DE2916238A1

DE2916238A1 - Verfahren und vorrichtung zur analyse einer oel und wasser enthaltenden, durch eine rohrleitung stroemenden fluessigkeit zur bestimmung des wasseranteils, sowie ggf. des salzgehalts des wassers in der fluessigkeit

Info

Publication number: DE2916238A1
Application number: DE19792916238
Authority: DE
Inventors: Dan Mccay Arnold; Jun Harry Davis Smith
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1980-01-03
Also published as: JPS559192A; JPS613451U; GB2024410B; US4190768A; CA1115859A; NL7905054A; GB2024410A; FR2430007B1; FR2430007A1

Description

Patentanwalt **

Kirchenstraße 8 T 79 OO 9 DE

Buchholz/Nordheide (D # 76,533)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

2000 Westchester Avenue White Plains,N.Y. 10650

V.St.A.

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ANALYSE EINER ÖL UND WASSER ENTHALTENDEN, DURCH EINE ROHRLEITUNG STRÖMENDEN FLÜSSIGKEIT ZUR BESTIMMUNG DES WASSERANTEILS, SOWIE GGF. DES SALZGEHALTS DES WASSERS IN DER FLÜSSIGKEIT

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Die Erfindung betrifft kerntechnische Meßverfahren und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse einer öl und Wasser enthaltenden, durch eine Rohrleitung strömenden Flüssigkeit zur Bestimmung des Wasseranteils, sowie ggf. des Salzgehalts des Wassers in der Flüssigkeit, beispielsweise bei einer Erdölraffination oder -produktion.

In einer U.S. Patentanmeldung der Anmelderin (Texaco-Akte No. D#74,465) sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins von Salzwasser in einer Rohr- leitung wie z.B. in Roherdöl an einem Bohrlochkopf, in einer Verladestation oder an einer anderen Stelle oder in einem Raffinationsprodukt, einem Beschickungsstrom oder Abwasser in einer Raffinationsanlage beschrieben.

Bei diesem Verfahren wird die Flüssigkeit vermittels einer Neutronenquelle mit schnellen Nautronen beschossen, welche verlangsamt werden und dann in thermische Neutroneneinfangsreaktionen mit in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen eintreten, wobei thermische Neutronen-Einfangsgammastrahlung entsteht. Die Energiespektren der thermischen Neutroneneinfangsgammastrahlung werden ermittelt, und aus diesen läßt sich ein Meßwert für das relative Vorhandensein von Chlor in der Flüssigkeit herleiten, so daß bei bekanntem Salzgehalt der Flüssigkeit das relative Vorhandensein von Salzwasser entsprechend bestimmt werden kann. Außerdem kann unter bestimmten Bedingungen das relative Vorhandensein von Schwefel gleichzeitig mit dem relativen Vorhandensein von Chlor bestimmt werden.

Bei der Erdölgewinnung kann jedoch der Salzgehalt der Produktionsflüssigkeiten schwanken. Das ist häufig der Fall für Lagerstätten, bei denen Wasserflutung (oder Dampfflutung) mit anderem als fossilem Wasser eingesetzt wird. In diesen Fällen läßt sich der Wassergehalt des Salzwassers nur dann

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ermitteln, wenn zuvor entsprechende Korrekturen für Salzgehaltsschwankungen vorgenommen worden sind, die sich jedoch nur schwer schnell und genau beobachten und bestimmen lassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung des Wasseranteils einer öl und Wasser enthaltenden, durch eine Rohrleitung strömenden Flüssigkeit z.B. an einem Bohrlochkopf, in einer Verladestation, einer Beschickungsleitung in einer Raffinerie oder in einer Abwasserleitung zu schaffen. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen darüber hinaus ggf. auch die Bestimmung des Salzgehalts der Flüssigkeit ermöglichen.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Flüssigkeit mit schnellen Neutronen beschossen wird, welche verlangsamt werden und dann in thermische Neutroneneinfangreaktionen mit in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen eintreten,

b) die Gammastrahlungsenergiespektren der Stoffe in Abhängigkeit von dem Einfangen thermischer Neutronen durch in der Flüssigkeit enthaltene Stoffe ermittelt werden,

c) aus diesen Spektren Werte für die Konzentration von Chlor, Wasserstoff und Schwefel in der Flüssigkeit hergeleitet werden und

d) aus diesen Konzentrationswerten ein Meßwert für den Wasser- und den ölanteil der Flüssigkeit hergeleitet wird.

In den meisten Erdöllagerstätten läßt sich der Schwefelgehalt des Erdöls mit hoher Genauigkeit bestimmen und schwankt nicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Konzentrationswerte von Wasserstoff, Chlor und Schwefel und der ermittelte Schwefelgehalt des Öls dazu benutzt, einen Meßwert für den ölgehalt der Flüssigkeit herzuleiten. Aus diesem Meßwert des

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ölgehalts läßt sich der Wassergehalt der Flüssigkeit ermitteln. Aus dem Wassergehalt und der Chlorkonzentration läßt sich weiterhin der Salzgehalt (Salinität) ermitteln.

Die weiterhin vorgeschlagene Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch

a) eine schnelle Neutronen abgebende Neutronenquelle,

b) zur Ermittlung von durch Einfangen thermischer Neutronen durch in der Flüssigkeit enthaltene Stoffe entstehender Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtungen,

c) eine zur Herleitung eines Meßwerts für die Konzentration von Chlor, Wasserstoff und Schwefel in der Flüssigkeit aus den Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtung und

d) eine zur Herleitung eines Meßwerts für den Wasser- und den ölanteil der Flüssigkeit aus den Konzentrationswerten dienende Vorrichtung.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind im nachfolgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind schematische Blockdarstellungen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung.

Fig. 3 ist ein Schaubild eines typischen Gammastrahlungsspektrums bei Einfang thermischer Neutronen für einen Wasser und Roherdöl enthaltenden zweiphasigen Flüssigkeitsstrom.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung zur Ermittlung des Wasseranteils der Flüssigkeit entsprechend der Erfindung als Funktion des Schwefelgehalts und der Verhältniswerte aus dem Zählwert für Chlor-Neutroneneinfangsgammastrahlung bzw. dem Zählwert für Schwefel-

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Neutroneneinfangsgammastrahlung der Flüssigkeit zu dem Zählwert für Wasserstoff-Neutronene'inf angsgammastrahlung.

Fig. 5 ist ein Schaubild von Nettozählwerten für Chlor-Neutroneneinfangsgammastrahlung als Funktion des prozentualen Chlorgehalts in einer Flüssigkeit, welche entsprechend dem Verfahren zur Ermittlung des Salzgehalts des Flüssigkeitswassers benutzt wird.

Die Erfindung beruht auf dem Beschüß bzw. der Bestrahlung einer Roherdöl und Wasser enthaltenden, strömenden Flüssigkeit mit Neutronen und der Ermittlung der beim Einfangen thermischer Neutronen durch die Elemente Chlor, Schwefel und Wasserstoff emittierten Gammastrahlung. Für einen vorgegebenen Fluß thermischer Neutronen ist die Ausbeute an Einfangsstrahlung eines chemischen Elements proportional der Konzentration dieses Elements in der strömenden Flüssigkeit. Da der Schwefelgehalt von Roherdöl bei der Produktion mit einem hohen Genauigkeitsgrad bekannt ist und nicht schwankt, wird erfindungsgemäß zunächst der ölgehalt der Flüssigkeit aus der Schwefelkonzentration der Flüssigkeit ermittelt. Der Wassergehalt der Flüssigkeit wird dann aus dem ölgehalt bestimmt. Aus dem Wassergehalt und der Chlorkonzentration läßt sich außerdem der Salzgehalt der Flüssigkeit ermitteln.

Die aus thermischen Einfangsreaktionen (n,^) entstehende Gammastrahlung ist "prompt" in dem Sinne, daß sie binnen Mikrosekunden nach dem Einfangsvorgang emittiert wird. Diese Strahlungsemission ist im Gegensatz dazu ganz unterschiedlich bei "verzögerter" Gammastrahlung, welche sich aus sogenannten Aktivierungsreaktionen ergibt und in Zeitspannen von Millisekunden bis zu Jahren nach der Reaktion emittiert wird. Da die Einfangsreaktion für thermische Neutronen aus prompten Reaktionen praktisch momentan ist, beeinflussen die Geschwindigkeit und der

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volumetrische Durchsatz des Erdölstroms die Messung nicht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß thermische Neutronen benötigt werden und demzufolge eine chemische Neutronenquelle anstelle eines evakuierten Neutronengenerators vom Beschleunigertyp verwendet werden kann. Chemische Neutronenquellen sind verhältnismäßig preiswert und benötigen natürlich keine zugeordnete Elektronik und Wartung.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung A schematisch dargestellt. Sie umfaßt eine Neutronenquelle S und einen Dtektor D, welche in entsprechenden Fassungen 10 bzw. 12 einer Zählkammer C eingesetzt sind, die an oder in einer Rohrleitung 14 für Roherdöl angeordnet ist. Der Detektor D besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen NaI(Tl)-Kristall mit den Abmessungen 12,7 χ 12,7 cm, welcher mit einer Photovervielfacherröhre T gekoppelt ist. Die darge-

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stellte Neutronenquelle S ist eine Cf -Neutronenquelle, welche 5 χ 10 Neutronen pro Sekunde emittiert. Selbstverständlich lassen sich nach Wunsch auch andere Neutronenquellen wie z.B. aus Actinium-Beryll, Americium-Bor oder Americium-Beryll verwenden.

Die Zählkammer C ist vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der keine Elemente enthält, welche nennenswerte Einfangsgammastrahlung über 5,0 MeV abgeben könnten. Zu diesem Zweck sind Aluminium oder bestimmte Glasfaser-Epoxydharzstoffe geeignet, wobei Eisen, welches aufgrund (n,y)-Reaktionen Gammastrahlung bei 9,30 und 7,64 MeV erzeugt, vermieden werden sollte. Es ist zu beachten, daß die Zählkammer in der Weise beschaffen ist, daß der Detektor D und die Neutronenquelle S von dem Roherdöl körperlich getrennt in die Fassungen 10 und 12 eingesetzt sind. Dadurch wird die Möglichkeit einer Verunreinigung des Roherdöls (Kontamination) vermieden, falls Lecks in der Neutronenquelle S auftreten sollten. Außerdem lassen sich der Detektor D und die Neutronenquelle S ohne Unterbrechung der Erdölströmung ausbauen.

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Die geometrische Formgebung der Zählkammer C ist nicht kritisch, solange die Neutronenquelle S und der Dtektor D von wenigstens mehreren Zentimetern Flüssigkeit umgeben sind. In Fig. 2 ist eine andere Formgebung und Ausführung dargestellt, bei welcher sowohl die Neutronenquelle S als auch der Detektor D außerhalb der Rohrleitung 14 angeordnet sind. In bestimmten Fällen, so z.B. wenn die Zählkammer C das Element Eisen enthält, kann wünschenswert sein, die Innenseite der Zählkammer C mit einer haltbaren und dauerhaften Beschichtung eines Materials mit einem großen Einfangsquerschnitt für thermische Neutronen wie z.B. mit Bor zu versehen. Dadurch werden thermische Neutronenreaktionen mit den Wänden der Zählkammer und außerdem das Entweichen thermischer Neutronen aus der Kammer, welche mit außerhalb der Kammer befindlichen Elementen reagieren und dadurch zusätzliche "Hintergrund-Strahlung^¹ hervorrufen könnten, vermieden. Bor (mit Epoxydharz vermischtes Borcarbid) ist für diesen Zweck ideal, da es einen großen Einfangsqu-erschnitt ( 6 = 775 barn) für thermische Neutronen aufweist und bei der Einfangsreaktion keine Strahlung über 5,0 MeV liefert.

Der Detektor D erzeugt Szintillationen oder diskrete Lichtblitze, wenn er von Gammastrahlung durchsetzt wird, während die Photovervielfacherröhre T in Abhängigkeit von jeder Szintillation einen der Intensität der Szintillation proportionalen Spannungsimpuls liefert. Vermittels eines herkömmlichen Vorverstärkers 16 werden die von der Photovervielfacherröhre T abgegebenen Spannungsimpulse verstärkt und einer nachgeschalteten Verstärkerstufe 18 zugeführt. Ein B Speisespannung sgerät 20 speist den Vorverstärker 16, und ein Hochspannungs-Speisespannungsgerät 22 speist die Photovervielfacherröhre T.

Die Ausgangsimpulse der Verstärkerstufe 18 -werden einem geeichten Verstärkungsgradstabilisierkreis 24 zugeführt, der

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auf den Energiepegel eines ausgewählten BezugsSpitzenwerte im Gammastrahlungsenergiespektrum wie z.B. den Energiespitzenwert des Wasserstoffs bei 2,23 MeV in Fenster 2 (siehe Fig.3) anspricht. Zur Verstärkungsgradstabilisierung können nach Wunsch natürlich auch andere Gammastrahlungsenergiespitzenwerte oder ein durch eine innerhalb des Detektorkristalls angeordnete Leuchtdiode erzeugter Spitzenwert oder ein Spitzenwert einer Quecksilber-Impulslichtguelle verwendet werden. Der Verstärkungsgradstabilisierkreis 24 bildet eine automatische Verstärkerregelung, welche auf den Energiewert von Impulsen bei dem geeichten Spitzenwert anspricht und den Verstärkungsgrad sämtlicher Energieimpulse so einstellt, daß Verstärkungsgradschwankungen in der Photoverielfacherröhre T oder in anderen Schaltungsteilen der Vorrichtung, aufgrund von Speisespannungsschwankungen und/oder Temperatureinflüssen kompensiert werden.

Die Äusgangsimpulse des Verstärkungsgradstabilisierkreises 24 werden an einen Impulshöhen-Mehrkanalanalysator 26 angelegt, der von bekannter Ausführung sein kann und beispielsweise drei oder mehr Kanäle oder Energiebereiche aufweist, welche Quantisierungen oder Energiebereichen der Impulshöhen der Eingangsimpulse entsprechen. Der Impulshöhen-Mehrkanalanalysator 26 bildet laufend die Gesamtwerte der angelegten Impulse in mehreren Speicherstellen oder Kanälen auf der Grundlage der Höhe der angelegten Impulse, die wie oben erwähnt in direktem Zusamenhang mit der Energie der die Impulse verursachenden Gammastrahlung stehen. Das Ausgangssignal des Impulshöhen-Mehrkanalanalysators 26 besteht im vorliegenden Falle aus Zählimpulsen in drei Energiebereichen oder -fenstern, welche in Fig. 3 dargestellt sind. Anstelle des hier dargestellten Impulshöhen-Mehrkanalanalysators 26 lassen sich auch drei entsprechend eingestellte Einkanalanalysatoren verwenden.

Die Ausgangssignale des Impulshöhen-Mehrkanalanalysators 26 können zum Zwecke späterer Verarbeitung in einem Speicher ge<-.

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speichert oder stattdessen auch über eine entsprechende Anzahl Leitungen einem Rechner 28 zugeführt werden, der aus der Anzahl von Chlor-, Schwefel- und Wasserstoffzählwerten einen Meßwert für den ölanteil und dementsprechend den Wasseranteil der durch die Rohrleitung 14 strömenden Flüssigkeit in der nachstehend beschriebenen Weise ermittelt. Außerdem kann der Rechner 28 aus den Ausgangssignalen des Analysators 26 einen Meßwert für den Salzgehalt (Salinität) der Flüssigkeit herleiten. Die Ergebnisse dieser Berechnungen können gespeichert oder zur Sichtanzeige gebracht werden, wozu ein entsprechendes Aufzeichnungsgerät 30 bzw. ein Sichtgerät dient.

Figur 3 zeigt ein typisches Einfangs-Gammastrahlungsspektrum 32, das mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung für öl und Wasser enthaltende Roherdölströmung aufgezeichnet worden ist. Der hohe Spitzenwert bei 2,23 MeV ist auf das Einfangen thermischer Neutronen durch Wasserstoff im Roherdöl und/oder Wasser zurückzuführen und wird wie oben angegeben als Energiebezugsspitzenwert für den Verstärkungsgradstabilisierkreis von Fig. 1 benutzt. Außerdem zeigt Fig. 3 die Energieeinstellwerte des Impulshöhen-Mehrkanalanalysators 26. Der erste, mit "Fenster 1" bezeichnete Einstellwert reicht von 5,75 bis 8,0 MeV und umfaßt die photoelektrischen und Entweichspitzenwerte aus der Reaktion Cl³⁵ (n,y) Cl³⁶ bei 7,79, 7,42, 6,64 und 6,11 MeV, sowie die Schwefelspitzenwerte verhältnismäßig niedriger Intensität bei 7,78, 7,42, 7,19, 6,64 und 5,97 MeV. Der als "Fenster 2" bezeichnete zweite Einstellwert reicht von 2.0 bis 2,50 MeV und umfaßt den Wasserstoffeinfangsspitzenwert bei 2,23 MeV. Der als "Fenster 3" bezeichnete dritte Einstellwert reicht von 5,00 bis 5,75 MeV und umfaßt den verhältnismäßig starken Schwefeleinfangspitzenwert bei 5,42 MeV.

Die Bestimmung des ölanteils und des Wasseranteils geht wie folgt vor sich: Zunächst sei bemerkt, daß die mit der Vor-

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richtung A erhaltenen Zählwerte entsprechend den in der vorgenannten weiteren U.S. Patentanmeldung der Anmelderin beschriebenen Empfindlichkeitsberechnungen kompensiert werden müssen. Für die durch die Rohrleitung 14 strömende Flüssigkeit werden folgende Ausdrücke eingeführt:

L = aus öl bestehender Teil der Flüssigkeit oder

ölanteil

aus Wassi

oder Wasseranteil

L_wc = aus Wasser bestehender Teil der Flüssigkeit

M-,, = Salzkonzentration (in engl. Pfund NaCl pro 1000 Barrels Flüssigkeit oder entsprechend in kg NaCl pro 3,9 χ 10~ m³)

M_g s= Schwefelkonzentration in der Flüssigkeit in % M = Schwefelkonzentration in der ölphase der

SO

Flüssigkeit in %

Ca = im Wasserstoffenster (Fenster 2) angesammelter Zählwert

C_cl = im Chlorfenster (Fenster 1) angesammelter Zählwert

Cg = im Schwefelfenster (Fenster 3) angesammelter Zählwert

R_cl = C_cl/C_H = Verhältnis der Zählwerte in Chlorfenster 1 zu den Zählwerten im Wasserstofffenster 2

R- sss c_o/C„ = Verhältnis der Zählwerte im Schwefelo on

fenster 3 zu den Zählwerten im Wasserstoff-

fenster 2

m. = Konstanten (i 0 1, ..., 4) b. sä Konstanten (j = 1 ,2)

Entsprechend der Erfindung wird der Rechner 28 zur Bestimmung von L_wc aus den im Analysator 26 erhaltenen Zählwerten C_H, ^CC1 ^{und C}S ^benutzt· ^Fur eine gegebene Schwefelkonzentration in einer Flüssigkeit ist M_cl eine lineare Funktion des Verhältnisses Rq₁- Daher gilt

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^MC1 ^{= m}1^RCl ^{+ y}1 ⁽¹⁾

Der y-Wert aus Gleichung (1) , V₁ , schwankt in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration entsprechend der Gleichung

Y₁ = m₂M_s + Id₁ (2)

Wenn Gleichung (2) in Gleichung (1) eingesetzt wird, ergibt sich

M_cl = In₁R₀₁ + Ui₂Mg + b₁ (3)

Für eine vorgegebene Chlorkonzentration schwankt außerdem M_ in Abhängigkeit von R_g entsprechend der Gleichung

Mg = IU₃ Rg + Y₂ (4)

in welcher

• ^Y2 ^{= m}4 ^MC1 ^{+ b}2 ⁽⁵⁾

Wenn Gleichung (5) in Gleichung (4) eingesetzt wird, erhält man

Mg = m3Rg + m₄M_cl + b₂ (6)

Die Gleichungen (3) und (6) lassen sich jetzt gleichzeitig nach M_c, auflösen, wobei erhalten wird

M₀₁ -K₁₊ K₂R₀₁ + K₃Rg ' (7)

in welcher K₁, K₂ und K₃ wie folgt definierte Eichkonstanten sind:

K₂ = Hi₁Zd - m₂m₄) (8)

K₃ = In₂IIi₃/d - m₂m₄)

In entsprechender Weise lassen sich die Gleichungen (3) und (6) gleichzeitig nach M₀ auflösen, wobei erhalten wird

Mg - K₄ + K₅Rg + K₆R₀₁ ■ (9)

Jedoch ist

^MS=^Loc^Mso

^Lwc⁼¹-^Loc

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ORIGINAL INSPECTED

Wenn Gleichung (10) in Gleichung (11) eingesetzt und nach L aufgelöst wird, erhält man

L_wc = 1 - (M_s/M_so) (12)

Wenn Gleichung (9) in Gleichung (12) eingesetzt wird, erhält man

^Lwc - ¹ - ^(K4 ^{+ K}5^RS ^{+ K}6^RCl^)Mso ^ ⁽¹³⁾

in welcher K₄, Kr und K_g wie folgt definierte Eichkonstanten sind:

K₄ = On₄]D₁ + b₂)/(1 - m₂m₄)

K₅ = m₃/(1 - m₂m₄) (14)

K₆ = Hi₁In₄/(1 - m₂m₄)

Es sollte beachtet werden, daß die Ausdrücke K in den Gleichungen (8) und (14) nur die konstanten Ausdrücke m. und b. umfassen. Diese konstanten Ausdrücke hängen lediglich von der physikalischen und kerntechnischen Auslegung der Vorrichtung A ab und lassen sich vermittels eines Eichverfahrens ermitteln. Die Verhältniswerte R , und R_g werden zunächst vermittels Flüssigkeiten gemessen, welche bekannte Konzentrationen an Chlor (M_cl) und Schwefel (M_g) enthalten. Diese Daten werden dann in den Gleichungen (1), (2), (4) und (5) in Verbindung mit der Methode kleinster Quadrate benutzt, um m. und b. zu erhalten. Die Konstanten K werden schließlich aus den erhaltenen Werten von m. und b. anhand der Gleichungen (8) und (14) berechnet.

Versuchswerte für die Konstanten K wurden entsprechend dem vorstehend beschrieben/Vorgang für eine Vorrichtung A mit den folgenden Daten ermittelt:

Neutronenquelle S Am-B (1,16 χ 10 n/sec) Detektor D 7,6 χ 7,6 cm NaI(Tl)-

Zylinderkristall

Unter Verwendung von öl als Ausgangsflüssigkeit, welche unter-

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schiedliche Mengen an Chlor (in Form von C₂H₅Cl₄) und Schwefel enthielt, wurden die Konstanten K für die Vorrichtung A der vorstehend angegebenen Beschaffenheit wie folgt ermittelt:

K₁ = -309,12 K₄ = -0,9646

K₂ = 26,892 K₅ = 531,62 (15)

K₃ = -10,845 K₆ = -357,13

Es läßt sich somit ersehen, daß diese Werte für K₄, K₅ und K_ß bekannte Eichkonstanten sind und M ebenfalls ein bekannter Wert ist, welcher den Schwefelgehalt des Roherdöls in der Flüssigkeit darstellt. Die Werte für R„ und R_c, sind Verhältniswerte, welche vermittels des Rechners 21 aus den gemessenen Größen C„, C_c, und C_g ermittelt werden. Anhand der Meßgrößen läßt sich L , d.h. der Wasseranteil der Flüssigkeit mit Gleichung (13) ermitteln. Figur 4 zeigt ein Nomogramm, das anhand eines Beispiels verdeutlicht, wie der Wassergehalt L in der vorstehend beschriebenen Weise schnell und genau

entsprechend der Erfindung aus den Verhältniswerten R_g und R_c-I der Schwefel- bzw. Chlorkonzentrationen zur Wasserstoffkonzentration und dem gemessenen Schwefelgehalt M ermittelt werden kann.

Zur Bestimmung des Salzgehalts oder der Salinität wird wie folgt vorgegangen: Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Chlorzählwert C_cl zur Bestimmung des prozentualen Chlorgehalts C--, in der Flüssigkeit entsprechend der folgenden Beziehung benutzt:

^cci ^{= K}'ci ' ^pci · ^{T (16)}

in welcher K' , eine Eichkonstante, welche entsprechend der vorgenannten weiteren U.S. Patentanmeldung der Anmelderin ermittelt wird, und T die Zählzeit ist.

Wenn nun der Chlorzählwert C,,, , der prozentuale Chlorgehalt P_, in der Flüssigkeit und der Wasseranteil L oder der

w X WC

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ORIGINAL INSPECTED

prozentuale Wassergehalt bekannt sind, läßt sich der Salzgehalt des Wassers in der Flüssigkeit unter der Annahme bestimmen, daß sämtliches in der Flüssigkeit enthaltenes Chlor im Wasser in der Form von NaCl enthalten ist. Das Schaubild von Fig. 5 veranschaulicht, in welcher Weise der Salzgehalt des Wassers genau bestimmt werden kann, sobald der Wassergehalt L erfindungsgemäß ermittelt worden ist.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebenen Verfahrensmaßnahmen nicht notwendigerweise auf eine bestimmte Geometrie der Zählkammer beschränkt sind. Wenn die Messung an einer Rohrleitung erfolgen soll, ohne daß dazu die Rohrleitung unterbrochen oder ein Teil der Flüssigkeitsströmung wie vorstehend beschrieben durch eine Zählkammer umgelenkt wird, ist trotzdem möglich, eine (nicht ganz so genaue) Schätzung des Wasseranteils und des Salzgehalts des Wassers in der Flüssigkeit zu erhalten, indem die Neutronenquelle S und der Detektor D auf sich gegenüberliegenden Seiten gegen die Außenseite der Rohrleitung 14 angesetzt werden.

Die Neutronenquelle S und der Detektor D werden in diesem Falle vermittels einer entsprechenden Halterung C oder auf andere Weise wie in Fig. 2 dargestellt an der Außenseite der vorhandenen Rohrleitung 14 angebracht. Der übrige Teil der Vorrichtung entspricht im Falle von Fig. 2 der von Fig. 1 und ist deshalb weggelassen. Die Vorrichtung ist mit dem Vorverstärker 16 und der Photovervielfacherrohre τ in der anhand Fig. 1 beschriebenen Weise verbunden. Anhand von Messungen konnte festgestellt werden, daß sich auf diese Weise Konzentrationen von Chlor im Bereich von μg/g (PPM) und Schwefelkonzentrationen im Bereich von 0,1 % entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Anordnung an einer durchgehenden Rohrleitung ermitteln lassen. Bei vorgegebener Zählzeit ist die Meßgenauigkeit an durchgehenden Rohrleitungen jedoch nicht so hoch wie die bei Verwendung einer Zählkammer.

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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung gestatten somit die schnelle und genaue Bestimmung des Wasseranteils und des Salzgehalts des Wassers in einer Flüssigkeit, und das auch dann, wenn sich der Salzgehalt des Wassers ändert oder schwankt.

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Claims

Patentansprüche :

■ 1 Λ Verfahren zur Analyse einer öl und Wasser enthaltenden, -^ durch eine Rohrleitung strömenden Flüssigkeit zur Bestimmung des Wasseranteils, sowie ggf. des Salzgehalts des Wassers in der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet ,daß

a) die Flüssigkeit mit schnellen Neutronen beschossen wird, welche verlangsamt werden und dann in thermische Neutroneneinfangsreaktionen mit in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen eintreten,

b) die Gammastrahlungsenergiespektren der Stoffe in Abhängigkeit von dem Einfangen thermischer Neutronen durch in der Flüssigkeit enthaltene Stoffe ermittelt werden,

c) aus diesen Spektren Werte für die Konzentration von Chlor, Wasserstoff und Schwefel in der Flüssigkeit hergeleitet werden und

d) aus diesen Konzentrationswerten ein Meßwert für den Wasser- und den ölanteil der Flüssigkeit hergeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Ausgangsmaterial in einer Rohrleitung in einer Erdölraffinerie ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an einer Bohrlochkopfleitung eines erdölführenden Bohrlochs ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an einer Flüssigkeit an einer Verladestation ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an einer Abfallflüssigkeit ausgeführt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Wasseranteil und dem Chlorkonzentrationswert in der Flüssigkeit ein Wert für den Salzgehalt (Salinität) der Flüssigkeit hergeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Gammastrahlungsenergiespektren die auf Chlor zurückzuführende Gammastrahlung im Bereich von 5,75 MeV bis 8,0 MeV ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Gammastrahlungsenergiespektren die auf Schwefel zurückzuführende Gammastrahlung im Bereich von 5,0 MeV bis 5,75 MeV ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Gammastrahlungsenergiespektren die auf Wasserstoff zurückzuführende Gammastrahlung im Bereich von 2,0 MeV bis 2,50 MeV ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellen Neutronen von einer Neutronenquelle abgegeben werden, welche vor dem Neutronenbeschuß an der Rohrleitung angebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellen Neutronen von einer Neutronenquelle abgegeben werden, welche vor dem Neutronenbeschuß in die Rohrleitung eingesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlungsspektren vermittels eines Detektors ermittelt werden, der in die Rohrleitung· eingesetzt wird.

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13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die GammastrahlungsSpektren vermittels eines Detektors ermittelt werden, der an der Rohrleitung angebracht wird.
14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, gekennzeichnet durch

a) eine schnelle Neutronen abgebende Neutronenquelle (S),

b) zur Ermittlung von durch Einfangen thermischer Neutronen durch in der Flüssigkeit enthaltene Stoffe entstehender Gammastrahlungsspektren (32) dienende Vorrichtungen (D, C, T, 16 - 30),

c) eine zur Herleitung eines Meßwerts für die Konzentration von Chlor, Wasserstoff und Schwefel in der Flüssigkeit aus den Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtung (28) und

d) eine zur Herleitung eines Meßwerts für den Wasser- und den ölanteil der Flüssigkeit aus den Konzentrationswerten dienende Vorrichtung (28).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (S) an einer Rohrleitung (14) in einer Erdölraffinationsanlage angebracht ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (S) an einer Bohrlochkopfleitung eines Bohrlochs angebracht ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (S) an einer Rohrleitung in einer Verladestation angebracht ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (S) an einer eine Abfallflüssigkeit

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führenden Rohrleitung angebracht ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herleitung eines Meßwerts für den Wasseranteil dienende Vorrichtung Mittel zur Bestimmung von auf Chlor im Bereich von 5,75 MeV bis 8,0 MeV zurückzuführende Gammastrahlung umfaßt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung von Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtung Mittel zur Bestimmung von auf Schwefel im Bereich von 5,0 MeV bis 5,75 MeV zurückzuführende Gammastrahlung umfaßt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung von Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtung Mittel zur Bestimmung von auf Wasserstoff im Bereich von 2,0 MeV bis 2,50 MeV zurückzuführende Gammastrahlung umfaßt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung von Gammastrahlungsspektren dienende Vorrichtung zum Anbringen der Neutronenquelle (S) an der Rohrleitung (14) dienende Mittel (C) umfaßt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle an der Außenseite der Rohrleitung (14) angebracht ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle in die Rohrleitung (14) eingesetzt ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Ermittlung von Gamma-

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-S

strahlungsspeJctren dienenden Vorrichtungen (D, T) an der Außenseite der Rohrleitung (14) angebracht ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Ermittlung von Gammastrahlungsspektren dienenden Vorrichtungen in die Außenwand der Rohrleitung (14) eingesetzt ist.

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