DE2812715A1

DE2812715A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die bestimmung der volumendurchsaetze jeder phase in einer zweiphasigen mischung

Info

Publication number: DE2812715A1
Application number: DE19782812715
Authority: DE
Inventors: Denis Pichon
Original assignee: Etudes et Fabrication Flopetrol SA
Current assignee: Etudes et Fabrication Flopetrol SA
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-10-05
Also published as: US4168624A; JPS541094A; NO781089L; FR2386021A1

Description

der Etudes, et Fabrications PLOPETROL, 228 rue Einstein, Vaux Ie Penil/Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung für die Bestimmung der Volumendurchsätze jeder Phase in einer zweiphasigen Mischung"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung für die Bestimmung der Volumendurchsätze eines Gases oder einer Flüssigkeit, die eine zweiphasige Mischung bilden. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders geeignet für die Messung der jeweiligen Volumendurchsätze von Gas und Rohöl in einem Ölfeld.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen für diesen Zweck werden die verschiedenen Fluide, aus denen die zweiphasige Mischung besteht, zunächst getrennt, und danach wird der Volumendurchsatz oder die Strömungsrate jedes Bestandteils mittels einer Vorrichtung gemessen. Es ist z.B. bekannt, daß das Produkt aus einer Ölbohrung Gas und Flüssigkeit enthalten kann, wobei die Flüssigkeit manchmal mit Wasser gemisches Rohöl ist. Während der Anfangsprüfung eines Bohrlochs vor Aufnahme

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der Förderung ist die austretende Flüssigkeit beinahe ausschließlich Rohöl, während Wasser in deae dem Gemisch nur in einem sehr kleinen Anteil in der Größenordnung weniger Prozent vorliegt. Für diese Anfangsprüfungen kann demgemäß das in dem Rohöl enthaltene Wasser vernachlässigt werden.

Am Auslaß einer Ölbohrung befindet sich zunächst ein Sicherheitsventil, mittels dem die Bohrung im Fälle einer plötzlichen Eruption schnell geschlossen werden kann, ein Expansion-sventil zum Verringern des Druckes der aus dem Bohrloch austretenden Gasflüssigkeitsmischung, manchmal ein Heizer zum Verhindern der Bildung von Schnee, hervorgerufen durch Abkühlung von Wasser, das in dem Gemisch enthalten sein kann und schließlich ein Separator zum Trennen des Gases von der Flüssigkeit und zum getrennten Messen der Volumendurchsätze der beiden Phasen.

Ein Separator besteht aus einem geschlossenen Behälter im allgemeinen zylindrischer Form, in dem die Phasen einer Schwerkrafttrennung unterworfen werden. Ein Auslaß für das Gas an der Oberseite des Behälters ist vorgesehen und zwei Auslässe sind am Boden angeordnet, einer für Rohöl und der andere für Wasser. Da die spezifische Dichte des Öls niedriger ist als die von Wasser schwimmt das Öl auf dem Wasser. Für die Trennung braucht man nur eine Querunterteilung am Boden des Behälters vorzusehen, mittels einer Wandung, die einen Überlauf bildet. Wenn der Pegel der Flüssigkeit die Oberkante des Überlaufs erreicht, fließt das Öl über die Wandung und fällt in den benachbarten Tank. An jedem Auslaß für Gas, Wasser bzw.Öl ist ein Volumendurchsatzmeßgerät angeordnet.

Wenn aus dem Bohrloch noch nicht gefördert wird und Änfangsprüfungen durchgeführt werden, werden das Gas und Rohöl aus dem Separator mittels spezieller Brenner abgefackelt. Wenn das Bohrloch fördert, werden Gas und Rohöl getrennt gespeichert.

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Die Separatoren sind massive Geräte, und die Volumendurchsätze werden mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 3-5% gemessen. Diese Genauigkeit genügt im allgemeinen, weil Rohöl nämlich ein relativ unreines Produkt ist, das beispielsweise Sand, Wasser in emulgierter Form und gelöstes Gas enthalten kann. Die Separatoren sind jedoch schwer; ihr Gewicht liegt in der Größenordnung von lot. Ferner sind sie unbequem, groß und sperrig: Der Behälter eines Separators gewöhnlicher Größe hat einen Durchmesser zwischen 1 und 2 m und eine Länge von etwa 6 m. Zusätzlich wird dieser Behäier auf einem Metallgerüst angeordnet, das zur Sperrigkeit der Vorrichtung beiträgt. Im Falle einer Unterwasserbohrung müssen die Separatoren zur Bohrplattform transportiert und dort aufgebaut werden. Gewicht und Größe dieser Vorrichtungen bilden demgemäß einen beachtlichen Nachteil. Es ist auch festzuhalten, daß infolge der von dem jeweiligen Bohrloch bestimmten Abmessungen des Separators die Förderkapazität begrenzt wird, generell auf die Größenordnung von 1o ooo Barrel pro Tag, und diese Kapazität ist zu niedrig. Es kann demgemäß erforderlich sein, den Separator durch einen noch größeren zu ersetzen. Die relativ hohen Kosten hierfür sind ebenfalls nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtungen für die Messung der jeweiligen Durchsätze jeder Phase in einer zweiphasigen Mischung ohne Trennung der Phasen zu schaffen. Auf diese Weise kann man direkt in die Förderleitung eingebaute Meßvorrichtungen verwenden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann dann weniger kostspielig sein, leichter als dieser und sehr kompakt. Darüberhinaus sollen Durchsätzmessungen innerhalb eines sehr weiten Bereichs möglich sein.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren für die Bestimmung der Volumendurchsätze eines Gases und einer Flüssigkeit, die ein in einer Rohrleitung strömendes zweiphaisges Gemisch

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bilden, dadurch erreicht, daß man den gesamten Volumendurchsatz, den Druck und die Temperatur des zweiphasigen Gemisches an einem ersten und einem zweiten Punkt der Rohrleitung mischt, die Druck- und/oder Temperaturbedxngungen des Gemisches an dem ersten und dem zweiten Punkt unterschiedlich macht, und daß man die jeweiligen Volumendurchsätze des Gases und der Flüssigkeit auf der Basis der gemessenen Werte von Gesamtdurchsatz, Druck und Temperatur bestimmt.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal des Verfahrens ist der

Druck der zweiphaisgen Mischung beim zweiten Meßpunkt, der stromabwärts des ersten Punktes liegt, vorteilhafterweise niedriger als der Druck des Gemisches am ersten Punkt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal des Verfahrens bewirkt man einem Druckabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt in der Rohrleitung, welcher Druckabfall so einstellbar ist, daß die Möglichkeit mehrerer Messungen am zweiten Punkt der Rohrleitung besteht.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch Gekennzeichnet, daß sie ein erstes und ein zweites Volumendurchsatzmeßgerät umfaßt, die an dem ersten bzw. zweiten Punkt in der Rohrleitung plaziert werden, derart, daß die Werte des Volumendurchsatzes des zweiphaisgen Gemisches an den beiden Punkten unterschiedlich ist,und die Vorrichtung umfaßt ferner Vorrichtungen zur Messung von Druck und Temperatur des Gemisches an beiden Punkten. Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung auch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Druckabfalls in dem zweiphasigen Gemisch, welche Einrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt in der Rohrleitung angeordnet und einstellbar ist. In diesem Falle kann diese z.B. mit Vorteil aus einem Steuerventil bestehen.

Als Volumendurchsatzmeßgeräte werden vorteilhafterweise Axialschrauben-Meßgeräte verwendet.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Vorrichtung, falls erforderlich, Hilfseinrichtungen umfassen zum Erzeugen einer im wesentlichen gleichförmigen Zweiphasenmischung, welche Hilfseinrichtungen stromaufwärts der Volumendurchsat zmeßgerä te angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren zusätzlichen Merkmal kann die Vorrichtung Probenahmeeinrichtungen für das Gemisch umfassen, für die Bestimmung der thermodynamischen Paramter jeder Phase, aus denen die Mischung besteht.

Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den ünteransprüchen definiert, deren Bedeutung aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels hervorgeht, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist ein Kurvenblatt für schnelle grafische Auswertung der Meßdaten, und

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Wie oben erwähnt, erfolgt erfindungsgemäß die Bestimmung der Volumendurchsätze jeder Phase der zweiphasigen Mischung ohne Phäsentrennung. Um dies zu erzielen, und unter der Annahme, daß die Mischung end in einer im wesentlichen gleichförmigen Strömung in einer Pipeline vorliegt, mißt man die Gesamtvolumendurchsätze des Gemisches an einem erstenund zweiten Punkt in der Pipeline, wie auch die entsprechenden Werte von Druck und Temperaturen des Gemisches an jedem Punkt. Die Volumendurchsätze, die an dem ersten und dem zweiten Punkt der Pipeline gemessen worden sind, müssen unterschiedlich sein. Um dies zu erreichen, können der Druck und/oder die Temperatur des Gemisches zwischen den beiden Meßpunkten sich unterscheiden. Der Druck

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stromaufwärts des zweiten Meßpunktes kann niedriger sein als der Druck am zweiten Meßpunkt selbst, und in diesem Falle ist es notwendig, Mittel vorzusehen für die Kompression des Gemisches zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt. Es ist jedoch bequemer, dafür zu sorgen, daß der Druck am zweiten Meßpunkt niedriger ist als der Druck,der stromaufwärts herrscht. Dies wird ohne weiteres bewirkt durch Erzeugen eines Druckabfalls zwischen den beiden Meßpunkten. Dieser Druckabfall kann beispielsweise durch eine Verengung bewirkt werden, die in der Leitung zwischen den beiden Meßpunkten vorgesehen wird, beispielsweise mittels eines Steuerventils. Im letzteren Falle ist dann der Druckabfall einstellbar, so daß es möglich wird, die Druckdifferenz zwischen den beiden Meßpunkten einzustellen. Im Falle einer Druckveränderung kann die Temperatur des Gemisches konstant oder variabel sein.

Die Veränderung der Volumendurchsätze des Gemisches entsprechend Druck und/oder Temperatur hängt ab von den jeweiligen prozentualen Anteilen des Gases und der Flüssigkeit in dem zweiphasigen Gemisch. Wenn nämlich der Anteil des Gases in dem Gemisch sehr hoch ist, ist die Veränderung des Volumens des Gemisches in Abhängigkeit von Druck- und Temperaturbedingungen relativ groß. Wenn umgekehrt der Prozentsatz von Gas im Gemisch niedrig ist, ist auch die Veränderung des GemischVolumens mit Druck und Temperatur relativ klein, weil die Volumenänderung der Flüssigkeit klein ist, verglichen mit der entsprechenden Gas vo lumen an de rung. Wenn im Extremfall die Mischung'nur Wasser enthielte, würde die Volumenveränderung auf den Wert verringert, der bestimnv|würde durch den Austritt irgendwelcher gelöster Gase. Wenn ähnlich das Gemisch nur Gas enthielte, würde die relative Volumenänderung in erster Annäherung proportional der üElativen Druckänderung bei konstanter Temperatur sein. In der Praxis wird man eine zwischen diesen beidenExtremen legende Veränderung erhalten.

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Sobald man die Volumendurchsätze des Gemisches an zwei Punkten in der Pipeline für gegebenen Druck und Temperatur kennt, ist es möglich, den Prozentsatz von Gas in dem Gemisch herzuleiten. Darüber hinaus kann man bei Kenntnis der Gesamtdurchsätze für einen gegebenen Druck und die Temperatur ohne weiteres die jeweiligen Volumendurchsätze von Gas und Flüssigkeit des Gemisches ableiten.

Es muß davon ausgegangen werden, daß das Gemisch homogen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kann man stromaufwärts jeder Meßeinrichtung Mittel vorsehen, um das Gemisch zu homogenisieren.

Physikalische Phänomene, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Rolle spielen, können als Gleichungen ausgedrückt werden, durch Verwendung der physikalischen Eigenschaften von Fluiden, wie auch deren konventionelle thermodynamische Parameter. Als Beispiel werden unten Gleichungen wiedergegeben, die sich auf ein Gas/Rohöl-Gemisch beziehen, und diese Parameter und Abkürzungen, die üblicherweise auf diesem Sachgebiet benutzt werden, sollen auch hier Anwendung finden. Die Parameter und die thermodynamischeη Funktionen, die weiter unten angegeben werden, folgen beispielsweise aus der Veröffentlichung "Letter symbols for petroleum reservoir engineering, natural gas engineering and well logging quantities" herausgegeben von der Society of Petroleum Engineers, AIHE, 1965.

Zum Verständnis der Gleichungen werden die folgenden Parameter definiert:

3 q bezeichnet den Volumendurchsatz (in m /h) von Rohöl unter Speicherbedingungen, d.h. den Temperatur-Druck-Bedingungen, unter denen Rohöl gespeichert wird,

q bezeichnet den Volumendurchsatz (in m /h) von Gas unter Standardbedingungen. Diese Bedingungen warden

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dfiniert durch eine Übereinkunft, die je nach Anwendungsland unterschiedlich sein kann, üblicherweise sind Standard-Druck- und Temperaturbedingungen eine Atmosphäre bzw. 15 C.

R ist ein dimensionsloser Parameter und bezeichnet das Verhäfeltnis von Gasströmung q zu Rohölströmung

q , bezeichnet den gesamten Volumendurchsatz des Ge-

misches (m /h), gemessen am ersten Punkt der Pipeline, wobei die Mischung unter dem Druck p.. und unter der Temperatur T., ist.

q „ bezeichnet den Gesamt-Volumendurchsatz des Gemisches

3
(in m /h), gemessen an einem zweiten Punkt in der Pipeline, wobei das zweiphasige Gemisch unter einem Druck P2 und bei der Temperatur T„ ist.

B ist der Volumenfaktor von Rohöl bei dem Druck ρ und der Temperatur T. Dies ist ein dimensionloser Parameter. Er repräsentiert das Verhältnis des Rohölvolumens mit dem gelösten Gas zu der Speicherrohölvolumeneinheit (im allgemeinen 1m). Vereinfachend ausgedrückt, ist B das Rohölvolumen mit dem gelösten Gas, das nach Entgasung eine Speicherrohölvolumeneinheit ergibt. B hängt von der Natur des Öls und des Gases, vom Druck und von der Temperatur ab.

B ist der Volumenfaktor von Gas beim Druck ρ und der Temperatur T. Dies ist ein dimensionsloser Parameter. Er repräsentiert das Verhältnis des Volumens von Gas, das dieses bei Druck ρ und der Temperatur T einnimmt, zu der Volumeneinheit von Gas unter Standardbedingunger Man kann es auch so ausdrücken, daß B das Volumen

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definiert, das beim Druck ρ und der Temperatur T von der für Standardbedingungen definierten Volumeneinheit des Gases eingenommen wird.

R bezeichnet das Verhältnis des\olumens unter Standardbedingungen von gelöstem Gas zur Speicherungrohölvolumeneinheit bei Druck ρ und Temperatur T. Dies . ist ein dimensionsloser Parameter.

B. ist der Gesamtvolumenfaktor. Er ist dimensionslos und repräsentiert das Verhältnis des Gesamtvolumens bei Druck ρ und Temperatur T des freien Gases und des Rohöls zu der Spexcherrohölvolumeneinheit (im allgemeinen 1m).

Es"kann gezeigt werden, daß die vorstehend definierten Parameter verknüpft sind durch die folgende Gleichung:

B_t = B_o + (R- R_s)B_g (1)

Bezugnehmend auf die vorstehende Definition des Gesamtvolumenfaktors B und mit Zuordnung der Indices 1 und 2 entsprechend dem ersten bzw. zweiten Meßpunkt in der Pipeline erhält man die folgenden Beziehungen:

^qt1 ^{= q}o^Bt1

^qt2 * ^qo^Bt2 (3)

Durch Kombination der beiden Gleichungen (2) und (3) mit Gleichung (1) erhält man:

^qt1 - ^qo C^Bo1 ^{+ (R} - ^Rs1> ^G
^qt2 = ^qo C^Bo^{2 + (R} - ^Rs2^{} B}/}

- 1o -

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•AV

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Werte g_t1/ P₁/ T₁ sowie q_t2, p₂, T₃ gemessen.

sind

Die zu bestimmenden Werte q und q ,

ο g oder sogar q

und R, da der letztere gleich dem Verhältnis von

q zu q ist.
g ο

B , B , R und B sind konventionelle thermodynamisehe Parameter, die bekannt sind in ihrer Abhängigkeit von ρ und Temperatur T, entweder durch Laborunterachungen von Proben des Rohöls und des Gases, aus denen das zweiphasige Gemisch besteht, oder durch Näherungen unter Verwendung konvntioneller Beziehungen, die auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind und beispielsweise in der Veröffentlichung "Production Petroleum Handbook", Band II, McGraw-Hill Book Company, 1962, insbesondere Kapitel 17 und 18 entnehmbar sind.

Die Gleichungen (4) und (5) bilden ein System von zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten q und R. Dieses System kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren gelöst werden. Rechnungen kann man beispielsweise mittels eines Realzeit- oder Offline-Rechners ausführen, der für die Lösung dieses Gleichungssystems programmiert ist. Wenn eine schnellere Verarbeitung der Meßergebnisse erwünshcht ist, ist es möglich, ein grafisches Lösungsverfahren unter Verwendung des Kurvenblatts gemäß Fig. 1 anzuwSden.

Sg. 1 . ist ein nomografisch.es Bild von Kurven in halblogarithmischen Koordinaten, welche die Veränderungen des Gesamtvolumenfaktors B. in Funktion des Drucks p, ausgedrückt in pounds per square inch bzw. in bar wiedergibt. Diese Kurven repräsentieren den Parameter B. entsprechend Gleichung (1) als eine Funktion des Druckes, zunächst für verschiedene Werte des Verhältnisses R und zweitens unter der Annahme, daß die Temperaturen T₁ und T gleich sind an den beiden Me£>punkten

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in der Pipeline. Diese Annahme ist durchaus in der Praxis berechtigt, wenn diese beiden Meßpunkte nahe beieinander liegen. Die Werte des Verhältnisses R sind in Fig. 1 in Kubikfuß

3
pro Barrel (ft /bbl) angegeben, weil diese Einheit laufend in

3 3 der Praxis benutzt wird, jedoch auch in m /m (dimensionslose Größe) durch die Zahlen, die in Klammern zusätzlich angegeben sind.

Das grafische Lösungsverfahren beruht auf der Tatsache, daß, wenn man die Gleichungen (2) und (3) zueinander ins Verhältnis setzt, sich die folgende Gleichung ergibt:

^Bt2

Die experimentell gemessenen Werte sind q .. , p.., T₁ und q_t2, P₂, T₂-

Auf einem Transparentpapier unter Verwendung dergleichen Skalenteilungen wie jene des Nomographen von Kurven B werden die folgenden beiden Punkte aufgezeichnet: Abszissenwert ρ , Ordinate 1 und Abszisse p₂, Ordinate q,₁/q._?. Das Transparentpapier wird parallel zur Ordinatenachse bewegt, und man bestimmt die Kurve,auf die beide Punkte passen. Der Wert des entsprechenden Verhältnisses R, ebenso wie der Wert des Faktors B₁ entsprechend p^ werden abgelesen. Der Speicheroldurchsatz q wird dann erhalten durch Bestimmung des Verhältnisses von q .. zu B *

Die Genauigkeit kann verbessert werden durch Veränderung des Druckanfalls zwischen den beidenMeßpunkten der Pipeline. Man kann auf diese Weise auf der Höhe des zweiten Meßpunktes einen dritten Druck p-, erzeugen, dem ein gemessener Volumendurchsatz q _ zugeordnet ist. Die folgenden Punkte werden dann auf dem Transparentpapier palaziert: Abszisse p.. , Ordinate 1;

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Abszisse p~, Ordinate q.j/q.-w Abszisse p-., Ordinate q.₃/q. ₁.

Man bestimmt dann diejenige Kurve des Nomografen, auf die diese drei Punkte passen, und das obige Ableitungsverfahren wird wiederholt.

Fig. 2 repräsentiert schematisch eine Ausfuhrungsform eher Vorrichtung zur Bestimmung des Volumendurchsatzes von zwei Bestandteilen einer zweiphasigen Mischung. Die zweiphasige Mischung, die eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase enthält, tritt bei 2 in eine Hauptleitung 4 ein, von der eine Sekundärleitung 2 abzweigt, welche die Meßvorrichtung enthält. Es ist festzuhalten, daß diese Anordnung wahlweise getroffen wurde und daß die Meßvorrichtung ohne weiteres auch direkt in der Hauptleitung 4 sitzen könnte.

Die Hauptleitung 4 enthältein Ventil 8, und die Sekundärleitung 6 enthält zwei Ventile 1o und 12, die die Leitung der Strömung der zweiphasigen Mischung in die Meßvorrichtung ermöglichen. Für diesen Zweck wird das Ventil 8 geschlossen und die Ventile 1o und 12 werden geöffnet. Die Messungen erfolgen an zwei Punkten 14 und 16 der Sekundärleitung 6. An jedem dieser beiden Punkte 14 und 16 ist die Sekundärleitung mit Volumendurchsat zmeßgeraten 18 bzw. 2o für die zweiphasige Mischung, Druckwandlern 22 bzw. 24 und Temperaturwandlern 26 bzw. 28 bestückt. Die Volumendurchsatzwerte, die gemessen werden, können mittels der Anzeigegeräte 3o bzw. 32 angezeigt werden, die an die Meßgeräte 14 bzw. 16 angeschlossen sind. Die gemessenen Werte der Durchsätze des Druckes und der Temperatur können an die Eingänge eines Rechners angelegt werden, der so programmiert ist, daß er das System aus den beiden Gleichungen(4) und (5) löst. Um dies zu erzielen, sind die Anzeigegeräte 3o und 32 mit Abtastern versehen zur Übertragung ihrer Daten zu einem Recher 34. Die Druck- und Temperaturdaten werdenebenfalls zum Rechner 34 übertragen mittels der Druckwandler 22, 24 und der

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Temperaturwandler 26, 28. Der Rechner 34 kann an eine Wiedergabevorrichtung 36 angeschlossen sein, etwa ein Aufzeichnungsgerät.

Wenn die zweiphasige Mischung nicht im wesentlichen homogen ist, werden stromaufwärts jedes Durchsatzmeßgerätes 18, Homogenisiereinrichtungen 38 bzw. 4o vorgesehen, um die zweiphasige Mischung homogen zu machen. Hierbei kann man z.B.-die Emulsifikatoren verwenden.

An den zwei Meßpunkten 14 und 16 der Leitung müssen die Volumendurchsätze unterschiedlich sein. In der beschriebenen Ausführungsform wird dies bewirkt durch Erzeugung einer Druckänderung zwischen den beiden Meßpunkten. Diese Druckänderung kann ganz natürlich erzielt werden, wenn die zweiphasige Mischung einem Druckabfall zwischen den beiden Meßpunkten unterworfen wird, wenn beispielsweise diese beiden Punkte weit genug voneinander entfernt liegen, oder wenn die Volumendurchsatζ-meßeinrichtung 18 am ersten Punkt 14 der Leitung selbst einen hinreichenden Druckabfall bewirkt. Es ist jedoch bevorzugt, ein Steuerventil 42 zwischen den beiden Meßgeräten 18 und 2o anzuordnen. Dieses Ventil macht es möglich, den Druckabfall der zweiphasigen Mischung zwischen den Meßpunkten 14 und 16 vorzugeben.

Die Volumendurchsatzmeßgeräte 18 und 2o bestehen vorteilhafterweise aus Axialschrauben-Durchflußmessern. Wenn der Druckabfall, eingeführt durch den ersten Propeller, ausreichend ist, kann der zweite Propeller beispielsweise auf der ersfeenselben Welle wie der erste Propeller und unmittelbar hinter diesem montiert werden. Beispielsweise ist es möglich, Durchflußmesser zu verwenden, die von der Firma Compteurs Schlumberger unter dem Handelsnamen "Fluxi" auf den Markt gebracht werden.

Um die labormäßige Bestimmung der thamodynamischen Parameter der beiden Phasen des zweiphasigen Gemisches zu bestimmen,

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sind an die Sekundärleitung 6 Einrichtungen 44 angeschlossen, um Proben der zweiphaisigen Mischung zu nehmen. Solche Einrichtungen sind bekannt und werden in der Praxis häufig verwendet. Die labormäßige Analyse der Proben macht es möglich, diese thermodynamischen Parameter zu bestimmen.

Es versteht sich, daß die Erfindung nichtbeschränkt ist auf die dargestellten und beschriebenen Ausfuhrungsformen. Insbesondere wurde zwar ein auf die Erdölindustrie bezugnehmendes Beispiel erörtert, doch versteht es sich von selbst, daß die Erfindung auf jegliche Bestimmung von Volumendurchsätzen von zwei Phasen eines zweiphasigen Gemisches anwendbar ist, woraus immer diese Mischung bestehen mag. Zusätzlich erzielt man in dem beschriebenen Ausführungsbexspiel die Durchsatzveränderungen hauptsächlich durch Veränderung des Druckes des Gemisches zwischen den beiden Meßpunkten, doch ist es offensichtlich, daß eine Veränderung der Temperatur des Gemisches angewandt werden kann, entweder getrennt oder in Verbindung mit einer Druckänderung.

Ferner kann die Flüssigphase des zweiphasigen Geirisches feste Schwebstoffpartikel enthalten. Dies kommt beispielsweise bei einem Bohrloch entströmendem Rohöl vor, das manchmal Kies oder Sand enthält. In diesem Fall wird die flüssige Phase von der Flüssigkeit selbst und den in ihr suspendierten Feststoffpartkeln gebildet. Die letzteren können als Fremdkörper oder Verunreinigungen angesehen werden, so daß der hier gebrachte Ausdruck "Flüssigkeit" auch Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffpartikeln umfassen soll.

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Claims

28127 Ί S P atentansprüche

1.) Verfahren zur fortlaufenden Bestimmung der Volumen- ^Hurchsätze eines Gases und einer Flüssigkeit, die eine im wesentlichen homogene Zweiphasenmischung bilden, welche in einer Rohrleitung strömt, dadurch gekennzeichnet, daß an einem ersten Punkt der Rohrleitung der gesamte Volumendurchsatz , der Druck und die Temperatur der Zweiphasenmischung gemessen werden, daß eine Veränderung des Druckes und/oder der Temperatur der zweiphasigen Mischung zwischen diesem ersten Punkt und einem zweiten Punkt der Leitung stromabwärts des ersten Punktes erzeugt wird, daß der gesamte Volumendurchsatz, der Druck unddie Temperatur der zweiphasigen Mischung an dem zweiten Punkt gemessen werden, und daß die jeweiligen Volumendurchsätze des Gases und/oder der Flüssigkeit aus den gemessenen Werten für die Gesamtvolumendurchsätze, Drücke und Temperaturen bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung unterschiedlicher Gemischdruckbedingungen ein Druckabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt der Rohrleitung für die zweiphasige Mischung hervorgerufen wird, derart, daß der Druck zwischen denbeiden Punkten absinkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein variabler Druckabfall vorgesehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Volumendurchsätze des Gases und/oder der Flüssigkeit auf Basis der folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

^(R - ^Rs1^}

- ^R _S2^}

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worin die Indices 1 und 2 dem ersten bzw. zweiten Punkt zugeordnet sind und

R das Verhältnis der Volumendurchsätze q und q des

g ο

Gases bzw. der Flüssigkeit bezeichnet, B , B und R thermodynamische Kennwerte des Gases bzw. der Flüssigkeit bezeichnen, die sich in Funktion des

Druckes und der Temperatur ändern, und q, den Gesamtvolumendurchsatz des Gemisches bezeichnet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Proben von dem Gemisch nimmt und die thermodynamischen Kennwerte durch Analyse der entnommenen Proben bestimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall derart verändert wird, daß man nacheinander zwei unterschiedliche Werte des Druckes der zweiphasigen Mischung an dem zweiten Punkt erhält, und daß man den Gesamtvolumendurchsatz und die Temperatur des Gemisches für beide unterschiedlichen Druckwerte bestimmt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Durchsatzmeßgerät (18, 2o), die an dem ersten (14) bzw. zweiten (16) Punkt in der Leitung (6) angeordnet sind, durch eine Einrichtung (42) zum Erzeugen eines Druckabfalls für die Mischung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt in der Leitung angeordnet ist, und durch Wandler (22, 24; 26, 28) für die Bestimmung des Druckes und der Temperatur der zweiphasigen Mischung an den beiden Punkten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Erzeugung eines Druckabfalls einstellbar ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Steuerventil (42) umfaßt.

1ο. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatz-Meßgeräte Axialschrauben-Durchflußmesser sind.

11. Vorrichtung nach einem derAnsprüche 7 bis 1o, gekennzeichnet durch in der Rohrleitung stromaufwärts mindestens eines der Durchsatzmeßgeräte angeordnete Einrichtungen (38, 4o) zum Erzeugen oder Verbessern der Homogenität der zweiphasigen Mischung.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine Probenahmeeinrichtung (44), die an die Rohrleitung (6) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch einen Rechner (34) für die Bestimmung der Durchsätze des Gases und/oder der Flüssigkeit auf Basis der Meßdaten, geliefert von den Durchsatzmeßgeräten und von den Druck- und Temperaturwandlern.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch g&ennzeichnet, daß die Rohrleitung die Hauptrohrleitung ist, in der die zweiphasige Mischung strömt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (6) als Parallelleitung an eine Hauptrohrleitung (4) angeschlossen ist, in der zweiphasige Mischung strömt.

16. Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15 für die Bestimmung von Gas- und Öldurchsätzen in einem Bohrloch.

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