JPH0614015B2 - 配管を通って流れる原油混合物中の種々の成分割合を測定する方法および装置 - Google Patents
配管を通って流れる原油混合物中の種々の成分割合を測定する方法および装置Info
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- JPH0614015B2 JPH0614015B2 JP61280551A JP28055186A JPH0614015B2 JP H0614015 B2 JPH0614015 B2 JP H0614015B2 JP 61280551 A JP61280551 A JP 61280551A JP 28055186 A JP28055186 A JP 28055186A JP H0614015 B2 JPH0614015 B2 JP H0614015B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、石油に含まれたガスと水分の少なくとも一
方の含量を測定すること、特に、原油流体混合物中のガ
ス、水、および石油の割合を測定する方法および装置に
関するものである。
方の含量を測定すること、特に、原油流体混合物中のガ
ス、水、および石油の割合を測定する方法および装置に
関するものである。
油井および石油産出配管からの石油の産出は、通常、ガ
スまたは水の産出を伴う。流体系中のこのような成分の
体積分率の測定は、どんな石油産出系においても、特に
数基の油井が海面に通じる昇水管または配管で海底マニ
ホールドに連結され得る海底油井の場合には重要であ
る。各油井からの配管中における石油、水、およびガス
の成分を知ることは、石油産出系および石油産出タンク
をより良好に制御するために必要な情報を提供する。
スまたは水の産出を伴う。流体系中のこのような成分の
体積分率の測定は、どんな石油産出系においても、特に
数基の油井が海面に通じる昇水管または配管で海底マニ
ホールドに連結され得る海底油井の場合には重要であ
る。各油井からの配管中における石油、水、およびガス
の成分を知ることは、石油産出系および石油産出タンク
をより良好に制御するために必要な情報を提供する。
現在、原油水の水の測定のため石油/水分離機が用いら
れている。
れている。
上述したような方法では、水の量をバッチ式でしか測定
できないという問題点があった。また、原油中で水およ
び石油はしばしば乳濁しており、このような場合、水と
石油との分離は不完全となり、測定結果に誤差を与える
ことになる。さらに、石油中のガスの量は、別途に測定
しなければならず、通常、取り締まり官庁は個々の油井
における頻雑な流量測定を必要とするので、この測定の
ためには個別の試験分離機が必要であるという問題点が
あった。また、石油/水分離機は大型であり、石油産出
または採掘プラットフォームの貴重なスペースを占有す
るので、個々の油井または複合された油井からの原油流
体中のガスおよび水の比率を測定する信頼できる方法が
求められている。
できないという問題点があった。また、原油中で水およ
び石油はしばしば乳濁しており、このような場合、水と
石油との分離は不完全となり、測定結果に誤差を与える
ことになる。さらに、石油中のガスの量は、別途に測定
しなければならず、通常、取り締まり官庁は個々の油井
における頻雑な流量測定を必要とするので、この測定の
ためには個別の試験分離機が必要であるという問題点が
あった。また、石油/水分離機は大型であり、石油産出
または採掘プラットフォームの貴重なスペースを占有す
るので、個々の油井または複合された油井からの原油流
体中のガスおよび水の比率を測定する信頼できる方法が
求められている。
この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、原油混合物中のガス、水、および石油の成分
割合を測定する方法および装置を得ることを目的とす
る。
たもので、原油混合物中のガス、水、および石油の成分
割合を測定する方法および装置を得ることを目的とす
る。
従って、この発明に係る原油混合物中の種々の成分割合
を測定する方法は、配管を通って流れる原油混合物にγ
線またはX線を配管の流量制限部分で照射する工程と、
既知体積の原油混合物中を透過した放射線を検出し、上
記原油混合物中のN種類の成分の含有量に比例した(N
−1)個の組の信号を発生する工程と、この信号を処理
して上記成分の質量比を得る工程と、上記原油混合物の
温度を測定する工程と、上記原油混合物の配管部分の圧
力と上記流量制限部分の圧力との差圧を測定する工程
と、上記質量比、温度、差圧および予め求めた標準相関
校正値を相関させて上記原油混合物中に存在する成分の
質量流量を得る工程とからなるものである。
を測定する方法は、配管を通って流れる原油混合物にγ
線またはX線を配管の流量制限部分で照射する工程と、
既知体積の原油混合物中を透過した放射線を検出し、上
記原油混合物中のN種類の成分の含有量に比例した(N
−1)個の組の信号を発生する工程と、この信号を処理
して上記成分の質量比を得る工程と、上記原油混合物の
温度を測定する工程と、上記原油混合物の配管部分の圧
力と上記流量制限部分の圧力との差圧を測定する工程
と、上記質量比、温度、差圧および予め求めた標準相関
校正値を相関させて上記原油混合物中に存在する成分の
質量流量を得る工程とからなるものである。
ここで、標準相関校正値とは、機器中で使用されるとき
と同様な形状で流量制限部分を流れる際に、石油、水、
およびガス系の種々の混合物が他の成分例えば砂を伴い
あるいは伴わないでそれぞれの成分ごとに独立に測定さ
れた圧力低下データである。
と同様な形状で流量制限部分を流れる際に、石油、水、
およびガス系の種々の混合物が他の成分例えば砂を伴い
あるいは伴わないでそれぞれの成分ごとに独立に測定さ
れた圧力低下データである。
この発明に係る原油混合物中の種々の成分割合を測定す
る装置は、配管の所定長さ沿いの原油混合物の流量を制
限するための絞り手段と、この絞り手段の所定区域にお
ける上記原油混合物にγ線またはX線を照射するための
放射線源と、上記原油混合物のN種類の成分を透過した
放射線を検出して第1組の信号を発生するための検出手
段と、上記原油混合物の配管部分の圧力と上記絞り手段
の圧力との差圧を測定して第2組の信号を発生するため
の圧力測定手段と、上記絞り手段における源油混合物の
温度を測定し、上記第1組の信号および上記第2組の信
号と相関する第3組の信号を発生するための温度測定手
段と、上記第1組の信号、上記第2組の信号および上記
第3組の信号を相関させ、上記原油混合物の成分の相対
的な比率を示す、上記原油混合物の質量流量を与えるた
めの信号処理手段とを備えたものである。
る装置は、配管の所定長さ沿いの原油混合物の流量を制
限するための絞り手段と、この絞り手段の所定区域にお
ける上記原油混合物にγ線またはX線を照射するための
放射線源と、上記原油混合物のN種類の成分を透過した
放射線を検出して第1組の信号を発生するための検出手
段と、上記原油混合物の配管部分の圧力と上記絞り手段
の圧力との差圧を測定して第2組の信号を発生するため
の圧力測定手段と、上記絞り手段における源油混合物の
温度を測定し、上記第1組の信号および上記第2組の信
号と相関する第3組の信号を発生するための温度測定手
段と、上記第1組の信号、上記第2組の信号および上記
第3組の信号を相関させ、上記原油混合物の成分の相対
的な比率を示す、上記原油混合物の質量流量を与えるた
めの信号処理手段とを備えたものである。
この発明においては、原油混合物中を透過した放射線強
度を求めることによって、配管の流量制限部分における
原油混合物中の各成分の質量流量を求めることができ
る。また、各成分の温度や圧力が変わったとしても、正
確な測定結果が得られる。
度を求めることによって、配管の流量制限部分における
原油混合物中の各成分の質量流量を求めることができ
る。また、各成分の温度や圧力が変わったとしても、正
確な測定結果が得られる。
また、この発明の別の発明においては、配管の流量制限
部分を通る原油混合物中の各成分の質量流量を求めるこ
とができる。
部分を通る原油混合物中の各成分の質量流量を求めるこ
とができる。
第1図はこの発明の装置の一実施例およびこれが組み込
まれた配管を示す略縦断面図であり、この発明の装置
は、原油、水、およびガスを、層状に分散された混合物
またはこれらが互いに混合された混合物の形態で運ぶ配
管(1)に使用される。この発明の装置は、配管(1)の絞り
部分(2)に設けられ、放射線例えばγ線またはX線の放
射線源(3)を備えている。吸収率が小さい窓(4)は、配管
(1)の絞り部分(2)に設けられ、原油を透過する放射線を
増加させることができる。配管(1)を流れる石油を透過
した放射線は、放射線検出器(5)によって検出され、検
出された信号は線路(6)を通して信号処理装置(7)に送ら
れる。
まれた配管を示す略縦断面図であり、この発明の装置
は、原油、水、およびガスを、層状に分散された混合物
またはこれらが互いに混合された混合物の形態で運ぶ配
管(1)に使用される。この発明の装置は、配管(1)の絞り
部分(2)に設けられ、放射線例えばγ線またはX線の放
射線源(3)を備えている。吸収率が小さい窓(4)は、配管
(1)の絞り部分(2)に設けられ、原油を透過する放射線を
増加させることができる。配管(1)を流れる石油を透過
した放射線は、放射線検出器(5)によって検出され、検
出された信号は線路(6)を通して信号処理装置(7)に送ら
れる。
これと同時に、配管(1)部分の圧力と絞り部分(2)の圧力
との差圧は圧力計(8)および(9)を使用して測定される。
これらの圧力計(8)および(9)によって発生された信号
は、それぞれ線路(10)および(11)を通して信号処理装置
(7)に送られる。原油の温度は温度計(12)を使用して測
定され、この温度計(12)は別な信号を発生し、この信号
は線路(13)を通して信号処理装置(7)に送られる。信号
処理装置(7)としては例えばマイクロコンピュータを使
用でき、この信号処理装置(7)は出力線路(14)を通して
ディスプレイユニット(図示しない)に信号を伝達す
る。ディスプレイユニットは原油流体中の石油、水、お
よびガスの質量流量を視覚的に表示する。
との差圧は圧力計(8)および(9)を使用して測定される。
これらの圧力計(8)および(9)によって発生された信号
は、それぞれ線路(10)および(11)を通して信号処理装置
(7)に送られる。原油の温度は温度計(12)を使用して測
定され、この温度計(12)は別な信号を発生し、この信号
は線路(13)を通して信号処理装置(7)に送られる。信号
処理装置(7)としては例えばマイクロコンピュータを使
用でき、この信号処理装置(7)は出力線路(14)を通して
ディスプレイユニット(図示しない)に信号を伝達す
る。ディスプレイユニットは原油流体中の石油、水、お
よびガスの質量流量を視覚的に表示する。
第2図はこの発明の装置の他の実施例および配管を示す
略縦断面図であり、第1図に示す装置と実質的に同一で
ある。第2図において、配管(1)の絞り部分(2)は可変絞
り部分(16)で置き換えることができる。この可変絞り部
分(16)は、それぞれ放射線源(3)および放射線検出器(5)
を収容した一対のケース(17)および(18)、並びに、これ
らのケース(17)および(18)を互いに近接させたり離した
りするための駆動手段(19)および(20)によって構成され
ている。駆動手段(19)および(20)は、例えば流体で作動
させるシリンダーで良く、そのピストン棒(図示しな
い)がケース(17)および(18)を支持する。
略縦断面図であり、第1図に示す装置と実質的に同一で
ある。第2図において、配管(1)の絞り部分(2)は可変絞
り部分(16)で置き換えることができる。この可変絞り部
分(16)は、それぞれ放射線源(3)および放射線検出器(5)
を収容した一対のケース(17)および(18)、並びに、これ
らのケース(17)および(18)を互いに近接させたり離した
りするための駆動手段(19)および(20)によって構成され
ている。駆動手段(19)および(20)は、例えば流体で作動
させるシリンダーで良く、そのピストン棒(図示しな
い)がケース(17)および(18)を支持する。
石油生産用パイプラインにおける配管(1)の直径は例え
ば5cm〜15cm(さらには30cm)である。しかし、放
射線を透過させて原油混合物の成分割合を測定するこの
発明の方法が適用され得るためには、配管(1)の内径は
5cm程度以下、であることが必要である。従って配管
(1)の内径が5cm程度より大きい場合には、絞り部分(2)
または可変絞り部分(16)などの絞り手段によって、放射
線測定部分の配管(1)の内径を調節することができる。
ば5cm〜15cm(さらには30cm)である。しかし、放
射線を透過させて原油混合物の成分割合を測定するこの
発明の方法が適用され得るためには、配管(1)の内径は
5cm程度以下、であることが必要である。従って配管
(1)の内径が5cm程度より大きい場合には、絞り部分(2)
または可変絞り部分(16)などの絞り手段によって、放射
線測定部分の配管(1)の内径を調節することができる。
上述したように構成された装置において、放射線検出器
(5)は装置動作時に配管(1)の絞り部分(2)または可変絞
り部分(16)における流体を透過した放射線を検出する。
放射線源(3)は実際には少なくとも3種類の異なるエネ
ルギーレベルを持つγ線またはX線を発生する放射線
源、または配管(1)中の流体を照射するそれぞれ別個な
放射線源である。放射線検出器(5)は1種類以上の別個
の放射線を検出する測定要素(図示しない)を含み、こ
の測定要素はγ線またはX線のそれぞれ異なったエネル
ギーレベルを区別することができる。放射線源(3)およ
び測定要素は、配管(1)中の原油混合物の別々の3種類
の成分を透過した放射線量を示す信号を発生するように
設計されている。
(5)は装置動作時に配管(1)の絞り部分(2)または可変絞
り部分(16)における流体を透過した放射線を検出する。
放射線源(3)は実際には少なくとも3種類の異なるエネ
ルギーレベルを持つγ線またはX線を発生する放射線
源、または配管(1)中の流体を照射するそれぞれ別個な
放射線源である。放射線検出器(5)は1種類以上の別個
の放射線を検出する測定要素(図示しない)を含み、こ
の測定要素はγ線またはX線のそれぞれ異なったエネル
ギーレベルを区別することができる。放射線源(3)およ
び測定要素は、配管(1)中の原油混合物の別々の3種類
の成分を透過した放射線量を示す信号を発生するように
設計されている。
信号処理装置(7)は、放射線検出器(5)から送られてきた
パルス信号を増幅する前置増幅器(図示しない)を備え
ている。この前置増幅器で増幅された信号は、主増幅器
でさらに増幅された後に、3個のパルス波高弁別器
((図示しない)に送られる。波高弁別器は2種の光子
エネルギーに対応するウインドウレベルを設定する。演
算処理装置(図示しない)は波高弁別器からのパルス出
力信号を受け取り、かつ透過放射線強度の対数に比例し
た、原油中の石油、水、およびガスの質量比を算出す
る。圧力計(8)および(9)によって供給された圧力低下値
は、演算処理過程において質量比値と関係づけられ、さ
らに演算処理装置内に記憶されている標準相関校正値と
比較対照され、原油中の石油、水、およびガスの成分の
質量流量を提供する。得られた質量流量はディスプレイ
ユニットに送られて表示される。流体の密度は一般に温
度に依存しているので、信号処理装置(7)に送られた温
度測定値は基準値と比較した時に、質量流量を正確に計
算させる。
パルス信号を増幅する前置増幅器(図示しない)を備え
ている。この前置増幅器で増幅された信号は、主増幅器
でさらに増幅された後に、3個のパルス波高弁別器
((図示しない)に送られる。波高弁別器は2種の光子
エネルギーに対応するウインドウレベルを設定する。演
算処理装置(図示しない)は波高弁別器からのパルス出
力信号を受け取り、かつ透過放射線強度の対数に比例し
た、原油中の石油、水、およびガスの質量比を算出す
る。圧力計(8)および(9)によって供給された圧力低下値
は、演算処理過程において質量比値と関係づけられ、さ
らに演算処理装置内に記憶されている標準相関校正値と
比較対照され、原油中の石油、水、およびガスの成分の
質量流量を提供する。得られた質量流量はディスプレイ
ユニットに送られて表示される。流体の密度は一般に温
度に依存しているので、信号処理装置(7)に送られた温
度測定値は基準値と比較した時に、質量流量を正確に計
算させる。
放射線検出器(5)として例えばガス封入型比例計数管を
使用できる。上述した測定装置例えば前置増幅器、主増
幅器、および波高弁別器は放射線計測の分野で日常的に
使用されている既製品である。演算処理装置としては、
例えばマイクロコンピュータまたはアナログ回路を使用
できる。
使用できる。上述した測定装置例えば前置増幅器、主増
幅器、および波高弁別器は放射線計測の分野で日常的に
使用されている既製品である。演算処理装置としては、
例えばマイクロコンピュータまたはアナログ回路を使用
できる。
物質中での放射線の減衰は一般に lnIο/Ι=μρd と書き表せる。ここで、Iοは入射放射線の強度、Iは
透過放射線の強度、μは物質の放射線質量吸収係数、ρ
は物質の密度、およびdは物質中の透過厚さ(距離)で
ある。もし原油−ガス−水系の放射線透過厚さをDcmと
すると、石油成分の全厚さはdο、水成分の全厚さはd
w、ガス成分の全厚さはdgとなり、石油、水、および
ガスの放射線質量吸収係数はそれぞれμo,μw、およ
びμgとなる。ρo,ρw、およびρgがそれぞれ石
油、水、およびガスの密度であり、IoおよびIがそれ
ぞれ入射放射線の強度および透過放射線の強度であり、
d/2が配管(1)の測定部分の管壁の厚さであり、ρが
管壁の測定部分の密度であり、μが管壁の測定部分の放
射線質量吸収係数であるときに、次の各式を得ることが
できる: μo1ρodo+μw1ρwdw+μg1ρgdg= ln(Io1/I1)−μ1ρd (1) μo2ρodo+μw2ρwdw+μg2ρgdg= ln(Io2/I2)−μ2ρd (2) μo3ρodo+μw3ρwdw+μg3ρgdg= ln(Io3/I3)−μ3ρd (3) ここで添字1,2,および3はそれぞれ3種類の異なっ
た放射線エネルギーに関するものである。μ1ρdは一
定でありかつIo1は予め知ることができるので、上述
した各式の右辺は透過放射線の強度を測定することによ
って求めることができる。この透過放射線の強度をC1
とすると、 ln(Io1/I1)−μ1ρd=lnIo1−μ1ρ
d−lnI1=a1−lnI1=C1 (4) ln(Io2/I2)−μ2ρd=lnIo2−μ2ρ
d−lnI2=a2−lnI2=C2 (5) ln(Io3/I3)−μ3ρd=lnIo3−μ3ρ
d−lnI3=a3−lnI3=C3 (6) が得られる。
透過放射線の強度、μは物質の放射線質量吸収係数、ρ
は物質の密度、およびdは物質中の透過厚さ(距離)で
ある。もし原油−ガス−水系の放射線透過厚さをDcmと
すると、石油成分の全厚さはdο、水成分の全厚さはd
w、ガス成分の全厚さはdgとなり、石油、水、および
ガスの放射線質量吸収係数はそれぞれμo,μw、およ
びμgとなる。ρo,ρw、およびρgがそれぞれ石
油、水、およびガスの密度であり、IoおよびIがそれ
ぞれ入射放射線の強度および透過放射線の強度であり、
d/2が配管(1)の測定部分の管壁の厚さであり、ρが
管壁の測定部分の密度であり、μが管壁の測定部分の放
射線質量吸収係数であるときに、次の各式を得ることが
できる: μo1ρodo+μw1ρwdw+μg1ρgdg= ln(Io1/I1)−μ1ρd (1) μo2ρodo+μw2ρwdw+μg2ρgdg= ln(Io2/I2)−μ2ρd (2) μo3ρodo+μw3ρwdw+μg3ρgdg= ln(Io3/I3)−μ3ρd (3) ここで添字1,2,および3はそれぞれ3種類の異なっ
た放射線エネルギーに関するものである。μ1ρdは一
定でありかつIo1は予め知ることができるので、上述
した各式の右辺は透過放射線の強度を測定することによ
って求めることができる。この透過放射線の強度をC1
とすると、 ln(Io1/I1)−μ1ρd=lnIo1−μ1ρ
d−lnI1=a1−lnI1=C1 (4) ln(Io2/I2)−μ2ρd=lnIo2−μ2ρ
d−lnI2=a2−lnI2=C2 (5) ln(Io3/I3)−μ3ρd=lnIo3−μ3ρ
d−lnI3=a3−lnI3=C3 (6) が得られる。
放射線エネルギーは(μo1,μw1,μg1)、(μ
o2,μw2,μg2)、および(μo3,μw3,μ
g3)をそれぞれ互いに一次独立となるように選択され
るので、式(1)、(2)、および(3)はそれぞれdoρo,
dwρw、およびdgρgについて次のように解くこと
ができる: doρo=No/M (7) dwρw=Nw/M (8) dgρg=Ng/M (9) 但し、 M=μo1μw2μg3+μg1μo2μw3+μw1
μg2μo3−μo1μg2μw3−μg1μw2μ
o3−μw1μo2μg3 (10) No=C1μw2μg3+C2μg1μw3+C3μ
w1μg2−C1μg2μw3−C2μw1μg3−C
3μg1μw2 (11) Nw=C1μg2μo3+C2μo1μg3+C3μ
g1μo2−C1μo2μg3−C2μg1μo3−C
3μo1μg2 (12) Ng=C1μo2μw3+C2μw1μo3+C3μ
o1μw2−C1μw2μo3−C2μo1μw3−C
3μw1μo2 (13) である。
o2,μw2,μg2)、および(μo3,μw3,μ
g3)をそれぞれ互いに一次独立となるように選択され
るので、式(1)、(2)、および(3)はそれぞれdoρo,
dwρw、およびdgρgについて次のように解くこと
ができる: doρo=No/M (7) dwρw=Nw/M (8) dgρg=Ng/M (9) 但し、 M=μo1μw2μg3+μg1μo2μw3+μw1
μg2μo3−μo1μg2μw3−μg1μw2μ
o3−μw1μo2μg3 (10) No=C1μw2μg3+C2μg1μw3+C3μ
w1μg2−C1μg2μw3−C2μw1μg3−C
3μg1μw2 (11) Nw=C1μg2μo3+C2μo1μg3+C3μ
g1μo2−C1μo2μg3−C2μg1μo3−C
3μo1μg2 (12) Ng=C1μo2μw3+C2μw1μo3+C3μ
o1μw2−C1μw2μo3−C2μo1μw3−C
3μw1μo2 (13) である。
所定の油井中の石油およびガスの組成の物理的性質は急
には変らないので、μo1,μo2,μo3,μg1,
μg2,μg3,μw1,μw2,μw3はかなり長い
期間一定と見なすことができる。C1,C2およびC3
は透過放射線の強度の測定によって決定することがで
き、そしてdoρo,dwρw、およびdgρgは上述
した式から求めることができる。doρo,dwρwお
よびdgρgは、それら自体の定義から、放射線透過路
の全長に亘り、放射線透過路を横切って延びるこの単位
面積ごとの石油、水およびガスの質量の合計である。要
するに、μw1,μw2,μw3,μo1,μo2,μ
o3,μg1,μg2,μg3に予め一定の値を与えて
おけば、上述した式からdoρo,dwρw、dgρg
を求めることができ、また、C1,C2およびC3は透
過放射線の強度を測定することによって式(4),(5),
(6)から求めることができ、従って、原油混合物流体中
の石油,水およびガスの質量比を求めることができる。
すなわち、透過ガンマ線の強度をオンラインで測定でき
るので、石油,水およびガス成分の質量比は他の情報を
使用することなくオンラインで求めることができる。さ
らに、原油混合物流体中の3種類の成分の成分分析は、
光子エネルギーの異なる2種類の放射線を使用して行な
うことができる。すなわち、原油混合物の成分の数より
1つ少ない数の測定系を用いて原油混合物の成分割合を
測定することができる。得られた質量比は原油の温度や
圧力が変わったり、ガス,石油および水の密度が変わっ
たとしても影響を受けない。
には変らないので、μo1,μo2,μo3,μg1,
μg2,μg3,μw1,μw2,μw3はかなり長い
期間一定と見なすことができる。C1,C2およびC3
は透過放射線の強度の測定によって決定することがで
き、そしてdoρo,dwρw、およびdgρgは上述
した式から求めることができる。doρo,dwρwお
よびdgρgは、それら自体の定義から、放射線透過路
の全長に亘り、放射線透過路を横切って延びるこの単位
面積ごとの石油、水およびガスの質量の合計である。要
するに、μw1,μw2,μw3,μo1,μo2,μ
o3,μg1,μg2,μg3に予め一定の値を与えて
おけば、上述した式からdoρo,dwρw、dgρg
を求めることができ、また、C1,C2およびC3は透
過放射線の強度を測定することによって式(4),(5),
(6)から求めることができ、従って、原油混合物流体中
の石油,水およびガスの質量比を求めることができる。
すなわち、透過ガンマ線の強度をオンラインで測定でき
るので、石油,水およびガス成分の質量比は他の情報を
使用することなくオンラインで求めることができる。さ
らに、原油混合物流体中の3種類の成分の成分分析は、
光子エネルギーの異なる2種類の放射線を使用して行な
うことができる。すなわち、原油混合物の成分の数より
1つ少ない数の測定系を用いて原油混合物の成分割合を
測定することができる。得られた質量比は原油の温度や
圧力が変わったり、ガス,石油および水の密度が変わっ
たとしても影響を受けない。
以下に具体的な数値例を示して、この発明をさらに詳細
に説明する。
に説明する。
放射線源としてAm−241を使用する。この放射線源
は59.5KeV,26.8KeVのγ線、並びに13.9KeV,17.8KeV,20.
8KeVのX線を放出する。そこで、26.8KeV以下のエネル
ギーを有する放射線を20KeVのX線と見なし、さらに
パルス計数型放射線検出器として比例計数管を用いて5
9.5KeVのγ線を測定すると、代表的な検出器のエネルギ
ー分解能が10%程度であるので、これら2つのエネル
ギーは容易に分離され、2種類の強度のγ線とX線を同
時に測定することができる。さらに、第3番目のエネル
ギーを持った放射線源としてGa153を使用することがで
きる。Gaは約100KeVのγ線を放射する。γ線の測定は、
比例計数管またはシンチレーションカウンターを使用し
て行なうことができる。
は59.5KeV,26.8KeVのγ線、並びに13.9KeV,17.8KeV,20.
8KeVのX線を放出する。そこで、26.8KeV以下のエネル
ギーを有する放射線を20KeVのX線と見なし、さらに
パルス計数型放射線検出器として比例計数管を用いて5
9.5KeVのγ線を測定すると、代表的な検出器のエネルギ
ー分解能が10%程度であるので、これら2つのエネル
ギーは容易に分離され、2種類の強度のγ線とX線を同
時に測定することができる。さらに、第3番目のエネル
ギーを持った放射線源としてGa153を使用することがで
きる。Gaは約100KeVのγ線を放射する。γ線の測定は、
比例計数管またはシンチレーションカウンターを使用し
て行なうことができる。
例えば石油の組成がCnH2nかつガスの組成がCH4とする
と、それぞれの放射線質量吸収係数は次のとおりであ
る。: 従って、(μo1,μw1,μg1)と(μo2,μ
w2,μg2)と(μo3,μw3,μg3)とは互い
に一次独立であり、doρo,dwρw,dgρgは一
義的に決定することができ、原油中の石油,水およびガ
ス成分を求めることができる。放射線質量吸収係数が温
度や圧力と無関係に物質によって一定であるので原油中
の石油、水およびガスの質量成分は原油の温度または圧
力に無関係に得ることができる。
と、それぞれの放射線質量吸収係数は次のとおりであ
る。: 従って、(μo1,μw1,μg1)と(μo2,μ
w2,μg2)と(μo3,μw3,μg3)とは互い
に一次独立であり、doρo,dwρw,dgρgは一
義的に決定することができ、原油中の石油,水およびガ
ス成分を求めることができる。放射線質量吸収係数が温
度や圧力と無関係に物質によって一定であるので原油中
の石油、水およびガスの質量成分は原油の温度または圧
力に無関係に得ることができる。
上述した放射線検出線器系の代わりに、単一の放射線源
例えばAm241から放出された3種類のエネルギーレベル
の放射線を区別することができる放射線検出器系を使用
することができる。
例えばAm241から放出された3種類のエネルギーレベル
の放射線を区別することができる放射線検出器系を使用
することができる。
また、長期間に亘っては、石油,水またはガスの性質は
変化することがあるので、定期的にμo1,μo2,μ
o3,μw1,μw2,μw3,μg1,μg2,μ
g3の値を更新できるように演算処理装置を構成してお
くこともできる。
変化することがあるので、定期的にμo1,μo2,μ
o3,μw1,μw2,μw3,μg1,μg2,μ
g3の値を更新できるように演算処理装置を構成してお
くこともできる。
さらに、第1および第2の種類の放射線に対して、2つ
の別々な放射線測定系を使用することができる。この場
合、第1の放射線測定系として第1の放射線源、第1の
放射線検出器、第1の前置増幅器および第1の主増幅器
を使用し、第2の放射線測定系として第2の放射線源、
第2の放射線検出器、第2の前置増幅器および第2の主
増幅器を使用する。あるいは、3種類の放射線測定系に
ついて単一のパルス計数型検出器を利用することによ
り、放射線検出器から主増幅器までの放射線測定系とし
て共通の放射線測定系を使用することができる。また、
γ線源の代わりにX線管を用いることもできる。
の別々な放射線測定系を使用することができる。この場
合、第1の放射線測定系として第1の放射線源、第1の
放射線検出器、第1の前置増幅器および第1の主増幅器
を使用し、第2の放射線測定系として第2の放射線源、
第2の放射線検出器、第2の前置増幅器および第2の主
増幅器を使用する。あるいは、3種類の放射線測定系に
ついて単一のパルス計数型検出器を利用することによ
り、放射線検出器から主増幅器までの放射線測定系とし
て共通の放射線測定系を使用することができる。また、
γ線源の代わりにX線管を用いることもできる。
上述した数値例では、放射線の強度の測定をパルス計数
法で行なったが、直流電流型の検出器を用いて放射線の
強度を測定することもできる。
法で行なったが、直流電流型の検出器を用いて放射線の
強度を測定することもできる。
また、上述した数値例では、透過放射線強度の対数に比
例する信号を演算処理装置で発生させたが、パルス波高
弁別器の後に対数計数率計を設け、この対数計数率数が
透過放射線強度の対数に比例する信号を出力するように
構成することもできる。
例する信号を演算処理装置で発生させたが、パルス波高
弁別器の後に対数計数率計を設け、この対数計数率数が
透過放射線強度の対数に比例する信号を出力するように
構成することもできる。
また、放射線が透過する管壁の材料としてベリリウムを
使用することによって、放射線の減衰を減少させること
ができ、かつ透過放射線の測定を容易に行なうことがで
きる。
使用することによって、放射線の減衰を減少させること
ができ、かつ透過放射線の測定を容易に行なうことがで
きる。
以上の例においては、3種類の成分の分析に3種類のエ
ネルギーのγ線またはX線を用いたが、流体絞り部にお
ける放射線透過路の長さが一定のとき、次式 do+dw+dg=D を用いることにより、2種類のエネルギーのγ線または
X線のみを用い、式(1)、式(2)および上式を連立させて
3種類の成分の割合を求めることもできる。
ネルギーのγ線またはX線を用いたが、流体絞り部にお
ける放射線透過路の長さが一定のとき、次式 do+dw+dg=D を用いることにより、2種類のエネルギーのγ線または
X線のみを用い、式(1)、式(2)および上式を連立させて
3種類の成分の割合を求めることもできる。
なお、原油成分の変動が速い場合、放射線検出系を自動
的に補正することが可能である。このような自動的補正
は、第1,第2および第3の放射線測定系の光子エネル
ギーとは放射線の光子エネルギーが異なる第4の放射線
測定系を設けることによって可能となる。例えば、原油
中のイオウ分が変動する場合、第4の放射線測定系を使
用して、次の式が得られる: μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg=l
n(Io4/I4)−μ4ρd−μs4ws (14) 但し、wsはイオウ密度と放射線透過路におけるイオウ
成分の放射線厚さとの積であり、他の記号は上述と同様
に定義されている。式(1),(2),(3)の右辺からそれぞ
れμs1ws,μs2ws,μS3wSを引き、これら
の式と式(14)を連立させて解くことにより、doρo,
dwρw,dgρgおよびwsが求められる。第1,第
2,第3の放射線の光子エネルギーをそれぞれ20KeV,60
KeV,100KeVとした場合、第4の放射線源すなわちγ線源
の光子エネルギーは40KeV程度に選択することができ
る。
的に補正することが可能である。このような自動的補正
は、第1,第2および第3の放射線測定系の光子エネル
ギーとは放射線の光子エネルギーが異なる第4の放射線
測定系を設けることによって可能となる。例えば、原油
中のイオウ分が変動する場合、第4の放射線測定系を使
用して、次の式が得られる: μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg=l
n(Io4/I4)−μ4ρd−μs4ws (14) 但し、wsはイオウ密度と放射線透過路におけるイオウ
成分の放射線厚さとの積であり、他の記号は上述と同様
に定義されている。式(1),(2),(3)の右辺からそれぞ
れμs1ws,μs2ws,μS3wSを引き、これら
の式と式(14)を連立させて解くことにより、doρo,
dwρw,dgρgおよびwsが求められる。第1,第
2,第3の放射線の光子エネルギーをそれぞれ20KeV,60
KeV,100KeVとした場合、第4の放射線源すなわちγ線源
の光子エネルギーは40KeV程度に選択することができ
る。
さらに、例えば原油中のニッケル成分の変動を考慮して
計算を補正するのが望ましい場合は、第5の放射線測定
系を設けることができる。この測定系の放射線の光子エ
ネルギーは、測定を十分正確に行なうために、他の測定
系の放射線の光子エネルギーとは異なるように選択され
る。
計算を補正するのが望ましい場合は、第5の放射線測定
系を設けることができる。この測定系の放射線の光子エ
ネルギーは、測定を十分正確に行なうために、他の測定
系の放射線の光子エネルギーとは異なるように選択され
る。
上述したように、イオウ分を補償する場合、原油中のイ
オウおよびニッケルを考慮して次の式を適用することが
できる: μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg=l
n(Io4/I4)−μ4ρd−μs4ws −μ
Ni4wNi (15) μo5ρodo+μw5ρwdw+μg5ρgdg=l
n(Io5/I5)−μ5ρd−μs5ws −μ
Ni5wNi (16) 上述した場合と同様に、式(1),(2)および(3)を変形
し、これらの式と式(15),(16)の5つの式を解くことに
よって、doρo,dwρw,およびdgρgの正確な
値が得られる。
オウおよびニッケルを考慮して次の式を適用することが
できる: μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg=l
n(Io4/I4)−μ4ρd−μs4ws −μ
Ni4wNi (15) μo5ρodo+μw5ρwdw+μg5ρgdg=l
n(Io5/I5)−μ5ρd−μs5ws −μ
Ni5wNi (16) 上述した場合と同様に、式(1),(2)および(3)を変形
し、これらの式と式(15),(16)の5つの式を解くことに
よって、doρo,dwρw,およびdgρgの正確な
値が得られる。
原油中にはしばしば砂が含まれている場合がある。この
砂の量が少ない場合には、上述した場合と同様に式
(1),(2)および(3)からdoρo,dwρwおよびdg
ρgを求めることができる。しかし、原油中に含まれる
砂の量が多くかつ変動する場合には、4種類のエネルギ
ーに対してμo,μw,μgおよびμsDが互いに一次
独立となるように第4の光子エネルギーレベルを持った
放射線を放出する放射線源を選択すべきである。次の式
を解くことによって、石油,水,ガスおよび砂の質量比
が求められることは容易に明らかである。
砂の量が少ない場合には、上述した場合と同様に式
(1),(2)および(3)からdoρo,dwρwおよびdg
ρgを求めることができる。しかし、原油中に含まれる
砂の量が多くかつ変動する場合には、4種類のエネルギ
ーに対してμo,μw,μgおよびμsDが互いに一次
独立となるように第4の光子エネルギーレベルを持った
放射線を放出する放射線源を選択すべきである。次の式
を解くことによって、石油,水,ガスおよび砂の質量比
が求められることは容易に明らかである。
μo1ρodo+μw1ρwdw+μg1ρgdg+μ
sD1ρsDdsD=ln(Io1/I1)−μ1ρd
=a1−lnI1 (17) μo2ρodo+μw2ρwdw+μg2ρgdg+μ
sD2ρsDdsD=ln(Io2/I2)−μ2ρd
=a2−lnI2 (18) μo3ρodo+μw3ρwdw+μg3ρgdg+μ
sD3ρsDdsD=ln(Io3/I3)−μ3ρd
=a3−lnI3 (19) μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg+μ
sD4ρsDdsD=ln(Io4/I4)−μ4ρd
=a4−lnI4 (20) 上式において添字SDは、砂についての値を定義してい
る。
sD1ρsDdsD=ln(Io1/I1)−μ1ρd
=a1−lnI1 (17) μo2ρodo+μw2ρwdw+μg2ρgdg+μ
sD2ρsDdsD=ln(Io2/I2)−μ2ρd
=a2−lnI2 (18) μo3ρodo+μw3ρwdw+μg3ρgdg+μ
sD3ρsDdsD=ln(Io3/I3)−μ3ρd
=a3−lnI3 (19) μo4ρodo+μw4ρwdw+μg4ρgdg+μ
sD4ρsDdsD=ln(Io4/I4)−μ4ρd
=a4−lnI4 (20) 上式において添字SDは、砂についての値を定義してい
る。
圧力計(8)および(9)によって得られた圧力低下値と、上
述のようにして得られた質量比の値とを関係づけること
によって、標準相関校正値から各々の成分の質量流量率
が求められる。直線状配管においては、滑りのために各
成分層間で流速が非常に異なる場合がある。この場合、
流量制限部分は、この区域における各成分の流速が均一
化されるのを促進し、この流速の均一化によって各成分
の質量割合や質量流量を正確に求めることができる。
述のようにして得られた質量比の値とを関係づけること
によって、標準相関校正値から各々の成分の質量流量率
が求められる。直線状配管においては、滑りのために各
成分層間で流速が非常に異なる場合がある。この場合、
流量制限部分は、この区域における各成分の流速が均一
化されるのを促進し、この流速の均一化によって各成分
の質量割合や質量流量を正確に求めることができる。
低エネルギー放射線法と、絞り手段により配管の直径を
減少させて測定する方法を組みあわせることによって、
必要な感度が得られ、原油混合物中の別々の成分を高い
精度で測定することができる。
減少させて測定する方法を組みあわせることによって、
必要な感度が得られ、原油混合物中の別々の成分を高い
精度で測定することができる。
この発明は以上説明したとおり、配管の絞り部分を透過
した放射線を検出し、原油混合物中の各成分の質量流量
を得るので、原油混合物中の各成分の質量流量を必要な
感度でかつ高い精度で測定することができ、各成分の温
度や圧力が変わったとしても、正確な測定結果が得られ
るという効果がある。
した放射線を検出し、原油混合物中の各成分の質量流量
を得るので、原油混合物中の各成分の質量流量を必要な
感度でかつ高い精度で測定することができ、各成分の温
度や圧力が変わったとしても、正確な測定結果が得られ
るという効果がある。
また、上述したような原油混合物中の各成分の質量流量
を求めることができる装置が得られる効果がある。
を求めることができる装置が得られる効果がある。
第1図はこの発明の装置の一実施例およびこれが組み込
まれた配管を示す略縦断面図、第2図はこの発明の装置
の他の実施例およびこれが組み込まれた配管を示す略縦
断面図である。 図において、(1)は配管、(2)は絞り部分、(3)は放射線
源、(4)は窓、(5)は放射線検出器、(6),(10),(11),
(13)は線路、(7)は信号処理装置、(8),(9)は圧力計、
(12)は温度計、(14)は出力線路、(16)は可変絞り部分、
(17),(18)はケース、(19),(20)は駆動手段である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
まれた配管を示す略縦断面図、第2図はこの発明の装置
の他の実施例およびこれが組み込まれた配管を示す略縦
断面図である。 図において、(1)は配管、(2)は絞り部分、(3)は放射線
源、(4)は窓、(5)は放射線検出器、(6),(10),(11),
(13)は線路、(7)は信号処理装置、(8),(9)は圧力計、
(12)は温度計、(14)は出力線路、(16)は可変絞り部分、
(17),(18)はケース、(19),(20)は駆動手段である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダグラス・アイ・イグゾル カナダ国、アルバータ、カルガリー、ノー ス・ウエスト、リサーチ・プレイス 40 ペトロ−カナダ・インコーポレーテッド エクスプロレーション・ラボラトリー内 (72)発明者 ウオーレス・ダブリュ・マーチン カナダ国、アルバータ、カルガリー、ノー ス・ウエスト、リサーチ・プレイス 40 ペトロ−カナダ・インコーポレーテッド エクスプロレーション・ラボラトリー内 (72)発明者 友田 利正 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者 馬殿 進路 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特公 昭48−16877(JP,B1) 特公 昭47−40339(JP,B1)
Claims (4)
- 【請求項1】配管を通って流れる原油混合物にγ線また
はX線を配管の流量制限部分で照射する工程と、既知体
積の原油混合物中を透過した放射線を検出し、上記原油
混合物中のN種類の成分の含有量に比例した(N−1)
個の組の信号を発生する工程と、この信号を処理して上
記成分の質量比を得る工程と、上記原油混合物の温度を
測定する工程と、上記原油混合物の配管部分の圧力と上
記流量制限部分の圧力との差圧を測定する工程と、上記
質量比、温度、差圧および予め求めた標準相関校正値を
相関させて上記原油混合物中に存在する成分の質量流量
を得る工程とからなることを特徴とする配管を通って流
れる原油混合物中の種々の成分割合を測定する方法。 - 【請求項2】配管の所定長さ沿いの原油混合物の流量を
制限するための絞り手段と、この絞り手段の所定区域に
おける上記原油混合物にγ線またはX線を照射するため
の放射線源と、上記原油混合物のN種類の成分を透過し
た放射線を検出して第1組の信号を発生するための検出
手段と、上記原油混合物の配管部分の圧力と上記絞り手
段の圧力との差圧を測定して第2組の信号を発生するた
めの圧力測定手段と、上記絞り手段における源油混合物
の温度を測定し、上記第1組の信号および上記第2組の
信号と相関する第3組の信号を発生するための温度測定
手段と、上記第1組の信号、上記第2組の信号および上
記第3組の信号を相関させ、上記原油混合物の成分の相
対的な比率を示す、上記原油混合物の質量流量を与える
ための信号処理手段とを備えたことを特徴とする配管中
を流れる原油混合物中の種々の成分割合を測定する装
置。 - 【請求項3】放射線源および検出手段は、絞り手段に置
かれていることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
の配管中を流れる原油混合物中の種々の成分割合を測定
する装置。 - 【請求項4】絞り手段は、原油混合物の流量を制限する
大きさを変えることができることを特徴とする特許請求
の範囲第2項又は第3項記載の配管中を流れる原油混合
物中の種々の成分割合を測定する装置。
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