JPS63500613A - 多相混合物の分析 - 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】 上用… 本発明は一般的に多相混合物の選ばれた性質を決定するための方法及び装置に関 する。

本発明の方法及び装置は各種多相混合物の分析に容易に応用可能であることが当 業者には理解されるであろうが、一つの特別に有利な応用は油井から排出される 油混合物の分析に関する。従って、以下に本発明をこの特別の応用に関して説明 するのが便利であろう、　油井から排出される油／ガス／水混合物の各種性質を 追跡及び／又は決定することができることがしばしば必要である。特に重要であ るこの混合物の性質は、各相の容量割合及び密度である。油井から排出される混 合物を分析する際に比較的多量の混合物を「試験分離器」に供給することが現在 性われている。この「試験分離器」は多相混合物を流れ測定が行われる前に個々 の相に分離する。

この一般的タイプの分離器は公知であり、ここで詳細な説明は行わない。このタ イプの分離器の主たる欠点は、それらが比較的高ぼり、特に沖合プラットホーム で使用される際に相当なスペースをとることである。その結果、各沖合プラット ホームは通常１個の試験分離器を有するに過ぎず、又この試験分離は一度に一つ の油井から測定を行うために使用される。更にもう一つの欠点は、それらが比較 的高価であることである。

本発明の目的は多相混合物を分析するための比較的簡単な方法及び装置を提供す ることであり、上記の特別の応用に関して云えば上記欠点の１以上を軽減するこ とである。

本発明の一面に従えば、流路に従って流れる混合物における成分の選ばれた性質 を決定するための多相混合物の分析方法において、混合物流路に沿って２以上の 点において混合物の密度を直接に測定或いは計算する工程、該流路に沿って上記 点の少なくとも一点において混合物のマスフロー速度を直接に測定或いは計算す る工程及び該１以上の隣接点間における混合物流れにおける特性の変化を起こし た後、集められた情報に基づいて選ばれた性質を決定する工程を含んでなる方法 が提供される。

変化される特性は適当な群の任意の一つであり得る。例えば変化される特性は圧 力変化或いは温度変化又は少なくとも混合物における相の部分的分離である。

特性変化は２点間の混合物に成る物質を添加することにより行われてもよい。こ の物質は反応を引起こす化学薬品の形態であるか或いはガスの傍流の提供によっ て行われてもよい。

もう一つの配置においては、この特性変化は特性変化を引起こす流路中のいづれ か他の点における変化により開始されることができる０例えば２点の上流におけ る圧力差が２点間の変化を引起こすのに十分である。

上記方法を用いることにより、例えば各特別の相の容量及び密度などの混合物の 各様相の性質を決定することが可能である。これらの性質を決定するためには、 ２を越える密度及び／又はマス７０−測定或いは計算を行うことが必要であり、 ２以上の測定が行われた場合には、対応する流れ特性変化が隣接測定間において 必要とされる。全ての変数が純粋にマスフロー測定技術から決定される必要がな い場合もある０例えば、油井からの油混合物のような混合物の場合には水相及び 油相の密度は各圧力差において一定であると想定するのが便利である。集められ た情報から必要とされる特性が決定される適当な計算方法を得ることが可能であ る。

この様に、油井から排出される混合物の特別の例においては混合物の相の各種性 質をめることのできる一連の方程式％式％ 典型的な例においては、油及び水の密度が混合物流を通して実質的に一定である と想定するのが合理的である。その様なものとして、これらの値を任意の適当な 方法で決定することが可能である０本発明の方法を用いて次の性質が測定される ： （ａ）点１及び点２における混合物の密度（ρ１及びρ２）。

（ｂ）混合物のマスフロー速度（ＭＴ＋）（特性変化が圧力差である場合にはマ スフロー速度は一定に留まる）。

（Ｃ）点１及び点２における温度及び圧力。

（ｄ）油（ρ。）及び水（ρＷ）の密度（前記の如く油及び水の密度は別々に測 定される）。

Ｐ、　＝に、ρ＋Ｔｒ　−（１） Ｐ２＝に、ρ２Ｔ２　（２） ＭＴＩ＝ＭＴ２　（３） ＭＴ＋　＝　ｐ　ｔｌＶｔｌ　＋　ρ　ｗ＋ＶＩＬＮ＋　ρ　ｏ＋　Ｖｏｌ　（ ４）Ｍ丁２°ρ９２Ｖ９２＋ρＷ２ＶＷ２＋ρ＋）２Ｖａ２　（５）Ｖｏｌ　＝ 　Ｖｗｚ　（６） Ｖ、、＝Ｖ。２　−＜７） ＶＴＩ　＝ＶＨ＋ｖ、、　＋Ｖｗ　（８）ＶＴ２＝Ｖ９２＋Ｖ、２＋ＶＷ２　（ ９）■は容量である。

下付文字　管はガスであり、 。は油であり、 宙は水である。

ρＷ＋＋ρ。ｈρＷｚ＋ρ。２．に、及びに２が仮定されるか或いは手動で測定 されるならば、従ってｖ９＋　＋　ｖ９２　＋ρ、１．ρ、２゜ＶＯ１＋　ＶＯ ２＋　Ｖｏｌ　１ＶＷ２１　ＶＴＩ　＋　ＶＴ２を決定することが可能である。

本発明のもう一つの面に従えば、混合物の流路に沿って少なくとも二つの選ばれ た点において混合物の密度を直接に測定する手段、その点の少なくとも一点にお いて混合物のマスフロー速度を測定する手段及びこれらの点の間において混合物 の流れ特性に変化を引起こす手段、を含んでなる多相混合物を分析するための装 置が提供される。

本発明の装置は、混合物の進行路に沿った少なくとも二つの選ばれた点における 混合物の密度を直接に測定するための手段、これらの点の少なくとも一点におけ る混合物のマスフロー速度を測定する手段及びこれらの点の間における混合物の 流れ特性の変化を引起こす手段を含んでなる。この装置は、例えば混合物の性質 が上記方程式を利用して迅速に決定できるように適当なプログラム化されたコン ピュータを用いてインターフェースを付することができる。

混合物の密度及びマスフロー速度を直接に測定するための手段は、マスフロー計 の形態であってよい、適当なマスフロー計の典型例はＭｉｃｒｏ　Ｍｏｔｉｏｎ の商標で市販されており、米国特許第４２２，３３８号及び再発行特許第３１４ ５０号各明細杏仁記載されている。又、マスフロー計において混合物の温度及び 圧力を測定する必要もあり、それは任意の適当な方法でなされ得る。もう一つの 態様においては、混合物の密度はオンライン密度計により測定することが可能で あり、その−例はソラートロン・シュルムバーガー（Ｓｏｌａｒｔｏｒｏｎ　Ｓ ｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）社により５ＯＬＡＲＴＲＯＮの商標で市販されている 。

特性変化が圧力差である場合にはこれはチョークなどの任意の適当な装置により 引起こすことが可能である。

特性変化が相分離である場合には、好ましい形態において、例えば特に油性水の 処理のために開発された国際出願ＰＣＴ／＾Ｕ３４１００１９５に記載されるタ イプのハイドロサイクロンを用いることができる。一つの形態において、マスフ ロー測定はハイドロサイクロンへの入口及び油水混合物から除去される油／ガス 相を含有するそれからの出口において行われる。場合によっては、一連の２個以 上のハイドロサイクロンを用いて追加のマスフロー測定メータを用いる必要があ る。

上記態様においては、マスフロー測定は全ての流れについく行われるものである 。しかしながら、単に流れの試料を取り、その試料を二つのマスフロー測定メー タよりなる装置を通してその間に圧力差を設けて通過させることも可能である。

しかしながら、その様な配置を用いる場合には、相の相対的容量百分率を決定す ることが可能であるに過ぎない。

本発明の好ましい実施態様を以下に図面を参照しながら説明するが、 第１図は本発明の一般原則を示す概略回路図であり、第２図は本発明による一つ の装置の形態を導入する概略回路図であり、 第３図は混合物の試料が主経路から構成される装置を示し、第４図及び第５図は ハイドロサイクロンと共に使用される場合の装置の一形懸を示し、 第６図はガス最適化に関する装置の使用を示す回路図であり、 第７図は油井ヘッドからの排出を制御する装置の使用を示す回路図であり、及び 第８図は実施例において使用される装置の回路図である。

第１図は点１及び点２において混合物の各様相の所望の特性を決定するために点 １及び２の線上で特性変化及びＣを用いて測定することが必要とされるものを概 略図示するものである。

図面の第２図を参照すると、油井２．３及び４よりなる油リグ１、混合物を分離 器（図示せず）に運ぶための排出経路６が示されている。本発明の装置はその間 にチョーク１３を有する一対のマスフロー計１０及び１１よりなる。これらのマ スフロー計は混合物のマスフロー並びに密度を測定することができる。

第３図において、試料が主運搬経路６がら取出される態様が示されており、試料 はマスフロー計１０及び１１及びチョーク１３を通って流れる。

第４図及び第５図にはハイドロサイクロン１５及び１６と共にマスフロー計１０ 及び１１　、１３及び１４の配置が示されている。

この特別の配置においては、特性変化は相分離により行われる０例えば、第４図 においてマスフロー計１０は、混合物全部のマスフロー及び密度を測定し、及び マスフロー計１１は油相及びガス相のマスフロー及び密度を測定する。従って、 各相の所望特性を決定するために方程式を工夫することが可能である。

本発明の一つの応用は、油井のガス最適化に関する。油水混合物を油井の表面に もって来るためにガスが油井内に吹込まれて生産管内の混合物カラムの質量を減 少させる。この質量減少の結果、貯蔵所圧力がカラムを表面に上昇させる。

油井内に吹込まれるガスの量は表面に運ばれる油／水／ガス混合物に影響を及ぼ す、即ち９．ガス流をコントロールすることにより所望の油／水／ガス混合物を コントロールすることができる。第６図は本発明の方法及び装置を用いて如何に このガス流をコントロールすることができるかを示す一例である。

ガスは圧力下に経路３０に沿って絞りパルプ２ｏを通り、井戸に吹込まれ、そこ で油／水のカラム及び時々ガスと混合し、混合物を表面に運ぶ、この混合物の性 質はマスフロー計１０及び１１並びにチョークバルブ１３により決定され、情報 がコントローラＣに供給される。このコントローラが次いで必要に応じて絞りバ ルブ２０を開閉する。

第７図には井戸の流れが井戸のへラドチョークの調節によりコントロールされる 配置が示されている。この設備においては、二つのマスフロー計１０及び１１が 井戸の出力経路に操作的に連結され、これらの計器はチョーク１３の反対側に配 置されている。各点に設置された機器は温度トランスミッタ、圧力ドランスミッ タ及び密度トランスミッタにより構成される。

トランスミッタ測定は、ガス圧力／温度／容量／密度関係、質量収支関係に関す るデータ及び計算方法及び油及び水の性質に関するデータを温度及び圧力の函数 として含むコンピュータのようなプロセッサＰに供給されるようにされている。

プロセッサＰはこのデータ及びトランスミッタ信号を用いて油、水及びガスの質 量及び容量分析による流量を決定する。

この情報をチョークの位置をコントロールするための基礎として用いる。これは 自動的に或いは手動により行なうことができる。

本発明の多相分析系を用いることにより、例えば多数の井戸を有する沖合プラッ トホーム上で各井戸からの生産の連続測定を達成することができる。これは改良 された貯蔵所管理に導くことができる。この分析は又先に述べた「試験分離器」 に対比して改良された応答時間により井戸ヘッドからのより代表的な流れ測定も 提供する。　上記の特別の具体例において、この系は「試験分離器」がその貧弱 な応答時間のために有効には追跡できなかった停滞流れを追跡することができる ように思われる。

本発明に従う多相測定の具体例は、以下に蒸留燃料油／水／空気混合物の測定に ついて示され、この測定は実験室において行われるものである。

第８図は試験設備の配置を示す、試験される混合物はディーゼル油、水及び空気 の混合物である。水、ディーゼル油及び空気は系中に流量計Ｍ　Ｉ、　Ｍ　２及 びＭ、を介してそれぞれゲートバルブＶ、、Ｖ、及びＶ、。を通して供給される ０ＭＩはフィッシャー　（Ｆｉｓｈｅｒ　）及びポーター（Ｐｏｒｔｅｒ　）ロ ータメータ、Ｍ２はＶＡＦ正転正転板羽根メータびＭ、はフィッシャー及びポー ターバージロータメータである。ゲートバルブは入口流れを変化させるために使 用された。

各相の流れは均質な三つの相流れを与えた静的流れミキサー１に通された。肉眼 による鑑視を可能にするために透明なパイプ部分２が設けられた。

混合物は設備の試験回路部分に通され、そこで流速の測定はＤＴ７密度及び温度 単位及びＤＴＩＯ流速及び流れ安定化単位を有するマイクロメータＤ４０マスフ ロー計である計器Ｍ。

により行われた。流量計１’、４．、Ｍ２及びＭ、は試験前に計器Ｍ、に対して 検量され及び計器Ｍ４は試験前に容量測定により検量された。

圧力計ρ９は計器Ｍ、における圧力を測定し、及び圧力計ρ。は計器Ｍ３と共に 用いられて入口空気流を与えた。

バルブＶｌ、Ｖｚ、Ｖ３．Ｖ４．Ｖｓ及びＶ６は流れの方向を制御するために配 置され、及びＶ７は圧力降下ゲートバルブであった。このバルブ配置を用いて圧 力降下バルブ■、の上流及び下流をシミュレートした。この様に、計器Ｍ、は２ 個よりもむしろ１個のみを用いることで十分であった。

計器Ｍ４において三つの入口流れ及び上流条件の初期の読みが取られ、その後糸 を反転して下流条件をシミュレートし、更に読みをとった０表１は、行われた四 つの試験の結果を示す。

試験番号２に含まれた数字を以下に示す。

の　られたデータ 水の密度（２ｗ）　１．００ｓ、ｇ。

ディーゼル油の密度（ρ、）　Ｑ、８２８ｓ４゜空気の密度（ρ９）　１．２９ ｘｌＯ−３（０℃１気圧）バルブ■７前（上流）　−バルブ■フ後（流）Ｍ工、 　１９．２　ｋｑ１分　Ｍ丁２　１９．２Ｐ、　３３０　ＫＰｎｇ　Ｐｇ　２６ ５Ｔ、　１９．４　℃　Ｔ２１９．４ ρ工、　０．８２５　ｓ、ｇ、　９丁２　０．８１２ノ１０＋４− Ｖ、’　１０．’＃！／分：　Ｖ宙’　１０．４Ｚ／分：Ｖ、’　２．２１７分 上記流れを補正して元の読みからの流れを検量した。

上記から容量流れを計算すると ＝２３．２１！／分　＝２３．６１７分ΔＶ７＝Ｖ７２　Ｖ７１＝０．４ｊ！／ 分Ｖ７＋＝Ｖ、１’＋Ｖｗ’＋Ｖｇ’＝２３．３ｆ／分である。

ＶＴを通して誘発されるガス容量における変化によるＶＴにおける予想される変 化はＰ　Ｖ　＝　ｎ　ＲＴ　（理想気体）から計算することができる。

この場合についてｎＲＴは一定である。

Ｖ９Ｉ＝Ｚ、２１７分　■奮２＝Ｚ、６１７分ΔＶｇ＝ＶＨＶｖ＋＝０．４Ｎ／ 分 （この結果はＭ、により測定された０、４１／分のΔＶＴと対比される）。

ディーゼル油及び水の容量流量がＶ７を通して一定であるならば、即ち Ｖ　、Ｈ＋　ＶＷＩ　＝　Ｖ　、１２　＋　ＶＷ２であればｖ７を通しての測定 された容量流量変化は気相における流量変化である。即ち、 ＶＴ２　Ｖｒ＋＝Ｖｗ２＋Ｖｄｚ＋Ｖｗｚ　Ｖｖ＋＋Ｖｄ１　Ｖｗ＋＝Ｖ、２− Ｖ、。

＝ΔＶｆ＝０．４１／分である。

この場合に理想気体法則を用いると、 Ｖ　９２　＝　Ｖ　９＋＋Δ■曾 ＰＺ　Ｐｉ　である。

上記結果から　Δｖｔ＝ｏ、４　１／分子１＝７２＝１９．４℃ Ｐ１＝３３０　ＫＰａｇ Ｐ２＝２６５　ＫＰａｇ ｎＲ＝’３．３　である。

計器Ｍ３においてＰ、＝４７０ＫＰａｇ　Ｔ＝２０℃Ｍ７．−Ｍ９．＋ρｗ（Ｖ ｉ＋　ＶＴＩ）値を上記方程式に置換すると Ｖｗ＝１０．５ Ｖ、＋＝１０．５　である。

これらは入口流れに対比し得るものである。

コ　ｒ ＝：＝ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　ＴＯＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　０ＮＥＮＤ　ＯＦ　ＡＮＩＩＥＸ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．流路に沿って流れる混合物中の成分の選ばれた性質を決定するための多相混 合物の分析方法において、混合物の密度を混合物の流路に沿って２以上の点（１ ，２）において直接に測定或いは計算する工程、該流路に沿って上記点の少なく とも一方において混合物のマスフロー速度（ＭＴ２，ＭＴ１）を直接に測定或い は計算する工程、及び該１以上の隣接点間における混合物流の特性における変化 （Ｃ）を引起こし、その後集められた情報に基づいて選ばれた性質を決定する工 程を特徴とする、前記の分析方法。
2. ２．変化される特性が圧力変化である請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．変化される特性が温度変化である請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．変化される特性が、少なくとも部分的な、混合物中の相分離である請求の範 囲第１項記載の方法。
5. ５．該特性変化が、該特性を引起こす該二つの点の間以外の変化により開始され る請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．選ばれた性質を決定するためにインターフェースを付されたコンピュータを 利用する工程を含む前記請求の範囲のいづれか１項に記載の方法。
7. ７．多相混合物の分析装置において、混合物の流路に沿って少なくとも二つの選 ばれた点において混合物の密度を面接に測定する手段、それらの点の少なくとも 一点において混合物のマスフロー速度を測定する手段（１０，１１）及びそれら の点の間において混合物の流れ特性に変化を引起こす手段を特徴とする、前記の 分析装置。
8. ８．混合物の性質が装置の他の部分から得られる情報により決定することができ るように、コンピュータを含む請求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．混合物の密度及びマスフロー速度を直接に測定するための該手段が、マスフ ロー計（１０，１１）の形態である請求の範囲第７項又は第８項記載の装置。
10. １０．変化される特性がチョークバルブ（１３）により引起される圧力差である 請求の範囲第７項、第８項、第９項又は第１０項に記載の装置。
11. １１．変化される特性がハイドロサイクロン（１５，１６）による相分離である 請求の範囲第７項〜第９項のいづれか１項に記載の装置。
12. １２．井戸ヘッドからの排出を制御する方法において、井戸ヘッドから排出され る多相混合物を請求の範囲第１項〜第６項のいづれかに従って分析する工程、及 び得られた結果から排出条件を選択された方法で制御する工程を含んでなること を特徴とする、前記の制御方法。
13. １３．井戸からの混合物の排出をチョークにより制御し、得られた結果に応答し てチョークを操作することを含んでなる請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．井戸からの混合物の排出がガスを井戸に送人することにより制御され、得 られた結果に応答してガスの送入を制御することを含む請求の範囲第１２項記載 の方法。
15. １５．井戸ヘッドからの排出の制御装置において、請求の範囲第６項〜第１１項 のいづれかに記載の多相混合物を分析する多相分析装置、井戸ヘッドからの排出 経路に操作的に連結されたチョーク（１３）、及び該多相分析装置から受取った 情報に応答して操作可能な、該チョークの開閉を制御する制御手段（Ｐ）を特徴 とする、前記の制御装置。
16. １６．井戸ヘッドからの排出の制御装置において、送人されるガスの量を制御す るバルブ手段（２０）を有する井戸にガスを送人する請求の範囲第６項〜第１２ 項のいづれかに記載の多相分析装置（３０）、及び該バルブ手段の開閉を制御し 、該多相分析装置から受取った情報に応答して操作可能である制御装置（Ｃ）を 特徴とする、制御装置。