JPH0518917A - 含水率モニタ装置 - Google Patents

含水率モニタ装置

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JPH0518917A
JPH0518917A JP3339414A JP33941491A JPH0518917A JP H0518917 A JPH0518917 A JP H0518917A JP 3339414 A JP3339414 A JP 3339414A JP 33941491 A JP33941491 A JP 33941491A JP H0518917 A JPH0518917 A JP H0518917A
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JP3339414A
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Percy T Cox
パーシイ・テレル・コツクス
Theodore W Nussbaum
セオドア・ウイリアム・ヌスバウム
Jr Charles L Gray
チヤールズ・ルイス・グレイ，ジユニア
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Texaco Development Corp
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Texaco Development Corp
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
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    • G01N33/26—Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2823—Oils, i.e. hydrocarbon liquids raw oil, drilling fluid or polyphasic mixtures

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油井から産出した石油の含水率をモニタする
ことである。 【構成】 産出井からの流体が流体だめ（１０）にため
られ、遊離水、水連続相、石油連続相に分離させられ
る。分離された流体は、流体にさらされる電極（１０４
〜１０６；１５２〜１５７）を有するモニタ（３０）を
通って流れる。電源（１２５）がＡＣの電圧と電流を電
極へ供給し、注入電圧信号（Ｖｉ）と注入電流信号（Ｉ
ｉ）を供給する。励振器（１２５）が位相角信号（Ｐ
Ｈ）を供給し、別の電極へ接続されているセンサが検出
した電圧信号（Ｖｓ）を供給し、温度センサが温度信号
（Ｔ）を供給し、処理器（２２）が含水率信号（ＷＣ）
を、信号Ｖｉ、Ｉｉ、ＰＨ、Ｖｓ、Ｔに従って、および
流体が水連続相であるか、石油連続相であるかに応じ
て、供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は全体としてモニタに関す
るものであり、更に詳しくいえば含水率モニタ、すなわ
ち、流体の流れ中のパーセント含水率を表す信号を供給
するモニタに関するものである。
【０００２】本発明は、産出油井からのある量の流体を
ためる静置タンクを含む含水率（パーセント）モニタを
提供するものである。遊離水相と、水連続相と、石油連
続相との３つの相へたまっている流体を分離できるよう
に、静置タンクにためられた流体から、所定の時間の経
過後に流体の流れとしてたまっている流体を出す。流体
の流れの流量を測定し、対応する流量信号と、流体の流
れの検出温度を表す温度信号とを供給する。含水率モニ
タは流体に接触する複数の電極を含む。少なくとも１つ
の電極へ接続されている注入電子装置が注入電圧および
注入電流を供給するとともに、注入電圧と、注入電流
と、注入電圧と注入電流の間の位相角とにそれぞれ対応
する信号を供給する。流体の流れの内部の電圧を測定
し、測定した電圧信号を供給する。温度信号と、注入電
圧と、電気的位相角信号と、注入電流信号と、測定した
電圧信号とに従って石油流の含水率をコンピュータが決
定する。
【０００３】
【実施例】油田の生産量は１日当りの石油のバレル量
（ＢＯＰＤ）および１日当りの水のバレル（ＢＷＰＤ）
で定められる。それらの値は流量および含水率の測定に
より決定される。多くの商用流量計を利用できる。それ
らの流量計は満足できる流量値を生ずる。いくつかの商
用含水率計も利用できる。しかし、それらの計器のほと
んどは石油／水混合物が連続状態、すなわち、存在して
いるどのような水も石油中にけん濁している状態の時に
のみ使用するように構成されている。それらの計器は容
量測定としてのみ純粋に機能し、測定電極を横切って非
誘導（高路が存在する時だけ正しく動作する。水連続エ
マルジョンにおいては、容量測定をほぼ「短絡」するプ
ローブを横切って導電路が存在する。短絡作用は塩分変
化と温度変化に非常に敏感で、非常に少量の塩が含まれ
ている水連続操作においては、標準的な容量プローブを
むだにする。本発明は安価であって、塩分濃度の高い水
と重質油のエマルジョンに遭遇する場合にも、０〜１０
０％の含水率にわたって動作できる。
【０００４】産出流を管１４を介して静置タンク１０へ
供給する試験中の油井３が示されている図１を参照す
る。所定量の産出流が静置タンク１０に入ると、産出流
のそれ以上の供給は停止される。所定の時間にわたっ
て、静置タンク１０の内部の流体が部分的に分離して、
静置タンク１０の底に遊離水がたまる。この遊離水の上
に水連続エマルジョンが存在し、最後に、タンク１０の
１番上においては流体は石油連続エマルジョンである。
所定の時間の経過後に、ＡＷＴプロセス制御器２１によ
り制御されているポンプ２０がタンク１０の底から流体
を流量計２５と含水率計３０を通じて送り、最後に管２
３を介して生産装置へ放出する。
【０００５】含水率計３０は、注入電圧Ｖｉと、注入電
流Ｉｉと、位相角ＰＨと、検出電圧Ｖｓと、温度Ｔとの
５種類の信号を処理装置２２へ供給する。それらの信号
の獲得と利用については後で詳しく説明する。
【０００６】タンク１０の底からくみ出される最初の流
体は実際には常に水である。本発明の含水率装置は水の
インピーダンス（Ｚ水）を測定し、この値を保持する。
水連続エマルジョンが含水率計３０を通って流れ始める
と、インピーダンス（Ｚエマルジョン）が高くなる。Ｚ
エマルジョンをＺ水で除すとＺ比が与えられる。それは
水連続エマルジョンの％含水率に比例する。エマルジョ
ンが石油連続相へ切り換わると、ＶｉとＩｉの間の電気
的位相角が劇的に増大する。この増大は測定法を、注入
インピーダンスと％含水率の間の逆関係へ変えるために
用いられる。本発明は、石油相と水連続相の間で、確度
を低くすることなしに、前後に切換えることができる。
タンク１０の中に遊離水が存在しない場合には、含水率
の低い油井に典型的なものであるＺ水のデフォールト値
が割当てられる。
【０００７】次に流れ図が示されている図２を参照す
る。ブロック５０はポンプ信号によりターンオンされて
いるポンプ２０を表す。「初期化」として表されている
ブロックで示されているように、全ての計算のために要
求される値の全ての係数を初期化するためにポンプ信号
が用いられる。次の値が初期化される。水連続方程式の
係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、石油連続方程式の係数Ｆ、
Ｇ、Ｈ、検出したインピーダンス定数ＫＡ、温度カーブ
係数ＡＡ、ＢＢ、水インピーダンス初期値ＳＷＩＮＩ
Ｔ。
【０００８】ブロック５１から「連続モード」ブロック
５３へ進む。連続モードというのは、処理器２２がブロ
ック５５である次のステップへ進むことを意味する。
「データ獲得」ブロック５５はデータ信号Ｖｉ、Ｉｉ、
ＰＨ、Ｖｓおよび温度の獲得を表す。ブロック５９は、
得たデータの平均を計算する次のステップである。「サ
ンプル数は１０であるか」という質問を発するブロック
６２へブロック５９から進む。この質問に対する答が否
定であれば、プロセスは「連続」ブロック５３へ戻って
測定を再び行い、計算を再び行って、１０個のサンプル
が集められて、それらの平均が求められるまで測定と計
算を反復する。１０個のサンプルが得られると、ブロッ
ク６２における答は肯定となり、プロセスはブロック６
３へ進む。ブロック６３においては、「位相角は８０度
より大きいか」という質問が発せられる。これに対する
答が肯定であれば流体は石油連続であって、注入インピ
ーダンスＺｉを計算するためにブロック８８が用いられ
る。それから、ブロック９０は ＷＣ＝Ｆ＋Ｇ（Ｚｉ）＋Ｈ（Ｚｉ）2 ・・・・（１） を用いて含水率を計算する。答が否定であればブロック
６５は検出インピーダンスＺｓを Ｚｓ＝（Ｖｓ／Ｉｉ）×ＫＡ ・・・・・・・・（２） として計算する。それから下記式（３）と（４）を用い
てＺｓを温度変化に対して修正する。 Ｚｓｃｐｒ＝Ｚｓ＋ＫＢ×Ｚｓ×（ＤＥＧＣ−４０）・・・・（３） ＤＧＥＣ＝ＡＡ＋ＢＢ×Ｔｅｍｐ・・・・・・・・・・・・・（４）
【０００９】これら全ては「Ｚｓを温度に対して修正す
る」ブロック６７で表される。ブロック６７からブロッ
ク７２へ進む。このブロック７２においては、「修正さ
れたＺｓがＺ水より小さければ、Ｚ水を修正されたＺｓ
に等しくセットする」という操作を行う。この手続きは
水インピーダンスＺ水を最低のインピーダンス測定値で
あると判定する。修正されたＺｓがＺ水より大きいとす
ると、Ｚ水の値は変えられず、次のステップは「インピ
ーダンス比Ｚｒａｔを計算する」ブロック７５により表
される。ＺｒａｔはＺｓｃｏｒ／Ｚ水に等しい。最後
に、ブロック７８により表されているように、水連続流
体の含水率を式（５）に従って計算するためにＺｒａｔ
の値が用いられる。
【００１０】 ＷＣ＝Ａ＋Ｂ（Ｚｒａｔ）＋Ｃ（Ｚｒａｔ）2 ＋Ｄ（Ｚｒａｔ）3 ＋Ｅ（Ｚｒ ａｔ）4 ・・・・・・・・・・・・・（５）
【００１１】この計算された値ＷＣは処理器２２により
信号ＷＣの形でＡＷＴ処理制御器２１へ供給される。
【００１２】ブロック８３はポンプがまだ運転中である
か質問する。運転中であれば、プロセスはブロック５３
へ戻り、そこで新しい測定が始まる。ポンプが停止して
おれば、測定は中止される（ブロック９５）。流体サン
プルの値がとられた時のＺｒａｔの値を記録することに
より、水連続含水率方程式の係数が実験的に決定され
る。それから、実際の％含水率を決定するためにサンプ
ルが解析される。次に、コンピュータのカーブ形成ソフ
トウェアを用いて含水率ＷＣ対Ｚｒａｔの関係を表すカ
ーブがプロットされる。何種類かの塩分濃度を有する水
についてのデータをとり、全てのデータに最も良く適合
するカーブが決定される。次に、このカーブからの係数
を水連続多元方程式で用いる。エマルジョンが石油連続
であることが知られている時に含水率サンプルをとると
同時に、注入インピーダンスＺｉの値を記録することに
より、石油連続含水率方程式の係数が決定される。次
に、カーブ形成プログラムからＷＣ対Ｚｉデータの関係
を表すカーブが得られ、係数が決定される。それらの係
数は前記石油連続ＷＣ方程式（１）へ入れられる。
【００１３】本発明の一実施例においては、含水率計３
０は図３に示すように構成される。試験セル１００が流
管アダプタパイプ１０３を有するハウジング１０１を含
む。ハウジング１０１は流体の流れに対して正方形の横
断面を有する。流管アダプタパイプ１０３によりハウジ
ング１０１を管２３へ連結できる。試験セル１００は３
個の電極１０４、１０５、１０６も含む。それらの電極
は絶縁体とともに装着されて、端部キャップ１１９を有
する検出ボデー１１０を形成する。アース１１８と電極
１０４の間に励振器１２５が接続される。
【００１４】励振器１２５は、流体内に注入電流を流さ
せる交流注入電圧を電極１０４とアース１１８の間に印
加する発振器を有する。本発明においては、注入電圧は
十分に低い周波数または高い周波数で使用できるが、好
適な周波数範囲は１〜５０MHz である。励振器１２５
は、注入電圧と注入電流にそれぞれ対応する信号Ｖｉと
Ｉｉを供給する回路も含む。電極１０４へ供給された注
入信号は流体中に電界を生ずる。電極１０５と１０６は
検出器１３０へ電気的に接続される。この検出器は電極
１０５と１０６によりピックアップされた電圧を検出し
て、対応する信号Ｖｓを供給する。温度センサ１３７が
ハウジング２３の内部を流れる流体の温度を検出して、
対応する温度信号Ｔを供給する。
【００１５】次に、流体の侵入しない含水率計３０の別
の実施例が示されている図４を参照する。すなわち、以
下に説明する本実施例によれば、電極は流体の流れの中
に侵入しない。図示のように試験セル１５０が管２３へ
連結される。実際の器具は示していないが、試験セル１
５０は管２３へ連結するための手段を含むことが明かで
ある。試験セル１５０は特記しない限り基本的には金属
で製作される。
【００１６】これに関して、試験セル１５０は、管２３
の内面と一線状に並ぶように装置される４個の電極１５
２、１５４、１５６、１５７を含む。図４からわかるよ
うに、電極１５２乃至１５７は円形であって、含水率計
の内部を流れる流体に接触する。電極１５２乃至１５７
は、金属円筒１８５の内部に含まれているポリテトラフ
ロロエチレン（テフロン−登録商標−）ボデー１８０内
で同心状のスペーサ１６５乃至１７１により、試験セル
１５０の金属ボデー１６０から分離される。更に、円筒
１８０は開口部１９０を有する。この開口部を通じて電
極１５２と１５４を励振器１２５へ接続できるととも
に、電極１５６と１５７を検出器１３０へ接続できる。
更に、絶縁環と電極の各境面と、絶縁スペーサと金属ボ
デー１６０の各境界面の間にＯリング１９５が設けられ
る。
【００１７】この第２の実施例の動作は第１の実施例と
ほとんど同じであって、電極１５２と１５４の間の注入
電流が、第１の実施例における流体の流れに垂直な電界
を生ずる代わりに、流体の流れに平行な電界を生ずる点
が異なる。第１の実施例において述べたように、温度セ
ンサ１３７により温度が検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された含水率モニタ装置の
ブロック図。
【図２】図１に示す含水率モニタ装置の動作の流れ図。
【図３】図１に示す含水率計の一実施例の簡単にした部
分ブロック図および部分略図。
【図４】図１に示す含水率計の別の実施例の簡単にした
部分ブロック図および部分略図。
【符号の説明】
１０ 流体だめ ２０ 出口手段 ２２ 信号処理器 ３０ 含水率計 １０４〜１０６、１５２〜１５７ 電極 １２５ 電源（励振器） １３０ 電圧センサ １３７ 温度センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セオドア・ウイリアム・ヌスバウム アメリカ合衆国 77081 テキサス州・ヒ ユーストン・チエトウツド アパートメン ト 254・6666 (72)発明者 チヤールズ・ルイス・グレイ，ジユニア アメリカ合衆国 77074 テキサス州・ヒ ユーストン・ダンラツプ ナンバー2061・ 6650

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 産出井からある量の流体をためることに
    より流体を、遊離水と、水連続相と、石油連続相との３
    つの相へ少なくとも部分的に分離できるようにする流体
    だめ（１０）と、 前記分離を行えるようにするための所定の時間の後で流
    体だめ（１０）からの流れとして流体を流すように動作
    できる出口手段（２０）と、 流体の流れの温度を検出して、それを表す温度信号
    （Ｔ）を供給するように動作できる温度センサ（１３
    ７）と、 含水率モニタ（３０）とを備え、この含水率モニタ（３
    ０）は、 前記流体の流れにさらされる複数の電極（１０４〜１０
    ６；１５２〜１５７）と、 前記流れの中に注入するために交流電圧と交流電流を前
    記電極（１０４；１５２、１５４）へ供給し、注入電圧
    および注入電流（Ｖｉ；Ｉｉ）を表す信号を供給するた
    めに接続される電源（１２５）と、 注入電圧と注入電流の間の位相角を表す信号（ＰＨ）を
    供給するために動作できる位相角発生器（１２５）と、 別の前記電極（１０５、１０６；１５６，１５７）へ接
    続されて、検出された電圧を表す信号（Ｖｓ）を供給す
    る電圧センサ（１３０）と、 前記温度センサ（１３７）と、前記電源（１２５）と、
    前記位相角発生器（１２５）と、前記電圧センサ（１３
    ０）とへ接続されて、温度信号（Ｔ）と、注入電圧信号
    （Ｖｉ）と、注入電流信号（Ｉｉ）と、位相角信号（Ｐ
    Ｈ）と、検出された電圧信号（Ｖs）とに従って含水率
    を表す信号を供給する信号処理器（２２）と、 を備えることを特徴とする含水率モニタ装置。
JP3339414A 1990-11-29 1991-11-29 含水率モニタ装置 Pending JPH0518917A (ja)

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US07/619,621 US5095758A (en) 1990-11-29 1990-11-29 Water cut monitoring means and method
US619,621 1990-11-29

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EP (1) EP0488507B1 (ja)
JP (1) JPH0518917A (ja)
KR (1) KR100193004B1 (ja)
AU (1) AU640065B2 (ja)
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DE (1) DE69108686T2 (ja)
DK (1) DK0488507T3 (ja)
ES (1) ES2071234T3 (ja)
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