JP2014021113A

JP2014021113A - 核磁気流量計

Info

Publication number: JP2014021113A
Application number: JP2013146278A
Authority: JP
Inventors: Jean Paul Bousche Olaf; ジャンポールバウスケオラフ; Johannes Hogendoorn Cornelis; ヨハネスホーヘンドールンコルネリス; Leendert Zoeteweij Marco; レーンデルトズーテヴェイマルコ
Original assignee: Krohne AG
Current assignee: Krohne AG
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: DE102012013933B4; CA2820827A1; JP6198494B2; SA113340717B1; KR20140010339A; AU2013206724B2; AU2013206724A1; EP2687824A2; EP2687824B1; DE102012013933A1; CN103542898A; BR102013017787A2; MY165433A; US9429457B2; AR091763A1; RU2013132615A; MX2013008205A; CN103542898B; CA2820827C; US20140015526A1

Abstract

【課題】手間とコストがあまりかからず、時々必要とされる較正が使用プロセス、つまり本来の流量測定を妨害しない核磁気流量計、並びに相応する較正方法を提供する。
【解決手段】測定管（４）に、媒体迂回部（８）が対応配置されていて、該媒体迂回部（８）には、バイパス管（９）、流入弁（１０）又は／及び流出弁（１１）が付属しており、較正運転用に、前記バイパス管（９）は、前記流入弁（１０）又は前記流出弁（１１）を介して、或いは前記流入弁（１０）と前記流出弁（１１）とを介して、一方では前記流入管（６）に且つ他方では前記流出管（７）に接続できるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、核磁気流量計に関するものであって、一方では較正装置を備えた核磁気流量計に関し、他方では核磁気流量計の較正方法に関する。

核磁気流量計にはまず、多相媒体が通流可能な測定管が付属していることが機能するために不可欠であり、この測定管は、媒体の流れ方向に見て測定管の上流側に配置された流入管と、流れ方向に見て測定管の下流側に配置された流出管とに接続可能である。

核スピンを有する元素の原子核は、核スピンによって惹起される磁気モーメントをも有している。核スピンは、ベクトルで表すことができる回転パルスとして理解され、これに相応して磁気モーメントも、回転パルスのベクトルに対して平行なベクトルで表すことができる。１つの原子核の磁気モーメントのベクトルは、巨視的な磁場が存在している場合、原子核の位置にかけられた巨視的な磁場のベクトルに対して平行に並ぶ。その際に原子核の磁気モーメントのベクトルは、原子核の位置にかけられた巨視的な磁場のベクトルを中心として歳差運動する。歳差運動の周波数はラーモア周波数ω_Ｌと呼ばれ、磁場の強度の値Ｂに比例する。ラーモア周波数は、ω_Ｌ＝γ・Ｂに基づき算出される。この場合、γは磁気回転比であり、磁気回転比は、水素原子核に関して最大である。

巨視的な磁場が存在する場合に歳差運動する、磁気モーメントを有する原子核の特性を利用する測定方法及び分析方法は、核磁気共鳴測定方法又は核磁気共鳴分析方法と呼ばれる。核磁気共鳴は英語で" nuclear magnetic resonance " である。一般に、様々な周辺条件下で歳差運動する原子核によってセンサコイルに誘起された電圧が出力値として、前記測定方法及び分析方法に用いられる。核磁気共鳴を利用する測定器の一例として、測定管を通って流れる多相媒体の流量を測定し且つこの媒体を分析する、核磁気流量計が挙げられる。

核磁気共鳴を利用する分析の前提条件は、分析しようとする媒体の複数の相を励磁して、識別可能な複数の核磁気共鳴を起こすことができる、という点にある。分析は、媒体の個別の相の流速と、多相媒体における個別の相の相対的な割合とを含んでいてよい。核磁気流量計は、例えば油井から採掘された多相媒体、つまり主として原油、天然ガス及び海水、の複数の相から成り、しかも全ての相が水素原子核を有する媒体の分析に用いることができる。

油井から採掘された媒体の分析は、いわゆるテストセパレータによっても行うことができる。これらのテストセパレータは、採掘された媒体の少量の部分を取り分けて、媒体の個別の相を互いに分離させて、媒体における個別の相の割合を測定する。しかしながら、テストセパレータは５％未満の原油割合を正確に測定することはできない。どの油井の原油割合も減り続けていて、多数の油井の原油割合は既に５％未満なので、テストセパレータを用いてこれらの油井を経済的に採掘することは、目下不可能である。つまり、原油の割合が極めて少ない油井をも引き続き採掘できるようにするために、相応に正確な流量計が必要とされている。

核磁気流量計は、多数の用途、例えば測定管による、油井から採掘された多相媒体の流量の測定や、媒体中の原油、天然ガス及び海水の割合の測定における要求を満たすことができる。５％未満の原油の割合も、核磁気流量計によって測定可能である。

核磁気流量計が、多くの用途に関して所要の測定精度に達するために、流量計の較正が必要とされており、較正では、複数の較正パラメータが測定される。他のあらゆる測定器の場合と同様に、核磁気流量計においても、規則的な時間間隔で較正を繰り返すことが必要であり、これにより、可能な測定精度を継続的に達成することもできる。従来技術から公知の較正方法及び較正装置では、較正されるべき流量計が較正装置に接続されて、所定の較正方法によって較正される。

較正装置は、流量計の測定管を通る、種々様々な媒体の異なる既知の流量を生ぜしめるように形成されている。媒体としては、単相媒体、又は各媒体中に個別の相の既知の割合を有する多相媒体が使用され、この場合、特に媒体の核磁気共鳴特性の知識が必要とされる。較正方法は、種々様々な媒体を有する異なる流量での、流量計による測定を含んでいてよい。測定の測定値及びこの測定値に属する媒体の既知の流量及び特性から、流量計の較正パラメータが得られる。

従来技術から公知の較正方法及び較正装置の欠点は、較正されるべき核磁気流量計を、規則的な時間間隔を開けて、使用時の測定位置から取り外して較正装置に搬送せねばならない点にある。この過程は、一方では手間とコストが非常にかかり、且つ他方では使用プロセスを妨げるものである。

本発明の課題は、上述した欠点が取り除かれた、つまり手間とコストがあまりかからず、時々必要とされる較正が使用プロセス、つまり本来の流量測定を妨害しない、又は実質的に妨害しない核磁気流量計を提供すること、並びに相応する較正方法を提供することである。

この課題を解決するために本発明による核磁気流量計では、測定管に、媒体迂回部が対応配置されていて、該媒体迂回部には、バイパス管、流入弁又は／及び流出弁が付属しており、較正運転用に、前記バイパス管は、前記流入弁又は前記流出弁を介して、或いは前記流入弁と前記流出弁とを介して、一方では前記流入管に且つ他方では前記流出管に接続できるようになっているようにした。

以下に、本発明による核磁気流量計に関連して、媒体迂回部にはバイパス管の他に２つの弁、つまり流入弁と流出弁とが付属していることを説明する。本発明による核磁気流量計は、上で述べたように、媒体迂回部に１つの弁、つまり、流れ方向に見て測定管の上流側の流入弁か、又は流れ方向に見て測定管の下流側の流出弁のいずれかしか付属していない場合でも機能することはできる。媒体迂回部に、バイパス管の他には流入弁しか付属しておらず、流出弁は付属していない場合、バイパス管は流出側を、流出管に直接に接続されている。反対に、媒体迂回部にはバイパス管の他に流出弁しか付属しておらず、流入弁は付属していない場合は、バイパス管は流入側を、流入管に直接に接続されている。

本発明による核磁気流量計は、種々様々な形式で構成及び改良され得る。

本発明による核磁気流量計の第１の好適な構成では、媒体迂回部が、「通常運転」（「通常運転」＝流量計の測定運転）では、媒体を流入管から流入弁を介して測定管に流入させ、測定管から流出弁を介して流出管に流入させるので、媒体は測定管を離れて通過しない、つまり、媒体は媒体迂回部を介しては流れない。更に、好ましい実施形態では、特にすぐ上で述べたことに関連して、媒体迂回部が、「特別運転」（「特別運転」＝較正運転＝流量計の較正）では、媒体を流入管から、較正運転用に調整された流入弁を介してバイパス管に流入させ、バイパス管から、較正運転用に調整された流出弁を介して流出管に流入させるので、媒体が測定管を通って流れることはない。

最後に、本発明による核磁気流量計では、媒体迂回部の流入弁及び媒体迂回部の流出弁の制御用に、流量計に制御装置が設けられていて、該制御装置は、一方では制御線路を介して流入弁に接続されており、且つ他方では制御線路を介して流出弁に接続されていると有利である。

上で、本発明による核磁気流量計に関連して、媒体迂回部にはバイパス管の他に２つの弁、つまり流入弁と流出弁とが付属していることは説明した。但し、本発明による核磁気流量計は、媒体迂回部に１つの弁、つまり、流れ方向に見て測定管の上流側の流入弁か、流れ方向に見て測定管の下流側の流出弁のいずれかしか付属していない場合でも、機能することはできる。

冒頭で述べたように、本発明は核磁気流量計に関するものであるが、核磁気流量計自体のみならず、核磁気流量計の較正方法にも関する。

この方法に基づき、核磁気流量計、特に本発明による核磁気流量計に関する前記課題は、流量計を一方では「通常運転」（「通常運転」＝流量計の測定運転）で作動させ、且つ他方では「特別運転」（「特別運転」＝較正運転＝流量計の較正）で作動させることができることにより、解決される。

本発明による較正方法が、本発明による核磁気流量計に関連して使用される場合の好ましい構成は、「通常運転」では、媒体が流入管から媒体迂回部の流入弁を介して測定管に案内され、測定管から媒体迂回部の流出弁を介して流出管に案内され、「特別運転」では、媒体が流入管から媒体迂回部の流入弁を介してバイパス管に案内され、バイパス管から媒体迂回部の流出弁を介して流出管に案内されることを特徴としている。

どの較正方法にも測定の実施は必要であり、これにより、得られた測定値を用いて本来の流量測定の測定精度を改良することができる。したがって、本発明による較正方法には通常、「特別運転」において、測定管内で停滞している媒体の測定を流量計により実施することも必要である。この場合、測定管内で停滞している媒体において実施される測定は、測定管内を流れる媒体において実施される測定の精度を向上させるために用いられる。

本発明による較正方法では、測定管内で停滞している媒体において種々様々なパラメータ、特に、媒体の各相のスピン−格子緩和時間、媒体の各相のスピン−スピン緩和時間、媒体の各相の体積の割合及び／又は媒体の各相の質量の割合を求めることができる。詳細には、媒体の各相の質量の割合は、所定の時間にわたるスピン−格子緩和信号の曲線及び／又は所定の時間にわたるスピン−スピン緩和信号の曲線から求めることができる。

詳細には、本発明による核磁気流量計及び本発明による較正方法を構成し且つ改良する、様々な手段がある。これについては、並列的な独立請求項の下位の従属請求項及び以下に説明する、唯一の図面に示した実施形態を参照されたい。

較正装置１を備えた、本発明による核磁気流量計２の１つの実施形態を概略的に示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

核磁気流量計２には、多相媒体３が通流可能な測定管４が付属している。この測定管４は、媒体３の流れ方向５に見て測定管４の上流側に配置された流入管６と、媒体３の流れ方向５に見て測定管４の下流側に配置された流出管７とに接続可能である。測定管４が流入管６と、流出管７の両方に接続された状態において、この構成は従来技術から公知の、核磁気流量計２を用いて測定管４を通流する多相媒体３の流量測定及び分析を行う構成に相当する。

核磁気流量計２に付属している較正装置１は、主として媒体迂回部８から成っていて、この媒体迂回部８には、バイパス管９と、流入弁１０と、流出弁１１とが付属している。流入弁１０は、測定管４と、流入管６と、バイパス管９とに接続されているのに対して、流出弁１１は、測定管４と、流出管７と、バイパス管９とに接続されている。

「通常運転」（「通常運転」＝流量計２の測定運転）では、媒体３は流入管６から流入弁１０を介して測定管４に流入し、測定管４から流出弁１１を介して流出管７に流入する。つまり、媒体３は測定管４から離れて通過しては流れず、言い換えると、媒体３が媒体迂回部８を介して流れることはない。核磁気流量計２は「普通に」作動する、つまり「通常運転」で作動することができる。

「特別運転」（「特別運転」＝較正運転＝核磁気流量計２の較正）では、媒体３は流入管６から、較正運転用に調整された流入弁１０を介してバイパス管９に流入し、バイパス管９から較正運転用に調整された流出弁１１を介して流出管７に流入する。つまり、媒体３が測定管４を通流することはない。むしろ、測定管４内に存在する媒体３は「停滞」している。本発明による較正方法に必要な、測定管４に閉じ込められて停滞している媒体３の測定は、流量計２によって実施され得る。

図示の実施形態において、本発明による核磁気流量計２は、媒体迂回部８の流入弁１０と、媒体迂回部８の流出弁１１とを制御するために、制御線路１２を有している。もちろん、媒体迂回部８の流入弁１０の制御と、媒体迂回部８の流出弁１１の制御とは、別個の制御手段によって行われてもよい。

媒体迂回部８の流入弁１０と、媒体迂回部８の流出弁１１とは、流入管６内及び流出管７内の媒体３の流れが「通常運転」から「特別運転」への変更及び「特別運転」から「通常運転」への変更に際しても、実質的には妨げられないように構成されている。従って、「通常運転」（＝流量計２の測定運転）は、時々必要とされる流量計２の較正によって、その都度短時間の間、流量計２による媒体３の流量測定及び分析を行うことができなくなる程度にしか、妨げられない。

「通常運転」から出発して、図示の実施形態では、まず最初に媒体迂回部８の流入弁１０と、媒体迂回部８の流出弁１１とに、「特別運転」（＝較正運転）に必要な調整を施すことにより、較正を開始する。これにより、既に述べたように、測定管４内の媒体３の流れが止められる。次いで、測定管４内の媒体３の各相のスピン−格子緩和時間、スピン−スピン緩和時間、水素指数、体積割合及び質量割合が測定される。その後、媒体迂回部８の流入弁１０と、媒体迂回部８の流出弁１１とに、「通常運転」（＝流量計２の測定運転）に必要な調整を施し、これにより、媒体３は再び測定管４に流入して、測定管４を通って流れることができる。

１較正装置、２核磁気流量計、３多相媒体、４測定管、５流れ方向、６流入管、７流出管、８媒体迂回部、９バイパス管、１０流入弁、１１流出弁、１２制御線路

Claims

核磁気流量計であって、多相媒体（３）が通流可能な測定管（４）が設けられており、該測定管（４）は、媒体（３）の流れ方向に見て前記測定管（４）の上流側に配置された流入管（６）と、前記流れ方向に見て前記測定管（４）の下流側に配置された流出管（７）とに接続できるようになっている、核磁気流量計において、
前記測定管（４）に、媒体迂回部（８）が対応配置されていて、
該媒体迂回部（８）には、バイパス管（９）、流入弁（１０）又は／及び流出弁（１１）が付属しており、
較正運転用に、前記バイパス管（９）は、前記流入弁（１０）又は前記流出弁（１１）を介して、或いは前記流入弁（１０）と前記流出弁（１１）とを介して、一方では前記流入管（６）に且つ他方では前記流出管（７）に接続できるようになっていることを特徴とする、核磁気流量計。
前記媒体迂回部（８）は、「通常運転」（「通常運転」＝流量計（２）の測定運転）では媒体（３）を前記流入管（６）から前記流入弁（１０）を介して前記測定管（４）に流入させ、該測定管（４）から前記流出弁（１１）を介して前記流出管（７）に流入させるので、媒体（３）が前記測定管（４）を離れて通過することはなく、媒体（３）は前記媒体迂回部（８）を介しては流れないようになっている、請求項１記載の核磁気流量計。
前記媒体迂回部（８）は、「特別運転」（「特別運転」＝較正運転＝流量計（２）の較正）では媒体（３）を前記流入管（６）から、較正運転用に調整された前記流入弁（１０）を介してバイパス管（９）に流入させ、該バイパス管（９）から、較正運転用に調整された前記流出弁（１１）を介して前記流出管（７）に流入させるので、媒体（３）は前記測定管（４）を通って流れないようになっている、請求項１又は２記載の核磁気流量計。
前記媒体迂回部（８）の前記流入弁（１０）及び前記媒体迂回部（８）の前記流出弁（１１）の制御用に、当該流量計（２）に制御装置が設けられていて、該制御装置は、一方では制御線路（１２）を介して前記流入弁（１０）に接続されており且つ他方では制御線路（１２）を介して前記流出弁（１１）に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の核磁気流量計。
核磁気流量計、特に請求項１から４までのいずれか１項記載の核磁気流量計用の較正方法であって、
前記流量計（２）を、一方では「通常運転」（「通常運転」＝流量計（２）の測定運転）で作動させ、且つ他方では「特別運転」（「特別運転」＝較正運転＝流量計（２）の較正）で作動させることができることを特徴とする、核磁気流量計用の較正方法。
「通常運転」では、媒体（３）を前記流入管（６）から前記媒体迂回部（８）の前記流入弁（１０）を介して前記測定管（４）に案内し、該測定管（４）から前記媒体迂回部（８）の前記流出弁（１１）を介して前記流出管（７）に案内し、「特別運転」では、媒体（３）を前記流入管（６）から前記媒体迂回部（８）の前記流入弁（１０）を介して前記バイパス管（９）に案内し、該バイパス管（９）から前記媒体迂回部（８）の前記流出弁（１１）を介して前記流出管（７）に案内する、請求項１から５までのいずれか１項記載の流量計（２）についての、請求項５記載の較正方法。
前記「特別運転」では、前記測定管（４）内で停滞している媒体（３）における測定を前記流量計（２）により行う、請求項６又は７記載の較正方法。
前記測定管（４）内で停滞している媒体（３）において実施される測定を、前記測定管（４）内を流れる媒体（３）において実施される測定の精度を向上させるために用いる、請求項８記載の較正方法。
媒体（３）の各相のスピン−格子緩和時間（Ｔ_１）を測定する、請求項６から９までのいずれか１項記載の較正方法。
媒体（３）の各相のスピン−スピン緩和時間（Ｔ_２）を測定する、請求項１から９までのいずれか１項記載の較正方法。
媒体（３）の各相の体積の割合を測定する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の較正方法。
媒体（３）の各相の質量の割合を測定する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の較正方法。
媒体（３）の各相の質量の割合を、所定の時間にわたるスピン−格子緩和信号の曲線から求める、請求項１から１２までのいずれか１項記載の較正方法。
媒体（３）の各相の質量の割合を、所定の時間にわたるスピン−スピン緩和信号の曲線から求める、請求項１から１３までのいずれか１項記載の較正方法。
当該較正方法を、規則的な時間間隔で実施する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の較正方法。