JPH07503537A - 流量測に関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １　′に　る 産出油井から流出される原油は、大体、油と水の瀾合物、または、油、水、ガス の混合物である。また、原油は、流体の流れにより岩石層から流された砂、また それに類似した粒子状物質を含んでいる場合が多い。

一般的な方法によれば、このような混合物を分離層に流出して、そこで多相な混 合物が、重量によってガス流、油流、水流に、分離される。分離されたものは、 砂を含んでいることが多い、北海の産油プラットフォームでは、一般的に、原油 は２０の油井から一つの分離器に流出されている。分離器から流出される単相油 流やガス流は、譲渡の保管（販売）や課税の目的のため精密に測定される。この ように測定された流量は、すべての油井を合わせた流量を測定する。油田を最大 限にうまく管理して、回収可能な埋蔵量を最大にし、および／あるいは、それに かかるコストを最小限におさえるには、どのフローがどの油井から産出されるか 個別に知ることが必要である。現在、上記に述べたことは、「試験分離器」を使 用することにより達成されている。この「試験分離器」は、前に述べた分離器の 小さい型である。各油井は、定期的に試験分離器に接続されて、それぞれのフロ ーが各油井から測定される。しかし、この方法には次のような欠点がある。

試験分離器は重く、高価である。

測定結果がいつも得られるわけではない。

人件費が高い。

海中の産油システムには適しない。

産業界では、多相流量計として知られている、３つの流体相のフローを測定でき るような流量計を各油井フローラインに設置することが望まれている。このこと が実現されれば油田管理の情報を継続的に供給することができる。理想的には、 多相流量計を海中に設置できることが望ましい、単相を測定するのに精密度はそ れほど高くなくてもよく、一般的な目標値としては±５％である。

上記のような装置の重要度は高く、英国やその他の地域でそのためにかなり活動 が行われている。様々な技法が検討されているが、今のところ商業的通用する装 置はない。

問題点は複雑で、流体が多相であるという性質によりいっそう複雑化している。

バイブ内で、２流体相や３流体相のフローが合流すると、い（つもの種類のフロ ーパターンや多相の配分が生じる。特に、多相の一つがガスの場合はこの傾向が 強い。水平バイブ、上向きに傾斜しているバイブ、下向きに傾斜しているバイブ 、垂直バイブにはそれぞれ様々な特徴がある。サージは頻繁に起こる。また、そ れぞれの相が実質的に異なる速度で流れることもよくある。特に、ガス相は液体 相に比べてバイブの中を高速度で流れる。

本発明によれば、流体フローバイブ中の混合流量計測装置が提供されて、その装 置はバイブ中を流れる一つ以上の流体相を含む主流体の周囲温度を測定する手段 と、二次流体をバイブ中に噴射して前記主流体を形成しているすべての相を密に 混合し、二次流体流体と主流体とを密に混合する噴射手段と、二次流体の流体源 であり、主流体の周囲温度とは実質的に異なる温度をもつ流体源と、フローバイ ブ内にあり、噴射手段より下流に位置する一つ以上の場所にある温度測定手段と を具備する。

このような装置を使えば、二次流体をフローバイブ中を流れる主流体を追跡する トレーサーとして利用できる。トレーサーがどこに存在しているかは主流体の周 囲温度に温度変化があったことで検出できる。このような温度変化は温度パルス と呼ばれる。フローバイブを通るこの温度パルスが動く時間を測って、主流体の 速度と容積流量との値を計算することができる。

本発明の別の態様によれば、流体フローバイブ中の流量測定方法が提供され、そ の方法は、バイブ中を流れる一つ以上の流体相を含む主流体の周囲温度を測定す る段階と、噴射手段により二次流体をパイプ中に噴射して主流体を形成している すべての相を密に混合し、二次流体と主流体とを密に混合する段階と、フローバ イブ内にあり、噴射手段より下流に位置する一つ以上の場所にある温度測定手段 により流体の温度を測定する段階と、二次流体を噴射することで生成された温度 パルスがフローバイブを流れ下って行（のを温度測定手段により追跡して主流量 を計算する段階とからなり、二次流体の温度は主流体の周囲温度とは実質的に異 なる。

噴射装置は、バイブの壁に一つ以上の圧力ノズルが組み込まれていることが好ま しい。この圧力ノズルは、時間的間隔をおいて作動し二次流体を噴射して温度パ ルスを生成するようなラムを利用して二次流体を供給してもよい。また、そのか わりに、制御栓つきの加圧供給源を設けてもよい。そのような圧力ノズルを、た とえば、水平フローバイブの土壁あるいは下壁からバイブの壁と直角に差し込ん でもよいが、流体が流れていく下流方向の角度に差し込んでもよい。圧力下で、 二次流体を噴射すると、十分に混合されて、温度測定手段で温度パルスが非常に 正確に現われていく、それゆえ、主流中の流体相はかなりの程度均質に混合され て、主流体と二次流体ともかなりの程度均質に混合されることになり、その結果 、全流体相が実質的に同じ速度で流れることになる。

決められた２点間で温度パルスの動きを測定するタイミング装置があるのが望ま しい、その決められた２点は、二次流体の噴射地点とその噴射地点の下流にある ただ一つの温度測定手段となりえる。または、お互いに離れた位置にある２つの 温度測定手段に、それぞれ温度パルスが２つの温度測定手段に到達する時間を計 算するタイミング装置が設けられてもよい。

もし、少なくとも２つの温度測定装置があり、そのうちの一つが、主流体の周囲 温度を測定する装置であれば、別の温度測定値は、その２つの測定装置で測った 温度差をもとにしてめられる。主流量の容積流量の値から得たこの温度変化と、 二次流体の温度と比熱あるいは潜熱と、二次流体の噴射量の値から、主流体の単 位容積あたりの熱容量を計算することができる。また、そのかわりとして、温度 パルスが温度測定手段を通りすぎる間中、主流量の容積流量の値をもとにして得 られ、二次流体の噴射地点の下流にある一つの温度測定手段により読み取られた 温度変化を記録し、噴射された二次流体の温度、比熱あるいは潜熱、量の値から 、主流体の単位容積あたりの熱容量を計算できる。さらに、別の可能性として、 二次流体が定常率で噴射されている間に定常状態が達成されたときに記録された 温度をもとにして主流体熱容量を計算できる。上記にのべた測定をするには、抵 抗温度計を使用するのが望ましい、抵抗温度計は反応時間が長くかかるが、非常 に精密に温度測定を行う。

さらに、電気容量の測定は、バイブを通して流れてくる流体の誘電率を測定する 適当な手段によって、行われる。もし、この測定装置が噴射手段の下流に設置さ れていれば、装置が読み取る精密度はさらに高くなる。というのも、そのような 設置場所は主流体の通路中で最も流体の流れが密に混ざる場所であり、最も均一 な速度を保てる場所であるからである。さらに、電気容量を測定するかわりに流 体密度も適当な手段で測定できる。

流体フローが２流体相か３流体相からなる場合、一般的に、各相は、容積に対す る熱容量と、誘電率と、密度とがそれぞれはっきり違っている。流体混合物の熱 容量、誘電率、密度のうちひとつかそれ以上測定することにより、２相部合物、 あるいは３相部合物の個々の相それぞれの容積率を計算できる。流体混合物の密 度は、オリフィス板、正統的ベンチュリ管、ノズル、ベンチエリノズル、その他 、それらと同じようなバイブ中のモーメント流束な圧力損失技法により測定でき るような損失水＠（あるいは、圧力損失）装置を使って測定できる（モーメント 流束＝流体の平均密度Ｘバイブ中の平均速度Ｘバイブ中の平均速度）。このよう な装置は、流体密度がわかっている場合の速度を計算してパイプ中の質量束な測 定するのに広く使用されている。この応用として、流体速度が上記に述べたよう な方法で計算される場合、温度パルスが流れていく時間を測ることによりモーメ ント流束測定装置を使って流体密度を測定できる。

装置が密度測定手段を含んでいる場合、パイプ中の流体の・質量流量が容積流量 のかわりに測定される。流体フローが２流体相か３流体相からなる場合、一般的 に、各相は、質量に対する熱容量と、誘電率と、密度とがそれぞれはっきり違っ ている。流体混合物の熱容量、誘電率、密度のうちひとつかそれ以上測定するこ とにより、２相部合物、あるいは３相部合物の個々の相それぞれの質量率を計算 できる。

容積流量、あるいは質量流量、熱容量（容積、あるいは質量に対する）、密度、 誘電率のすべての計算には、噴射される二次流体の量、あるいは流量を容易に考 慮に入れることができるので主流体のみの計算値をめることができる。

２相流体である場合、構成流体の容積率あるいは質量率を計算するのに、主流体 の物理的性質のうち一つだけ測定すればよいことはよく知られている。この場合 、熱容量（固有の容積、あるいは質量に対して）、誘電率、密度のうち一つだけ 測定すればよい、また、３相流体である場合、構成流体の容積率あるいは質量率 を計算するのに、主流体の性質のうちどれか２つ測定すればよいこともよく知ら れている。いずれにしても、熱容量（固有の容積、あるいは質量に対して）、誘 電率、密度の測定は、主流体の容積率あるいは質量率に敏感である別の測定に替 えることができる。

本発明は、相の一つが粒子状固体である多相フローにも適応できる。しかし、そ の粒子状物質は二次流体とその固体間で迅速に熱伝達が行われるように十分に小 さくな（ではならない。

本発明は、様々な態様で実施することができる。次に、以下の添付の図面を参照 して、例としてひとつ具体的な実施例をあげて説明する。

図１は、本発明による流量計測装置の線図である。

図２は、上記流量計測装置の一般的キャバシタンス計測システムを示している。

図３は、図１に、示されている装置の端部を変更した例を表わしている。

図４は、図３に、示されている装置の別の構成を表わしている。

図１に、示されているように、フローバイブ１には、流体１、たとえば、油井か ら産出される水、油、ガスの混合物、が送られてくる。温度プローブ３が設けら れ、バイブから流れてくる流体のそのときそのときの周囲温度を測定している。

温度プローブ３の下流には、高圧水噴射ノズル５の入り口４がある。水は油槽６ から供給される。油槽６では、ヒーター８によって水の温度が一定に保たれてい る。（温度プローブ７により測定。）時間の間隔をおいて、ラム９が作動されて 、油槽６からの測定済みの水噴射をノズル５を通してバイブｌに噴射する。この ように噴射ノズルを使用することにより、噴射水とバイブから流れてくる流体２ とを密に混合するという効果がある。さらには、流体自体をフロー容積中のある 任意の場所において均質な状態にして、それぞれの相における速度を同一にする という効果もある。油槽６内での水温は、流体２の周囲温度よりも実質的に高い レベルに保たれており、熱水のパルスを噴射をするときバイブから流れてくる流 体２を局部加熱することができる。こうして局部温度パルスは、別の温度プロー ブ１０によって測定され、さらには、ノズル５の下流域で、また別の温度プロー ブ１１によって測定される。局部加熱された流体がバイブの一定の長さにそって 流れていくのに要する時間が測定される。この測定値は、水がノズル５をとおっ て噴射された瞬間から温度プローブ１０が温度の上昇を読み取ったときまででも あるし、温度プローブ１０が温度の上昇を読み取ったときがら温度プローブ１１ が温度の上昇を読み取ったときまででもある。流体の熱流がバイブの決められた 長さを流れるに要する時間は、バイブを流れる流量の関数となる。

ここで、流体２の周囲温度（温度プローブ３により測定）が比較的高い場合には 、噴射される水流は、かなり低温度でもよいということが理解される。その場合 には、ヒーター８を設ける必要はなく、温度プローブ１０．１１は、負の値の熱 パルスを読み取る。ノズル５をとおした水の供給、温度コントロール、噴射は特 に問題ではなく、他にいろいろな方法が使える。さらには、水、（または、ガス 、混合流体）以外の液体もノズル５から噴射でき、それで流体２のフローに必要 な激しい流れがつくられる。

一般的に言って、流体２の周囲温度と二次流体の噴射流の温度の違いは約８０℃ である。主流体が一般的に−秒間１００リツトル流れる大きいバイブ（直径１５ ０ｍｍ）では、−秒間に約１リツトルの水噴射量が適当である。熱油井（一般的 に北海油井では１００℃以上）からとれる流体フローに応用するには、理想的に は既知の温度の冷水をノズル５から噴射する。好ましい例では、１秒間続く熱パ ルスがたとえば１００秒間ごとに噴射されるのがよい。そうすれば、全体的な噴 射レベルがバイブの質量流量の０．０１％を占めることになる。それゆえ、従来 の油井から流れて（る液体中の水に比べてさしたる影響はないことになる。水は 、ノズルをとおしてバイブの壁に向かって噴射される。バイブの壁は、噴射され た水を微水滴にして、激しい旋回流を巻き起こしバイブの中にあるものを混合す るように設計されている。バイブの圧力より高いおよそ５０バール、または、１ ００バールの噴射圧力にすることにより、十分に混合するのに必要なエネルギー が出せる。このシステムにより、以下に述べる測定のさいに、熱伝達が迅速に行 われ、流体がかなりの程度均質になる。

別の方法として、二次流体源には２つタイプのものがなりえる。第一には、主流 体の周囲温度に近い温度のものであり、第二には、実質的に異なる温度のもので ある。本実施例では、第一二次流体源が第二二次流体源の前に先立ち短時間噴射 されて、温度パルスを生成する第二二次流体源が噴射される前にバイブ内のフロ ー状態を安定させる。また、別の方法としては、第一二次流体源を連続的に噴射 して連続してバイブの中身を混合してもよい。

さらには、また別の方法として、第一二次流体源と第二二次流体源とを交互に使 用する。それで、二次流体は、継続的に噴射されており、第一と第二のどちらが 使われているかによって違った温度となる。

さらには、またもう一つの方法としては、二次流体源になる第一と第二のどちら か唯一のものを連続的、または断続的にバイブに噴射することもできる。が、そ のときの温度は電気ヒーターのパワーレベルを高レベルと低レベル（たとえば、 ０）に切り替えて変化させる。ヒーターは、バイブの外部にある流体となるもの に設置される。

上記の各方法では、温度パルス（正、または負）がバイブ中で生成されて、二次 流体がバイブに噴射されるたびにバイブ中の流体が混合される。

上流での混合を行うには、その地割の方法が使用される。

このことは、この目的のために多相流量計の上流に適当な混合装置を設置するこ とで達成される。または、その他の目的でバイブラインに必要な装置、たとえば 、混合機能のある減圧装置、のすぐ下流に流量計を設置することでも達成される 。

バイブの中で、じゃまになっているものは、バイブの内部に突き出ている温度プ ローブ９．１０．１１（たとえば、熱電対）だけである、もし、必要であれば、 これらのプローブはたとえば、水流を測定するたびに引っ込めてまた前に出すよ うに配置してもよいし、バイブを掃除するようなときに引っ込めてもよい。

温度上昇や温度上昇と降下の合成カーブの値をみることにより、流量に対する流 体の熱容量が計算できる。水流に含まれている熱は、噴射された水温と水量で決 定される。また。

流体２の電気容量は、バイブ１に巻つけられた巻型１４にのっている一対のらせ ん状のコイル１２．１３（図２を参照）を使用して誘電率を測定することで決定 される。

容積流量、容積に対する全熱容量、電気容量の特徴を決定することにより、流体 ２中の３相（たとえば、ガス、油、水）のそれぞれの容積量を計算することがで きる。というもの、その３相の容積に対する熱容量と電気容量は相対的に異なる からである。

図３．４は、誘電率を測定するかわりに圧力損失装置を利用する具体的な実施例 を表わしている。図３は、流量計１３とオリフィ板１２とを一緒に使用したもの を表わしており、流量計１３は、オリフィス板１２の前後での圧力降下を測定す る。オリフィス板を使用する場合には、バイブを取り外すことなくバイブのわき がらオリフィス板を取り除くことができるような装置に設置するのがよい。そう すれば、オリフィス板を検査したり交換したりでき、バイブの掃除をするときオ リフィス板から障害物を取り除くこともできる。

図４は、流量計１５と正統的ベンチュリ管１４とを一緒に使用したものを表わし ており、流量計１５は、ベンチュリ管１４の前後での圧力降下を測定する。これ らの装置の前後で圧力降下を測定するにはいくつかの手段があり、また、上流と 下流での圧力を検出する方法もいくつかある。本発明は特別な方法に限定されな い。図３．４は、多相流量計以外の部品の下流にある圧力損失装置を示している が、多相流量計以外の部品の上流に設置してもよいし、また、上流と下流との中 間あたりに設置してもよい。

流速、質量に対する全熱容量、密度の特徴を決定することにより、流体２中の３ 相（たとえば、ガス、油、水）のそれぞれの質量を計算することができる。とい うもの、その３相の質量に対する流体熱容量と密度は相対的に異なるからである 。

別のやり方としては、温度パルスと圧力損失の測定を兼用する装置を使用して、 容積流量、容積に対する全熱容量、密度の特徴を決定して、適当な数学的計算に よって流体２中の３相のそれぞれの容積量が得られる。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＳＥ）、　 ＡＵ、　ＣＡ、　ＧＢ、ＪＰ、　Ｎｏ、　ＲＵ、　ＵＳ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．回転せぬフレーム、回転するスクラビングディスク又はブラシ（１ａ）、こ れらの為の駆動されて回転するホールダ（１）、多数のノズル（２）、汚れたス クラビング水をノズルに移動する為の多数のリップ（５）を持ち、前記ノズルお よびリップは前記ブラシ、ディスク又はホールダの外周に取り付けられ、それら の下端はフロアに接触するか又は接近しており、ノズルの出口は、前記のフレー ムの回転しない第２のリング状のチャネル（４）とシール接続された回転する第 １のリング状のチャネル（８）に排出し、前記の第２チャネルはウオータセパレ ータ又は同等のものに接続されており、しかも前記のチャネル（４、８）はブラ シ（１ａ）又はディスクの外部、好ましくはその回転軸心に接近して放射方向の 内側の位置に共通のチャネルを形成することを特徴とするスクラビングマシンお よび同様のマシンのための水吸引装置。
2. ２．ホールダ（１）上のチューブ（１０）又はホールダの中の通路（１１）は、 ノズル（２）を第１チャネル（８）に接続し、前記チューブ又は通路の各々はホ ールダの外周の接線との間に９０°以下の角度をなし、汚れたスクラビング水は 機械の回転中の水に作用する遠心力を低く抑えつつチャネルに排出されることを 特徴とする請求項１に記載の水吸引装置。
3. ３．ブラシ（１ａ）又はディスクとリップ（５）との間の軸方向の距離を調節す る手段（１２、１３；１５、１６）を持つことを特徴とする請求項１又は２に記 載の水吸引装置。
4. ４．リップ（５）がリング（７）に設けられており、このリングは上記の調節手 段（１５、１６）によりブラシ又はディスクに相対的に動かすことが出来ること を特徴とする請求項３に記載の水吸引装置。
5. ５．前記調節手段にリング（７）およびブラシ（１ａ）又はディスク上のネジ（ １５、１６）を包含することを特徴とする請求項４に記載の水吸引装置。
6. ６．各リップ（５）は部材（１２）上に取り付けられており、この部材はホール ダ（１）上で動かされることが可能であり、かつ種々な位置にロックされること が出来ることを特徴とする請求項３に記載の水吸引装置。