JP7376565B2 - 石油および天然ガスの生産システムとその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、油田またはガス田から石油および天然ガスを生産する際に出砂を伴う場合の生産システムとその運転方法に関する。

海底を含む地面を掘削して石油および天然ガスを含む流体を生産するとき、地層が崩れることにより流体に砂が混じる出砂現象が生じることがある。このような出砂現象が生じた場合、生産装置などの損傷が引き起こされることが問題になるため、対象となる石油および天然ガスを含む流体の観察が重要となる。

ＵＳ２０１２／００７６３６４Ａ１には、地面に掘った穴の中の流体分析のための画像処理方法とシステムの発明が記載されている。ＵＳ２０１５／０１３８５５７Ａ１には、地面または海底面での光源を含む流体のイメージベース測定装置の発明が記載されている。ＵＳ９，６７８，０１６Ｂ２には、流体の本体部、第１および第２の目視検査部、光源、カメラ、第１および第２のスプレー要素を含んだ流体分析器の発明が記載されている。
発明の概要

本発明は、油田またはガス田から生産される石油および天然ガス中の砂を測定することで、円滑な石油および天然ガス生産ができるようにするための、石油および天然ガスの生産システムとその運転方法を提供することを課題とする。

本発明は、その一つの実施形態において、パイプラインを介して石油および天然ガスを含む流体を生産する石油および天然ガスの生産システムであって、
石油および天然ガスを含む流体から石油および天然ガスと他の成分を分離するためのセパレータが配置され、前記セパレータに至る前のパイプラインの一部分に測定セクションが配置されており、
前記測定セクションが、内部を通過する石油および天然ガスを含む流体中の砂を観察するための観察用パイプと、前記観察用パイプ内部に可視光線乃至赤外線を照射するための照明ユニットと、前記観察用パイプ内部を撮影するためのカメラユニットと、前記カメラユニットで撮影された画像を解析するための画像処理ユニットを有し、
前記観察用パイプが、前記セパレータに至るまでのパイプラインの一部分と置換されており、
前記照明ユニットと前記カメラユニットが、前記石油および天然ガスを含む流体が通過可能な１００ｍｍ以下の間隔をおいて対向配置されている、石油および天然ガスの生産システムを提供する。

本発明は他の実施形態において、上記した石油および天然ガスの生産システムの運転方法を提供する。本発明のさらなる実施形態は以下に記載され、また添付図面に基づいて説明される。

本発明の実施形態に基づく石油および天然ガスの生産システムによれば、例えば出砂現象の発生を容易にかつ速やかに確認することができるようになり、特定のパイプラインからの石油および天然ガスの生産停止や生産量を減少させるなどの対策をとることができるため、石油および天然ガスの円滑な生産ができるようになる。

本発明の原理に基づく一つの例示的な石油および天然ガスの生産システムの全体を示す概略図。 本発明の原理に基づく一つの例示的な石油および天然ガスの生産システムの測定セクションの外観の正面図。 図３（ａ）は、本発明の原理に基づく一つの例示的な棒状の照明容器と棒状のカメラ容器を使用した、図２における観察用パイプの半径方向の断面図、図３（ｂ）はその軸方向の部分断面図。 図４（ａ）は、図３（ａ）で使用した照明容器とカメラ容器の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）とは異なる形態のそれぞれの平面図。 図５（ａ）は、図３（ａ）、図３（ｂ）における照明ユニットとカメラユニットのそれぞれの軸方向断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）において照明用ミラーとカメラ用ミラーを移動させた状態を示す軸方向断面図。 図６（ａ）は、板状の照明容器と板状のカメラ容器を使用した、本発明の原理に基づく別実施形態である、図２における観察用パイプの半径方向の断面図、図６（ｂ）はその軸方向の部分断面図。 図７（ａ）はさらに別実施形態である図２における観察用パイプの半径方向の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）とは異なる実施形態の半径方向の断面図。 図８（ａ）は、棒状の照明容器と棒状のカメラ容器を使用した、さらに別実施形態である図２における観察用パイプの半径方向の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の部分拡大図、図８（ｃ）は図８（ａ）とは異なる実施形態の半径方向の断面図。 図６（ｂ）とは異なる、本発明の原理に基づく一つの例示的な実施形態の軸方向の部分断面図。

＜石油および天然ガスの生産システム＞
添付図面を参照して、石油および天然ガスの生産システムを説明する。図１に示すとおり、本発明の一つの実施形態による例示的な石油および天然ガスの生産システムは、油層またはガス層１からパイプライン３を介して、地面５０に設置されたプラットホーム６まで送ることにより、石油および天然ガスを生産するためのものである。パイプライン３は油井内またはガス井内に配置されたチュービング２に対して、バルブ５を介して接続されている。

図１に示す例では、チュービング２とパイプライン３が地上部分で、すなわち地面５０上で接続されているが、別の例ではこれらは地下または海底で接続された形態でもよく、またパイプライン３が地下に配置された形態でもよい。油層またはガス層１は、地下、海底下のいずれにあるものでもよい。

幾つかの例では、油層またはガス層１に近い油井内またはガス井内には、砂などの固形物が石油および天然ガス中に混入した状態でチュービング２内に入ることを防止するためのスクリーン（図示せず）が取り付けられている。

井戸中のチュービング２とパイプライン３は、油田またはガス田の規模に応じて数十～数百本程度、あるいはそれ以上が使用されることができる。またチュービング２とパイプライン３は、それぞれの長さ方向に直交する方向（半径方向）の断面が円形かそれに近似した形状のものであることができる。

プラットホーム６上には、石油および天然ガスを含む流体から石油および天然ガスと他の成分を分離するためのセパレータ７が配置されている。なお、油田またはガス田が海底にある場合には、海底面上にセパレータ７を設置することもできる。また石油および天然ガスと分離する他の成分は、天然ガスを除いたガス、水（地層水）などであってよい。

幾つかの例では、１台のセパレータ７に複数本のパイプライン３が接続されていてよい。パイプライン３の本数が多い場合には、複数のセパレータ７を使用することができる。例えば、パイプライン３が５０～５００本あるときは、パイプライン（１００～５００本の枝パイプ）のうち５～５０本がマニフォールドで１本の幹パイプにまとめられた後、まとめられた１本の幹パイプごとに一台のセパレータ７と接続される構成とすることができる。

セパレータ７としては、縦型もしくは横型の重力分離装置を、単独または複数台並列または複数台直列に使用することができる。なお、スクリーンを通過してチュービング２およびパイプライン３内に混入した砂などの固形物を分離するときは、別途設置したハイドロサイクロンなどを使用することができる。

プラットホーム６まで送られた石油および天然ガスを含む流体から分離された石油および天然ガスは、タンカーで輸送されるか、パイプラインを経て製油所などに送られる。

一つの例示的な態様において、測定セクション１０（１０ａ、１０ｂ）は、セパレータ７に至る前のパイプライン３の一部分に配置されている。測定セクション１０は、複数箇所に設置することができる。図１の例では、縦方向（地面５０と垂直方向）に伸ばされたパイプライン３の部分に測定セクション１０ａが設置され、横方向（地面５０と平行方向）に伸ばされたパイプライン３の部分に測定セクション１０ｂが設置されている。

一つの例示的な態様において、測定セクション１０はそれぞれ、内部を通過する石油および天然ガスを含む流体中の砂を観察するための観察用パイプ１１と、観察用パイプ１１内部に可視光線乃至赤外線を照射するための照明ユニット２０と、観察用パイプ１１内部を撮影するためのカメラユニット３０と、カメラユニット３０で撮影された画像を解析するための画像処理ユニット４０を有している。

照明ユニット２０は、外部電源と電気的に接続されており、カメラユニット３０はケーブル４１により画像処理ユニット４０と接続されている。

測定セクション１０は、上記の例のように複数本のパイプライン（枝パイプ）が１本の幹パイプにまとめられているような形態では、枝パイプの全てに設置することが好ましいが、複数本の枝パイプの内の一部本数のそれぞれに設置することもできるし、前記した幹パイプのみに設置することもできる。また図１に示すように１本のパイプライン３の複数箇所に測定セクションを設けることもできる。

一つの例示的な態様において、観察用パイプ１１は、セパレータ７に至る前のパイプライン３の一部分（１本のパイプライン３の一部分）と置換されているものであることができる。

図２に示す例では、チュービング２側のパイプライン３ａと観察用パイプ１１の第１端部１１ａがアダプター９ａを介して接続されており、セパレータ７側のパイプライン３ｂと観察用パイプ１１の第２端部１１ｂがアダプター９ｂを介して接続されている。観察用パイプ１１は、パイプライン３と同じ材質からなるものを使用することができる。

一つの例示的な態様において、アダプター９ａ、９ｂを使用した観察用パイプ１１とパイプライン３ａ、３ｂとの接続方法としては、以下に説明する嵌め込み方式、ねじ込み方式と嵌め込み方式の組み合わせ、ねじ込み方式などの接続方式を使用することができる。しかしこれらは限定的なものではなく、他の任意の適切な接続方式とすることもできる。

例示的な嵌め込み方式では、必要に応じて耐油性のシールテープや耐油性のＯリングを介して、アダプター９ａ内にパイプライン３ａの端部と観察用パイプ１１の第１端部１１ａを嵌め込み、同様にしてアダプター９ｂ内に汲み上げ用パイプ３ｂの端部と観察用パイプ１１の第２端部１１ｂを嵌め込んで接続する。

ねじ込み方式と嵌め込み方式の例示的な組み合わせでは、内部にねじ部が形成されたアダプター９ａに対して、端部外表面にねじ部が形成されたパイプライン３ａと第１端部１１ａの外表面にねじ部が形成された観察用パイプ１１をねじ込み、アダプター９ｂとパイプライン３ｂと観察用パイプ１１の第２端部１１ｂは、上記した嵌め込み方式と同様にして接続する。この方法では、ねじ込み方式と嵌め込み方式を適用する部分は、逆でもよい。

ねじ込み方式を適用する場合には、予めそれに対応した観察用パイプ１１を用意する必要がある。このような観察用パイプ１１としては、外表面にねじ部が形成された内筒と、二つの外筒（第１の外筒と第２の外筒）の二重構造からなり、内筒の一端部の外側に第１の外筒がねじ込まれ、内筒の反対側の端部の外側に第２の外筒がねじ込まれたものを使用することができる。

第１の外筒と第２の外筒としては、いずれも一端部側（内筒側）が内表面にねじ部を有し、反対側の他端部側が外表面にねじ部を有しているものを使用することができる。この場合にアダプター９ａ、９ｂとしては、いずれも内表面にねじ部を有するものを使用し、パイプライン３ａ、３ｂとしてはいずれも端部外表面にねじ部を有するものを使用することができる。使用時には、アダプター９ａをパイプライン３ａにねじ込み、アダプター９ａ内に二重構造の観察用パイプ１１の第１の外筒をねじ込んで接続し、アダプター９ｂをパイプライン３ｂにねじ込み、アダプター９ｂ内に二重構造の観察用パイプ１１の第２の外筒をねじ込んで接続する。

次に図３～図５を参照して、測定セクションの一実施形態である測定セクション１０Ａの例を説明する。測定セクション１０Ａの観察用パイプ１１には、照明ユニット２０とカメラユニット３０が取り付けられている。

照明ユニット２０は、棒状（柱状）の照明容器２１、照明容器２１に接続された光源２２および容器内に配置された照明用ミラー２３を備えている。光源２２と照明用ミラー２３は、いずれも照明容器２１の長さ方向（図５の上下方向）に可動自在になっている。

照明ユニット２０は、一つの実施形態において、カメラユニット（またはビデオカメラユニット）３０と組み合わせることで、観察用パイプ１１内を通過する石油および天然ガスを含む流体を例えば連続的に撮影する（動画を撮影する）ことができる。

棒状の照明容器２１は、耐圧性および耐油性の点からステンレスなどの金属のほか、合成樹脂からなるものでもよい。棒状の照明容器２１は、幅方向の断面形状が円形、楕円形、四角形などのものであることができ、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害せず、破損し難くするため、幅が狭く、角部が丸みを帯びているものが好ましい。観察用パイプ１１の半径方向断面で見た棒状の照明容器２１の幅は、例えば２４ｍｍ以下にすることができる。

棒状の照明容器２１の幅方向の断面形状としては、図４（ａ）に示すようにカメラユニット３０に対向する円形の一部面が平面２１ａになっているもの、図４（ｂ）に示す四角形のものなどにすることができる。図４（ａ）、（ｂ）の照明容器２１は、いずれも角部が丸みを帯びるように加工されていることができる。照明容器２１の面２１ａは、光源２２から発せられる光線に対して透過性である。一つの例では、棒状の照明容器２１の面２１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］が９０％以上）になっている。

光源２２は、観察用パイプ１１内に可視光線から赤外線までの範囲の任意の波長の光線を照射するためのものである。照射する光線の種類（波長）は、石油および天然ガスの組成（含有成分の割合）に応じて選択することができ、一つの例では、波長７２０～１１００ｎｍの赤外線を照射できるものが好ましい。

光源２２は、棒状の照明容器２１に接続できるものであればよく、光ファイバー、ＬＥＤライトなどを使用することができる。図５の例では、棒状の照明容器２１の底面２１ｃ側に光源（光ファイバー）２２の先端面（光照射面）２２ａが接続された形態が示されているが、光源２２の先端面２２ａが照明容器２１の内部に突き出された形態でもよい。

可動自在の照明用ミラー２３は、図５（ａ）、（ｂ）に示すとおり、照明容器２１内の底面２１ｃ側から天面２１ｂ側まで移動可能なものである。照明用ミラー２３の移動は、複数の段階的なものであってもよいし、連続的なものであってもよい。

照明用ミラー２３は、光源２２から発射された光を反射できるものであれば任意のものであってよく、顕微鏡、カメラなどに使用されている公知の光学機器用ミラーを使用することができる。照明用ミラー２３の角度（基準面となる底面２１ｃに対する角度）は特に制限されるものではないが、例えば４５度を基準角度として調整することができる。

カメラユニット（またはビデオカメラユニット）３０は、棒状（柱状）のカメラ容器３１、カメラ容器３１内に接続されたカメラ３２、およびカメラ容器３１の長さ方向（図５の上下方向）に可動自在のカメラ用ミラー３３を備えている。カメラ３２およびカメラ用ミラー３３は、いずれもカメラ容器３１の長さ方向（図５の上下方向）に可動自在になっている。

カメラユニット３０は、照明ユニット２０と組み合わせることで、観察用パイプ１１内を通過する石油および天然ガスを含む流体を連続的に撮影する（動画を撮影する）ことができる。棒状のカメラ容器３１は、耐圧性および耐油性の点からステンレスなどの金属のほか、合成樹脂からなるものでもよい。

棒状のカメラ容器３１は、幅方向の断面形状が円形、楕円形、四角形などのものであることができ、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害せず、破損し難くするため、幅が狭く、角部が丸みを帯びているものが好ましい。観察用パイプ１１の半径方向断面で見た棒状のカメラ容器３１の幅は、例えば２４ｍｍ以下にすることができる。

棒状のカメラ容器３１の幅方向の断面形状としては、図４（ａ）に示すように照明ユニット２０に対向する円形の一部面が平面３１ａになっているもの、図４（ｂ）に示す四角形のものなどにすることができる。図４（ａ）、（ｂ）のカメラ容器３１は、いずれも角部が丸みを帯びるように加工されていることができる。カメラ容器３１の面３１ａは、照明ユニット２０から受光される光線に対して透過性である。一つの例では、棒状のカメラ容器３１の面３１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］が９０％以上）になっている。

カメラユニット３０で使用するカメラ３２は、一つの例では高フレームレートカメラを使用することができる。高フレームレートカメラとしては、例えば、特開２０１４－１６０５１６号公報の画像処理装置に記載されている（段落番号００９６、００９７）、Ｂａｓｌｅｒ製のＡ５０４ｋ（モノクロ）／ｋｃ（カラー）またはＭｉｃｒｏｔｒｏｎ製のＥｏｓｅｎｓ ＭＣ１３６２（モノクロ）／１３６３（カラー）を使用することができる。これらのカメラは、最大で１２８０×１０２４画素の画像を、５００ｆｐｓでリアルタイム出力することができる。また、これらのカメラでは、画像の行数を減らすことでフレームレートを上げることが可能となっており、例えば１２８０×５１２画素であれば１０００ｆｐｓで出力できる。

可動自在のカメラ用ミラー３３は、図５（ａ）、（ｂ）に示すとおり、カメラ容器３１内の底面３１ｃ側から天面３１ｂ側まで移動可能なものである。カメラ用ミラー３３の移動は、複数の段階的なものであってもよいし、連続的なものであってもよい。

カメラ用ミラー３３は、照明ユニット２０の照明用ミラー２３で反射された光をさらに反射できるものであれば任意のものであってよく、顕微鏡、カメラなどに使用されている公知の光学機器用ミラーを使用することができる。カメラ用ミラー３３の角度（基準面となる底面３１ｃに対する角度）は特に制限されるものではないが、例えば４５度を基準角度として調整することができる。カメラ用ミラー３３の角度と照明用ミラー２３の角度は、同じであることが好ましい。

一つの実施形態によれば、図３に例示的に示されているように、照明ユニット２０の棒状の照明容器２１は、底面２１ｃ側が観察用パイプ１１の外側に位置し、天面２１ｂ側が観察用パイプ１１の内側に突き出すように取り付けられている。カメラユニット３０の棒状のカメラ容器３１は、底面３１ｃ側が観察用パイプ１１の外側に位置し、天面３１ｂ側が観察用パイプ１１の内側に突き出すように取り付けられている。

観察用パイプ１１内における照明容器２１とカメラ容器３１の突き出し長さは特に制限されるものではないが、突き出し部分の長さが大きいと石油および天然ガスを含む流体による抵抗が大きくなるため（石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害し易くなるため）、観察用パイプ１１の直径の半分程度以下であることが好ましい。

一つの実施形態によれば、観察用パイプ１１の内部において、照明容器２１の面２１ａと、これに対向するカメラ容器３１の面３１ａの間には、石油および天然ガスを含む流体が通過することができ、かつ前記流体を撮影できるようにするための間隔（ｗ１）が設けられている。

一つの例では間隔（ｗ１）は１００ｍｍ以下であり、好ましくは１～１０ｍｍであることができる。なお、石油および天然ガスを含む流体に砂が含まれているときは、スクリーンを通過して入り込んだ砂は通常は粒径が０．１～０．０１ｍｍ程度のものであるため、間隔（ｗ１）の大きさの選択に際しては、石油および天然ガスを含む流体が通過できればよく、実質的に砂の粒径は考慮しなくともよい。

間隔ｗ１は、照明容器２１の天面２１ｂから底面２１ｃとカメラ容器３１の天面３１ｂから底面３１ｃの全体にわたって同じ幅であることが好ましい。

一つの実施形態において、観察用パイプ１１内における照明容器２１の突き出し部分の長さ（天面２１ｂの高さ位置）とカメラ容器３１の突き出し部分の長さ（天面３１ｂの高さ位置）は、同じであることが好ましい。照明容器２１とカメラ容器３１は、観察用パイプ１１内に取り付けるとき、例えばそれぞれの天面２１ｂと天面３１ｂの高さと、間隔ｗ１を一定にするため、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害しないようにして、一部分が相互に接続された形態にすることができる。例えば、照明容器２１の天面２１ｂとカメラ容器３１の天面３１ｂを間隔ｗ１が維持されるように相互に接続して、照明容器２１の底面２１ｃとカメラ容器３１の底面３１ｃを間隔ｗ１が維持されるように相互に接続することができる。

一つの実施形態において、図３に示す測定セクション１０Ａは、観察用パイプ１１の周面に形成された取り付け穴から、棒状の照明容器２１の一部と棒状のカメラユニット３１の一部を差し込んで組み立てることができる。前記差し込み部分には、ゴム製の筒状シール部材などを介在させることで、観察用パイプ１１内を流れる石油および天然ガスを含む流体が外部に漏れ出ないようにすることができる。

次に図６を参照して、測定セクションの別の一実施形態である測定セクション１０Ｂを説明する。測定セクション１０Ｂの観察用パイプ１１には、照明ユニット１２０とカメラユニット１３０が取り付けられている。

一つの実施形態において、照明ユニット１２０は、板状の照明容器１２１、照明容器１２１内に収容された光源１２２を備えている。照明ユニット１２０は、カメラユニット（またはビデオカメラユニット）１３０と組み合わせることで、観察用パイプ１１内を通過する石油および天然ガスを含む流体を連続的に撮影する（動画を撮影する）ことができる。

一つの実施形態において、板状の照明容器は、第１面１２１ａと、第１面１２１ａと厚さ方向反対側の第２面１２１ｂ、第１面１２１ａと第２面１２１ｂを囲む、内側側面１２１ｃと外側側面１２１ｄを含む４つの側面を有している。板状の照明容器１２１は、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害せず、破損し難くするため、薄く、角部が丸みを帯びているものが好ましい。観察用パイプ１１の半径方向断面で見て、板状の照明容器１２１は、例えば厚さ２４ｍｍ以下にすることができる。

光源１２２は、板状の照明容器１２１のカメラユニット１３０に対向する第１平面１２１ａ側に光源１２２の光照射部分が位置するように取り付けられている。光源１２２の光照射部分が面している第１平面１２１ａの全部または一部（光源の光照射部分が面している部分）は、光源１２２から発せられる光線に対して透過性である。一つの例では、第１平面１２１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］が９０％以上）になっている。光源としては、光ファイバーやＬＥＤライトなどを使用することができる。

一つの実施形態において、カメラユニット１３０は、板状のカメラ容器１３１、カメラ容器１３１内に収容されたカメラ１３２を備えている。カメラユニット１３０は、照明ユニット１２０と組み合わせることで、観察用パイプ１１内を通過する石油および天然ガスを含む流体を連続的に撮影する（動画を撮影する）ことができる。

一つの実施形態において、板状のカメラ容器１３１は、第１面１３１ａと、第１面１３１ａと厚さ方向反対側の第２面１３１ｂ、第１面１３１ａと第２面１３１ｂを囲む、内側側面１３１ｃと外側側面１３１ｄを含む４つの側面を有している。板状のカメラ容器１３１は、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害せず、破損し難くするため、角部が丸みを帯びているものが好ましい。観察用パイプ１１の半径方向断面で見て、板状のカメラ容器１３１は、例えば厚さ２４ｍｍ以下にすることができる。

カメラ１３２は、板状のカメラ容器１３１の照明ユニット１２０に対向する第１面１３１ａ側にカメラ１３２のレンズ部分が位置するように取り付けられている。カメラ１３２のレンズ部分が面している第１平面１３１ａの全部または一部（カメラのレンズが面している部分）は、照明ユニット１２０から受光される光線に対して透過性である。一つの例では、第１平面１３１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］が９０％以上）になっている。カメラ１３２としては、上記した高フレームレートカメラを使用することができる。

一つの実施形態によれば、図６ａに例示的に示されているように、照明ユニット１２０の板状の照明容器１２１は、外側側面１２１ｄ側が観察用パイプ１１の外側に位置し、内側側面１２１ｃ側が観察用パイプ１１の内側に突き出すように取り付けられている。カメラユニット１３０の板状のカメラ容器１３１は、外側側面１３１ｄ側が観察用パイプ１１の外側に位置し、内側側面１３１ｃ側が観察用パイプ１１の内側に突き出すように取り付けられている。

観察用パイプ１１内における照明容器１２１とカメラ容器１３１の突き出し長さは特に制限されるものではないが、突き出し部分の長さが大きいと石油および天然ガスを含む流体による抵抗が大きくなるため（石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害し易くなるため）、観察用パイプ１１の直径の半分程度以下であることが好ましい。

一つの実施形態によれば、観察用パイプ１１の内部において、照明容器１２１の第１面１２１ａとカメラ容器１３１の第１平面１３１ａの間には、石油および天然ガスを含む流体が通過することができ、かつ前記流体を撮影できるようにするための間隔（ｗ１）が設けられている。光源１２２とカメラ１３２は、間隔（ｗ１）をおいて対向配置されていることができる。

一つの例では間隔（ｗ１）は１００ｍｍ以下であり、好ましくは１～１０ｍｍであることができる。なお、石油および天然ガスを含む流体に砂が含まれているときは、スクリーンを通過して入り込んだ砂は、通常は粒径が０．１～０．０１ｍｍ程度のものであるため、間隔（ｗ１）の大きさの選択に際しては、実質的に砂の粒径は考慮しなくともよい。

間隔ｗ１は、照明容器１２１の第１平面１２１ａの全面とカメラ容器１３１の第１平面１３１ａの全面において同じ幅であることが好ましい。

一つの実施形態において、観察用パイプ１１内における照明容器１２１の突き出し部分の長さとカメラ容器１３１の突き出し部分の長さは同じであることが好ましい。照明容器１２１とカメラ容器１３１は、観察用パイプ１１内に取り付けるときに間隔ｗ１を一定にするため、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害しないようにして一部分が相互に接続された形態にすることができる。例えば、照明容器１２１の内側側面１２１ｃとカメラ容器１３１の内側側面１３１ｃを間隔ｗ１が維持されるように相互に接続して、照明容器１２１の外側側面１２１ｄとカメラ容器１３１の外側側面１３１ｄを間隔ｗ１が維持されるように相互に接続することができる。

一つの実施形態において、図６に示す測定セクション１０Ｂは、観察用パイプ１１の周面に形成された取り付け穴から板状の照明容器１２１の一部と棒状のカメラ容器１３１の一部を差し込んで組み立てることができる。前記差し込み部分には、ゴム製の筒状シール部材などを介在させることで、観察用パイプ１１内を流れる石油および天然ガスを含む流体が外部に漏れ出ないようにすることができる。

次に図７および図８を参照して、測定セクションの別実施形態である測定セクション１０Ｃ～１０Ｆの例を説明する。測定セクション１０Ｃ～１０Ｆは、図６に示す測定セクションと同様の照明ユニット１２０とカメラユニット１３０を使用したものである。

図７（ａ）に示す測定セクション１０Ｃでは、照明ユニット１２０の板状の照明容器１２１が観察用パイプ１１の半径方向に見た両端側で観察用パイプ１１の内壁に固定され、カメラユニット１３０の板状のカメラ容器１３１が、観察用パイプ１１の半径方向に見た両端側で観察用パイプ１１の内壁に固定されている。

板状の照明容器１２１と板状のカメラ容器１３１は、観察用パイプ１１の断面の中心を挟んで半径方向に対向されるように配置されている。照明容器１２１とカメラ容器１３１の間には、測定セクション１０Ｂの場合と同様の間隔ｗ１が維持されている。

照明ユニット１２０は、図示していないリードワイヤで電源と接続され、カメラユニット１３０は、図示していないリードワイヤおよびケーブルにより電源と画像処理ユニット４０に接続されている。

図７（ｂ）に示す測定セクション１０Ｄは、図７（ａ）に示す測定セクション１０Ｃとは、観察用パイプ１１内部における照明ユニット１２０とカメラユニット１３０の取り付け位置が異なるほかは同じものである。この場合、板状の照明容器１２１と板状のカメラ容器１３１は、観察用パイプ１１の断面の中心を除いた位置、すなわち中心から偏心した位置で半径方向に対向されるように配置されている。

図８（ａ）に示す測定セクション１０Ｅは、図８（ｂ）に示すような観察用パイプ１１の半径方向に対向する照明ユニット２２０とカメラユニット２３０を使用している。照明ユニット２２０は、棒状（柱状）の照明容器２２１の先端面２２１ａ側に光源２２２が収容配置されている。照明容器２２１の先端面２２１ａは、光源２２２から発せられる光線に対して透過性である。一つの例では、先端面２２１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］９０％以上）である。

カメラユニット２３０は、棒状（柱状）のカメラ容器２３１の先端面２３１ａ側にカメラ２３２が収容配置されているものである。カメラ２３１の先端面２３１ａは、照明ユニット２２０から受光される光線に対して透過性である。一つの例では、先端面２３１ａの全部または一部は透明（全光線透過率［ＩＳＯ １３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］９０％以上）である。

照明容器２２１とカメラ容器２３１は、図６（ａ）に示す実施形態と同様にして観察用パイプ１１に取り付けられている。照明容器２２１の先端面２２１ａとカメラ容器２３１の先端面２３１ａの間に、上述の例と同様の間隔（ｗ１）が設けられている。

図８（ｃ）に示す測定セクション１０Ｆは、観察用パイプ１１に対する照明ユニット２２０とカメラユニット２３０の取り付け位置が異なっているほかは、図８（ａ）に示す照明ユニット１０Ｅと同じものである。すなわち図８（ａ）に示す照明ユニット１０Ｅでは照明容器２２１の先端面２２１ａとカメラ容器２３１の先端面２３１ａは観察用パイプ１１の半径方向断面の中心を挟んで対向しているが、図８（ｃ）に示す測定セクション１０Ｆでは照明容器２２１の先端面２２１ａとカメラ容器２３１の先端面２３１ａは観察用パイプ１１の半径方向中心から偏心した位置を挟んで対向している。

再度図２を参照すると、一つの実施形態において、画像処理ユニット４０は、観察用パイプ１１内において照明ユニット２０とカメラユニット３０の組み合わせで撮影された砂の連続画像（動画）から、砂についての測定要素を求めることができる。

砂についての測定要素としては、撮影された画像から得られる、石油および天然ガスを含む流体中の砂の粒子径、砂の粒度分布、および砂量（ｍ^３）を含む、砂についての測定要素いずれか１、いずれか２または全部とすることができる。

画像処理ユニット４０としては、上記した特開２０１４－１６０５１６号公報に記載の画像処理装置を使用することができる。前記画像処理装置は、コプロセッサ、フレームメモリおよびＣＰＵを備えているものであることができ（前記公報の図１～図３参照）、例えば株式会社エクスビジョンが提供する「ハイスピードインスペクション」を使用することができる。「ハイスピードインスペクション」によれば、約１，６００個の対象物の１ｍｓでのトラッキングが可能である。

本発明の石油および天然ガスの生産システムでは、測定セクション１０内は実用時において石油および天然ガスを含む流体が流れるものであるため、石油および天然ガスを含む流体の円滑な流れを阻害しないことが重要となる。

このため、本発明の石油および天然ガスの生産システムでは、観察用パイプ１１の半径方向の断面積（内径基準の断面積）（Ａ１）と、照明容器２１（照明容器１２１、２２１）の石油および天然ガスを含む流体の流れ方向に対向する断面積（ａ１）と、カメラ容器３１（カメラ容器１３１、２３１）の石油および天然ガスを含む流体の流れ方向に対向する断面積（ａ２）が、次式（Ｉ）：
［（ａ１＋ａ２）／Ａ１］×１００ （Ｉ）
から求められる面積割合が３０％以下であるものが好ましい。上記式（Ｉ）から求められる面積割合は、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。

このように式（Ｉ）から求められる面積割合が小さくなっていると、石油および天然ガスを含む流体の流れを阻害しないため、石油および天然ガスを含む流体中に含まれている砂についての測定要素の測定結果もより正確になる。

なお、観察用パイプ１１内に照明ユニット２０とカメラユニット３０を配置したときに石油および天然ガスを含む流体が通過する面積（流路面積）が減少することを解消するため、照明ユニット２０とカメラユニット３０が配置されている部分を含む観察用パイプ１１の外径および内径を拡張して、前記流路面積を増加させることもできる。

前記流路面積の増加割合は、石油および天然ガスを含む流体の流れ方向に対向する前記照明ユニットの照明容器２１と前記カメラユニットのカメラ容器３１の合計断面積（ａ１＋ａ２）を目安として調整することができる。例えば、上記の式（Ｉ）から求められる面積割合が３０％であるときは、３０％に相当する流路面積が増加されるように、観察用パイプ１１の外径および内径を拡張させることができる。

＜石油および天然ガスの生産システムの運転方法＞
本発明は、上記した石油および天然ガスの生産システムを運転して、油田またはガス田１からチュービング２、パイプライン３を使用して石油（天然ガスを含む石油）を生産する過程において、測定セクション１０（測定セクション１０Ａ～Ｆ）で砂についての測定要素（砂の粒径、砂の粒度分布および砂量（ｍ^３）などの砂の測定要素）を測定する。

図１に示すように油田またはガス田１からチュービング２、パイプライン３を介して生産された石油および天然ガスを含む流体は、測定セクション１０（測定セクション１０Ａ～Ｆ）を通過する。

このとき、測定セクション１０Ａ（図３～図５に示す実施形態）では、次のようにして石油および天然ガスを含む流体が撮影される。

石油および天然ガスを含む流体は図３（ｂ）に示す矢印方向に流れ、一部が図３（ａ）に示す照明ユニット２０とカメラユニット３０の間の間隔ｗ１の隙間を通る。照明ユニット２０の光源２２から照射された所定波長（可視光線から赤外線の範囲）の光は、照明用ミラー２３に当たって向きを変え、照明容器２１の透明な平面２１ａを通過して間隔ｗ１の石油および天然ガスを含む流体が通過している隙間を横切り、カメラ容器３１の透明な平面３１ａからカメラ容器３１内に入る。

カメラ容器３１内に入った光線はカメラ用ミラー３３に当たって向きを変え、カメラ３２（カメラレンズ３２ａ）に至り、間隔ｗ１の隙間を通過する石油および天然ガスを含む流体が撮影される。撮影された画像情報は画像処理ユニット４０に送られて処理される。この一連の撮影を連続的に実施することによってデータが蓄積され、石油および天然ガスを含む流体に含まれている砂についての測定要素が測定される。

なお、測定セクション１０Ａでは、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態まで照明用ミラー２３の位置を底面２１ｃ側から天面２１ｂ側まで移動させ、それと同期させてカメラ用ミラー３３の位置を底面３１ｃから天面３１ｂまで移動させながら連続的に撮影することもできる。このようにして照明用ミラー２３とカメラ用ミラー３３を同期させて連続的に移動させながら撮影すると、より高い精度で砂についての測定要素が測定できるようになるので好ましい。

他の測定セクション１０Ｂ～１０Ｆを使用して測定を実施した場合であっても、測定セクション１０Ａと同様に高い精度で砂についての測定要素を測定することができる。例えば、図６に示す測定セクション１０Ｂでは、照明ユニット１２０とカメラユニット１３０の間隔ｗ１の隙間を流れる石油および天然ガスを含む流体を連続的に撮影することができる。

なお、図６の測定セクション１０Ｂに代えて、図９に示すように複数の光源１２２と複数のカメラ１３２を組み合わせたものを使用すると、移動する砂をより長い時間撮影することが可能となり、砂を３次元的に捉えることができるようになるため好ましい。

なお、パイプライン３の測定箇所に応じて異なる測定セクションを設置することができるほか、複数の測定セクションにおける測定値を平均値として算出し、評価することもできる。

本発明の測定セクションを含む石油および天然ガスの生産システムを実施することによって、砂についての測定要素から出砂状況を把握することができるようになるため、出砂現象が発生した井戸を容易にかつ速やかに特定できるようになる。それにより、出砂現象が発生した井戸からの石油（天然ガスを含む石油）の生産を停止するか、また石油および天然ガスの生産量を調整するという対応ができるようになる。その結果、輸送経路の砂による閉塞、油井またはガス井内の機器、プラットホーム７上の機器の損傷も防止することができるようになる。

本発明の石油および天然ガスの生産システムと運転方法は、油田およびガス田からの石油および天然ガスの生産設備において利用することができる。

１ 油層またはガス層
２ チュービング
３ パイプライン
６ プラットホーム
７ セパレータ
１０ 測定セクション
１１ 観察用パイプ
２０ 照明ユニット
３０ カメラユニット
４０ 画像処理ユニット

Claims (12)

1. パイプラインを介して石油および天然ガスを含む流体を生産する石油および天然ガスの生産システムであって、
   石油および天然ガスを含む流体から石油および天然ガスと他の成分を分離するためのセパレータが配置され、前記セパレータに至る前の前記パイプラインの一部分に測定セクションが配置されており、
   前記測定セクションが、内部を通過する石油および天然ガスを含む流体中の砂を観察するための観察用パイプと、照明容器を備えており、前記観察用パイプ内部に可視光線乃至赤外線を照射するための照明ユニットと、カメラ容器を備えており、前記観察用パイプ内部を撮影するためのカメラユニットと、前記カメラユニットで撮影された画像を解析するための画像処理ユニットを有し、
   前記観察用パイプが、前記セパレータに至るまでの前記パイプラインの一部分と置換されており、
   前記照明ユニットと前記カメラユニットが、前記石油および天然ガスを含む流体が通過可能な１００ｍｍ以下の間隔ｗ１をおいて対向配置されている、石油および天然ガスの生産システム。
2. 前記照明ユニットが、棒状の前記照明容器、前記照明容器内に接続された光源、および前記照明容器の長さ方向に可動自在の照明用ミラーを備えており、
   前記カメラユニットが、棒状の前記カメラ容器、前記カメラ容器内に接続されたカメラおよび前記カメラ容器の長さ方向に可動自在のカメラ用ミラーを備えており、
   前記照明ユニットの棒状の照明容器が、一部が前記観察用パイプの外側に位置し、残部が前記観察用パイプの内側に突き出すように取り付けられており、
   前記カメラユニットの棒状のカメラ容器が、一部が前記観察用パイプの外側に位置し、残部が前記観察用パイプの内側に突き出すように取り付けられており、
   前記観察用パイプ内において、前記照明ユニットの照明容器の突き出し部分と前記カメラユニットの棒状のカメラ容器の突き出し部分が前記間隔ｗ１をおいて対向配置されており、
   前記照明ユニットの照明容器の突き出し部分と前記カメラユニットの棒状のカメラ容器の突き出し部分のそれぞれの対向されている面が透明（全光線透過率［ＩＳＯ１３４６８－１、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１］が９０％以上）である、請求項１記載の石油および天然ガスの生産システム。
3. 前記照明ユニットの照明容器が、一部外周面が長さ方向に連続した平面を有する円柱形状であり、
   前記カメラユニットの前記棒状のカメラ容器が、一部外周面が長さ方向に連続した平面を有する円柱形状であり、
   前記照明ユニットの照明容器の平面と前記カメラユニットの前記棒状のカメラ容器の平面が対向配置されている、請求項２記載の石油および天然ガスの生産システム。
4. 前記照明ユニットの照明容器と前記カメラユニットの前記棒状のカメラ容器が、前記石油および天然ガスを含む流体が通過可能な間隙を維持した状態で一体化されている、請求項２または３記載の石油および天然ガスの生産システム。
5. 前記照明ユニットが板状の前記照明容器を有し、前記カメラユニットが板状の前記カメラ容器を有しており、
   前記板状の照明容器が、第１面と、第１面と厚さ方向反対側の第２面、第１面と第２面を囲む４つの側面を有し、一部が前記観察用パイプに固定されているものであり、
   前記板状のカメラ容器が、第１面と、第１面と厚さ方向反対側の第２面、第１面と第２面を囲む４つの側面を有し、一部が前記観察用パイプに固定されているものであり、
   前記板状の照明容器と前記板状のカメラ容器は、それぞれの第１面同士が半径方向に前記間隔ｗ１をおいて対向配置されている、請求項１記載の石油および天然ガスの生産システム。
6. 前記照明ユニットが棒状の前記照明容器を有し、前記カメラユニットが棒状の前記カメラ容器を有しており、
   前記棒状の照明容器の一部が前記観察用パイプに固定され、前記棒状のカメラ容器の一部が前記観察用パイプに固定されており、
   前記棒状の照明容器の先端面と前記棒状のカメラ容器の先端面が、前記観察用パイプの断面の中心を含まない位置で半径方向に前記間隔ｗ１をおいて対向配置されている、請求項１記載の石油および天然ガスの生産システム。
7. 前記観察用パイプが、両端に接続されたアダプターを介して前記パイプラインに対して着脱自在に取り付けられている、請求項１～６のいずれか１記載の石油および天然ガスの生産システム。
8. 前記画像処理ユニットが、撮影された画像から石油および天然ガスを含む流体中の砂の粒子径、砂の粒度分布、および砂量（ｍ^３）を含む砂についての測定要素のいずれか１、２または全部を測定できる、請求項１～７のいずれか１項記載の石油および天然ガスの生産システム。
9. 前記測定セクションの観察用パイプが、少なくとも前記照明ユニットと前記カメラユニットが配置された部分の外径および内径が拡張されて流路面積が増加されている、請求項１～８のいずれか１項記載の石油および天然ガスの生産システム。
10. 前記測定セクションの観察用パイプが、少なくとも前記照明ユニットと前記カメラユニットが配置された部分の外径および内径が拡張されて流路面積が増加されており、
    前記流路面積の増加割合が、石油および天然ガスを含む流体の流れ方向に対向する前記照明容器と前記カメラ容器の合計断面積を目安として調整される、請求項１～８のいずれか１項記載の石油および天然ガスの生産システム。
11. 請求項１記載の石油の生産システムの運転方法であって、
    油井またはガス井から生産された石油および天然ガスを含む流体が前記観察用パイプを通過する過程の測定セクションにおいて石油および天然ガスを含む流体中の砂についての測定要素を測定することによって、砂が混入する出砂が発生した井戸を特定し、前記出砂の発生のタイミングを把握して、前記出砂が発生した井戸からの生産を停止するか、また生産量を調整する、石油および天然ガスの生産システムの運転方法。
12. 請求項２記載の石油および天然ガスの生産システムの運転方法であって、
    油井またはガス井から生産された石油および天然ガスを含む流体が前記観察用パイプを通過する過程の測定セクションにおいて、
    前記照明ユニットの照明用ミラーと前記カメラユニットのカメラ用ミラーを前記観察用パイプの半径方向に対向する位置になるように同期させて移動させながら石油および天然ガスを含む流体中の砂についての測定要素を測定することによって、砂が混入する出砂が発生した井戸を特定し、前記出砂の発生のタイミングを把握して、前記出砂が発生した井戸からの生産を停止するか、また生産量を調整する、石油および天然ガスの生産システムの運転方法。
    

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