JP4944882B2 - 多成分流内の１つの成分の密度を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の分野】
【０００１】
本発明は、さく井流量測定分野に関し、より特定すると、オイル流量演算器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス井及び油井は、坑口から流れ出る混相流を有し得る。坑口からの流れの全流量を測定する必要がある。全流量を測定するためには、典型的には、ガスの流れが液体の流れから分離され、ガス及び液体の流れが別個に測定される。ガスの流れと液体の流れとは、２つの異なるコリオリ流量計によって測定される。液体の流れは、典型的には、オイルと水とを含んでいる。流体の流れ内のオイルの量を正確に測定するためには、流体の流れ内の水の量を判定しなければならない。流れ内の水の量を判定するためには、水の密度を判定する必要がある。現在のところ、水の密度は、坑口から流れ出す水のサンプルを周期的に取り出し且つ比重計を使用して密度を測定することによって判定される。この方法は、多数の問題点を有する。一つの問題点は、水の密度が始終変わり得る点である。水の密度が変化し、測定された古い密度が使用される場合には、流れ内のオイルの量の計量が不正確になる。問題のほとんどは、含水率が低い流路内よりも含水率が高い流路内の不正確さにある。しかしながら、この装置からサンプルを取り出すこと及び密度を試験することは、労働及び時間のかかる作業であるかも知れない。
【０００３】
従って、流れ内のオイルの量を判定するためのより優れた装置及び方法の必要性がある。
【発明の開示】
【０００４】
導管内を流れる多成分流内の一つの成分の密度を判定する方法及び装置が開示されている。この多成分流は、第一の流れが本質的に多成分のうちの第一の成分に対する流れの全てを有している２つの流れに分割される。
【０００５】
本発明の一つの特徴は、多成分流内の成分のうちの一つの密度を判定するための方法を含んでいる。この方法は、少なくとも第一の物質と第二の物質とからなる液体の流れを導管内へ導くステップを含んでおり、当該ステップは、
液体の流れを、第一の流れと第二の流れとに分離するステップであり、第一の流れの流量が第二の流れの流量よりも大きく、前記第一の流れは第一の物質の本質的に全てを含んでいるステップと、前記第二の流れ内の液体の密度を測定するステップと、を含んでいる。
【０００６】
好ましくは、この方法は更に、第一の物質がオイルである場所を含んでいる。
【０００７】
好ましくは、この方法は更に、第二の物質が水である場所を含んでいる。
【０００８】
好ましくは、この方法は更に、第二の物質が第一の物質よりもよりも密度が高い場所を含んでいる。
【０００９】
好ましくは、この方法は更に、第二の流れ内を流れる液体の温度を測定するステップを含んでいる。
【００１０】
好ましくは、この方法は更に、導管内を流れる物質の全流量を測定するステップと、前記第二の流れ内の液体の密度に部分的に基づいて前記導管内を流れる第一の物質の量を判定するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１１】
好ましくは、当該方法は更に、前記第一の物質の本質的に全てを第一の流れ内へと分離するために重力が使用されることを特徴としている。
【００１２】
本発明のもう一つ別の特徴は、当該流体が少なくともオイルと水とからなる液体の流れを導管内へ導くステップを含み、この方法の各ステップは、導管内を流れる液体から水の少量のサンプルを連続的に分離し且つ当該水の密度を測定することからなる多成分の流れの中の一の成分の密度を測定する方法を特徴としている。
【００１３】
好ましくは、この方法は、コリオリ流量計を使用して水の密度を測定することを特徴としている。
【００１４】
好ましくは、この方法は、水の密度を連続的に測定することを特徴としている。
【００１５】
好ましくは、当該方法は更に、測定された水の密度に部分的に基づいて導管内を流れるオイルの量を判定することを特徴としている。
【００１６】
好ましくは、当該方法は更に、液体の含水率を判定するために、水の密度を使用することを特徴としている。
【００１７】
本発明の別の特徴は、少なくとも第一の物質と第二の物質とからなる液体を含む構造とされた第一の導管を備えている多成分の流れの中の一の成分の密度を測定する装置を含んでおり、当該装置は、
第一の導管に結合され且つ液体から第二の物質のサンプルを抜き取る構造とされた第二の導管と、
当該第二の導管に結合され且つ前記第二の導管内の前記第二の物質のサンプルの密度を測定する構造とされた第一のコリオリ流量計と、を特徴としている。
【００１８】
好ましくは、前記第二の導管を備えた装置は更に、頂部半分と底部半分とを有しており、前記第一の導管がセパレータタンク内へ流れ込み、前記第二の導管はセパレータタンクの底部半分に結合されている。
【００１９】
好ましくは、当該装置は更に、前記第一の導管に取り付けられ且つ前記第一の導管内を流れる液体の密度を測定する構造とされている第二のコリオリ流量計と、
前記第一及び第二のコリオリ流量計に結合され且つ前記第一のコリオリ流量計による密度測定に部分的に基づいて前記導管内の液体内の第二の物質に対する前記第一の物質の比率を判定する構造とされたプロセッサとを特徴としている。
【００２０】
好ましくは、当該装置は、第一の直径を有する第一の導管と、第二の直径を有する第二の導管とを特徴とし、前記第一の直径は前記第二の直径よりも大きい。
【００２１】
好ましくは、当該装置は、前記第二の直径が、前記第一の直径の１／１０よりも小さいことを特徴としている。
【００２２】
好ましくは、当該装置は、第一の流量を有する第一の導管と、第二の流量を有する第二の導管とを備え、前記第一の流量は前記第二の流量よりも大きいことを特徴としている。
【００２３】
本発明のもう一つ別の特徴は、少なくとも第一の物質と第二の物質とからなる流動する液体を含んでいる導管を備えた多成分の流れの中の一の成分の密度を測定する装置を含んでおり、当該装置は、
前記流動する液体を、第一の流れの流量が第二の流れの流量よりも大きくなるように第一の流れと第二の流れとに分割するための手段であって、前記第一の流れが前記第一の物質の本質的に全てを含んでいる前記手段と、
前記第二の流れ内の物質の密度を測定するための手段とを特徴としている。
【００２４】
図１〜３及び以下の説明は、本発明の最良の形態を形成し且つ使用する方法を当業者に教示するために、特別な実施例を示している。本発明の原理を教示する目的のために、幾つかの一般的な特徴は簡素化し又は省略した。当業者は、本発明の範囲に含まれるこれらの実施例の変形例を理解できるであろう。当業者は、以下に記載する特徴は、本発明の多数の変更例を形成するために種々の方法で組み合わせることができることがわかるであろう。結果として、本発明は、以下に記載の特別な実施例に限定されず、請求の範囲及びその等価物によってのみ限定される。
【００２５】
図１は、本発明の例示的な実施形態におけるオイル及びガス測定装置１００の図である。オイル及びガス測定装置１００は、坑口１０２に結合されており且つセパレータ１０４、液体出口パイプ１０８、ガス出口パイプ１０６、ウォーターノックアウトレッグ１１０、流量計１１６、１１４及び１１２、装置の出口パイプ１１８並びにオイル流量演算器１２０を含んでいる。
【００２６】
作動中に、坑口１０２は、ガス、オイル、水及び例えば沈泥又は砂のような砕片を含むかも知れない混相流を形成する。この混相流は、セパレータ１０４に送られ、そこでガスが液体から分離される。セパレータ１０４は、気液間円筒形サインクロン（ＧＬＣＣ）セパレータを含む如何なるタイプのセパレータであっても良い。ガス出口パイプ１０６は、セパレータ１０４の頂部からガスを取り出す。流量計１１２は、ガス出口パイプ１０６内を流れているガスの量を測定する。流量計１１２は、タービン流量計、コリオリ流量計等を含む如何なるタイプの流量計であっても良い。液体は、液体出口パイプ１０８によってセパレータ１０４から取り出される。液体出口パイプ１０８内を流れている液体は、オイルと水とを含んでいるかも知れない。ウォーターノックアウトレッグ１１０は、水の小さな流れを液体出口パイプ１０８から分離する構造とされている。流量計１１４は、液体出口パイプ１０８内の液体の流れを測定する。本発明の一つの例示的な実施形態においては、流量計１１４はコリオリ流量計である。流量計１１４がコリオリ流量計である場合には、流量計１１４は、液体出口パイプ１０８内を流れる液体の密度を測定するために使用することができる。液体出口パイプ１０８内を流れている液体の含水率の値は、測定された液体の密度と式１とを使用して判定することができる。
【式１】

式中、ρ（ｍｉｘ）は液体の密度であり、ρ（オイル）は液体内の油の密度でありρ（水）は液体内の水の密度である。オイルの密度は、ユーザーが入力するか又は別個に測定することができる。式１は、液体内を流れている水の密度に依存している。水の密度は塩度の関数として変化し得る。
【００２７】
流量計１１６は、ウォーターノックアウトレッグ１１０の流量を測定する。流量計１１６はコリオリ流量計である。流量計１１６はまた、ウォーターノックアウトレッグ１１０内を流れている水の密度をも測定する。ウォーターノックアウトレッグ１１０からの流れは、（図示されているように）流量計１１４の後で液体出口パイプ１０８内へ再度挿入して戻されても良いし又は流量計の前に再度挿入されても良い（図示されていない）。ウォーターノックアウトレッグ１１０からの流れが流量計１１４の前に液体出口パイプ１０８に再度流入したときには、流量を測定するために流量計１１６を使用する必要はなく、流量計の使用は、ウォーターノックアウトパイプ１１０内を流れる物質の密度の測定専用とすることができる。オイル演算器１２０は、装置内を流れる全流量を判定するために流量計１１２，１１４及び１１６を監視している。一つの実施形態においては、ガス及び流体の出力は、一つの装置の出口パイプ１１８内に再結合させても良い。本発明の他の例示的な実施形態においては、ガス及び液体は別個の配管装置（図示せず）内の別個の場所へ送っても良い。
【００２８】
オイル演算器１２０は、流量計１１２，１１４及び１１８内の流量を監視する。液体出口パイプ１０８内を流れる流体は、オイルと水との混合物を含んでいる。流体出口パイプ１０８内を流れているオイルの量を判定するためには、水の量を判定しなければならない。流量計内を流れる物質の密度を測定すると共に流量計内を流れる物質の量を測定するために、コリオリ流量計を使用しても良い。ウォーターノックアウトレッグ１１０は、液体出口パイプ１０８内を流れている流体の主要な流れから、オイル又はその他の炭化水素を本質的に含まない液体の流れを分離する構造とされている。ウォーターノックアウトレッグ内を流れる流体の流れは、水、沈殿物及び例えば塩のようなその他の水溶性物質によって構成されているかも知れない。水の塩度の変化は、水の密度を変化させ得る。ウォーターノックアウトレッグ１１０内を流れる流体の密度を測定するためにコリオリ流量計１１６が使用されている。測定された密度は、次いで、含水率方程式によって判定された出口パイプ１０８内を流れているオイルの量の計算にフィードバックされる。
【００２９】
ウォーターノックアウトレッグ１１０は、多くの方法により、本質的にオイル又はより軽い液体を含まない流体の流れが出口パイプ１０８内の主要な流体の流れから分離されるのを可能にする構造とすることができる。本発明の一つの例示的な実施形態においては、出口パイプ１０８は、炭化水素を出口パイプの頂部へと上昇させるために、流量に関して十分な長さを有している水平パイプである。ウォーターノックアウトレッグ１１０は、出口パイプ１０８の底部に結合されて出口パイプからより重い流体のうちの幾つかのみを引き出す。ウォーターノックアウトレッグ１１０は、出口パイプ１０８よりも直径が小さくて、ウォーターノックアウトレッグ内の流れが制限されるようにされている。本発明の一つの例示的な実施形態においては、ウォーターノックアウトレッグ１１０は、出口パイプ１０８の直径の１／１０である。出口パイプ１０８内を流れているより重い流体の少量の流れ又はサンプルのみがウォーターノックアウトレッグ１１０内へ引き出される必要がある。幾つかの場合には、より重い流体の殆どは、出口パイプ１０８内を流れている状態のままである。
【００３０】
図２は、本発明の別の例示的な実施形態におけるノックアウトレッグの別の構造である。ノックアウトレッグは、セパレータタンク２２２とノックアウトパイプ２１０とを含んでいる。出口パイプ２０８はセパレータタンク２２２内へ流入している。出口パイプは、セパレータタンク２２２の頂部の近くにおいてセパレータタンク２２２から出て行っている。ノックアウトパイプ２１０は、セパレータタンク２２２の底部又はその近くから出て行っている。セパレータタンクは、液体をタンクの内側で分類するのに十分な量の液体のための滞留時間を許容する体積を有している。ノックアウトパイプ２１０はまた、出口パイプ２０８よりも直径が小さくて、ノックアウトレッグ２１０内への流れが制限されるようになされている。セパレータタンク２２２内へ流れ込む比較的重い流体の少量の流れ又はサンプルのみが、ノックアウトレッグ２１０内へ抜き取られる必要がある。多くの場合には、より重い流体のほとんどは、出口パイプ２０８を通ってセパレータタンク２２２から出て行く。
【００３１】
図３は、本発明の例示的な実施形態におけるノックアウトレッグのもう一つ別の形状を示している。ノックアウトレッグは、セパレータパイプ３３４とノックアウトパイプ３１０とを含んでいる。出口パイプ３０８は、出口パイプ３０８から延びているセパレータパイプ３３４を備えている。セパレータパイプ３３４は、出口パイプ３０８よりも直径が小さくても良い。セパレータパイプ３３４は、出口パイプ３０８と再結合する直前の短い距離に亘って出口パイプ３０８の下方に延びている。ノックアウトパイプ３１０は、セパレータパイプ３２４の底部でセパレータパイプ３３４に結合されている。セパレータパイプ３３４内を流れる比較的重い流体の少量の流れ又はサンプルのみが、ノックアウトレッグ３１０内へ引き込まれる必要がある。ノックアウトパイプ３１０は、セパレータパイプ３３４と同じ大きさであっても良いし又はセパレータパイプ３３４よりも小さいサイズであっても良い。本発明を利用するために、出口パイプ内を流れている混相液体から少量のサンプルを分離するために、他の構造を使用しても良い。
【００３２】
混相流内を流れる水の密度が連続的に測定することができるので、水の中の塩度の変化をリアルタイム基準で補正することができる。これは、含水率測定における不確実性を低下させる助けとなるべきである。本発明は、オイル及び水の流れ内の水の密度を測定することに限られない。本発明は、構成成分が流動中に分離することができる如何なる混相流においても使用することができる。ノックアウトレッグは、比較的軽い液体から比較的重い液体を分離することができる。
【００３３】
図４は、混相流内の成分のうちの１つの密度を判定するための方法のフローチャートである。ステップ４０２において、少なくとも第一の物質と第二の物質とを含む流れが導管内へ導かれる。ステップ４０４において、液体の流れが第一の流れと第二の流れとに分離され、第一の流れは第一の物質の本質的に全てを含んでいる。ステップ４０６において、第二の流れ内の液体の密度が測定される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態におけるオイル及びガス測定装置１００の概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の例示的な実施形態におけるノックアウトレッグを示している概略図である。
【図３】図３は、本発明の別の例示的な実施形態におけるセパレータタンクを使用しているノックアウトレッグを示している概略図である。
【図４】図４は、本発明の一つの例示的な実施形態における多成分流内の成分のうちの一つの密度を判定するための方法のフローチャートである。

Claims (12)

1. 少なくとも第一の物質と第二の物質とからなる液体の流れを、導管内へ導くこと（ステップ４０２）を含む、多成分流内の成分のうちの１つの密度を判定する方法であり、
   前記液体の流れを、第一の流れが前記第一の物質の本質的に全てを含んでいる前記第一の流れと第二の流れとに分離するステップ（４０４）と、
   前記第一の流れの流量が前記第二の流れの流量よりも大きく、前記第二の流れ内の前記第二の物質の密度を測定するステップ（４０６）と、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第一の物質がオイルであることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第二の物質が水であることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第二の物質が前記第一の物質よりも密度が高いことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であり、
   前記導管内を通る物質の全流量を測定するステップと、
   前記第二の流れ内の前記液体の密度に部分的に基づいて前記導管内を流れる前記第一の物質の量を判定するステップと、を更に含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であり、
   重力を使用して、前記第一の物質を分離して前記第一の流れ内へ流すことを特徴とする方法。
7. 少なくとも第一の物質と第二物質とからなる流動する液体を含む構造とされた第一の導管（１０８）を備えている多成分の流れの中の一の成分の密度を測定する装置であり、
   前記第一の導管（１０８）に結合され且つ該第一の導管（１０８）内の前記流動する液体から前記第二の物質のサンプルを抜き取る構造とされた第二の導管（１１０）と、
   前記第二の導管（１１０）に結合され且つ該第二の導管内の前記第二の物質のサンプルの密度を測定する構造とされている第一のコリオリ流量計（１１６）と、を含むことを特徴とする装置。
8. 前記第二の導管を備えた請求項７に記載の装置であり、
   頂部半分と底部半分とを備えたセパレータタンク（２２２）であり、前記第一の導管（２０８）が前記セパレータタンク（２２２）内へ流れ込み、前記第二の導管（２１０）が前記セパレータタンクの前記底部半分に結合されていることを更に特徴とする装置。
9. 請求項７に記載の装置であり、
   前記第一の導管（１０８）に取り付けられ且つ前記第一の導管内を流れる液体の密度を測定する構造とされた第二のコリオリ流量計（１１４）と、
   前記第一及び第二のコリオリ流量計に結合されており、前記第一のコリオリ流量計による密度の測定に部分的に基づいて前記導管内の液体内の前記第二の物質に対する前記第一の物質の比率を判定する構造とされているプロセッサ（１２０）と、を特徴とする装置。
10. 請求項７に記載の装置であり、
    前記第一の導管が第一の直径を有し、前記第二の導管が第二の直径を有し、前記第一の直径が前記第二の直径よりも大きいことを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記第二の直径が前記第一の直径の１／１０より小さいことを特徴とする装置。
12. 請求項７に記載の装置であり、
    前記第一の導管が第一の流量を有し、前記第二の導管が第二の流量を有し、前記第一の流量が前記第二の流量よりも大きいことを特徴とする装置。

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