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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs, wobei das Mehrphasengemisch zumindest drei Phasen, insbesondere Erdöl, Wasser, Sand und/oder Schlamm, aufweist. Das Mehrphasengemisch wird dabei in einer Durchflusseinrichtung, insbesondere einer Rohrleitung, beispielsweise von einer Förderstelle wegbefördert bzw. abgeleitet.
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Stand der Technik
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In zahlreichen industriellen Prozessen, wie z.B. bei der Förderung von Rohöl bzw. Erdöl, sind so genannte Mehr- oder Multiphasengemische involviert, von welchen beispielsweise Durchflusseinrichtung (z.B. Leitungen, Rohre, etc.) durchflossen werden. Dabei stellt sich häufig das Problem, dass nicht nur ein gesamter Massendurchfluss, sondern auch ein Verhältnis und/oder Anteile der unterschiedlichen Phasen im Mehrphasengemisch für einen effizienten Ablauf des industriellen Prozesses wichtig sind. Eine Kenntnis des Massendurchflusses und des Verhältnisses der unterschiedlichen Phasen sind z.B. für eine Rechnungsstellung, für eine Steuerung der Mehrphasenpumpe und insbesondere für eine Einstellung einer Förderrate (z.B. bei der Erdölförderung) und für eine Qualitätsüberwachung wichtig.
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Bei der Erdölförderung ist beispielsweise das geförderte Rohöl häufig mit Wasser und Erdgas vermischt sowie durch Sand oder Schlamm verunreinigt. Für eine effiziente Erdölförderung ist es allerdings wünschenswert, einen Anteil an unerwünschten Stoffen (z.B. Wasser, Sand, Schlamm, etc.) möglichst gering zu halten. Dies wird versucht, durch eine geeignete Prozessführung zu erreichen. Dazu ist es allerdings notwendig, eine Zusammensetzung des geförderten Mehrphasengemisches zu kennen. Dafür wurde – insbesondere für die Erdförderung im Offshore-Bereich – seit zirka 1980 ein sogenanntes Multiphase-Flowmeter entwickelt. Derartige Geräte sind in der Lage, zwei oder drei Phasen eines Mehrphasengemisches – wie z.B. Öl, Wasser und Gas – zu erfassen.
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Ein Multiphase-Flowmeter ist ein Gerät, welches vor allem in der Erdöl- und Erdgasindustrie eingesetzt wird, und mit welchem Durchflussraten der individuellen Phasen (z.B. Erdöl, Wasser, Gas) ohne vorherige Trennung der Phasen während des Erdölförder- oder -produktionsprozesses gemessen und überwacht werden können. Bei dieser Methode der Phasenerfassung von Mehrphasengemischen kann beispielsweise zwischen lokaler Messung und einer sogenannten Querschnittsmessung unterschieden werden.
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Bei der lokalen Messung werden z.B. nadelförmige Sensoren in das Mehrphasengemisch eingebracht. Aufgrund der durch die Sensoren festgestellten, unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften kann dann erkannt werden, in welcher Phase des Mehrphasengemischs sich der Sensor gerade befindet. Dabei können unterschiedliche Sensorprinzipien eingesetzt werden – wie z.B. Leitfähigkeit, Kapazität, Temperaturleitfähigkeit – oder es werden beispielsweise elektrochemische und/oder optische Sensoren für die Messung und zum Feststellen der jeweiligen Phase verwendet. Ein derartiges Multiphase-Flowmeter, bei dem ein oder mehrere optische Sensoren zum Einsatz kommen, ist beispielsweise aus der aus den Jahren 2005–2008 stammenden Broschüre „Optical Multiphase Flowmeter“ der Firma Weatherford International Ltd. unter http://www.weatherford.com/weatherford/groups/web/documents/weatherfordcorp/WFT020125.pdf bekannt.
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Bei der Querschnittmessung wird entweder eine Abschwächung von radioaktiver oder von Röntgen-Stahlung oder eine Messung einer Impedanz bzw. der elektrischen Leitfähigkeit des Gemisches genutzt, um die jeweiligen Phasen bzw. deren Anteile zu bestimmen. Aus der Schrift „Vx Technologie – Multiphase flow rate measurements without fluid separation“ der Firma Schlumberger, vom September 2007, welche z.B. unter http://www.slb.com/resources/otherresources/brochures/testing/multiphase_vx_technology_brochure.aspx veröffentlicht ist, ist ein Methode bzw. ein Multiphase-Flowmeter bekannt, bei welchem radioaktive Strahlung zur Phasenbestimmung eingesetzt wird.
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Die Messmethoden zur Bestimmung von Anteilen der jeweiligen Phasen eines Mehrphasengemisches weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie häufig einen komplexen Aufbau aufweisen. Daher sind sie für eine praktischen Einsatz oft zu teuer und oft nur für Untersuchungen von Proben geeignet. Weiters sind die angeführten, bekannten Multiphase-Flowmeter meist nur auf eine Messung bzw. Bestimmung der Phasen Erdöl, Wasser und Gas beschränkt und können daher Verunreinigungen durch Sand und/oder Schlamm in einem Mehrphasengemisch nur schwer bis gar nicht erfassen.
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Aus der Schrift
US 2006/0265150 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines Mehrphasen-Fluidgemischs – vor allem von Zweiphasen-Emulsionsmischung (z.B. Öl-Wasser-Emulsion, Zucker-Wasser-Mischungen, etc.) – bekannt, durch welche interessante Parameter des Mehrphasen-Fluidgemischs wie z.B. ein Verhältnis der Phasen des Gemischs, Partikelgrößen von im Gemisch gelösten Partikeln und/oder Charakteristika einer Blasenschaumphase, etc. mit Hilfe von Sensoren erfasst und/oder gemessen werden. Dabei wird als Messmethode die sogenannte elektrische Impedanzspektroskopie in Kombination mit anderen Sensoren für eine Messung von z.B. Temperatur, ph-Wert, etc. des Gemischs eingesetzt. Die Sensoren für die elektrische Impedanzspektroskopie befinden sich für die Messung in Kontakt mit dem Mehrphasenfluid-Gemisch. Es werden Impedanzen des Mehrphasenfluid-Gemischs über einen Frequenzbereich von 0,1 Hz bis zu 1MHz ermittelt und dann in einer Recheneinheit mit Hilfe eines mathematischen Modells die entsprechend gewünschten Parameter abgeleitet.
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Die in der Schrift
US 2006/0265150 A1 offenbarte Methode wie auch die zugehörige Vorrichtung weisen allerdings den Nachteil auf, dass sich die Sensoren für die Impedanzmessung in direktem Kontakt mit dem Mehrphasen-Fluidgemisch befinden. Daher können Störungen durch elektro-chemische Reaktionen zwischen einer Sensoroberfläche und dem Mehrphasen-Fluidgemisch auftreten und die Messergebisse bzw. die gemessenen Impedanzwerte beeinflussen. Dadurch können sich Fehler bei den abgeleiteten Parametern (z.B. Verhältnis der Phasen, etc.) ergeben, welche beispielsweise durch zusätzliche Messungen eruiert sowie durch aufwendige und kostenintensive Nachbearbeitung und/oder Ergänzungen des mathematischen Modells zur Auswertung kompensiert werden müssen.
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Die in der Schrift
US 2006/0265150 A1 offenbarte Methode weißt auch bei einen Einsatz in einem sogenannten Flowmeter – insbesondere bei der Erdölförderung und/oder -verarbeitung – Nachteile auf, da ein Feststellen einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs aufgrund des zur Messung verwendeten, niedrigen Frequenzbereichs von 0,1 Hz bis zu 1MHz relativ lange dauern kann. So benötigt beispielsweise eine Aufzeichnung eines Messpunktes für das Impedanzspektrum bei einer Frequenz von 0,1 Hz ca. 5 bis 10 Sekunden und die Aufzeichnung eines gesamten Spektrums kann dadurch z.B. eine Minute oder länger dauern. Damit kann auf rasche Änderungen bei der Zusammensetzung (z.B. Übergänge zwischen Phasen, die rasch wechseln, Verunreinigungen, etc.) nur schwer bis gar nicht reagiert werden, wodurch gegebenenfalls die Zusammensetzung des Mehrphasengemischs nur fehlerhaft festgestellt werden kann. Zusätzlich können mit der in der Schrift US 2006/0265150 A1 dargestellten Methode Verunreinigungen durch Sand und/oder Schlamm bzw. deren Anteil in einem Mehrphasengemisch ebenfalls nicht erfasst werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung anzugeben, durch welche auf einfache und kostengünstige Weise eine Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs ohne Fehlmessungen und/oder störungsfrei auch bei raschen Änderungen bestimmt werden kann.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren sowie eine Anordnung der eingangs angeführten Art durch die in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 9 beschriebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Anordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass Elektroden elektrisch isoliert vom Mehrphasengemisch an einer Durchflusseinrichtung für das Mehrphasengemisch angebracht werden. Auf das Mehrphasengemisch wird dann eine sich ändernde elektrische Spannung, insbesondere Wechselspannung, mit definierter Amplitude aufgebracht, wobei die Frequenz eingestellt werden kann. Dann wird laufend über die Elektroden eine kapazitive Messung einer Impedanz des Mehrphasengemischs durchgeführt und ein von einer Frequenz abhängiger Verlauf der Impedanz mit Hilfe einer Messeinheit ermittelt. Aus dem ermittelten Impedanzverlauf werden dann mit Hilfe der Messeinheit Impedanzspektren bestimmt und über eine Auswertung der Impedanzspektren durch eine Auswerteeinheit Volumenanteile der jeweiligen Phasen im Mehrphasengemisch abgeleitet.
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Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass durch die isolierten Elektroden sichergestellt werden kann, dass eine Messung, insbesondere der Impedanz, nicht durch elektrochemische Reaktionen an den Elektroden gestört wird. Die Messung der Impedanz des Mehrphasengemischs ist somit auf einfache und kostengünstige Weise robuster und stabiler. Bei einer Ermittlung eines frequenzabhängigen Impedanzverlaufs bzw. der Impedanzspektren sowie bei einer Auswertung der Messergebnisse bzw. Impedanzspektren sind daher keine aufwendigen und komplexen Korrekturen, etc. von etwaigen Störungen vorzunehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert – insbesondere auch für mehr als zwei Phasen in einem Mehrphasengemisch sowie auch für Anteile von Sand und/oder Schlamm – Volumenanteil mit einer relativ guten Genauigkeit (ca. 5 bis 10 %).
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Es ist vorteilhaft, wenn abgeleitete Impedanzspektren und/oder ermittelte Volumenanteile der jeweiligen Phase des Mehrphasengemischs über eine Ausgabeeinheit ausgegeben und angezeigt werden. Damit können gemessene und/oder ermittelte Werte – wie z.B. Impedanzverläufe der jeweiligen Phasen, Impedanzspektren, Volumenanteile, etc. – auf einfache und rasche Weise angezeigt werden und es kann ohne großen Aufwand eine Zusammensetzung bzw. eine Veränderung der Zusammensetzung des Mehrphasengemischs abgelesen werden.
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Es ist günstig, wenn die Elektroden außenseitig an einer Außenwand der Durchflusseinrichtung angebracht werden. Auf diese einfache Weise werden die Elektroden durch die Außenwand der Durchflusseinrichtung elektrisch vom Mehrphasengemisch isoliert. Es werden damit ohne großen Aufwand elektrochemische Störungen bei der Messung verhindert. Zusätzlich können die Elektroden auf diese Weise bei Bedarf leicht angebracht und wieder entfernt werden, wenn z.B. an einem anderen Punkt der Durchflusseinrichtung eine Messung vorgenommen werden soll.
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Bei komplexeren Messorten oder wenn ein Position für eine Impedanzmessung eines Mehrphasengemischs nur schwer oder kaum von außen für eine Anbringung von Elektroden zugänglich ist, so besteht alternativ die Möglichkeit, die Elektroden elektrisch isoliert vom Mehrphasengemisch innerhalb der Durchflusseinrichtung anzubringen. Durch eine entsprechende Anbringung und Isolation vom Mehrphasengemisch werden ebenfalls elektrochemische Reaktionen an den Elektroden, welche zu Störungen und Fehlern bei der Impedanzmessung führen, verhindert.
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Idealer Weise wird die Auswertung der Impedanzspektren mit der so genannten Partial Least Square Regression – kurz PLS – durchgeführt. Die PLS ist eine statische Methode einer multivarianten Analyse, welche z.B. verwendet wird, um Relationen zwischen zwei Matrizen zu finden – z.B. einen latenten Variablen-Ansatz, um Kovarianzstrukturen in Matrixen-Räumen zu modellieren. Die PLS wird beispielsweise auch in der sogenannten Near-Infrared-Spektroskopie (NIR-Spectroscopy) zu Auswertungszwecken eingesetzt und liefert auch bei der Auswertung der Impedanzspektren eine Bestimmung der Volumenanteile der jeweiligen Phasen in einem Mehrphasengemisch mit relativ guter Genauigkeit von ca. 5 bis 10%.
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Für eine Bestimmung der Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs ist es vorteilhaft, wenn mit den Elektroden ein Impedanzspektrum in einem Frequenzbereich von 10kHz bis 20 MHz aufgenommen wird. Praktische Versuche der Bestimmung von Volumenanteilen mit Mehrphasengemischen mit zumindest drei Phasen, insbesondere Gemisch aus Öl, Wasser und Sand bzw. Schlamm, haben gezeigt, dass in diesem Frequenzbereich eine Messung der Impedanz mit elektrisch isolierte – insbesondere an der Außenwand der Durchflusseinrichtung angebrachten – Elektroden gute Werte für die Bestimmung der Volumenanteil der jeweiligen Phasen sowie für Übergänge zwischen den Phasen erzielt werden. Auch die Fehler- und Störungsanfälligkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in diesem Frequenzbereich eher gering. Außerdem können im Frequenzbereich von 10kHz bis 20 MHz relativ rasch Messungen durchgeführt werden, da dieser Frequenzbereich genügend hoch ist, um mehrerer Impedanzspektren pro Sekunde aufzeichnen zu können. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz der Erfindung in einem Multiphase-Flowmeter von Vorteil.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei der kapazitiven Messung der Impedanz des Mehrphasengemischs eine Referenzimpedanz, insbesondere eine Kapazität, verwendet wird. Denn beim Anlegen einer Wechselspannung bzw. eines damit einhergehenden elektrisch veränderlichen Feldes wirkt das Mehrphasengemisch wie ein Dielektrikum, in welchem als ein Ergebnis der Bewegung der Dipole (= dielektrische Relaxation) und Ladungsträger hervorgerufen durch das angelegte alternierende Feld eine Impedanz – insbesondere eine Kapazität – indirekt über Spannungsabfälle messbar ist. Um diese Impedanz, welche je nach Phase, Phasenübergang, etc. des Mehrphasengemischs aufgrund unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten, Leitfähigkeit, etc. einen von einer Frequenz abhängigen Verlauf aufweist, bestimmen zu können, ist neben der angelegten Spannung und dem über die Elektroden gemessenen Spannungsabfall ein dritter Spannungswert notwendig. Dieser Referenzwert wird mit Hilfe der Referenzimpedanz bestimmt, welche idealer Weise als Kapazität ausgeführt ist, da durch die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Anbringung der Elektroden ein frequenzabhängiger Anteil der gemessenen Impedanz des Mehrphasengemischs mit diesen (isolierten) Elektroden hauptsächlich einen kapazitiven Wert aufweist.
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Des Weiteren empfiehlt es sich, wenn als Elektroden sogenannte Querschnittssensoren verwendet werden, da Querschnittssensoren auf einfache Weise – insbesondere an Außenwänden von Durchflusseinrichtungen zur Messung einer Impedanz eines Mehrphasengemisch angebracht werden können.
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Die Lösung der angeführten Aufgabe erfolgt außerdem, durch eine Anordnung der eingangs angegebenen Art zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche neben einer Durchflusseinrichtung für das Mehrphasengemisch weiterhin zumindest zwei Elektroden zur kapazitiven Messung einer Impedanz des Mehrphasengemischs umfasst, welche elektrisch isoliert vom Mehrphasengemisch an der Durchflusseinrichtung angebracht sind. Zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Anordnung eine Spannungsquelle, über welche eine sich ändernde Spannung, insbesondere Wechselspannung, mit definierter Amplitude und einstellbarer Frequenz auf das Mehrphasengemisch aufbringbar ist, eine Referenzimpedanz, insbesondere Kapazität, eine Messeinheit zum Ermitteln eines von einer Frequenz abhängigen Verlaufs der gemessenen Impedanz und zum Bestimmen der zugehörigen Impedanzspektren sowie eine Auswerteeinheit zum Ermitteln von Volumenanteile der jeweiligen Phase im Mehrphasengemisch.
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Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung besteht vor allem darin, dass durch einen Einsatz von elektrisch isolierten Elektroden sichergestellt wird, dass eine Messung der Impedanz – mit Hilfe einer Spannungsquelle und einer Referenzimpedanz beispielsweise mittels der sogenannten IU-Methode, bei welcher anhand von drei bekannten Spannungsabfällen (angelegter Wechselspannung, Spannungsabfall an der Referenzimpedanz und gemessener Spannungsabfall am Mehrphasengemisch) indirekt eine Impedanz ermittelt wird – nicht durch elektrochemische Reaktionen an den Elektroden gestört wird. Die erfindungsgemäße Anordnung liefert damit auf einfache und kostengünstige Weise eine robuste und stabile Messung der Impedanz des Mehrphasengemischs.
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Durch die Messeinheit der erfindungsgemäßen Anordnung wird dann ein frequenzabhängiger Impedanzverlauf ermittelt und daraus die entsprechenden Impedanzspektren im gewählten Frequenzbereich (z.B. 10kHz bis 20 MHz) bestimmt. Der Frequenzbereich ist dabei derart gewählt, dass er ausreichend hoch ist, um einen Einfluss der Elektrodenisolierung gering zu halten, aber dass er in einem Bereich gelegen ist, in welchem mit analogen Bauelementen (z.B. Kondensatoren, etc.) noch gut gemessen werden kann. Außerdem können im gewählten Frequenzbereich Messungen bzw. Aufzeichnungen von Impedanzspektren rasch – d.h. mehrere Spektren pro Sekunde – aufgenommen werden. Bei der Messung der Impedanz bzw. der Impedanzspektren wird beispielsweise die sogenannte dielektrische Impedanzspektroskopie angewendet, wobei keine Korrektur durchgeführt bzw. Störungen und Fehler durch elektrochemische Reaktionen an den Elektroden zu berücksichtigen sind.
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In einer Auswerteeinheit werden dann anhand der Impedanzspektren die Volumenanteile der jeweiligen Phasen – insbesondere auch Anteile für Sand und/oder Schlamm in einem z.B. Öl-Wasser-Gemisch – beispielsweise mittels PLS – abgeleitet. Durch den einfachen Ausbau und die einfache Anwendbarkeit ist die Anordnung kostengünstig und einfach praktisch – z.B. bei der Erdölförderung und -verarbeitung – einsetzbar, um z.B. Volumenanteil von mehr als zwei Phasen in einem Gemisch zu bestimmen. So kann die erfindungsgemäße Anordnung und damit auch das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach – auch aufgrund des gewählten Frequenzbereichs – in einem so genannten Multiphase-Flowmeter angewandet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn für eine Ausgabe und Anzeige der Impedanzspektren und der ermittelten Volumenanteile der jeweiligen Phase im Mehrphasengemisch eine Ausgabeeinheit vorgesehen ist. Über die Ausgabeeinheit können rasch und effizient, die ermittelten Werte – wie z.B. Impedanzverläufe der jeweiligen Phasen, Impedanzspektren, Volumenanteile, etc. beispielsweise als Zahlenwert oder in Form von Kurvenverläufen ausgegeben werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
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1: beispielhaft und schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs sowie die zugehörige Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens
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2: in beispielhafter und schematischer Weise eine Aufbau zum Messen/Bestimmen einer Impedanz des Mehrphasengemischs mit Elektroden und Messeinheit.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt beispielhaft und in schematischer Weise die erfindungsgemäße Anordnung sowie einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs MG, welches sich beispielsweise aus einer Mischung von Erdöl, Wasser, Sand und/oder Schlamm zusammensetzen kann. Vom Mehrphasengemisch MG wird einen Durchflusseinrichtung DF wie z.B. ein Rohr oder eine Rohrleitung in eine beispielhafte Richtung R durchflossen.
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Es sind zumindest zwei Elektroden E1, E2 an einer Außenwand der Durchflusseinrichtung DF angebracht und damit elektrisch vom Mehrphasengemisch MG isoliert. Diese Elektroden E1, E2 können als sogenannte Querschnittssensoren ausgeführt sein. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Elektroden E1, E2 als isolierte Elektroden E1, E2 ausgeführt sind und sich innerhalb – z.B. an einer Innenwand – der Durchflusseinrichtung DF befinden.
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Mit den Elektroden E1, E2 wird einen kapazitive Messung einer Impedanz Zx des Mehrphasengemischs MG durchgeführt. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt 1 über eine Spannungsquelle VQ – wie in 2 dargestellt – eine sich ändernde elektrische Spannung mit definierter Amplitude auf das Mehrphasengemisch MG aufgebracht. Im Mehrphasengemisch MG wird durch die sich ändernde Spannung bzw. das sich ändernde elektrische Feld eine Bewegung der Ladungsträger bzw. Dipole bewirkt, welche auch als elektrische Relaxation bezeichnet wird. Aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten bzw. der unterschiedlichen Leitfähigkeit der jeweiligen Phasen des Mehrphasengemischs MG sowie den verschiedenen Relaxationsvorgängen an den Phasengrenzen kann dann in einem zweiten Verfahrensschritt 2 eine Impedanz Zx des Mehrphasengemischs über die Elektroden E1, E2 gemessen werden. Diese Impedanz Zx weist dabei einen Verlauf auf, welcher von einer Frequenz abhängig ist und dadurch Rückschlüsse auf eine Zusammensetzung des Mehrphasengemischs MG erlaubt.
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Eine Messung der Impedanz Zx erfolgt – wie beispielhaft in 2 dargestellt – beispielsweise nach der sogenannten IU-Methode mit Hilfe einer Referenzimpedanz Zref, welche z.B. als Kapazität ausgeführt sein kann. Als Bauelement für den Aufbau der entsprechenden Messschaltung kann dazu ein Kondensator verwendet werden. Die Spannung aus der Quelle VQ, welche dem Mehrphasengemisch MG aufgeprägt wird, bewirkt einerseits einen Spannungsabfall Vref an der Referenzimpedanz Zref und andererseits einen Spannungsabfall VZx an der Impedanz Zx des Mehrphasengemischs MG. Über die Elektroden E1, E2 wird dann der Spannungsabfall VZx gemessen. Aufgrund der drei bekannten Spannungswert VQ, Vref und VZx sowie der bekannten Referenzimpedanz Zref kann dann die unbekannte Impedanz Zx des Mehrphasengemischs MG – beispielsweise mit Hilfe der Messeinheit ME – ermittelt werden.
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Die Elektroden E1, E2 sind – wie in 1 schematisch dargestellt – an eine Messeinheit ME angebunden, wobei die Messeinheit ME den in 2 schematisch und beispielhaft dargestellte Aufbau zum Bestimmen der Impedanz Zx, insbesondere die Quelle VQ zum Erzeugen der sich ändernden elektrischen Spannung mit definierter Amplitude und einstellbarer Frequenz bzw. des sich ändernden elektrischen Feldes sowie die Referenzimpedanz Zref umfassen kann.
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In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird dann ein von einer Frequenz abhängiger Verlauf der Impedanz Zx des Mehrphasengemischs MG, welche durch kapazitive Messung mit den Elektroden E1, E2 z.B. in einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 20 MHz bestimmt worden ist, ermittelt. Aus diesem Verlauf werden dann in der Messeinheit ME Impedanzspektren – beispielsweise durch sogenannte dielektrische Impedanzspektroskopie – abgeleitet.
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Die Messeinheit ME ist mit einer Auswerteeinheit AW, welche beispielsweise als PC oder als Mikrokontroller ausgeführt sein kann, verbunden und es werden zwischen Messeinheit und Auswerteeinheit Daten (z.B. Impedanzspektren, etc.) ausgetauscht.
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In einem vierten Verfahrensschritt 4 werden dann die von der Messeinheit ME gelieferten Daten wie z.B. die Impedanzspektren zur gemessenen Impedanz Zx des Mehrphasengemischs MG von der Auswerteeinheit z.B. mit Hilfe der Partial Least Squares Regression (PLS) ausgewertet. Dabei können aus den Impedanzspektren Volumenanteile der jeweiligen Phase im Mehrphasengemisch MG abgeleitet werden.
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An die Auswerteeinheit AW ist weiterhin eine Ausgabeeinheit AE angebunden, über welche in einem fünften Verfahrensschritt 5 Ergebnisdaten ausgegeben und/oder angezeigt werden können. Dabei können beispielsweise die mit der Frequenz unterschiedlichen Verläufe der Impedanzen Zx der jeweiligen Phasen in Form von Kurvenverläufen oder in Form von Zahlenwerten angezeigt werden. Außerdem können auch die aus den verschiedenen Impedanzspektren abgeleiteten Volumenanteile der jeweiligen Phasen des Mehrphasengemischs MG – z.B. in tabellarischer Form – ausgegeben werden, wobei die Auswertung mit PLS zeigt, dass die Volumenanteile der Phasen mit einer Genauigkeit von ca. 5 bis 10 % bestimmt werden können und damit relativ robust ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Anordnung sind außerdem gegen elektrochemische Reaktionen und dadurch bedingte Störungen an den Elektroden E1, E2 durch Interaktion mit dem Mehrphasengemisch MG – aufgrund der elektrischen Isolierung bzw. elektrisch isolierten Anbringung der Elektroden E1, E2 – unempfindlich. Außerdem können die Anordnung und damit das Verfahren auf einfache Weise in Multiphase-Flowmeter angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0265150 A1 [0008, 0009, 0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.weatherford.com/weatherford/groups/web/documents/weatherfordcorp/WFT020125.pdf [0005]
- http://www.slb.com/resources/otherresources/brochures/testing/multiphase_vx_technology_brochure.aspx [0006]
