JP2002513141A - 気体質量率の測定法 - Google Patents
気体質量率の測定法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
-
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Abstract
(57)【要約】
パイプライン（２）を流れる液体及び気体中の気体質量率（Ｘ）を測定する方法を与える。パイプライン（２）は、喉（１０）と、収束部分（１２）と、拡大部分（１４）とで形成されるベンチュリ装置を含む。ベンチュリ装置中の気相と液相との間のすべりを低減し又は回避するために、その下流に気体と液体の一様な混合物を生成する流れ調和装置（２８）が、ベンチュリ装置（１２，１０，１４）に隣接して、その上流側にある。流れ調和装置の上流位置と、流れ調和装置とベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差（ＤＰ１）が測定される。上記喉と、流れ調和装置とベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差（ＤＰ２）が測定される。ベンチュリ装置前後の圧力差（ＤＰ３）が測定される。コンピュータ（５０）が、式
ただしａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは定数の形をした式を使って気体質量率（Ｘ）を計算する。
Description
【０００１】
本発明は気体の質量率（以下、気体質量率という）の測定法及び測定装置に関
する。
する。
【０００２】
気体質量率の測定値は、例えば気体及び液体を含む湿潤な多相気体流の中の気
体の質量流量（以下、気体質量流量という）の数値を与える計算に使用すること
ができる。典型例では、湿潤な気体は、流れの生じる条件の下では体積流量にし
て９０％以上の気体を含んでいる。
体の質量流量（以下、気体質量流量という）の数値を与える計算に使用すること
ができる。典型例では、湿潤な気体は、流れの生じる条件の下では体積流量にし
て９０％以上の気体を含んでいる。
【０００３】 ここで注目している湿潤な気体とは、油田井戸又はガス井戸からパイプで送ら
れる天然ガス等の燃料気体とオイル及び又は水等の液体であってよい。
れる天然ガス等の燃料気体とオイル及び又は水等の液体であってよい。
【０００４】 これまで、油田井戸又はガス井戸から出る流体の流量（以下、流体流量という
）の測定は普通、気体質量率の値を推定するための試験分離器を使用している。
気体質量率は全流体（気体及び液体）の流量に対する気体質量流量の比である。
回分法である試験分離法は、沖合のオイル・ガス生産施設内で沖合実施されるの
で、試験分離が不要で省略できるなら、沖合プラットフォームの重量、プロセス
の複雑さ、及び試験分離に必要な要員を削減することができる。
）の測定は普通、気体質量率の値を推定するための試験分離器を使用している。
気体質量率は全流体（気体及び液体）の流量に対する気体質量流量の比である。
回分法である試験分離法は、沖合のオイル・ガス生産施設内で沖合実施されるの
で、試験分離が不要で省略できるなら、沖合プラットフォームの重量、プロセス
の複雑さ、及び試験分離に必要な要員を削減することができる。
【０００５】 試験分離に代えて高価な多相流量メータを使用する方法があるが、これらのメ
ータは気体の体積率が増すにつれて正確さを失う。
ータは気体の体積率が増すにつれて正確さを失う。
【０００６】 そのような多相気体流量メータに代えて、湿潤な気体のベンチュリ流量測定に
用いるベンチュリ装置を使用する方法があり、この方法ではマードックの式又は
チショルム（Chisholm）の式のいずれかを使った補正を適用して気体の質量流量
率が得られる。しかし、マードックの式及びチショルムの式は両方とも、実証さ
れた指定した気体の質量率の値を必要とし、その値は、上述したような試験分離
器を使用する試験分離により、あるいはやはり回分法であるトレーサ法を使用す
ることにより、又は連続法であるガンマ濃度法を使用することにより導出されて
いる。
用いるベンチュリ装置を使用する方法があり、この方法ではマードックの式又は
チショルム（Chisholm）の式のいずれかを使った補正を適用して気体の質量流量
率が得られる。しかし、マードックの式及びチショルムの式は両方とも、実証さ
れた指定した気体の質量率の値を必要とし、その値は、上述したような試験分離
器を使用する試験分離により、あるいはやはり回分法であるトレーサ法を使用す
ることにより、又は連続法であるガンマ濃度法を使用することにより導出されて
いる。
【０００７】
本発明の目的は、パイプラインを流れるある質量の液体及び気体内の気体質量
率を測定する方法であって、これを実行するとき、試験分離を必要としない連続
法であり、またトレーサ法もガンマ濃度測定も使用する必要がない連続法である
測定法を与えることにある。
率を測定する方法であって、これを実行するとき、試験分離を必要としない連続
法であり、またトレーサ法もガンマ濃度測定も使用する必要がない連続法である
測定法を与えることにある。
【０００８】
本発明の第一の態様に基づく、パイプラインを流れるある質量の液体及び気体
中の気体質量率Ｘを測定する方法は、 前記パイプライン内に流れ調和装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記流れ調和装置及び前記ベンチュリ流量メ
ータを通過するように、前記流れ調和装置の下流側に、かつ前記流れ調和装置に
隣接させて、前記パイプラインと整列してベンチュリ流量メータを設けるステッ
プと、 前記流れ調和装置と前記ベンチュリ流量メータとを組合せたものの複数の部分
にまたがる圧力差を測定するステップと、 該測定値を用いて気体質量率Ｘを計算するステップと、 を含む。
中の気体質量率Ｘを測定する方法は、 前記パイプライン内に流れ調和装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記流れ調和装置及び前記ベンチュリ流量メ
ータを通過するように、前記流れ調和装置の下流側に、かつ前記流れ調和装置に
隣接させて、前記パイプラインと整列してベンチュリ流量メータを設けるステッ
プと、 前記流れ調和装置と前記ベンチュリ流量メータとを組合せたものの複数の部分
にまたがる圧力差を測定するステップと、 該測定値を用いて気体質量率Ｘを計算するステップと、 を含む。
【０００９】 本発明の第二の態様に基づく、パイプラインを流れるある質量の液体及び気体
中の気体質量Ｘを測定する方法は、 喉と、該喉に向けて収束する上流部分と、前記喉から拡大する下流部分とを有
するベンチュリ装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記ベンチュリ装置を通過するように前記ベ
ンチュリ装置を前記パイプラインと整列して設けるステップと、 流れ調和装置を、前記ベンチュリ装置の上流側パイプライン内に、前記ベンチ
ュリ装置に隣接させて設けるステップと、 前記流れ調和装置の上流側の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置
の中間位置との間の圧力差ＤＰ１を測定するステップと、 前記喉と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差
ＤＰ２を測定するステップと、 前記ベンチュリ装置下流の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の
中間位置との間の圧力差ＤＰ３を測定するステップと、 例えば、式、 のようなＸ＝ｆｎ（ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３，．．．）の形をした式を使って気
体質量率Ｘを計算するステップと、 を含む。
中の気体質量Ｘを測定する方法は、 喉と、該喉に向けて収束する上流部分と、前記喉から拡大する下流部分とを有
するベンチュリ装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記ベンチュリ装置を通過するように前記ベ
ンチュリ装置を前記パイプラインと整列して設けるステップと、 流れ調和装置を、前記ベンチュリ装置の上流側パイプライン内に、前記ベンチ
ュリ装置に隣接させて設けるステップと、 前記流れ調和装置の上流側の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置
の中間位置との間の圧力差ＤＰ１を測定するステップと、 前記喉と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差
ＤＰ２を測定するステップと、 前記ベンチュリ装置下流の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の
中間位置との間の圧力差ＤＰ３を測定するステップと、 例えば、式、 のようなＸ＝ｆｎ（ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３，．．．）の形をした式を使って気
体質量率Ｘを計算するステップと、 を含む。
【００１０】
添付の図面を参照しながら実施例を通して本発明の各実施形態を説明する。 図面を参照すると、図１には気体及び液体の多相混合体である湿潤な気体を搬
送するパイプラインのほぼ水平な部分２が示されている。気体は例えば天然ガス
のような燃料気体でよく、また液体はオイル及び又は水でもよい。この場合、パ
イプラインは油田井戸又はガス井戸から出る多相混合物を搬送することができる
。
送するパイプラインのほぼ水平な部分２が示されている。気体は例えば天然ガス
のような燃料気体でよく、また液体はオイル及び又は水でもよい。この場合、パ
イプラインは油田井戸又はガス井戸から出る多相混合物を搬送することができる
。
【００１１】 パイプラインのセクション２は、上流側パイプセクション４，下流側パイプセ
クション６，及びベンチュリ部材８を含み、ベンチュリ部材８は、公知の湿潤な
気体ベンチュリ流量測定にこれまでに使用されてる公知の部材を適合させること
ができる。ベンチュリ部材８は、喉１０，喉に向けて収束する上流側部分１２、
及び喉から拡大する下流側部分１４を含む。ベンチュリ部材８はまた、二つの円
筒形の端部分１６、１８を含み、該端部分１６、１８はパイプセクション４，６
に設けた端フランジ２４，２６にそれぞれボルト（図示せず）によって固定され
る端フランジ２０，２２を有する。
クション６，及びベンチュリ部材８を含み、ベンチュリ部材８は、公知の湿潤な
気体ベンチュリ流量測定にこれまでに使用されてる公知の部材を適合させること
ができる。ベンチュリ部材８は、喉１０，喉に向けて収束する上流側部分１２、
及び喉から拡大する下流側部分１４を含む。ベンチュリ部材８はまた、二つの円
筒形の端部分１６、１８を含み、該端部分１６、１８はパイプセクション４，６
に設けた端フランジ２４，２６にそれぞれボルト（図示せず）によって固定され
る端フランジ２０，２２を有する。
【００１２】 円形プレート３０の形状をした流体流れ調和装置２８が、ベンチュリ部材８の
上流側パイプラインの内部を横断して延び、ボルト孔３２を貫通するボルト（図
示せず）によりフランジ２０、２４間に固定される。流体の流れはパイプライン
に沿って方向Ａに向いており、流れ調和装置２８はこの流れにほぼ直角である。
流れ調和装置のプレート３０はこのプレートを流体が通過するための複数の孔３
４を有する。孔３４は、真っ直ぐに貫通する円筒の形をもち、その上流側の端及
び下流側の端に角張った縁をもつものでよい。孔３４は、破線３６で示すパイプ
のセクション４又はベンチュリ装置の端部分１６の内部壁を、ほぼ占拠するよう
に配置することができる。流れ調和装置２８は、喉１０と、収束部分１２と拡大
部分１４とによって形成される全ベンチュリ装置に隣接している。
上流側パイプラインの内部を横断して延び、ボルト孔３２を貫通するボルト（図
示せず）によりフランジ２０、２４間に固定される。流体の流れはパイプライン
に沿って方向Ａに向いており、流れ調和装置２８はこの流れにほぼ直角である。
流れ調和装置のプレート３０はこのプレートを流体が通過するための複数の孔３
４を有する。孔３４は、真っ直ぐに貫通する円筒の形をもち、その上流側の端及
び下流側の端に角張った縁をもつものでよい。孔３４は、破線３６で示すパイプ
のセクション４又はベンチュリ装置の端部分１６の内部壁を、ほぼ占拠するよう
に配置することができる。流れ調和装置２８は、喉１０と、収束部分１２と拡大
部分１４とによって形成される全ベンチュリ装置に隣接している。
【００１３】 流れ調和装置２８の目的の一つは、多相流体をなす液相及び気相をほぼ一様に
又は均一に混合させて、流れ調和装置下流のベンチュリ部材８内の任意の指定位
置において液相及び気相がほぼ同一の速さで流れるようにすること、すなわちベ
ンチュリ部材を通過する液体及び気体間にほぼすべりがないようにすることであ
る。
又は均一に混合させて、流れ調和装置下流のベンチュリ部材８内の任意の指定位
置において液相及び気相がほぼ同一の速さで流れるようにすること、すなわちベ
ンチュリ部材を通過する液体及び気体間にほぼすべりがないようにすることであ
る。
【００１４】 流れ調和装置２８のもう一つの目的は、流れ調和装置２８の前後で圧力降下を
起こすことである。
起こすことである。
【００１５】 ベンチュリ部材８がある位置のパイプライン壁に開口３８，４０，４２，４４
が形成され、それらの開口を表す信号を、ライン４８でコンピュータ５０に与え
る。
が形成され、それらの開口を表す信号を、ライン４８でコンピュータ５０に与え
る。
【００１６】 圧力変換器５２がベンチュリ装置１２，１０，１４の上流で流れ調和装置２８
前後の圧力差ＤＰ１を観測し、それらの圧力差を表す信号をライン５４に載せ、
コンピュータ５０へ送る。別の変換器５６がベンチュリ装置８の上流端と喉１０
との間の圧力差ＤＰ２を観測し、ライン５８を介してコンピュータ５０へ信号を
送る。ベンチュリ装置にまたがる圧力差ＤＰ３が圧力変換器６０により観測され
、圧力差ＤＰ３を表す信号がライン６２を介してコンピュータ５０へ送られる。
前後の圧力差ＤＰ１を観測し、それらの圧力差を表す信号をライン５４に載せ、
コンピュータ５０へ送る。別の変換器５６がベンチュリ装置８の上流端と喉１０
との間の圧力差ＤＰ２を観測し、ライン５８を介してコンピュータ５０へ信号を
送る。ベンチュリ装置にまたがる圧力差ＤＰ３が圧力変換器６０により観測され
、圧力差ＤＰ３を表す信号がライン６２を介してコンピュータ５０へ送られる。
【００１７】 温度センサ６４がパイプライン２内の流体の温度を観測し、その示度をライン
６６を介してコンピュータ５０へ送る。
６６を介してコンピュータ５０へ送る。
【００１８】 気体質量率Ｘは、パイプライン２を流れる（液体と気体を合わせた）全質量流
量に対するパイプライン２を流れる気体質量流量の比である。
量に対するパイプライン２を流れる気体質量流量の比である。
【００１９】 気体質量率Ｘを決定するため、コンピュータ５０は式、 を使って計算を行う。ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは定数である。
【００２０】 この質量率の計算値Ｘは表示／読取装置６８に入力できる。
【００２１】 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆの値は任意の適当な数学的方法、例えば回帰解析法
を使って計算することができる。回帰解析法ではＸに異なる既知の値を与える気
体及び液体の種々の既知混合体を図１に示す配置のパイプラインに供給し、観測
されるＤＰ１，ＤＰ２，及びＤＰ３の値を式Ｉに代入し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及
びｆに当てはまる値を求める。
を使って計算することができる。回帰解析法ではＸに異なる既知の値を与える気
体及び液体の種々の既知混合体を図１に示す配置のパイプラインに供給し、観測
されるＤＰ１，ＤＰ２，及びＤＰ３の値を式Ｉに代入し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及
びｆに当てはまる値を求める。
【００２２】 公知の湿潤な気体に対するベンチュリ装置流量測定法に沿ってベンチュリ装置
８を使い、パイプライン２を流れる指示した気体質量流量Ｑgiの値を求める。真
の気体質量流量Ｑgは、ベンチュリメータを使う場合に適合する形にしたマード
ック相関式、 を使って得ることができる。
８を使い、パイプライン２を流れる指示した気体質量流量Ｑgiの値を求める。真
の気体質量流量Ｑgは、ベンチュリメータを使う場合に適合する形にしたマード
ック相関式、 を使って得ることができる。
【００２３】 式IIにおいて、Ｘは気体質量率であり、Ｍはベンチュリ装置に対して既知の方
法で決定されるマードック定数、ＣDGはオリフィスプレートを通過する気体の放
出係数に類似の係数、ＣDLはオリフィスプレートを通過する液体の放出係数に類
似の係数であり、ＣDG／ＣDLはほぼ１に等しい値をもっている。したがって、式
IIを変形した次式から真の気体質量流量が導出される。 ただし、ｌLは測定してコンピュータ５０に与えた液体の密度値、又はセ
ンサ６４により測定された温度に対しコンピュータで補正した液体の密度値であ
り、ｌgは変換器４６により観測された圧力及びセンサ６４により観測された温
度における、コンピュータで計算した気体の密度である。
法で決定されるマードック定数、ＣDGはオリフィスプレートを通過する気体の放
出係数に類似の係数、ＣDLはオリフィスプレートを通過する液体の放出係数に類
似の係数であり、ＣDG／ＣDLはほぼ１に等しい値をもっている。したがって、式
IIを変形した次式から真の気体質量流量が導出される。 ただし、ｌLは測定してコンピュータ５０に与えた液体の密度値、又はセ
ンサ６４により測定された温度に対しコンピュータで補正した液体の密度値であ
り、ｌgは変換器４６により観測された圧力及びセンサ６４により観測された温
度における、コンピュータで計算した気体の密度である。
【００２４】 コンピュータ５０は式IIIを使って真の気体質量流量Ｑgを計算する。この流量
Ｑgは装置６８により表示され、かつ又は記録される。
Ｑgは装置６８により表示され、かつ又は記録される。
【００２５】 上記の方法及びシステムは、式Iを使って連続的に気体質量率Ｘを計算し、式I
IIにより真の気体流量Ｑgを測定する方法を与え、その真の気体質量流量を時間
について積分すれば所定時間にわたり供給された全気体質量を与えることができ
る。
IIにより真の気体流量Ｑgを測定する方法を与え、その真の気体質量流量を時間
について積分すれば所定時間にわたり供給された全気体質量を与えることができ
る。
【００２６】 ベンチュリ装置内の気相と液相との間のすべりを低減し、又は完全にすべりの
無い状態をつくるためには、適当な任意の形態の流れ調和装置２８を使用すれば
よい。直径がいろいろと異なるパイプラインに対しては流れ調和装置内の流体通
過孔の数及び大きさを変更すればよい。
無い状態をつくるためには、適当な任意の形態の流れ調和装置２８を使用すれば
よい。直径がいろいろと異なるパイプラインに対しては流れ調和装置内の流体通
過孔の数及び大きさを変更すればよい。
【００２７】 Ｑgi及びＸからＱgを導出するのにチショルムの式などの他の方程式を利用
することができることを了解されたい。
することができることを了解されたい。
【図１】 本発明の各態様の方法を実施することができる装置を示す図で、一部を断面で
表した線図である。
表した線図である。
【図２】 図１の装置に使用することができる流れ調和装置の平面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１０月２３日（２０００．１０．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＮＯ，Ｕ Ｓ 【要約の続き】 ただしａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは定数の形をした式を 使って気体質量率（Ｘ）を計算する。
Claims (7)
- 【請求項１】 パイプラインを流れるある質量の液体及び気体中の気体質量
率Ｘを測定する方法であって、 前記パイプライン内に流れ調和装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記流れ調和装置及び前記ベンチュリ流量メ
ータを通過するように、前記流れ調和装置の下流側に、かつ前記流れ調和装置に
隣接させて、パイプラインと整列してベンチュリ流量メータを設けるステップと
、 前記流れ調和装置と前記ベンチュリ流量メータとを組合せたものの複数の部分
にまたがる圧力差を測定するステップと、 前記測定値を使って気体質量率Ｘを計算するステップと を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 パイプラインを流れるある質量の液体及び気体中の気体質量
率Ｘを測定する方法であって、 喉と、該喉に向けて収束する上流部分と、前記喉から拡大する下流部分とを有
するベンチュリ装置を設けるステップと、 前記パイプラインを流れる流体が前記ベンチュリ装置を通過するように前記ベ
ンチュリ装置を前記パイプラインと整列して設けるステップと、 流れ調和装置を、前記ベンチュリ装置の上流側パイプライン内に、前記ベンチ
ュリ装置に隣接させて設けるステップと、 前記流れ調和装置の上流側の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置
の中間位置との間の圧力差ＤＰ１を測定するステップと、 前記喉と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差
ＤＰ２を測定するステップと、 前記ベンチュリ装置下流の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の
中間位置との間の圧力差ＤＰ３を測定するステップと、 Ｔ及びＰを測定するステップと、 例えば、式 ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは定数、 のようなＸ＝ｆｎ（ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３，．．．）の形をした式を使って気
体質量率Ｘを計算するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の方法において、前記流れ調和装置下
流のベンチュリメータ又はベンチュリ部材内における気相と液相との間のすべり
が、前記流れ調和装置上流のすべりと比較して低減されるように、前記流れ調和
装置が気相と液相の混合を起こすために配置されていることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、前記ベンチュリメータ又は
ベンチュリ部材内で前記気相と液相との間に実質的にすべりが生じないことを特
徴とする方法。 - 【請求項５】 パイプラインに沿って流れるある質量の液体及び気体中の気
体質量率Ｘを測定する方法であって、ほぼ添付の図面を参照して上述した通りの
測定方法。 - 【請求項６】 湿潤気体ベンチュリ流量測定で使用するように適合させたマ
ードック相関を使用する、真の気体質量流量Ｑgを測定する方法であって、前記
マードック相関が次の形の式、 ただし、Ｘは請求項１ないし６の一項に記載の方法により測定した気体
質量率であり、ｌgは気体の密度であり、ｌLは液体の密度であり、Ｑgiは湿潤気
体ベンチュリ流量測定で得られた指定した気体の質量流量であり、Ｍは前記湿潤
気体ベンチュリ流量測定に使われるベンチュリ装置に対して導かれたマードック
定数、 によって表されることを特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項７に記載の真の気体質量流量Ｑgを測定する方法にお
いて、指定した気体の質量流量Ｑgiが、請求項１に記載の方法で使用された前記
ベンチュリ装置の前記ベンチュリ部材を使用して湿潤気体ベンチュリ流量測定法
から導かれることを特徴とする方法。
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