JPH04506406A - パラフィン系石油生成物、特に原油のゲル化測定法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 パラフィン系石油生成物、特に原油のゲル化測定法およびこの方法を実施する装 置本発明はパラフィン系石油生成物、特に原油のゲル化測定法およびこの方法を 実施する装置に関するものである。

パラフィン系原油は４０℃前後またはこれ以下の温度でゲルを形成する事は公知 である。このゲル化現象が掘削中または輸送中に生じると、石油掘削プラントの 再始動の問題を生じる。従って、与えられた温度範囲内においてどの原油がゲル 化しやすいかを決定し、また場合によってはゲル化防止剤またはゲル化を防止す るドーパント生成物の最小限必要量を決定する方法が極めて重要となる。

現在、原油の流れ点を測定する方法は公知である（米国規格ＡＳＴＭＤ−９７ま たはフランス規格ＡＦＮＯＲＴ６０−１０３）、この方法は温度計を備えた特殊 容器の中で特定の条件のもとに原油を冷却させ、３°ごとに液体表面が凍結して いないかどうかを検査するにある。

原油の表面が凍結する温度が流れ点である。

また原油の晶出開始温度を示差熱量分析によって測定する方法が公知であり、こ の晶出開始温度は実際上識別可能の放熱現象に対応する。

また原油の流体力学的行動、特に一定の温度以下において、パラフィン内部に結 晶が現れる際のニュートン行動を離れた原油の流れ行動を測定する方法が公知で ある。

しかしこれらのデータのいずれも、すなわち流れ点測定、晶出開始温度の測定、 または流体力学的行動変化温度の測定のいずれも、この温度以下に原油が冷却さ れた時に掘削上の問題を生じないように保証する事ができない。

本発明は、掘削中のパラフィン系原油のゲル化に関する一層確実な知識の必要性 を満たすために、パラフィン系原油のゲル化測定法において、原油が与えられた 温度での掘削を困難にするゲル化点にあるか否かを確定するため、 一分析される原油中の超音波の伝播速度と振幅を与えられた温度と厚さの関数と して測定する段階と、一つぎに、温度変化中に伝播速度の逆数の急激な変化の見 られる転移温度Ｔｔを確定する段階と、−得られた伝播速度の逆数の熱変動グラ フの線形部分の間において、前記の確定された転移温度Ｔｔに対応する前記折れ 点の上方および下方傾斜の比率ｐを確定する段階と、 一前記温度Ｔｔと、これより低く選定された対照温度、例えばＴｔ−５℃との間 における超音波信号の振幅偏差ΔＡを確定する段階とから成り、 前記温度Ｔｔにおける顕著な傾斜折れ（ｐ　＞　１）と偏差ΔＡの大きな値（Ｔ ｔ−５℃においてΔＡｇ０．３ｄ　Ｂ　／　ｃ　ｍ　）が、Ｔｔ以下の温度での 原油のゲル化の確率のきわめて高い事を示すが、逆にこれらの、＜ラメータのい ずれかの僅かの変動に対してゲル化の確率が非常に低くなる事を示すパラフィン 系原油のゲル化測定法を提供する。

出願人は、ｐとΔＡの識別がパラフィン系原油の物理状態を特徴づける事を発見 した。特定の温度Ｔｔ以下の温度において生じる原油のゲル化状態は、前記の温 度傾斜の変化と、超音波の大きな減衰とを伴う。逆に、ゲル化の危険を示さない 原油の場合、これらのノくラメータの少なくとも１つが温度Ｔｔを通過しても実 質的に不変である。

また本発明は超音波の伝播速度と振幅の測定装置に関するものである。公知のす べての装置を本発明の主旨の範囲ｈ１こおいて使用する事ができる。実際上使用 される周波数範囲は３００ＫＨｚ乃至１０　Ｍ　Ｈｚの範囲内に含まれる。例え ば１ｃｍのオーダの原油厚さを通して６００ＫＨｚの周波数で伝播する超音波信 号の走行時間または「飛行時間」と振幅とを測定する装置を使用する事ができる 。

以下、本発明を図面に示す実施例について説明するが本発明はこれらの実施例に 限定されるものではない。

第１図本発明の装置の測定セルの断面図、第２図は本発明の装置の電子回路のブ ロックダイヤグラム、 第３図は温度の関数として、伝播時間または「飛行時間」　（伝播速度の逆数） の変動と原油中の超音波の振幅ｄＢの変動とを示すグラフ、また 第４図は種々のパラフィン系原油について温度の関数として超音波の飛行時間の 変動を縮小値Ｔ−Ｔｔおよびτ−τｔ（ここにＴｔはＴｔにおける飛行時間値） で示したグラフである。

第１図について述べれば、本発明による測定装置は本部中央チャンバ１から成り 、このチャンバ１は恒温金属ジャケット３に連結され、このジャケット３は断熱 壁体５によって被覆されている。このジャケット３は、導入ロアから入り排出口 ９からでる循環水によって恒温状態に保持されている。チャンバ１は円筒形であ って、その内部容積は、それぞれ装置の発信器と受信器を成すトランスデニーサ 素子から成る圧電セラミックスのディスク１１．１２によって、またジャケット ３に連結された環状部材１３によって側面から画成されている。特定の実施態様 において、ディスク１１と１２との間隔は１４ｍｍであり、またチャンバ１の内 径は２６ｍｍである。

従ってチャンバ１の容積は約７．５ｃｍ３である。環状部材１３はその上部レベ ルに約０．５ｃｍ３の容積の放射方向充填オリフィス１５を含む。従ってチャン バ１の中に収容される生成物の総量は８ｃｍ３であり、オリフィスの余分量が冷 却時の内部液体の収縮を補償する。下方レベルの環状部材１３の厚みの中に、熱 ゾンデ１７が配置される。このゾンデは分析される生成物の温度を検出する事が できる。外側断熱壁体５は組立体に対して、数１／１００度の熱安定性を与える 。トランスデニーサ素子１１．１２は、圧電ディスクに接触した線バネ１９と、 接続プラグ２１とを介して電子測定回路に接続されている。

第２図には、装置のチャンバ１に収容された被検液体中の超音波伝播時間または 飛行時間を測定する事のできる電子回路のブロックダイヤグラムを示す。この回 路による信号の処理原理は下記である。

低周波数クロック２３が２ｍｓごとに、発信トランスデユーサディスク１１から 伝送される超音波パルスを発射する。同時に時間τ０のクロック出力のＣＬＥＡ Ｒ信号がバイナリカウンタ２５のゼロ復帰入力に加えられる。この信号は原点値 におけるカウンタの動作を禁止する。また信号ＣＬＥＡＲはフリップ−フロップ ２７を生かし、このフリップ−フロップが確認信号Ｃ０ＵＮＴを発生して高周波 数クロック２９　（５０ＭＨｚ）のパルス発生を許可し、カウンタ２５を増分さ せる。このカウンタは信号ＣＬＥＡＲの終了後にのみ、すなわち時間τ０後にの みカウントを開始する。

この間に、超音波は測定セルの中を伝播し受信トランスデユーサ１２に到達し、 このトランスデユーサ１２が原油を透過した超音波エネルギーを示す電気信号Ｒ ＥＣＥＰを発生する。この信号ＲＥＣＥＰは適当に増幅されて比較器３１のチル トを生じ、これがフリップ−フロップ２７の信号Ｃ０ＵＮＴを生じる。この瞬間 にカウンタ２５が停止する。

信号Ｃ０ＵＮＴの持続時間は原油中の超音波の飛行時間に等しい。カウンタの数 値表示は値τ−τ０に対応し、このτＯは許容された測定スケールの中に測定値 を限定するための原点値としてのみ役立つ。

従ってカウンタの数値出力は、信号Ｃ０ＵＮＴとＣＬＥＡＲの時間の差にクロッ クの周波数を乗じた値に等しい。この数値はマイクロコンピュータ３３に伝送さ れ、このマイクロコンピュータが平均値の計算を実施する。

測定される超音波の飛行時間は１０μｓのオーダである（約１４ｍｍ〜１４０Ｃ Ｌｍ／ｓ）。原油の温度範囲内におけるセル中の速度変動は１０〜２０％であり 、１または２μｓの飛行時間の変動を生じ、すなわち５０〜１００クロツクカウ ントに相当する。カウンタの測定スケールの中に読み値を正確に限定するために は、この変動に対応して信号ＣＬＥＡＲの時間τ０を調整すればよい。

クロックによって許可される時間分解能は２０ｎ　ｓである。電子装置の種々の 不安定性は数ｎｓのノイズを導入する。満足な精度を生じるため、マイクロコン ピュータは平均１０００データの収集を実施し、このようにして擾乱を約１／３ ０に減少させる。得られた精度は１ｎＳのオーダすなわち飛行時間の１／１０． ０００である。

原油中の伝播波の超音波減衰に関しては、これはトランスデユーサディスクと研 究される媒質との接続部の熱変動を考慮にいれて、受けられた信号の振幅変動か ら計算される。

１１３図には、代表的原油、Ｎ００２原油の超音波飛行時間と超音波減衰の変動 のグラフを示す。この原油はゲル化を上限とする遷移温度を有する。これは、３ ０℃近くの飛行時間グラフの折れ点に見られる。この点の前後では、飛行時間の 変動は線形であって、Ｔ＜Ｔｔに対応する線分はＴＮＴｔに対応する線分より大 きな傾斜を有する。従って前記の傾斜比率ｐは明瞭に１以上である。

超音波減衰に関しては、右側に示されたｄＢスケールの信号振幅の変動において 、Ｔｔ前後の温度以下で、原油のゲル化に対応する損失の増大により、振幅の急 激な低下が見られる。従うで、前記パラメータｐとＡは原油の物理的状態と関連 する事がわかる。

第４図には、パラフィン系原油、Ｎｏ、ｌ：ａ、　Ｎｏ、２：ｂ。

Ｎｏ３：ｃ、　Ｎｏ４：ｄ、　Ｎｏ５：ｅ、　Ｎｏ８：ｆ　の温度の関数として 飛行時間（伝播速度の逆数）の変動を示す。これらの原油温度に対する飛行時間 の変動は、Ｔ＜Ｔｔ　（結晶相）の場合には線形であるが、それぞれの原油に対 応してその傾斜が相違している。これらの変動はＴ＞Ｔｔ（液相）の場合にも線 形であるが、傾斜はすべて同一である事が見られる。

原油＃１．＃２、＃３、および＃４は、特性温度Ｔｔにおいて傾斜の折れを示す が、再び線形変動を示し、その傾斜ｐはＴ＜Ｔｔ　（結晶相）の場合よりも大で ある。

原油＃５の場合、傾斜の折れは僅少（ｐ　１）であるが、＃６の場合は傾斜の折 れは認識できない。これらの２種の原油は実際上、掘削中の管の閉塞のおそれは ない。

これは、ｐがゲル化の特性的パラメータの１つであって、このｐが１にほぼ等し ければゲルを生じる可能性が少ない事を示す。

下記の表１に、前記の各原油について、ｐおよびＴｔとＴｔ−５℃の間の差　へ の値を示す。

表　！ 原油＃５と＃６の場合、差ΔＡはゼロに近く、これはｐの表示と一致している。

下記の表ｉｆにおいて、テストされる各原油、およびドーピングされた原油、特 にそれぞれ２００ｐｐＭおよび４００ｐｐＭのゲル化点低下剤をドーピングされ た原油＃２についてのテスト結果を要約した。

表　ＩＩ ドーパントの存在は伝播超音波の減衰の不存在（Ａ　Ｏ）を特徴とする。

従つてこの方法は、実質的にゼロの値　Ａを得ようとするまでドーパント生成物 の量を調整する事によりて、ゲル化を防止しようとするドーピング原油について も適用される。

また本発明の方法はパラフィン系原油以外の物質、例えばパラフィン系石油留分 、一般に天然ガス、縮合物（特に特定の抑止剤を使用して導管内部における沈澱 を防止しようとする天然ガス水和物）、炭化水素に固有の二、三の生成物、例え ば内部の沈澱を防止しようとするアスファルテン、パラフィン、ロウなど石油起 源の生成物にも適用される。さらに前記の例においては、特定の圧力条件なしで テストを実施し大気圧でテストが実施されたが、本発明の主旨の範囲内において 沈澱物の予防テストのためこのパラメータを変動させ、測定セルに対して適当な 公知手段によって圧力を加える事ができる。

Ｅ間ＥＴ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　３　年　１２月　２６日 グ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．パラフィン系原油のゲル化測定法において、原油が与えられた温度での掘削 を困難にするゲル化点にあるか否かを確定するため、 −分析される原油中の超音波の伝播速度と振幅を与えられた温度と厚さの関数と して測定する段階と、−つぎに、温度変化中に伝播速度の逆数の急激な変化の見 られる転移温度Ｔｔを確定する段階と、−得られた伝播速度の逆数の熱変動グラ フの線形部分の間において、前記の確定された転移温度Ｔｔに対応する前記折れ 点の上方および下方傾斜の比率ｐを確定する段階と、 −前記温度Ｔｔと、これより低く選定された対照温度、例えばＴｔ−５℃との間 における超音波信号の振幅偏差ΔＡを確定する段階とから成り、 前記温度Ｔｔにおける顕著な傾斜折れ（ｐ＞１）と偏差ΔＡの大きな値（Ｔｔ− ５℃においてΔＡ＞０．３ｄＢ／ｃｍ）が、Ｔｔ以下の温度での原油のゲル化の 確率のきわめて高い事を示すが、逆にこれらのパラメータのいずれかの僅かの変 動に対してゲル化の確率が非常に低くなる事を特徴とするパラフィン系原油のゲ ル化測定法。
2. ２．分析される原油の中を伝播する超音波の前記周波数は３００ＫＨｚ乃至１０ ＭＨｚの範囲内に選定される事を特徴とする１に記載のゲル化測定法。
3. ３．分析される原油中の超音波周波数は６００ＫＨｚとし、伝播距離は１ｃｍと する事を特徴とする１乃至２のいずれかに記載のゲル化測定法。
4. ４．分析される原油を受ける内部チャンバ（１）を含み、このチャンバは恒温金 属ジャケット（３）に連結し、このジャケットが断熱壁体（５）によって覆われ 、また前記チャンバ（１）の側壁を成すように相互に対向配置されそれぞれ発信 器と受信器を成す２つの超音波トランスデューサディスク（１１、１２）の間に おいて超音波の伝播を実施しまた測定し、前記の各トランスデューサに対して公 知の超音波信号処理電子回路が接続される事を特徴とする前項１乃至３のいずれ かに記載の方法を実施する装置。
5. ５．前記トランスデューサディスク（１１）は圧電セラミックスから成る事を特 徴とする請求項４に記載の装置。
6. ６．前記トランスデューサディスク（１１、１２）の間隔は１４ｍｍとする事を 特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記のトランスデューサディスク（１１、、１２）は外側バネ線（１９）に それぞれ接続され、これらのバネ線は、それぞれ、内部チャンバの中を伝播する 超音波の伝播時間と振幅とを測定する電子回路に適当に接続される事を特徴とす る請求項４乃至６のいずれかに記載の装置。
8. ８．計算ユニット（３３）、例えばマイクロプロセッサを含み、このマイクロプ ロセッサは多数のデータ、例えば約１０００データに基づいて前記パラメータｐ およびΔＡの平均値の計算を実施して飛行時間の１／１０，０００のオーダの精 度を得る事ができ、また超音波減衰はトランスデューサ（１１）と被検媒質との 接続部分の温度変動を考慮して測定される事を特徴とする請求項４乃至７のいず れかに記載の装置。
9. ９．測定セルまたは内部チャンバ（１）が圧力を受ける事を特徴とする請求項４ 乃至７のいずれかに記載の装置。
10. １０．パラフィン系原油のゲル化防止のためこれをドーピングし、減衰値ΔＡが 実質的にゼロとなるまでドーパントの量を調整する事を特徴とする請求項１乃至 ３のいずれかに記載の方法。
11. １１．石油留分、および一般に天然ガス、縮合物（特に特定の抑止剤を使用して 導管内部における沈澱を防止しようとする天然ガス水和物）、炭化水素に固有の 二、三の生成物、例えば内部の沈澱を防止しようとするアスファルテン、パラフ ィン、ロウなどの石油起源の生成物の晶出にも適用される事を特徴とする請求項 １乃至３のいずれかに記載の方法。