KR0164598B1 - 석유 스트림의 분석 장치 및 방법 - Google Patents

석유 스트림의 분석 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기체 또는 계면활성제인 제3유체와 함께 오일 및 물을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기위한 방법 및 장치.
상기 방법은 마이크로파 에너지를 석유 스트림내로 송신시키고, 석유 스트림을 통해 송신된 마이크로파 에너지를 수신하고, 100%오일, 100%물 및 100%제3유체를 함유하는 스트림이 나타내는 송신된 마이크로파 에너지와 수신된 마이크로파 에너지 사이의 상 차이 및 감쇠의 소정의 값을 저장하여 상기의 100%경우들을 나타내는 참고 점들을 이용하여 도표를 형성하고, 도표내에 측정치 점P를 결정하고 오일/물 비 또는 기타 원하는 비를 나타내는 시그널을 그로부터 유도해낸다.

Description

석유 스트림의 분석 장치 및 방법
제1도는 본 발명에 따라 제작된 석유 스트림 분석기의 단순화된 구성도이고,
제2a도는 물-연속상인 석유 스트림의 경우 본 발명을 실행하는데 이용되는 도표를 나타내는 그래프이고,
제2b도는 오일-연속상인 석유 스트림일 경우의 도표를 나타내는 그래프이고,
제3도는 본 발명의 다른 실시양태에 따라 제작된 석유 스트림 분석 시스템의 단순화된 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 마이크로파 원 32 : 검출기
4,24 : 스위치 수단 34 : 혼합기
5,6 : 도체 36 : 스위치
7,28 : 방향 커플러 40 : 시차증폭기
8 : 순환기 44 : 피이드백 회로망
9 : 전압 조절된 상 쉬프트 레버 50 : 컴퓨터 수단
12,20 : 안테나 52 : 온도 센서
14 : 윈도우 54 : 해독 수단
17 : 파이프
본 발명은 일반적으로 분석기 및 분석 방법, 보다 상세하게는 석유 스트림 분석기 및 분석 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 기체 또는 계면 활성제인 제3유체와 함께 오일 및 물을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기 위한 장치가 제공되고, 이때 상기 장치는 마이크로파 에너지를 석유 스트림으로 송신하는 송신 수단; 석유 스트림을 통해 전달된 마이크로파 에너지를 수신하는 수신수단; 100%오일, 100%물 및 100% 제3유체를 함유하는 각각의 스트림이 나타내는 마이크로파 에너지의 적어도 하나의 변수의 소정의 값을 저장하는 저장수단; 및 송신된 마이크로파 에너지, 수신된 마이크로파 에너지, 및 저장된 소정의 값에 반응하여 상기 석유 스트림내 오일/물비 및/또는 오일/제3유체 비 및/또는 물/제3유체 비를 나타내는 시그널을 유도하는 유도 수단으로 특징지워진다.
본 발명은 또한 기체 또는 계면활성제 및 제3유체와 함께 오일 및 물을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻는 방법을 제공하고, 이때 상기 방법은, 마이크로파 에너지를 석유 스트림으로 송신하는 단계; 석유 스트림을 통해 전달된 마이크로파 에너지를 수신하는 단계; 100%오일, 100%물 및 100%제3유체를 함유하는 각각의 스트림이 나타내는 마이크로파 에너지의 적어도 하나의 변수의 소정의 값을 저장하는 단계; 및 송신된 마이크로파 에너지, 수신된 마이크로파 에너지 및 저장된 소정의 값에 반응하여 상기 석유 스트림내 오일/물비 및/또는 오일/제3유체 비 및/또는 물/제3유체 비를 나타내는 시그널을 유도하는 단계로 특징지워진다.
제3유체는 천공으로부터 생성된 석유 스트림내 기체이거나 또는 생성 웰(well)을 향한 요일 형성을 유도하기 위해 계면활성제의 생성 지면 형성내로의 주입을 이용하는 증진된 오일 회수법에 의해 천공으로부터 생성된 석유 스트림내 계면활성제일 수 있다.
본 발명의 실시양태는 이제 수반되는 도면을 참고로 하여 실시예를 통해 설명될 것이다.
제1도에 나타낸 분석기에는 2개의 마이크로파 진동수에서,이후에 마이크로파 에너지로 언급되는 전자 에너지를 제공하는 마이크로파 원(3)이 포함된다. 비록 진정한 기준은 2개의 진동수 사이의 실질적인 차이이지만, 10.119GHz 및 10.369GHz의 바람직한 진동수가 사용된다. 마이크로파 원(3)은 저 전력이고 마이크로파 건(gun)원을 사용할 수 있다. 마이크로파 원(3)은 마이크로파 에너지를 마이크로파 도체들(5,6)을 통해 스위치 수단(4)으로 제공한다. 스위치 수단(4)은 시그널 E1에 의해 조절되어 도체(5또는 6)로부터 마이크로파 에너지를 통과시켜 방향 커플러(7)로 제공한다. 방향 커플러(7)는 선택된 마이크로파 에너지를 순환기(8) 및 통상적인 유형의 전압 조절된 상 쉬프트 레버(9)로 제공한다. 모든 전도도 및 마이크로파 에너지의 운반은 통상적인 유형의 도파관을 사용함으로써 달성된다.
순환기(8)는 마이크로파 에너지를 안테나(12)로 공급한다. 안테나(12)는 세라믹 또는 테프론과 같은 저 유전성 물질로 만들어진 윈도우(14)를 통해 마이크로파 에너지를, 파이프(17)를 통과하고, 적어도 오일 및 물을 갖는 석유 스트림에 공급한다. 파이프(17)는 윈도우(14)를 갖는 배관계통의 한 부분이거나 또는 윈도우물질로 이루어질 수 있다. 안테나(12)에 의해 제공된 마이크로파 에너지는 석유 스트림 및 다른 윈도우(14)를 통과하여 안테나(20)에 의해 수신된다. 안테나(20)는 수신된 마이크로파 에너지를 스위치 수단(24)에 제공하고, 이어서 스위치 수단(24)은 이후에 설명될 바와 같이, 수신된 마이크로파를 시험 마이크로파 에너지로 방향 커플러(28)에 제공한다. 방향 커플러(28)는 시험 마이크로파 에너지를 검출기(32) 및 혼합기(34)에 제공한다. 검출기(32)는 안테나(20)가 수신된 마이크로파 에너지 강도에 상응하는 시그널 E2를 제공한다.
석유 스트림은 또한 마이크로파 에너지 일부를 다시 안테나(12)로 반사시키고 이것은 안테나(12)를 통해 다시 순환기(8)로 흐른다. 순환기(8)는 반사된 마이크로파 에너지가 다시 마이크로파 원(3)으로 공급되는 것을 막고 반사된 마이크로파 에너지를 스위치 수단(24)에 제공한다. 반사된 마이크로파 에너지는 안테나들(12,20)사이의 거리가 증가할 때 더윽 중요하게 된다. 이것은 특히 석유 스트림을 운반하는 큰 배관계통을 모니터링할 때 정확하다.
스위치 수단(24)에 접속되어 있는 스위치(36)에 양의 직류 전압 +V이 제공된다. 스위치(36)가 열리면, 스위치 수단(24)은 안테나(20)로부터 마이크로파 에너지를 시험 마이크로파 에너지로 제공한다. 스위치(36)가 닫히면, 순환기(8)로부터 반사된 마이크로파 에너지가 시험 마이크로파 에너지로 스위치 수단(24)에 의해 제공된다.
전압 조절된 상 쉬프트 레버(9)로 부터의 마이크로파 에너지(이후에는 참고 마이크로파 에너지로 언급한다) 및 방향 커플러(28)로부터의 시험 마이크로파 에너지는 혼합기(34)로 제공되고, 혼합기(34)는 이들을 혼합하여 참고 마이크로파 에너지 및 시험 마이크로파 에너지의 상을 각각 나타내는 2개의 전기 시그널 E3,E4를 제공한다.
시차 증폭기(40)는 시그널 E3 및 E4 사이의 차이와 일치하는 출력 시그널 EO를 제공한다. 시그널 EO는 참고 마이크로파 에너지 및 시험 마이크로파 에너지 사이의 상 차이의 함수이고 피이드백 회로망(44)에 제공된다. 피이드백 회로망(44)은 시그널C을 참고 마이크로파 에너지의 상을 조절하는 전압 조절 상 쉬프트 레버(5) 및 미니-컴퓨터 수단(50)에 제공한다. 시그널 EO 및 시그널 C는 참고 마이크로파 에너지 및 시험 마이크로파 에너지 사이의 상 차이가 거의 900일 때 까지 진폭이 감소한다. 전압 조절 상 쉬프트 레버(5)는 상 차이를 제거하는데 필요한 상 이동의 양을 나타낸다.
검출기(32)로 부터의 시그널 E2은 또한 컴퓨터 수단(50)으로 제공된다. 유체 스트림내 측정치에 대한 상 차이는 특정 환경하에서 360도를 초과할 수 있다. 이러한 환경에는, 스트림의 유전 상수가 클 경우, 예를들면 석유내 물의 %가 클 때, 및 유화액이 물 연속상일 때, 및 안테나들 사이의 거리가 제1도의 보다 큰 파이프(17)를 사용할때와 같이 클 경우가 포함된다.
상기의 경우에 있어서, 실제의 상 이동은 측정된 상 이동 +360 xn(n은 정수)이다. 본 발명은 실질적으로 다른 2개의 진동수, 제1 진동수 F1및 제2 진동수 F2에서 석유를 모니터링 하고 2개의 진동수에서 측정된 상 이동의 차이(상1-상2)를 이용하여 실제의 상 이동을 계산할 때 사용하는 정확한 정수의 승수를 결정함으로써 상기의 애매한 표현을 해결한다. 정확한 정수는 관련된 진동수의 인지로부터 생성된 자료로부터 선택된다. 해결될 수 있는 정수의 가능한 최대 크기는 진동수들 F1및 F2의 분리에 의해 제한된다. 본 경우에 있어서 40이하의 정수 크기가 해결될 수 있다. 진동수 분리의 감소는, 단지 상 이동 측정치의 분해에 의해 또한 제한되는 최대 정수 크기를 증가시킨다.
온도 센서(52)는 파이프(17)내 석유 스트림의 온도를 감지하고 감지된 온도를 나타내는 시그널T를 컴퓨터 수단(50)에 제공한다. 상 쉬프트 레버(9)는 또한 컴퓨터 수단(50)이 시그널T.C 및 E2를 이용할 수 있도록 가능한 시그널을 컴퓨터 수단(50)에 제공한다. 컴퓨터 수단(50)은 또한 컴퓨터 수단(50)이 시그널E2을 특정 진동수에 상호관련시킬 수 있도록 시그널E1을 스위치 수단 4에 제공한다.
제2a도는 유체, 물 및 오일을 각각 나타내는 100%유체, 100% 물 및 100%오일 점을 갖는 물-연속상 석유 스트림의 도표이다. 유체는 기체 또는 계면활성제이고, 설명의 편의를 위해 이후에서는 유체로 언급한다. 제2b도는 오일-연속 상 석유 스트림의 도표이다. 제2a도 및 제2b도의 도표는 하기의 방정식을 이용하여 실험상의 자료로부터 전개되었다:
1. y(L1)=f(X), 이때 f(X)는, y가 X의 함수이고, L1은 100%유체를 100%물에 연결하는 선인 것을 나타낸다.
2. y(L2)=h(X), 일 때 g(X)는, y가 x의 다른 함수이고, L2는 100%오일을 100%물에 연결하는 선인 것을 나타낸다.
3. y(L3)=g(X), 이때 h(X)는, y가 x의 또다른 함수이고, L3는 100%유체를 100%오일에 연결하는 선인 것을 나타낸다.
일반적으로, 제2a도 및 제2b도에서 묘사된 도표는 하기와 같이 컴퓨터 수단(50)에 의해 이용된다. 파이프(17)내 마이크로파 에너지의 상 이동 측정치 및 진폭 감쇠는 제2a도 및 제2b도에서 점 P로 나타내어진다. 석유 스트림이 물-연속상 이거나 오일-연속상인 것에 관계없이 방법은 같다. 선 L3과 동일한 함수 형태의 선 L4y는 컴퓨터 수단(50)에 의해 100% 유체인 점을 지니고 점 P를 지나서, 100%물인점과 100%오일인점을 연결하는, 본질적으로 물-오일 선인 선 L2와 점 I에서 만나도록 그려진다. 점 I는 석유 스트림의 물 컷트를 생성한다. 또한, 액체에 대한 유체비는 선 L4를 따르는 점 P-점I의 거리를 선 L4를 따르는 100% 유체인점-점I의 거리로 나눈 비로서 결정된다. 석유 스트림내 유체가 존재하지 않을 경우, 점 P는 선 L3상에 놓여지고 액체에 대한 유체 비는 0이 된다.
비록 앞에서는 물 컷트 및 액체에 대한 유체(즉, 기체 또는 계면활성제, 비율 측정치의 경우에 대해 설명했지만, 상기 도표로부터 기타 비율도 또한 얻을 수 있다. 컴퓨터 수단(50)은 100%물인 점으로부터 선 L3과 만나는 선을 형성할 수 있다.
또한, 상기 비율은 앞에서 액체에 대한 유체비의 경우에 대해 논의된것과 같은 방법으로 결정될 수 있다. 컴퓨터 수단(50)은 또한 100%오일인 점으로부터 점 p를 지나 L1과 만나는 선을 형성할 수도 있다.

Claims (8)

  1. 마이크로파 에너지를 석유 스트림으로 송신하는 송신 수단(3,12); 석유 스트림을 통해 전달된 마이크로파 에너지를 수신하는 수신 수단(20): 감쇠를 측정할 수 있도록 상기 송신 수단에의해 송신된 마이크로파 에너지의 강도 및 상기 수신 수단에의해 수신된 마이크로파 에너지의 강도를 각각 나타내는 시그널을 제공하도록 작동하는 검출 수단(32); 송신된 마이크로파 에너지와 수신된 마이크로파 에너지사이의 상 차이를 나탸내는 시그널을 제공하도록 작동하는 상 수단(34,40,44,9); 소정 퍼센트의 물 및 오일을 함유하는 스트림이 나타내는 상기 상 차이 및 상기 감쇠의 소정의 값을 저장하는 저장 수단(50,도표); 및 상기 검출 수단 및 상기 저장 수단과 저장된 소정값에 반응하여 오일/물비를 나타내는 시그널을 유도하는 유도 수단(50,54)으로 구성되는 오일 및 물을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기 위한 장치로서, 상기 장치가 기체 또는 계면활성제인 제3유체와 함께 물 및 오일을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기에 적합하고; 상기 저장 수단이 100% 물 및 100% 상기 제3유체에 대한 참고점을 연결하는 선(L1)을 유도하고, 100% 물 및 100%오일에 대한 참고점을 연결하는 선(L2)을 유도하며, 100% 상기 제3유체 및 100%오일에 대한 참고점을 연결하는 선(L3)을 유도하고, 각각 100% 오일, 100% 물 및 100%의 상기 제3유체에서 감쇠 및 상 차이의 상기 0소정의 값을 나타내는 참고점을 이용하여 각각 형성한 제1 및 제2 도표를 저장하는데, 상기 제1 도표는 물-연속 유체 혼합물에 대한 것이며 상기 제2도표는 오일-연속 혼합물에 대한 것이고; 상기 유도 수단(50,54)은 감쇠 및 상 차이를 나타내는 상기 시그널에 반응하여 상기 도표중 적당한 하나내의 측정 점(P)을 결정하도록 작동하며, 도표에 대한 상기 측정 점(P)의 관계에 따라 오일/물 비를 나타내는 상기 시그널을 발생시킴을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신 수단이, 한 측정 주기내 다른 시간에 제 1 및 제2의 다른 진동수에서 마이크로파 에너지를 송신하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3유체가 천공으로부터 생성된 석유 스트림내 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3유체가, 계면활성제의 생성 지면 형성내로의 주입을 이용하는 향상된 오일 회수법에의해 천공으로부터 생성된 석유 스트림내 계면활성제인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 마이크로파 에너지를 석유 스트림으로 송신하는 단계; 석유 스트림을 통해 전달된 마이크로파 에너지를 수신하는 단계; 감쇠를 측정할 수 있도록 상기 송신 수단에 의해 송신된 마이크로파 에너지의 강도 및 상기 수신 수단에의해 수신된 마이크로파 에너지의 강도를 각각 나타내는 시그널을 제공하는 단계; 송신된 마이크로파 에너지와 수신된 마이크로파 에너지사이의 상 차이를 나타내는 시그널을 제공하는 단계; 소정 퍼센트의 물 및 오일을 함유하는 스트림이 나타내는 상기 상 차이 및 상기 감쇠의 소정의 값을 저장하는 단계; 및 상기 검출 수단 및 상기 저장 수단과 저장된 소정값에 반응하여 오일/물 비를 나타내는 시그널을 유도하는 단계로 구성되는 오일 및 물을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기 위한 방법으로서, 상기 방법이 기체 또는 계면활성제인 제3유체와 함께 물 및 오일을 함유하는 석유 스트림의 상대적 함량의 측도를 얻기에 적합하고; 상기 저장 수단이 100%물 및 100% 상기 제3유체에대한 참고점을 연결하는 선(L1)을 유도하고, 100%물 및 100%오일에 대한 참고점을 연결하는 선(L2)을 유도하며, 100% 상기 제3유체 및 100%오일에 대한 참고점을 연결하는 선(L3)을 유도하고, 각각 100%오일, 100%물 및 100%의 상기 제3유체에서 감쇠 및 상 차이의 상기 소정의 값을 나타내는 참고점을 이용하여 각각 형성한 제1 및 제2 도표를 저장하는데, 상기 제1도표는 물-연속 유체 혼합물에 대한 것이며 상기 제2 도표는 오일-연속 혼합물에 대한 것이고; 상기 유도 단계는 감쇠 및 상 차이를 나타내는 상기 시그널에 반응하여 상기 도표중 적당한 하나내의 측정 점(P)을 결정하며, 도표에 대한 상기 측정점(P)의 관계에 따라 오일/물 비를 나타내는 상기 시그널을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시그널을 유도하는 상기 단계가, 100% 제3유체에 대한 참고점 및 측정치 점P를 지나서 점I에서 선L2와 만나는 선 L4를 발생시키는 단계; 및 100% 제3유체에 대한 참고점으로부터 점I에 이르는 선 L4의 제2 부분의 길이에 대한 점 P로부터의 점 I에 이르는 선 L4의 제 1부분의 길이로 구성되는 비를 선 L4로부터 전개해내는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 시그널을 유도하는 상기 단계가, 100% 물에 대한 참고점 및 측정치 점P를 지나서 점I에서 선 L3와 만나는 선 L4를 발생시키는 단계; 및 100% 물에 대한 참고점으로부터 점 I에 이르는 선 L4의 제2 부분의 길이에 대한 점P로 부터의 점 I에 이르는 선 L4의 제 1부분의 길이로 구성되는 비를 선 L4로부터 전개해내는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 시그널을 유도하는 상기 단계가, 100%오일에 대한 참고점 및 측정치 점P를 지나서 점 I에서 선 L1과 만나는 선 L4를 발생시키는 단계; 및 100% 오일에 대한 참고점으로부터 점 I에 이르는 선 L4의 제2 부분의 길이에 대한 점 P로 부터의 점 I에 이르는 선 L4의 제 1부분의 길이로 구성되는 비를 선 L4로부터 전개해내는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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