X and XO being constants and the values of the constants cc, (x, X and 2W, and in step c) are determined. And, we can compare the values of the constants determined in step b) with groups of previously determined constants, each group of constants corresponding to a fluid of known composition, said groups of previously determined constants being obtained by carrying out steps a) and b) on fluids of known compositions. In step b), linear regression can be used to determine the values of the constants.
Selon l'invention, à l'étape c), on peut tenir compte de la pression dudit fluide, de la température dudit fluide et/ou de la salinité dudit fluide. 10 Selon l'invention, à l'étape c), on peut déterminer la composition du fluide en sélectionnant dans l'ensemble de relations préalablement déterminées, celles qui s'accordent au mieux avec les relations obtenues à l'étape b) Selon l'invention, à l'étape c), on peut utiliser un modèle permettant d'attribuer une composition connue à des relations modélisant les variations de l'atténuation et du déphasage en fonction de la distance, le modèle étant construit à l'aide de l'ensemble de relations préalablement déterminées. Le 20 modèle peut être un modèle statistique ou modèle comportemental, le modèle étant une fonction polynomiale ou un réseau de neurones. According to the invention, in step c), the pressure of said fluid, the temperature of said fluid and / or the salinity of said fluid can be taken into account. 10 According to the invention, in step c), the composition of the fluid can be determined by selecting from the set of previously determined relationships, those which best match the relationships obtained in step b) According to the invention. invention, in step c), a model can be used to assign a known composition to relationships modeling the variations in attenuation and phase shift as a function of distance, the model being constructed using the set of previously determined relationships. The model can be a statistical model or a behavioral model, the model being a polynomial function or a neural network.
Selon l'invention, les ondes peuvent être des micro-ondes. According to the invention, the waves can be microwaves.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après à titre d'illustration en se référant aux dessins parmi lesquels - la figure 1 schématise le dispositif de mesure, - les figures 2 et 3 représentent deux exemples de fluides auxquels la méthode selon l'invention peut être appliquée, - la figure 4 représente un diagramme de la méthode selon l'invention, - la figure 5 représente les mesures de déphasage en fonction de la distance, - la figure 6 représente les mesures d'atténuation en fonction du déphasage dans un plan complexe. Other characteristics and advantages of the invention will be better understood and will appear clearly on reading the description given below by way of illustration with reference to the drawings among which - FIG. 1 shows diagrammatically the measuring device, - the FIGS. 2 and 3 represent two examples of fluids to which the method according to the invention can be applied, - FIG. 4 represents a diagram of the method according to the invention, - FIG. 5 represents the phase shift measurements as a function of the distance, - Figure 6 shows the attenuation measures as a function of the phase shift in a complex plane.
La méthode selon l'invention peut exploiter les mesures obtenues au moyen du dispositif de mesure schématisé par la figure 1. Le dispositif de mesure comporte une source 1 de faisceaux de micro-ondes connectée aux émetteurs de micro-ondes E disposés sur la première ligne 2. On peut choisir et modifier la fréquence du faisceau de micro-ondes émis par la source 1. Des 15 récepteurs de faisceaux de micro-ondes R disposés sur la deuxième ligne 4 sont connectés à des moyens de mesure 6. Un fluide 7 dont la composition est à déterminer, par exemple un effluent pétrolier, est en position dans l'espace situé entre la première ligne 2 et la deuxième ligne 4. Un multiplexeur 3 permet de connecter la source 1 à l'un quelconque des émetteurs E. Ainsi, 20 l'émetteur qui est connecté à la source 1 émet un faisceau de micro-ondes qui se propage dans le fluide 7. On considère que les faisceaux de micro-ondes se propagent suivant des lignes droites dans le fluide 7. Le multiplexeur 5 permet de connecter l'un quelconque des récepteurs R aux moyens de mesure 6. Les moyens de mesure 6 sont également connectés à la source 1. Ainsi, les moyens 25 de mesure 6 peuvent enregistrer à la fois les caractéristiques du faisceau de micro-ondes captées par le récepteur qui est connecté aux moyens de mesure 6 et les caractéristiques du faisceau de micro-ondes directement émis par la source 1. The method according to the invention can use the measurements obtained by means of the measuring device shown diagrammatically in FIG. 1. The measuring device comprises a source 1 of microwave beams connected to the microwave emitters E arranged on the first line 2. The frequency of the microwave beam emitted by the source 1 can be chosen and modified. Microwave beam receivers R arranged on the second line 4 are connected to measuring means 6. A fluid 7 of which the composition is to be determined, for example an oil effluent, is in position in the space between the first line 2 and the second line 4. A multiplexer 3 makes it possible to connect the source 1 to any one of the emitters E. Thus , 20 the transmitter which is connected to the source 1 emits a microwave beam which propagates in the fluid 7. It is considered that the microwave beams propagate along straight lines in the fluid 7. The multip lexeur 5 makes it possible to connect any of the receivers R to the measurement means 6. The measurement means 6 are also connected to the source 1. Thus, the measurement means 6 can record both the characteristics of the microphone beam -waves picked up by the receiver which is connected to the measurement means 6 and the characteristics of the microwave beam directly emitted by the source 1.
Les émetteurs et récepteurs peuvent être sur les première et deuxième lignes 2 et 4 de manière à ce qu'il existe un ou plusieurs couples d'émetteurrécepteur séparés par une même première distance dl et un ou plusieurs couples d'émetteur-récepteur séparés par une même deuxième distance d2. De 5 manière générale, il existe au moins deux couples d'émetteur récepteur séparés par au moins deux distances différentes. The transmitters and receivers can be on the first and second lines 2 and 4 so that there are one or more pairs of transceiver separated by the same first distance dl and one or more pairs of transceiver separated by a same second distance d2. Generally, there are at least two pairs of transceivers separated by at least two different distances.
Les lignes 2 et 4 peuvent être en forme de courbes, en forme de droites parallèles ou non parallèles. Les émetteurs peuvent être disposés à intervalle régulier sur la première ligne 2 (c'est à dire que la valeur de la distance qui 10 sépare deux émetteurs adjacents est identique pour tous les émetteurs) et/ou les récepteurs peuvent être disposés à intervalle régulier sur la deuxième ligne 4 (c'est à dire que la valeur de la distance qui sépare deux récepteurs adjacents est identique pour tous les récepteurs). Lorsque les émetteurs et les récepteurs sont disposés à intervalle régulier sur les lignes 2 et 4, la valeur de l'intervalle 15 séparant deux émetteurs adjacents peut être égale à, ou être un multiple entier de, la valeur de l'intervalle séparant deux récepteurs adjacents. Lines 2 and 4 can be in the form of curves, in the form of parallel or non-parallel lines. The transmitters can be arranged at regular intervals on the first line 2 (that is to say that the value of the distance which separates two adjacent transmitters is identical for all the transmitters) and / or the receivers can be arranged at regular intervals on the second line 4 (that is, the value of the distance between two adjacent receivers is identical for all the receivers). When the transmitters and the receivers are arranged at regular intervals on lines 2 and 4, the value of the interval 15 separating two adjacent transmitters can be equal to, or be an integer multiple of, the value of the interval separating two receivers adjacent.
Les lignes 2 et 4 peuvent être situées sur les parois d'une enceinte qui contient le fluide 7, par exemple sur la paroi d'une conduite dans laquelle circule le fluide 7. Les lignes 2 et 4 peuvent également être situées sur des 20 tiges qui plongent dans le fluide 7 contenu dans une enceinte, par exemple dans un ballon séparateur utilisé par l'industrie pétrolière. Lines 2 and 4 can be located on the walls of an enclosure which contains the fluid 7, for example on the wall of a pipe in which the fluid 7 circulates. Lines 2 and 4 can also be located on rods which immerse in the fluid 7 contained in an enclosure, for example in a separator flask used by the petroleum industry.
Les émetteurs E et les récepteurs R sont des antennes connues de l'homme du métier, par exemple décrites en relation avec figure 2 du document français E.N. 01/16096. The transmitters E and the receivers R are antennas known to those skilled in the art, for example described in relation to FIG. 2 of the French document E.N. 01/16096.
Sans sortir du cadre de l'invention, le type d'onde produit par la source 1 peut également être choisi parmi les ondes de rayonnement électromagnétique telles que les micro-ondes, l'infrarouge, le rayonnement nucléaire, la lumière optique, ou encore parmi les ondes acoustiques telles les ultrasons. Without departing from the scope of the invention, the type of wave produced by the source 1 can also be chosen from electromagnetic radiation waves such as microwaves, infrared, nuclear radiation, optical light, or else among acoustic waves such as ultrasound.
Le fluide 7 peut être un fluide monophasique, c'est à dire composé d'un 5 ou de plusieurs constituants qui se mélangent. Le fluide 7 peut également être un fluide polyphasique, c'est à dire composé de plusieurs constituants qui ne se mélangent pas. La méthode selon l'invention est bien adaptée pour déterminer la composition d'un fluide homogène c'est à dire un fluide dont la composition est sensiblement identique pour toute partie du fluide ou, exprimé d'une autre 10 manière, que les constituants du fluide sont répartis de manière sensiblement identique dans l'ensemble du fluide. The fluid 7 can be a monophasic fluid, that is to say composed of one or more constituents which mix. The fluid 7 can also be a multiphase fluid, that is to say composed of several constituents which do not mix. The method according to the invention is well suited for determining the composition of a homogeneous fluid, ie a fluid whose composition is substantially identical for any part of the fluid or, expressed in another way, than the constituents of the fluid are distributed substantially identically throughout the fluid.
Par exemple le fluide 7 peut être un effluent pétrolier comportant de l'eau, de l'huile et/ou du gaz. For example, the fluid 7 can be a petroleum effluent comprising water, oil and / or gas.
En référence à la figure 2, l'effluent pétrolier 10 peut être en 15 écoulement turbulent dans une conduite 11. Dans ce cas la composition de l'effluent peut être homogène, c'est à dire que l'eau, l'huile et le gaz sont répartis de manière uniforme dans toute la conduite 11. Dans ce cas, la méthode permet de déterminer la teneur en eau, en huile et en gaz de l'effluent. With reference to FIG. 2, the petroleum effluent 10 can be in turbulent flow in a pipe 11. In this case the composition of the effluent can be homogeneous, that is to say that water, oil and the gas are distributed uniformly throughout the pipe 11. In this case, the method makes it possible to determine the water, oil and gas content of the effluent.
Selon une autre alternative schématisée par la figure 3, l'eau 20, l'huile 22 et le gaz 24 peuvent se répartir sous forme de couches stratifiée, par exemple lorsque l'effluent est en écoulement laminaire dans une conduite 25 ou lorsque l'effluent décante dans un ballon de séparation. Plus précisément, l'effluent se présente sous la forme de couches superposées: une couche d'eau 25 20, une couche d'émulsion eau/huile 21, une couche d'huile 22, une couche de mousse huile/gaz 23 et une couche de gaz 24. Dans ce cas, la méthode permet notamment de déterminer les proportions d'eau et d'huile composant la couche d'émulsion 21, et les proportions d'huile et de gaz composant la couche de mousse 23. Pour déterminer la composition de l'émulsion (respectivement de la mouse), on ne tiendra compte que des faisceaux de micro-ondes ayant parcouru un chemin uniquement situé dans la couche émulsion 21 (respectivement dans la couche de mousse 23). According to another alternative shown diagrammatically in FIG. 3, the water 20, the oil 22 and the gas 24 can be distributed in the form of stratified layers, for example when the effluent is in laminar flow in a pipe 25 or when the effluent decanted in a separation flask. More specifically, the effluent is in the form of superimposed layers: a layer of water 25 20, a layer of water / oil emulsion 21, a layer of oil 22, a layer of oil / gas foam 23 and a gas layer 24. In this case, the method notably makes it possible to determine the proportions of water and oil making up the emulsion layer 21, and the proportions of oil and gas making up the foam layer 23. To determine the composition of the emulsion (respectively of the mouse), we will only take into account the microwave beams having traveled a path only located in the emulsion layer 21 (respectively in the foam layer 23).
La méthode selon l'invention est décrite en relation avec le diagramme de la figure 4. The method according to the invention is described in relation to the diagram in FIG. 4.
Etape A: Mesures.Step A: Measurements.
Le dispositif de mesure décrit en relation avec la figure 1 fonctionne par un double multiplexage en émission et en réception. La source de micro1 0 ondes 1 produit un faisceau de micro-ondes de fréquence fi choisie. Le multiplexeur 3 connecte la source de micro-ondes 1 successivement avec chacun des émetteurs E. Ainsi les émetteurs émettent l'un après l'autre un faisceau de micro-ondes. Pendant le temps d'émission d'un des émetteurs E, le multiplexeur 5 connecte successivement ou simultanément chacun des 15 récepteurs R avec les moyens de mesure 6. Les moyens de mesure 6 mesurent également le faisceau de micro-ondes émis par la source 1. Ainsi, les moyens de mesure 6 mesurent les caractéristiques du faisceau de microondes émis par un émetteur et capté par chacun des récepteurs. De cette manière, on peut mesurer le faisceau de micro-onde émis par un émetteur et capter par un 20 récepteur, pour tous les couples d'émetteur récepteur disponibles. The measuring device described in relation to FIG. 1 operates by double multiplexing in transmission and in reception. The microwave 1 0 source 1 produces a microwave beam of selected frequency fi. The multiplexer 3 connects the microwave source 1 successively with each of the transmitters E. Thus the transmitters transmit one after another a beam of microwaves. During the transmission time of one of the transmitters E, the multiplexer 5 successively or simultaneously connects each of the 15 receivers R with the measuring means 6. The measuring means 6 also measure the microwave beam emitted by the source 1 Thus, the measurement means 6 measure the characteristics of the microwave beam emitted by a transmitter and picked up by each of the receivers. In this way, the microwave beam emitted by a transmitter can be measured and picked up by a receiver, for all the pairs of transceiver available.
La fréquence fl peut être choisie de manière à ce que le faisceau de micro-ondes soit sensiblement modifié par au moins l'un des constituants du fluide 7 lorsque le faisceau se propage dans le fluide 7, c'est à dire que l'atténuation et le déphasage soient sensibles lorsque le faisceau se propage 25 dans le fluide 7. Par exemple, on choisit la fréquence fl pour que le faisceau de micro-ondes soit sensiblement modifié lorsqu'il traverse le gaz naturel (CH4). The frequency f1 can be chosen so that the microwave beam is substantially modified by at least one of the constituents of the fluid 7 when the beam propagates in the fluid 7, that is to say that the attenuation and the phase shift are sensitive when the beam propagates in the fluid 7. For example, the frequency f 1 is chosen so that the microwave beam is substantially modified when it crosses natural gas (CH4).
Ainsi, en mesurant l'atténuation et le déphasage d'un faisceau de fréquence fl ayant traversé un effluent pétrolier, on obtient une information sur la teneur en gaz naturel contenu dans cet effluent. Thus, by measuring the attenuation and the phase shift of a beam of frequency fl having passed through a petroleum effluent, information is obtained on the content of natural gas contained in this effluent.
On peut répéter les mesures pour plusieurs fréquences de faisceaux de micro-ondes. On peut choisir les fréquences de sorte que pour chaque fréquence le faisceau de micro-ondes soit sensiblement modifié par un constituant du fluide et qu'à chaque fréquence différente, le faisceau soit sensiblement 5 modifié par un composant différent. Pour un fluide pétrolier contenant de l'eau, de l'huile et/ou du gaz, on peut choisir les fréquences entre 1 GHz et 100 GHz, de préférence entre 2 GHz et 10 GHz, par exemple les quatre fréquences comprises dans les intervalles suivants: fa [2 GHz; 2,7 GHz] fb [2,7 GHz; 3,7 GHz] fc [3,7 GHz; 6 GHz] fd [6 GHz; 10 GHz] Etape B: Traitement des mesures On détermine l'atténuation et le déphasage du faisceau qui a traversé le fluide sur la distance séparant un émetteur E et un récepteur R, en connaissant les caractéristiques du faisceau de micro-ondes émis par cet émetteur (c'est à dire le faisceau émis par la source 1) et les caractéristiques du faisceau de micro-ondes capté par ce récepteur. Measurements can be repeated for several frequencies of microwave beams. The frequencies can be chosen so that for each frequency the microwave beam is substantially modified by a constituent of the fluid and that at each different frequency, the beam is substantially modified by a different component. For a petroleum fluid containing water, oil and / or gas, the frequencies can be chosen between 1 GHz and 100 GHz, preferably between 2 GHz and 10 GHz, for example the four frequencies included in the intervals following: fa [2 GHz; 2.7 GHz] fb [2.7 GHz; 3.7 GHz] fc [3.7 GHz; 6 GHz] fd [6 GHz; 10 GHz] Step B: Processing the measurements The attenuation and phase shift of the beam which has passed through the fluid is determined over the distance separating an emitter E and a receiver R, by knowing the characteristics of the microwave beam emitted by this emitter (ie the beam emitted by source 1) and the characteristics of the microwave beam picked up by this receiver.
Par exemple, les valeurs d'atténuation et de déphasage peuvent être classées dans une matrice de nombres complexes dont la composante Mij correspond aux valeurs d'atténuation et de déphasage du faisceau de fréquence frémis par le récepteur i et capté par le récepteur j. Lorsque le dispositif de mesure comporte n émetteurs et m récepteurs, la matrice est de dimension n x 25 m. En effectuant les mesures pour les quatre fréquences fa, fb, fc et fd, on obtient quatre matrices, chacune correspondant à des mesures effectuées à une des quatre fréquences. For example, the attenuation and phase shift values can be classified in a matrix of complex numbers whose component Mij corresponds to the attenuation and phase shift values of the frequency beam quivered by the receiver i and picked up by the receiver j. When the measurement device comprises n transmitters and m receivers, the matrix is of dimension n × 25 m. By carrying out the measurements for the four frequencies fa, fb, fc and fd, one obtains four matrices, each corresponding to measurements carried out at one of the four frequencies.
Lorsque les récepteurs et les émetteurs sont disposés sur deux lignes droites et parallèles, et à intervalles réguliers et égaux, les valeurs situées sur une même diagonale de la matrice correspondent aux valeurs d'atténuation et de déphasage des faisceaux ayant parcouru des trajets de même distance entre émetteurs et récepteurs. Ainsi, les mesures correspondant à des faisceaux de micro-ondes ayant parcouru des trajets de même distance dans le fluide se situent sur une même diagonale de la matrice. When the receivers and the transmitters are arranged on two straight and parallel lines, and at regular and equal intervals, the values located on the same diagonal of the matrix correspond to the attenuation and phase shift values of the beams having traversed paths of the same distance between transmitters and receivers. Thus, the measurements corresponding to microwave beams having traveled paths of the same distance in the fluid are located on the same diagonal of the matrix.
Pour obtenir une valeur plus fiable des valeurs d'atténuation et de déphasage, on peut effectuer la moyenne des atténuations et des déphasages mesurés correspondant à des faisceaux ayant parcouru des trajets de même distance dans le fluide. Ainsi, on limite la prise en compte de phénomènes qui 10 peuvent intervenir isolément lors d'une mesure et fausser cette mesure. Et on obtient une unique valeur de déphasage et d'atténuation correspondant aux faisceaux ayant parcouru une distance déterminée. To obtain a more reliable value of the attenuation and phase shift values, it is possible to carry out the average of the attenuations and phase shifts measured corresponding to beams having traveled paths of the same distance in the fluid. Thus, it limits the taking into account of phenomena which may occur in isolation during a measurement and distort this measurement. And we obtain a single phase shift and attenuation value corresponding to the beams having traveled a determined distance.
Lorsque les mesures sont classées dans une matrice, on effectue une moyenne des mesures de chaque diagonale, c'est à dire des mesures 15 d'atténuation et de déphasage qui correspondent à une même distance parcourue par les faisceaux de mico-ondes. Ainsi, au lieu d'analyser n x m valeurs complexes, on réduit le nombre de valeurs à analyser, au plus grand des nombres n et m. When the measurements are classified in a matrix, an average of the measurements of each diagonal is carried out, that is to say attenuation and phase shift measurements which correspond to the same distance traveled by the microwave beams. Thus, instead of analyzing n x m complex values, the number of values to be analyzed is reduced to the largest of the numbers n and m.
On peut effectuer une moyenne pondérée des valeurs. Ainsi, on peut, 20 par exemple, minimiser les effets de bord dus notamment à la réflexion des faisceaux de micro-ondes et à des variations de l'homogénéité du fluide 7. A weighted average of the values can be performed. Thus, it is possible, for example, to minimize the edge effects due in particular to the reflection of the microwave beams and to variations in the homogeneity of the fluid 7.
En effet, en référence à la figure 2, les émetteurs E et récepteurs R situés aux extrémités des lignes 2 et 4 peuvent être proches des parois 12 de la conduite ou de l'enceinte qui contient le fluide 10. La composition du fluide 10 25 peut être modifiée aux abords des parois 12, par exemple à cause de l'écoulement du fluide 10 qui est altéré par la présence des parois 12. Ainsi, l'atténuation et le déphasage des faisceaux de micro-ondes traversant ces portions de fluide aux abords des parois 12 ne sont pas représentatifs de l'ensemble de la composition du fluide 10. Indeed, with reference to FIG. 2, the transmitters E and receivers R situated at the ends of lines 2 and 4 may be close to the walls 12 of the pipe or of the enclosure which contains the fluid 10. The composition of the fluid 10 25 can be modified around the walls 12, for example because of the flow of the fluid 10 which is altered by the presence of the walls 12. Thus, the attenuation and the phase shift of the microwave beams passing through these portions of fluid at the around the walls 12 are not representative of the entire composition of the fluid 10.
De plus, des faisceaux de micro-ondes sont réfléchis sur les parois 12 de la conduite ou de l'enceinte contenant le fluide 10. Les récepteurs R situés près des parois 12 peuvent enregistrer ces faisceaux réfléchis. Ainsi, l'atténuation et le déphasage déterminés à partir du faisceau de micro-ondes émis par un 5 émetteur et des faisceaux de micro-ondes mesurés par un émetteur situés près d'une paroi 12 peuvent ne pas être représentatifs de l'atténuation et du déphasage du faisceau se propageant de manière rectiligne de cet émetteur jusqu'à ce récepteur. In addition, microwave beams are reflected on the walls 12 of the pipe or of the enclosure containing the fluid 10. The receivers R located near the walls 12 can record these reflected beams. Thus, the attenuation and phase shift determined from the microwave beam emitted by a transmitter and microwave beams measured by a transmitter located near a wall 12 may not be representative of the attenuation and of the phase shift of the beam propagating in a rectilinear manner from this transmitter to this receiver.
Par conséquent, en faisant une moyenne pondérée des mesures, on 1 0 peut donner un poids moins important aux valeurs d'atténuation et de déphasage mesurées près des parois 12. Ainsi, ces valeurs d'atténuation et de déphasage auront une importance moindre par rapport aux autres valeurs lors des étapes ultérieures de la méthode selon l'invention. Consequently, by making a weighted average of the measurements, one can give less weight to the attenuation and phase shift values measured near the walls 12. Thus, these attenuation and phase shift values will have less importance compared to to the other values during the subsequent steps of the method according to the invention.
Etape C: Transformation des mesures en équation Une matrice regroupant les valeurs d'atténuation et de déphasage mesurées pour une fréquence de faisceau de micro-ondes est une façon de caractériser le fluide 7. Cependant, cette matrice est difficile à exploiter car elle regroupe un nombre important de valeurs. Step C: Transformation of the measurements into an equation A matrix grouping the attenuation and phase shift values measured for a microwave beam frequency is one way of characterizing the fluid 7. However, this matrix is difficult to use because it groups a large number of values.
La présente invention propose de transformer cette matrice qui regroupe un ensemble de valeurs en une information plus facile à traiter. La matrice de valeurs de déphasage et d'atténuation est transformée en deux équations: - une première équation f qui donne une relation mathématique entre 25 l'atténuation p d'un faisceau de micro-ondes et la distance d du trajet que ce faisceau a parcouru dans le fluide 7: p = f(d) - une deuxième équation g qui donne une relation mathématique entre le déphasage 0 d'un faisceau de micro-ondes et la distance d du trajet que ce faisceau a parcouru dans le fluide 7: O = g(d) L'équation f, respectivement g, est déterminée de manière à approcher les valeurs d'atténuation p, respectivement de déphasage 0, d'un faisceau de micro- ondes, mesurées pour plusieurs valeurs de distance parcourue par ce faisceau de micro-ondes dans le fluide de composition inconnue. The present invention proposes to transform this matrix which groups together a set of values into information that is easier to process. The matrix of phase shift and attenuation values is transformed into two equations: a first equation f which gives a mathematical relationship between the attenuation p of a microwave beam and the distance d of the path that this beam has traveled in the fluid 7: p = f (d) - a second equation g which gives a mathematical relationship between the phase shift 0 of a microwave beam and the distance d of the path that this beam traveled in the fluid 7: O = g (d) The equation f, respectively g, is determined so as to approximate the attenuation values p, respectively of phase shift 0, of a microwave beam, measured for several values of distance traveled by this microwave beam in fluid of unknown composition.
Pour déterminer les équations f et g, on peut procéder de la manière suivante. To determine the equations f and g, we can proceed as follows.
Pour chaque équation f et g, on choisit une expression mathématique générale. For each equation f and g, we choose a general mathematical expression.
L'expression générale comporte au moins deux constantes inconnues. The general expression has at least two unknown constants.
Avantageusement, on peut choisir des expressions générales qui sont en relation avec les phénomènes physiques observés lors des mesures d'atténuation et de déphasage. Il est connu, de par les théories physiques, que l'atténuation d'un faisceau de micro-onde varie de manière exponentielle en fonction de la distance du trajet parcouru par ce faisceau dans un fluide et que 15 le déphasage varie de manière linéaire en fonction de cette distance. Advantageously, general expressions can be chosen which are related to the physical phenomena observed during the attenuation and phase shift measurements. It is known, from physical theories, that the attenuation of a microwave beam varies exponentially as a function of the distance of the path traveled by this beam in a fluid and that the phase shift varies linearly in function of this distance.
Par exemple, on peut choisir les expressions générales suivantes des équations f et g: - pour la fonction f: p = - pour la fonction g: 0 =d + 20 avec d: distance parcourue par le faisceau de micro-ondes dans le fluide, et X, X0, a et c6O: constantes inconnues. For example, we can choose the following general expressions from the equations f and g: - for the function f: p = - for the function g: 0 = d + 20 with d: distance traveled by the microwave beam in the fluid , and X, X0, a and c6O: unknown constants.
Sans sortir du cadre de l'invention d'autres expressions générales des équations f et g peuvent être choisies, en comportant par exemple plus de deux constantes chacune. De plus, les équations f et g peuvent être fonction d'une 25 variable autre que la distance. Cependant cette autre variable est elle-même dépendante de la distance. Par exemple on peut choisir les expressions: - pour la fonction f: p e-''o - pour la fonction g: 0 =Ad +À avec d: distance parcourue par le faisceau de micro-ondes dans le fluide, et A, O, cy et 6O: constantes inconnues. Without departing from the scope of the invention, other general expressions of the equations f and g can be chosen, comprising for example more than two constants each. In addition, the equations f and g may be a function of a variable other than the distance. However, this other variable is itself dependent on the distance. For example, we can choose the expressions: - for the function f: p e - '' o - for the function g: 0 = Ad + À with d: distance traveled by the microwave beam in the fluid, and A, O, cy and 6O: unknown constants.
Le déphasage 0 étant fonction de la distance d, l'atténuation p peut être exprimée en fonction du déphasage 0. The phase shift 0 being a function of the distance d, the attenuation p can be expressed as a function of the phase shift 0.
Après avoir choisi les expressions mathématiques générales des équations f et 5 g, on détermine les constantes de ces équations. En utilisant des méthodes connues de l'homme du métier telles que la régression linéaire, on détermine les constantes des équations f et g de manière à ce que les équations f et g approchent les valeurs mesurées d'atténuation p et de déphasage O. La figure 5 représente les valeurs de déphasage 0 en fonction de la 10 distance d. Chaque point de la courbe correspond à l'atténuation mesurée pour une distance parcourue par le faisceau de micro-ondes dans le fluide de composition inconnue. Ainsi, cette courbe peut être approchée par une droite, qui peut s'écrire 0 = Ad + 20, en déterminant les constantes X et 20. After choosing the general mathematical expressions of equations f and 5 g, we determine the constants of these equations. Using methods known to those skilled in the art such as linear regression, the constants of the equations f and g are determined so that the equations f and g approach the measured values of attenuation p and of phase shift O. The FIG. 5 represents the phase shift values 0 as a function of the distance d. Each point on the curve corresponds to the attenuation measured for a distance traveled by the microwave beam in the fluid of unknown composition. Thus, this curve can be approached by a straight line, which can be written 0 = Ad + 20, by determining the constants X and 20.
La figure 6 représente les valeurs d'atténuation p en fonction du 15 déphasage 0 en coordonnées polaires dans un plan complexe, p étant le rayon et 0 étant l'angle. Chaque point de la courbe correspond à l'atténuation et au déphasage mesurés pour une distance parcourue par le faisceau de microondes dans le fluide. Ainsi, cette courbe en "escargot" peut être approchée par une spirale logarithmique, qui peut s'écrire sous la forme: p= een, en 20 déterminant les constantes cx et x0. FIG. 6 represents the attenuation values p as a function of the phase shift 0 in polar coordinates in a complex plane, p being the radius and 0 being the angle. Each point of the curve corresponds to the attenuation and the phase shift measured for a distance traveled by the microwave beam in the fluid. Thus, this "snail" curve can be approached by a logarithmic spiral, which can be written in the form: p = een, by determining the constants cx and x0.
Ainsi, pour une fréquence de faisceau de micro-ondes, à partir d'une matrice regroupant n x m valeurs d'atténuation et de déphasage qui caractérisent le fluide 7, on obtient deux équations qui caractérisent le fluide 25 7. Ces deux équations peuvent être caractérisées par un groupe d'au moins quatre coefficients, Il peut apparaître un décentrage de la courbe mesurée, représentée à la figure 6, par rapport à l'origine du plan complexe. Le décentrage peut être dû à une salinité trop forte du fluide 7 qui a pour conséquence une plus grande dispersion des faisceaux de micro-ondes et engendre un offset électronique. Il est possible de s'affranchir de ce décentrage en effectuant des réglages électroniques sur les moyens de mesure 6. Thus, for a microwave beam frequency, from a matrix grouping together nxm attenuation and phase shift values which characterize the fluid 7, two equations which characterize the fluid 25 are obtained. These two equations can be characterized by a group of at least four coefficients, It can appear a decentering of the measured curve, represented in figure 6, compared to the origin of the complex plane. The off-center can be due to too high a salinity of the fluid 7 which results in a greater dispersion of the microwave beams and generates an electronic offset. It is possible to overcome this decentering by performing electronic adjustments on the measuring means 6.
Etape D: estimation de la composition du fluide Par ailleurs, on a créé une banque de données regroupant des couples d'équations f et g, chaque couple d'équations f et g caractérisant un fluide de 10 composition connue. Les couples d'équations de la banque de données peuvent être obtenus en effectuant les étapes A, B et C précédemment décrites. C'est à dire que chaque couple d'équations f et g de labanque de donnée approche les courbes obtenues par les mesures de l'atténuation et du déphasage d'un faisceau de micro-ondes traversant un fluide de composition connue en fonction 15 de la distance parcourue par le faisceau dans ce fluide, le faisceau de microondes étant de fréquence connue. Les fréquences des faisceaux de micro-ondes utilisés pour créer la banque de données sont identiques à la fréquence des faisceaux de micro-ondes utilisés à l'étape A. Les équations f et g de la banque de données peuvent être caractérisées 20 par des constantes. Chaque couple d'équations de la banque de données peut être caractérisé par au moins quatre constantes. Dans ce cas, les expressions mathématiques générales des équations f et g utilisées pour créer la banque de données sont identiques aux expressions mathématiques générales utilisées lors du traitement des mesures d'atténuation et de déphasage effectuées sur 25 un fluide de composition inconnue. Step D: Estimation of the Composition of the Fluid In addition, a database has been created grouping pairs of equations f and g, each pair of equations f and g characterizing a fluid of known composition. The pairs of equations from the database can be obtained by carrying out steps A, B and C previously described. That is, each pair of equations f and g of the data bank approaches the curves obtained by the measurements of the attenuation and of the phase shift of a microwave beam passing through a fluid of known composition as a function of the distance traveled by the beam in this fluid, the microwave beam being of known frequency. The frequencies of the microwave beams used to create the database are identical to the frequency of the microwave beams used in step A. The equations f and g of the database can be characterized by constants . Each pair of equations in the database can be characterized by at least four constants. In this case, the general mathematical expressions of the equations f and g used to create the database are identical to the general mathematical expressions used when processing the attenuation and phase shift measurements carried out on a fluid of unknown composition.
Ainsi, chaque couple d'équations f et g de la banque de données caractérise un fluide de composition connue. Thus, each pair of equations f and g of the database characterizes a fluid of known composition.
Selon l'invention, on compare les équations f et g obtenues à l'étape C par traitement des mesures d'atténuation et de déphasage sur un fluide de composition inconnue avec les couples d'équations f et g de la banque de données pour déterminer la composition du fluide étudié. La comparaison tient compte de la fréquence du faisceau de micro-ondes utilisée lors des mesures. According to the invention, the equations f and g obtained in step C are compared by processing the attenuation and phase shift measurements on a fluid of unknown composition with the pairs of equations f and g from the database to determine the composition of the fluid studied. The comparison takes into account the frequency of the microwave beam used during the measurements.
Pour effectuer la comparaison, on peut construire un modèle à partir des couples de fonctions de la base de données, le modèle permettant d'attribuer une composition de fluide connue à un couple d'équations. On peut utiliser un modèle statistique ou comportemental. Les modèles utilisés 10 peuvent être des fonctions polynomiales ou bien des-réseaux de neurones. To carry out the comparison, a model can be constructed from the pairs of functions of the database, the model making it possible to assign a known fluid composition to a pair of equations. We can use a statistical or behavioral model. The models used 10 can be polynomial functions or neural networks.
On peut, par exemple, comparer les constantes caractérisant les équations f et g obtenues à l'étape C par traitement des mesures d'atténuation et de déphasage sur un fluide de composition inconnue avec les constantes caractérisant les couples d'équation f et g de la banque de données. Pour 15 effectuer la comparaison, on peut construire un modèle à partir des groupes de constantes de la base de données, le modèle permettant d'attribuer à un groupe de constantes une composition de fluide connue. We can, for example, compare the constants characterizing the equations f and g obtained in step C by processing the attenuation and phase shift measurements on a fluid of unknown composition with the constants characterizing the pairs of equations f and g of the database. To perform the comparison, a model can be constructed from the groups of constants in the database, the model making it possible to assign a known fluid composition to a group of constants.
Pour effectuer la comparaison, on peut également sélectionner dans la base de données le ou les couples d'équations qui s'accordent au mieux avec les 20 équations f et g obtenue à l'étape C et déterminer la composition du fluide à partir des compositions correspondant au ou aux couples d'équations sélectionnés. To carry out the comparison, it is also possible to select from the database the pair or pairs of equations which best match the equations f and g obtained in step C and determine the composition of the fluid from the compositions. corresponding to the pair or pairs of equations selected.
De plus, pour améliorer la précision de l'estimation de la composition 25 du fluide 7, on peut prendre en compte notamment la salinité, la pression et/ou la température du fluide 7. La salinité, la pression et la température peuvent être mesurées par des capteurs disposés dans le fluide 7. In addition, to improve the accuracy of the estimation of the composition 25 of the fluid 7, it is possible to take into account in particular the salinity, the pressure and / or the temperature of the fluid 7. The salinity, the pressure and the temperature can be measured. by sensors arranged in the fluid 7.
Dans ce cas, la banque de données comporte également les valeurs de salinité, de pression et/ou de température: les couples d'équations de la banque de données caractérisent un fluide connu à une température, une pression et/ou une salinité connue. Ainsi, on peut effectuer la comparaison entre les couples d'équations obtenus par mesure et les couples d'équations de la banque de donnée, en tenant compte de la salinité, de la pression et/ou de la température. In this case, the database also includes the salinity, pressure and / or temperature values: the pairs of equations in the database characterize a known fluid at a known temperature, pressure and / or salinity. Thus, one can make the comparison between the pairs of equations obtained by measurement and the pairs of equations from the database, taking into account the salinity, the pressure and / or the temperature.
On peut, par exemple, déterminer la composition du fluide étudié en effectuant la comparaison entre, d'une part, les valeurs des constantes caractérisant les équations f et g, des valeurs de la salinité, de la pression et/ou de la température, ces valeurs étant déterminées à partir des mesures 10 d'atténuation et de déphasage de faisceaux micro-ondes ayant traversé le fluide de composition inconnue, avec les ensembles de valeurs des constantes caractérisant les équations f et g, et des valeurs de la salinité, de la pression et/ou de la température, de la base de données. It is possible, for example, to determine the composition of the fluid studied by carrying out the comparison between, on the one hand, the values of the constants characterizing the equations f and g, the values of salinity, of pressure and / or of temperature, these values being determined from the attenuation and phase shift measurements of microwave beams having passed through the fluid of unknown composition, with the sets of values of the constants characterizing the equations f and g, and of the values of the salinity, of pressure and / or temperature from the database.
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