KR20020067036A - 다상 흐름 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자동 웰 테스트 시스템(100)은 한 쌍의 코리올리 유량계(154,156)에 연결된 2상 와류 편석기(104)를 이용하여, 3상 유동에서의 체적 유량을 측정한다. 반복 수렴법을 포함하는 프로세스(P200)에 따라 측정이 실행된다. 워터 컷 계기(172) 및 워터 밀도 계기로부터의 실시간 밀도 및 워터 컷 측정을 이용함으로써 측정이 향상된다.

Description

다상 흐름 측정 시스템{MULTIPHASE FLOW MEASUREMENT SYSTEM}
파이프 라인을 통해 유동하는 물질은 다중 상태를 포함하는 경우가 종종 있다. 여기에 사용되는 바와 같이, "상태(phase)"라는 용어는 다른 물질과 접촉하여 존재할 수도 있는 물질의 유형을 가리킨다. 예컨대, 오일 및 물의 혼합물은 개별의 오일 상태 및 개별의 물 상태를 포함한다. 유사하게, 오일, 가스 및 워터의 혼합물은 개별의 가스 상태 및 개별의 액체 상태를 포함하며, 액체 상태는 오일 상태 및 물 상태를 포함한다. 여기에 사용된 "물질(material)"이라는 용어는 가스 및 액체를 포함하는 물질을 가리킨다.
혼합된 다상 흐름 스트림에서 체적 또는 질량 유량을 측정하는데 있어서 유량계를 이용하는 경우 특수한 문제가 발생한다. 구체적으로, 유량계는 혼합된 흐름 스트림의 직접 측정을 제공하도록 구성되어 있지만, 이러한 측정은 각각의 상태의 개별적 측정으로 바로 해석될 수 없다. 이러한 문제점은 유정(oil well) 및 천연가스 정(gas well)이 비처리된 오일, 가스 및 바닷물을 포함하는 다상 흐름 스트림을 제공하는 석유 산업에서 특히 다급하게 대두되고 있다.
석유 산업분야에서는 유정 및 천연가스 정으로부터 오일, 가스 및 물 상태 각각을 편석하는데 사용되는 장비를 설치하는 것이 통상적이다. 분야 내의 생산 웰 또는 분야의 일부분은 이러한 목적을 위한 생산 설비, 즉 주 생산 편석기, 웰 시험 편석기, 파이프라인 이송 액서스, 바닷물 제거 웰 및 안전 제어 장치를 종종 공유한다. 오일 또는 가스 분야를 생산하는 적절한 관리는 본 분야 및 본 분야의 웰로부터 생산되는 오일, 가스 및 물의 각각의 체적에 대한 정보를 요구한다. 이러한 정보는 본 분야의 생산 효율성을 향상시키는데 이용되며, 버크(bulk) 프로덕션의 상업적 판매 및 소유권을 할당하는데 이용된다.
종래의 편석 장치의 설치는 커다란 버크의 용기형 편석 장치의 설치를 포함했었다. 이들 장치는 내부 밸브 및 웨어(weir) 조립체와 함께 수평 또는 수직 타원형 압력 용기를 가진다. 산업 전문용어는 오일 및 물을 포함하는 액체 상태로부터 가스 상태를 편석하는데 이용되는 것을 "2상" 편석기(two-phase separator)라고 한다. 혼합된 오일 및 물 분률은 실제로 혼합된 액체 스트림으로부터 발생되지 않으므로, 2상 편석기의 이용은 실제 생산 조건 하에서 직접적 체적 측정이 편석된 오일 및 물 성분으로부터 얻어지게 하지 않는다. 3상 편석기는 액체 상태로부터 가스 상태를 편석하고, 또한 오일 상태 및 물 상태로 액체 상태를 편석하는데 이용된다. 2상 편석기와 비교해 볼 때, 3상 편석기는 추가의 밸브 및 웨어 조립체를필요로 하며, 각각의 오일, 가스 및 워터 혼합물 내에서, 생산 물질의 중력 편석에 대한 생산된 물질의 보다 긴 거주 시간이 가능하게 하는 보다 큰 체적을 가진다.
종래의 압력 용기 편석기는 부피가 크고 비교적 큰 표면적을 차지한다. 이러한 표면적은 매우 한정되며 상당히 고가여서 연안 생산 플랫포옴 및 해저 완성 템플릿을 포함하는 확실한 설치를 제공한다. 일부 개발 노력은 표면적이 제한되는 위치에서 이용하기 위한 소형 패키지에서의 다상 측정 능력을 제공하는 것이 시도되어왔다. 이들 패키지는 전형적으로 핵기술의 이용을 필요로 한다.
코리올리 유량계는 진동관 밀도계로서 작동하는 질량 유량계이다. 각각의 위상의 밀도는 특정 상태에 대한 질량 유량을 체적 측정으로 변환하는데 이용된다. 총괄 흐름 스트림 내의 오일, 가스 및 물의 각각의 질량 백분율을 증명하는데 코리올리 유량계를 사용할 때 다수의 어려움이 존재한다.
미국 특허출원 제 5,029,482호는 코리올리 유량계를 통과하는 각각의 가스 및 액체 성분의 공지된 질량 백분률을 가지는 혼합된 가스 및 액체 흐름 스트림을 유동시킴으로써 얻어진 경험적으로 유도된 상관관계의 이용을 교시한다. 이후, 경험적으로 유도된 상관관계는 총 질량 유량의 직접적 코리올리 측정에 근거한 공지되지 않은 가스 및 액체 백분율의 혼합된 가스 및 액체 흐름 스트림 내의 가스의 백분률 및 액체의 백분률을 계산하는데 이용된다. 웰로부터 유체 혼합물의 구성은 압력, 부피 및 저장기 내의 압력과 같은 온도 현상에 근거한 시간에 의해 변화할 수 있고, 결국 밀도값을 증명할 연속적인 필요가 있다.
미국 특허 4,773,257호에는, 전체 오일 및 물 유동 스트림의 물 비율(waferfraction)이 물 함량(wafer content)에 대해 측정된 전체 질량유동률을 조정함으로써 계산되는 점, 각 오일 및 물 상태의 대응되는 질량 유량이, 각 상의 질량유동률을 각 상의 밀도로 나눔으로써 부피 값으로 변환될 수 있는 점 등이 설명되어 있다. 각 상의 밀도는 실제의 실험실 측정으로부터 결정되어야 한다. 미국 특허 4,773,257호는 가스를 전체 액체로부터 분리하기 위해 분리 장비(separation equipment)에 의존하며, 이러한 분리가 완결된 것으로 가정한다.
미국 특허 5,654,502호는 자체 보정(self-calibrating) 코리올리 유량계가 설명되어 있는데, 이 유량계는 실험실용 밀도 측정에서와 반대로, 오일과 물 각각의 밀도를 얻기 위해 분리기를 사용한다. 오일 밀도 측정은 물 함량에 대해 보정되는데, 이는 워터 컷 모니터(water cut monitor) 또는 탐침에 의해 측정된다. 미국 특허 5,654,502호에서는 측정장치를 지나는 유체로부터 가스를 제거하는데 분리기에 의존하며, 가스가 코리올리 유량계에 인가되는 유동 스트림의 일부일 때 다상(multiphases) 유동 측정을 제공하는 메커니즘에 대해서는 설명되어 있지 않다.
3상 분리 장비조차도 물 상으로부터 오일 상을 완전히 분리하지는 못한다. 육안으로는 분리되어 보이는 오일 성분에도 보통 약 10%까지의 물 함량이 잔류되어 있기 때문에, 분리된 오일 상 내의 물 함량을 측정하는 데에 워터 컷 탐침이 사용된다. '워터 컷(water cut)'이란 용어는, 다상 혼합물의 물 성분을 설명하는데 사용되며, 오일과 물의 혼합물 내에서 오일의 부피와 물의 부피 사이의 관계를 나타내는 비(ratio)를 가리키는 것으로서 더 자주 사용된다. '워터 컷'에 대한 가장일반적인 용례에 따라, 웰 제조(well production) 유체는 워터 컷이 95%일 것이며, 이때 전체 100배럴의 물 및 오일 액체에서 물이 95배럴일 것이다. '워터 컷'이란 용어는 제조된 전체 물 부피에 대해 제조된 전체 오일 부피의 비를 나타내는 데에도 사용된다. '오일 컷'이란 용어는 오일과 물 전체 부피로 나눈 오일 부피를 의미한다. 여기서 정의된 바와 같이, '워터 컷'이란 용어는 오일 및 물을 포함하는 전체 액체 혼합물의 백분율로서의 물 또는 오일을 나타내는 값과 수학적으로 동등한 임의의 값을 포함한다.
가스가 유동 스트림의 일부일 때 다상 유동 측정을 위해, 유체를 직접 측정하기 위해 핵기술을 사용할 필요가 없는 소형 팩키지를 제공할 필요가 있다. 따라서 본 발명은 가스와 액체의 혼합물을 가지는 시스템 또는 액체의 혼합물을 가지는 액체 시스템 내에서, 이들 혼합물이 섞일 수 있든 섞일 수 없든 상관없이, 다상 흐름 측정을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 예컨대, 오일, 가스 및 물 상태를 포함하는 혼합물과 같이, 개별의 상태의 다상 혼합물(multiphase mixture)을 포함하는 프로덕션 체적을 측정하는데 이용되는 시스템들을 포함하는 흐름 측정 기술의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2상 편석기와 연결되어 코리올리 유량계를 이용함으로써, 다상 혼합물의 각각의 성분 또는 상태의 프로덕션 체적을 측정하는 것에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 웰 테스트 시스템의 개략적 배치도를 도시한다.
도 2는 도 1 시스템의 작동을 제어하는 흐름도를 도시한다.
도 3은 코리올리 질량 유량계의 흐름관의 주파수 응답에서 가스 감쇠의 실제 효과를 증명하는 가설적 데이터의 도표이다.
도 4는 일시적인 기포가 코리올리 질량 유량계에 들어가는 경우에 대한 구동 이득과 시간 사이의 관계를 나타내는 가설적 데이터의 도표이다.
본 발명은 상 구성성분의 밀도를 측정하기 위해 수동 샘플링이나 제조 물질의 연구실 분석을 할 필요가 없이 완전 자동화된 코리올리 기반(Coliolis-based) 웰 시험 시스템을 제공함으로써 전술한 문제들을 극복한다. 따라서 본 발명의 시험 시스템은 용액 가스를 감압 상태로 방출함에 기인하는 부피 측정의 오차를 없앨 수 있다.
본 발명에 따른 웰 시험 시스템은 2가지 작동 모드를 가진다. 이 시험 시스템은 일반적인 웰 시험 시스템으로서 작동하여, 혼합물 즉 오일, 가스 및 물 상을포함하는 웰헤드 제조품(wellhead production material)으로부터 분리된 각 구성 성분의 부피를 측정한다. 웰 시험 시스템은 또 밀도 측정을 위한 제조 유체의 핸드 샘플을 얻을 필요를 없애는, 특별한 밀도 측정 모드를 가진다. 웰 시험 시스템으로부터 얻어지는 즉시(on-site) 밀도 측정은, 물질이 라인에 있는 상태(line condition)에서 측정되기 때문에 실험실 측정보다 정확하다.
웰 시험 시스템은 또 다상 웰헤드 제조 유체를 포함하는 결합된 유동스트림을 별개의 구성성분으로 분리하는 장치도 포함한다. 하나의 웰로부터의 제조에 의해 보텍스 분리기를 선택적으로 충전하기 위해 밸브 다기관이 사용된다. 다상 웰로부터 오일, 가스 및 물의 혼합물을 유지하면서, 중력으로 이들 구성성분을 제조 혼합물로부터 분리하는 데에는 중력 분리기가 사용된다. 덤프 밸브가 개방되어, 각 구성 성분을 분리한 뒤, 제조 구성성분 중의 액체 성분을 부분적으로라도 중력 분리기로부터 배출시킨다.
코리올리 유동계는 질량 유량계 모드 및 밀도계 모드에서 작동할 수 있다. 이러한 측정기는 오일 및 물 성분이 각 분리기를 떠날 때의 질량유동률을 측정하는데 사용된다. 밀도 측정은 다상 유동의 분리된 오일 성분으로부터 얻어진다. 분리된 오일 상의 워터 컷의 판독(reading)에는 워터 컷 모니터가 사용된다. 유체 밀도, 온도, 질량유량 및 워터 컷 측정은 모두 제품 스트림 내의 오일 상 및 물 상의 부피 유동을 측정하는데 사용된다. 이러한 교정에 의해 오일의 부피 유동률이 더욱 정확히 측정된다.
바람직한 실시예에서, 부피 시험 오차는 가압 가스원을 시험 분리기에 연결함으로써도 최소화된다. 가압 가스원은, 분리기 덤프 밸브가 시험 분리기 내로부터 액체가 유동할 수 있게 하는 경우에도 분리기 압력을 거의 일정하게 유지하는데 사용된다.
다른 특징, 목적 및 이점은 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 될 것이다.
도 1은 석유 산업에서 사용되는 소형 다상 흐름 측정 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은 수직 2상 와류 편석기(two phase vortex separator)(104) 안으로 연결되는 유입 다중위상 흐름 라인(103)을 포함한다. 다음, 와류 편석기(104)는 상부 가스 측정 흐름 라인(106) 안으로 가스를 배출시키고 하부 액체 측정 흐름 라인(108) 안으로 액체를 배출시킨다. 흐름 측정이 실행된 후 가스 특정 흐름 라인(106) 및 액체 측정 흐름 라인(108)이 배출 라인(110)으로 재결합된다. 제어기(112)는 시스템(100)의 각각의 부품들을 작동시키는 관련 회로와 함께중앙 프로세서를 포함한다. 시스템(100)은 이식성(portability)을 위한 스키드 구조체(skid structure; 114) 상에 장착되며, 프로덕션 매니폴드(116)는 다수의 유정(oil wells) 또는 천연가스 정으로부터 시스템(100)으로 다상 유체를 공급한다. 시중 판매 지점 이전에 배출 흐름 라인(110)은 가스, 물 및 오일의 편석을 위한 3상 프로덕션 편석기(118)로 연결된다.
유입 다상 흐름 라인(102)은 프로덕션 매니폴드(116)로부터 화살표(120) 방향을 따라 오일, 가스 및 물을 포함하는 다상 유체를 수용한다. 벤투리 섹션(venturi section; 122)은 널리 공지된 베르누이 효과(Bernouli effect)를 이용하여, 벤투리의 목부(throat)에서 흐름 라인(102) 내부의 유입 다상 유체 내의 압력을 감소시킨다. 압력 감소의 정도는 액체 코리올리 질량 유량계(166) 내의 내부 작동 압력에 근사한 레벨까지 발생하게 되는 것이 바람직하다. 이러한 압력의 감소는 흐름 라인(102) 내부의 다상 유체로부터 가스를 발산시키거나 순식간에 발하게 한다. 경사/내리받이 섹션(124)은 와류 편석기(104) 이전에 다상 유체의 가스 및 액체 상태에서의 중력 편석(gravity segregation)을 용이하게 한다. 수평 배출 부재(126)가 와류 편석기(104)에 공급된다.
와류 편석기(104)는 내부 작동 부품들이 보이도록 도면 중앙부에 도시되어 있다. 수평 배출 부재(126)는 와류 편석기(104)의 원통형 내부 편석 섹션 안으로의 접선방향 배출을 위해 작동가능하게 위치한다. 이러한 배출 방법은 와류 편석기(104) 내부의 다상 유체의 액체 부분(128) 내에 토네이도(tornado) 또는 사이클론(cyclone) 효과가 발생하게 한다.
액체 부분(128)은 개별의 물, 오일 및 동반 가스 상태를 포함하는 대부분의 액체 상태이다. 사이클론 효과로 인해 발생하는 원심력은 액체 부분(128)으로부터 동반 가스 상태를 추가로 편석하게 하지만, 동반 가스 상태의 추가의 중력을 허용하는 비교적 낮은 유량에서를 제외하고 동반 가스 상태를 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 액체 부분(128)은 와류 편석기(104)로부터 액체 측정 흐름 라인(108)으로 배출된다. 와류 편석기(104)의 하부에는 워터 트랩(water trap)(130)이 설치되어 있다. 이러한 트랩은 주기적인 물 밀도 측정을 얻도록 방출될 수도 있으며, 또는 트랩에 결합해서 물 밀도 계기(도 1에 도시 안됨)가 설치되어 제어기(112)에 물 밀도 정보를 제공한다.
와류 편석기 내부의 다상 유체의 가스 부분(132)은 오일 및 물의 미스트(mist)와 함께 가스를 포함하는 대부분 가스 상태이다. 미스트 수집 스크린(134)은 미스트의 부분 응축을 위해 사용되며, 이러한 미스트의 부분 응축은 응축된 형태로 액체 부분(128) 안으로 적하된다.
가스 부분(132)은 가스 측정 흐름 라인(106) 안으로 배출된다. 가스 측정 흐름 라인(106)은 가스 측정 흐름 라인(106) 내부의 압력의 절대 압력 판독을 경로(136)에 의해 제어기(112)에 전달하는 압력 트랜스미터(135)를 포함한다. 압력 트랜스미터(135)로는 예컨대, 미국 미네소타 에덴 프레어리(Eden, Prairie, Minnesota, USA) 소재의 로즈마운트(Rosemount)의 모델 2088과 같은 제품을 시중에서 구입가능하다. 가스 측정 라인(136)은 와류 편석기(104)의 바닥과 튜브(138)에 의해 연결되어 있다. 이러한 튜브(138)는 와류 편석기(104)의 바닥에 있는지점(146)과 가스 측정 흐름 라인(106) 내부의 지점(144) 사이의 정수두(hydrostatic head)에 관한 압력 정보를 전달하는데 이용하기 위해 압력 트랜스미터(142)와 연결된 정역학 게이지(hydrostatic gauge)(140)를 포함한다. 경로(148)는 압력 트랜스미터(142)를 제어기(112)와 연결시키며, 제어기(112)는 압력 트랜스미터(142)로부터 전송되는 정수두 데이터를 이용하여, 와류 편석기(104)의 적절한 작동을 보장하는 압력 조절을 위해 전기적으로 작동가능한 스로틀 밸브(150,174)를 개폐시킨다. 즉, 가스 부분(132)이 액체 측정 흐름 라인(108) 안으로 배출되는 지점 또는 액체 부분(128)이 가스 측정 흐름 라인(106) 안으로 배출되는 지점까지 와류 편석기가 가스에 의해 넘치게 되는 것을 방지한다. 경로(152,176)는 제어기(112)를 스로틀 밸브(150,174)와 작동가능하게 연결시키는데, 이러한 스로틀 밸브(150,174)로는 예컨대, 미국 아이오와 마샬 타운(Marshall Town, Iowa, USA) 소재의 피셔(Fisher)의 모델 V2001066-ASCO 밸브를 구입할 수 있다.
가스 측정 흐름 라인(106) 내의 코리올리 질량 유량계(154)는 가스 측정 흐름 라인(106) 내부의 다상 유체의 가스 부분(132)으로부터의 질량 유량 및 밀도 측정을 제공한다. 이러한 코리올리 질량 유량계(154)는 이들 측정을 나타내는 신호들을 제어기(112)에 제공하기 위해 흐름 트랜스미터(156)와 연결되어 있다. 코리올리 질량 유량계(154)는 가스 측정 흐름 라인(106)을 통과하는 물질들의 질량 유량, 밀도 및 온도의 측정을 포함하는 작동들을 위해 전기적으로 구성되어 있다. 코리올리 질량 유량계(154)의 예시적인 형태는 미국 콜로라도 보울더(Boulder,Colorado, USA) 소재의 마이크로 모션(Micro Motion)에서 구입가능한, ELITE 모델 CMF300356NU 및 모델 CMF300H551NU를 포함한다.
이들 신호들의 전송을 위해 경로(158)가 흐름 트랜스미터(156)를 제어기(112)와 작동가능하게 연결시킨다. 가스 측정 흐름 라인(106) 내의 체크 밸브(160)는 화살표(162) 방향의 양(positive)의 흐름을 보장하여, 가스 측정 흐름 라인(106) 안으로 액체 부분(128)의 침입을 방지한다.
액체 측정 흐름 라인(108)은 정적 혼합기(static mixer)(164)를 포함하는데, 이러한 정적 혼합기는 액체 측정 흐름 라인(108) 내부의 액체 부분(128)을 난류화시켜서, 오일, 물 및 동반 가스 상태 각각의 중력 편석을 방지한다. 코리올리 질량 유량계(166)는 액체 측정 흐름 라인(108) 내부의 액체 부분(128)의 질량 유량 및 밀도 측정을 제공하며, 이들 측정들을 나타내는 신호들을 경로(170)를 통해 제어기(112)로 전송하기 위해 흐름 트랜스미터(168)에 연결되어 있다.
액체 측정 흐름 라인(108)에는 워터 컷 모니터(water cut monitor; 172)가 설치되어 있어서, 액체 측정 흐름 라인(108) 내부의 액체 부분(128)의 워터 컷을 측정한다. 워터 컷 모니터의 종류는 흐름 스트림(flow stream)에서 얼마나 많은 량의 워터 컷이 예상되는가에 따라 선택된다. 예컨대 커패시턴스 계기는 비교적 저렴하지만, 워터 컷이 체적의 약 30%를 초과할 수도 있는 다른 유형의 계기가 요구될 수도 있다. 커패시턴스 또는 레지스턴스 프로브(resistance probes)는 오일 및 물이 대폭 상이한 유전 상수를 가진다. 이들 프로브는 물이 증가하면서 감도(sensitivity)를 잃고, 워터 체적이 총 흐름 스트림의 약 20% 내지 30% 미만인곳에서만 허용할 수 있는 정확한 워터 컷 측정을 제공한다. 상한 30% 정확성 제한은 다수의 프로덕션 웰(production well)로부터 관찰된 레벨 보다 한참 아래로 떨어져 있다. 예컨대, 유정의 총 액체 생산 체적이 99% 물일 수 있다. 따라서, 워터 컷 모니터에 근거한 커패시턴스 또는 저항률은 비교적 낮은 물을 가지는 오일 성분에서 워터 컷을 결정하도록 위임되었다.
워터 컷을 측정하는데 이용되는 시중에서 이용가능한 장치는 근적외선 센서, 커패시턴스/인덕턱스 센서, 극초단파 센서 및 라디오 주파수 센서를 포함한다. 이러한 유형의 장치는 작동 한계와 관련있다. 따라서, 워터 컷 프로브는 혼합된 오일 및 물 흐름 스트림에서 체적백분율을 측정한다.
극초단파 장치를 포함하는 워터 컷 모니터 장치는 흐름 혼합물의 대략 일백 퍼센트까지의 양에서 물을 검지할 수 있지만, 3상 흐름을 포함하는 환경에서는 오일로서 가스 성분을 해석해야 한다. 극초단파 검지 장치가 관심의 스펙트럼 내의 물이 원유에서 하는 것보다 60회 이상 많은 극초단파를 흡수한다는 원리로 작동하므로 이러한 해석이 발생한다. 흡수 계산 가정(assume)은 천연 가스가 존재하지 않고 천연 가스가 원유보다 2배의 극초단파 방사선을 흡수한다는 것이다. 극초단파 워터 컷 검지 시스템은 혼합물 내의 가스가 측정에 영향을 미치지 않았다는 사실에 대해 보정함으로써 워터 컷 판독을 교정할 수 있다.
워터 컷 모니터(172)는 경로(173)에 의해 제어기(112)에 작동가능하게 연결되어 있다. 제어기(112)는 전기 작동식 양방향 밸브(174)를 사용하여, 밸브(150)와 협력하여 와류 편석기(104)를 적절히 작동시키는 것을 보장하는 방식으로 액체측정 흐름 라인(108) 내의 압력을 제어한다. 즉, 액체 측정 흐름 라인(108) 안으로 가스 부분(132)이 배출되는 것을 방지하고, 그리고 가스 측정 흐름 라인(106) 안으로 액체 부분(128)이 배출되는 것을 방지하도록 밸브(174)가 개폐된다. 이러한 밸브(174)는 경로(176)을 통해 제어기(112)와 작동가능하게 연결된다. 액체 측정 흐름 라인(108) 내의 체크 밸브(178)는 화살표(180)의 방향의 양의 흐름을 보장하여, 액체 측정 흐름 라인(108) 안으로 가스 부분(132)이 침투하는 것을 방지한다. 가스 측정 흐름 라인(106)은 액체 측정 흐름 라인(108)과 T자형으로 조우하여, 프로덕션 편석기(118)에 연결되는 통상의 배출 흐름 라인(10)을 형성한다.
제어기(112)는 시스템(100)의 작동을 조절하는데 사용되는 자동화 시스템이다. 기본급으로, 제어기(112)는 컴퓨터(84)를 포함하는데, 이러한 컴퓨터(84)는 원격 장치의 작동을 위한 구동 회로 및 인터페이스와 함께 데이터 수집 및 프로그래밍 소프트웨어에 의해 프로그래밍된다.
프로덕션 매니폴드(116)는 예컨대 밸브(182,184)와 같이 전기적으로 작동하는 다수의 3상 밸브를 포함하는데, 이러한 밸브(182,184)는 유정(186) 또는 가스 정(188)과 같은 대응하는 프로덕션 공급원을 각각 구비한다. 본 출원에 사용하기 위한 특히 바람직한 3상 밸브는 MATRYX MX200 액츄에이터를 갖춘 Xomox TUFFLINE 037AX WCB/316 웰 스위칭 밸브이다. 이러한 밸브는 대응하는 개별의 웰로부터 프로덕션 유체를 각각 수용하도록 구성되는 것이 바람직하지만, 일군(group)의 웰로부터 프로덕션을 수용할 수도 있다. 제어기(112)는 선택적으로, 유입 다상 흐름 라인(102) 안으로 유체의 전달을 위해 웰(186) 또는 웰의 결합체(예컨대웰(186,188))로부터 레일(rails; 192) 안으로 다상 유체를 유동시키도록 구성되는 한편, 다른 밸브는 선택적으로 바이패스 흐름 라인(194)을 통해 유동시킴으로써 시스템(100)을 우회시키도록 구성된다.
프로덕션 편석기(118)는 제어기(112)에 신호들을 전송하기 위해 압력 트랜스미터(195) 및 경로(196)에 연결되어 있다. 프로덕션 편석기(118)는 당업자에게 알려진 임의의 종래 방법으로 가스 판매 라인, 오일 판매 라인 및 바닷물 배출 라인(도 1에 도시 안됨)과 연결되어 있다.
시스템(100)의 작동
도 2는 제어기(112)를 프로그래밍할 때 사용되는 제어 논리를 나타내는 프로세스(P200)의 개략적인 프로세스 다이어그램을 도시한다. 이들 명령어는 제어기(112)에 의해 액세스 및 사용되기 위해 전자 메모리 또는 전자 저장 장치 내에 상주한다. 프로세스(P200)를 구현하는 명령어들은 제어기(112)에 의한 검색, 해석 및 실행을 위한 임의의 기계 판독가능 매체, 또는 임의의 작동가능 방법으로 시스템(100)에 연결되는 유사한 장치 상에 저장될 수 있다.
프로세스(P200)는 프로덕션 시험 모드에 들어가는 것이 적절하다는 것을 제어기(112)가 결정하는 단계(202)에서 시작한다. 도 1과 관련하여, 이러한 단계는, 제어기(112)가 프로덕션 매니폴드(116)의 밸브(182,184)를 선택적으로 구성하여, 레일(192)을 통해 유입 다상 흐름 라인(102) 안으로, 프로덕션 공급원(186)에 대응하는 웰들의 조작자-선택 결합체 또는 웰을 흐른다는 것을 의미한다. 이러한 결정은 예컨대, 일주일 마다 한 번 이상 각각의 웰을 시험하도록 시간 지연에 근거하여통상 실행된다. 시험 모드는 항시 시스템(100) 안으로 흐르도록 선택적으로 구성되는 프로덕션 매니폴드(116)의 각각의 밸브로서 연속적인 방식으로 실행될 수 있는 한편, 다른 밸브는 바이패스 라인(1094)을 통해 시스템(100)을 우회하도록 구성된다. 이러한 유형의 웰 시험 측정들은 전달성을 기준으로, 프로덕션 편석기(118)를 통과하여 공급원(186,188)과 같은 특정 프로덕션 공급원에 전달되는 총 흐름 스트림의 백분률을 할당하는데 종래에 이용된다.
수동 작동식 밸브(196,197)는 시스템(100)의 선택적 차단을 위해 개폐될 수 있다. 즉 밸브(196,197)는 스키드(114) 상에 장착된 모든 부채들의 제거를 위해 폐쇄될 수 있다. 전기 작동식 밸브(199)는 정상적으로 폐쇄되어 있다. 밸브(196,197) 내부의 제 2 또는 여분의 바이패스 라인(198)은 밸브(199)가 개방되고 밸브(150,174)가 폐쇄되는 경우 흐름을 우회시킨다.
단계(P204)에서 시험이 시작되는데, 다상 유체 내의 액체 상태로부터 가스를 편석시킬 목적으로 와류 편석기(104)를 통과하는 총 유량을 감소시키거나 증가시키도록 제어기(112)가 밸브(150,174)를 조이거나 개방시킨다. 제어기(112)가 밸브(199)를 개방시켜 바이패스 라인(198) 내부를 흐름이 통과하게 하므로, 시스템(100)을 통과하는 총 유량은 감소될 필요가 없다. 정확한 유량은 와류 편석기 및 액체 측정 흐름 라인(108)의 물리적 체적에 따라 좌우되며, 또한 공급원(186,188)이 시스템(100)에 전달할 수 있는 유체의 양에 따라 좌우된다.
시스템(100)을 통과하는 유량을 감소시키려는 목적은, 유량은 잔존하는 액체 상태의 물으로부터 오일의 실질적인 중력 편석을 방지하기에 여전히 충분히 높을때 중력 편석에 의한 도움에 의해 와류 편석기(104)의 사용을 통해 액체 측정 흐름 라인(108)으로부터 동반 기포를 제거하기 위한 것이다. 와류 편석기(104)를 통해 원심력에 의해 실행되는 편석으로서 유량을 증가시킴으로써 액체 상태로부터 가스 상태의 실질적으로 완전한 편석을 실행하는 것도 가능하다. 제어기(112)는, 도 3 및 도 4와 관련하여 설명되는 바와 같이, 이러한 목적을 위해 코리올리 질량 유량계(166)로부터의 구동 이득 또는 픽오프 전압을 모니터한다.
도 3은 코리올리 질량 유량계(166)(도 1 참조) 내의 흐름관의 주파수 응답을 감쇠시키는 가스의 실제 효과들을 증명하는 가상 데이터의 그래프이다. 투과율의 로그(log)가 코리올리 질량 유량계(166)의 구동 코일에 인가된 교류 전압의 주파수, 예컨대 f0, f1및 f2에서의 함수로서 플롯되어 있다. 투과율 비(Tr)는 구동 입력에 의해 나뉘어진 유량계 픽오프 코일의 출력과 동일하다. 즉, 구동 이득은:
(1)Tr ==
제 1 곡선(300)은 비감쇠 시스템의 식(1)에 상응한다. 즉, 측정되는 유체 내에 가스가 존재하지 않는다. 제 2 곡선(302)은 가스가 존재하는 감쇠된 시스템에 상응한다. 두 곡선(300,302)은 고유 주파수(fn)에서 최적값(304,304')을 각각 가진다.
도 4는 일시적인 기포가 다상 유체 내에 동반된 기포로서 코리올리 질량 유량계(166)에 들어오는 경우(400)에 대해 구동 이득과 시간 사이의 관계를 나타내는 가상 데이터의 플롯이다. 이러한 기포는 시간(402)에 들어와서 시간(404)에 나간다. 구동 이득은 도 4에서 백분률로 표시되며 t1, t2및 t3와 같은 간격에서 시간의 함수로서 플롯되어 있다. 제어기(112)(도 1에 도시)는 구동 이득 또는 투과율을 임계값(406)과 비교함으로써 구동 이득 또는 투과율을 모니터하도록 프로그래밍된다. 곡선(108)의 구동 이득 또는 투과율이 임계값(406)을 초과하는 곳에서, 제어기(112)는 일시적인 기포의 존재에 의해 밀도 측정이 영향을 받았음을 인지한다. 따라서, 코리올리 질량 유량계(166)는 단계(P206)을 위해 구동 이득이 임계값(406) 미만일 때 얻어지는 밀도값만을 사용한다. 임계값(406)의 정확한 레벨은 사용되는 의도된 환경과 함께 특정 유량계 구성에 따라 좌우되며, 다상 유체 내에 1 내지 2 체적 퍼센트 미만으로 허용하려 한다.
코리올리 질량 유량계를 작동할 때, 도 4에 도시된 곡선(400)의 경우와 반비례로 픽오프 전압이 떨어지는 경우가 종종 있다. 코리올리 질량 유량계는 때때로 진폭의 이러한 강하를 감지하도록 프래그래밍되며, 가스 감쇠 효과가 역전될 때 까지 최대 구성 요구조건의 진폭에 대해 진동 코일을 진동시킴으로써 응답한다.
단계(P204)에 대해 설명된 방식으로 구동 이득이 임계값(406) 아래로 떨어질 때 까지 제어기(112)가 밸브(150,174)를 개방 및/또는 폐쇄시키며, 단계(P206)는 동반 가스없이 액체 상태의 밀도를 측정하는 코리올리 질량 유량계(166)를 포함한다. 이러한 밀도 측정은 가스 공극(gas voids)을 가지지 않은 액체 상태의 밀도를 나타내려고 하는 것이다. 이러한 밀도 측정은 아래에 설명에서 ρL로서 참조되어 있으며, 동반 가스 마찰이 없는 가스 및 오일을 포함하는 액체 혼합물의 밀도를 나타내는데 사용된다. 액체 측정 라인(108) 내의 다상 유체에 대해 직접 측정을 실행하기 위한 대안으로서, 실험실 분석을 위해 다상 유체의 표본을 얻거나, 보다 덜 바람직한 ρL의 접근을 얻도록 경험적으로 도출해낸 유체 상호관계의 이용에 의해 밀도 측정을 어림할 수도 있다.
단계(P208)에서, 압력 트랜스미터(135) 및 차등 압력 게이지(140)로부터 수신된 압력 신호들과 함께 코리올리 질량 유량계(154,166)를 통과하는 총 유량에 근거한 제조자의 상세한 설명에 따른 와류 편석기(104)에서 편석 결과를 최적화시키는 방식으로, 제어기(112)가 밸브(150,174)를 선택적으로 조절한다. 이러한 단계에서, 프로덕션 매니폴드(116)는 능동적인 프로덕션 웰 시험 측정을 위해 유동하도록 구성된다. 도 4에 도시된 임계값(406) 아래로 구동 이득을 감소시키는 방식으로 제어기(112)가 밸브(150,174)를 조절하므로, 와류 편석기(104)는 이러한 단계에서 단계(P204)와 비교해서 상이하게 기능한다. 이 상태에서, 액체 측정 흐름 라인(108)을 통해 유동하는 대부분 액체 상태는 동반 가스 기포를 포함할 수도 있다.
단계(P210)는 액체 측정 흐름 라인(108) 내에서 동반 가스를 포함하는 대부분 액체 상태의 총 질량 유량(QTL)과, 이러한 대부분 액체 상태의 밀도를 측정하기 위해 코리올리 질량 유량계(166)의 이용을 포함한다. 이러한 밀도 측정은 다음의 논의에서 ρmeas로서 참조되어 있다.
단계(P212)에서, 제어기(112)는 다상 유체 내의 가스의 건조 가스밀도(ρgas)를 결정한다. 가스 중력에 근거하여 미국 가스 협회(American Gas Association)에 의해 전개된 널리 공지된 상관 관계를 이용하여, 압력 및 온도 정보로부터 가스 밀도가 계산될 수도 있고, 또는 다상 흐름 스트림으로부터 생성된 가스의 실제 측정으로부터 결정된 가스 밀도에 대해 다른 경험적 상관 관계를 실험실 분석이 제공할 수도 있다. 가스 밀도를 결정하는 다른 대안의 기술은 단계(P204)와 동시에 또는 개별의 단계(P210)에서 코리올리 유량계(154)로부터 실제 밀도 측정을 획득하는 것이며, 제어기(112)는 도 4에 도시된 구동 이득 강도(intensity)를 최소화하도록 밸브(150,174)를 선택적으로 조절한다. 일부 상황에서는, 가스의 밀도가 액체 밀도와 비교해서 비교적 낮아서, 가스 밀도가 일정하게 유지된다고 가정할 수도 있고, 이러한 일정한 가스 밀도의 가정은 허용가능한 오차의 레벨이 된다.
단계(P214)에서, 제어기(112)는 액체 상태에서의 가스 공극률(XL)을 계산한다.
(2)
여기서, XLi는 코리올리 질량 유량계(166)를 통해 유동하는 다상 유체 내의 가스 공극을 나타내는 공극률이며, i는 연속적인 반복을 의미하고, ρmeas는 상술한 바와 같이 단계(P210)에서 얻어진 밀도 측정이며, 그리고 ρcalc는 대략 XLi의 공극률을 가지는 다상 액체의 밀도를 어림잡는 계산 또는 추정된 밀도값이다. 식 (2)는반복적 수렴 알고리즘에 사용될 것이다. 따라서, 제 1 추측치 예컨대, 특별한 프로덕션 공급원(186)에 대한 시험 측정의 이전 사이클로부터 ρcalc에 대한 저장값, 또는 0.8 g/cc와 같은 임의의 값으로 계산을 시작하는 것을 수용할 수 있다.
ρcalc의 값에 대해 제 1 추측치를 제공하기 위한 특히 바람직한 방법은 워터 컷 모니터(172)로부터 워터 컷 측정을 얻는 것이다. 이후, 다상 흐름 혼합물 내에 가스가 존재하지 않음을 가정하여, ρcalc에 대해 식 (3)을 해결할 수 있다.
(3)
여기서, WC는 액체 혼합물의 총 체적에 의해 나뉘어진 액체 혼합물 내의 물의 양을 포함하는 분률(fraction)로서 나타낸 워터 컷이며, ρw는 액체 혼합물 내의 물의 밀도이고, 그리고 ρ0는 액체 혼합물 내의 오일의 밀도이다. ρcalc에 대한 생성된 제 1 추측치는 가스 공극률이 없는 액체 혼합물의 이론적인 값이다. ρw및 ρo의 값이 옳다면 Xi가 0보다 큰 경우, 측정된 밀도, ρmeas는 ρcalc미만일 것이다. ρw및 ρo의 값은 오일 및 물 상태 각각을 포함하는 대부분 액체 상태의 표본 상에서 실행되는 실험실 측정으로부터 얻어질 수도 있다. 예컨대, 물의 밀도값은 워터 트랩(130)에 연결된 비중계로부터 얻어질 수도 있다. 이들 값은 미국 석유 협회(American Petroleum Institute)에서 발표한, 널리 공지된 경험적 관계식에 의해 허용가능한 정확성 수준으로 어림잡을 수 있다.
단계(P216)에서, 제어기(112)는 계산을 실행하여, ρcalc의 마지막 추정치가 식(2)에 따라 XLi의 계산을 제공하는지를 결정하며, Xi는 오차의 허용범위 내에 수렴했다. ρcalc에 대한 다음 추정치는,
(4)
와 같이 계산된다. 여기서, ρcalci는 식(2)로부터 XLi의 값을 사용하여 계산되는 다음 추정치이며, ρL은 액체 혼합물의 밀도이고, 나머지 변수들은 위에서 설명되었다.
단계(P218)는 다음 식이 참(true)이라면 수렴이 존재하는 수렴에 대한 시험이다.
(5)
여기서, D는, 0.01 g/cc와 같은 무시가능한 오차를 나타내거나 코리올리 질량 유량계(166)로부터 이용가능한 정밀성의 한계를 어림하는 구분문자의 절대값이며, ρcalci는 식(4)에 따라 계산된 현재 값이고, 그리고 ρcalci-1은 ρcalci에 대응하는 XLi값을 생성하는 식(2)의 사전 반복으로부터의 과거 값이다.
단계(P218)에서의 제어기는 수렴이 없음을 결정하고, 새로운 추정치 ρcalci는 단계(220)에서의 과거 추정치 ρcalc로 대체되며, 단계(P214) 내지 단계(P218)가 수렴이 존재할 때 까지 반복된다.
워터 컷은 다음 식으로 계산될 수 있다.
(6)
여기서 WC는 워터 컷이고, ρO는 대부분 액체 성분 내의 오일의 밀도이며, 그리고 ρW는 대부분 액체 성분 내의 물의 밀도이다. 따라서, 컷 계기(cut meter; 172)는 다상 흐름 내에 가스 상태가 없다면 다소 여분의 구성이고, 이러한 반복 수렴법에 대해 필요한 값이 없으므로 선택적으로 제거될 수도 있다.
단계(P214A)에서, 컷 계기(172)에 의해 공급된 측정된 워터 컷 값이 계기가 수용가능한 정확성 및 정밀성을 가지고 기능하는 범위 내에 있다면, 보다 정밀하거나 비반복적인 솔루션이 이용가능하다. 이러한 컷 계기 판독은 유체 성분의 함수이며, 이것은 3개의 변수들에 대한 해답을 제공하도록 3개의 방정식의 시스템의 동시적인 솔루션이다. 이들 3개의 식은 아래와 같다.
(7)
(8)
(9)
여기서, ρW는 흐름 스트림 내의 물의 밀도이고, ρO는 흐름 스트림 내의 오일의 밀도이며, ρg는 흐름 스트림 내의 가스의 밀도이고, ρmix는 결합된 흐름 스트림의 밀도이며, qW는 물의 체적에 의한 분률 유량(즉, 워터 컷)이고, qO는 오일의체적에 의한 분률적 유량이며, qg는 가스의 체적으로의 분률적 유량이고, 그리고 f(sat)는 총 계기 판독(M)을 제공하는 특수한 형태의 워터 컷 계기에 유일한 흐름 스트림 성분의 함수이다.
워터 컷 계기가 마이크로웨이브 계기라면, 함수 f(sat) = M은 다음과 같이 어림잡을 수 있다.
(10)
여기서, mw는 순수한 물에서 판독하는 계기이고, mo는 순수한 오일에서 판독하는 계기이며, mg는 순수한 가스에서 판독하는 계기이고, 그리고 나머지 용어들은 상술되어 있다. 여기서, 전형적인 계기에서, mw= 60, mo= 1 그리고 mg= 3이고, 식(8) 내지 식(11)은 qW에 대해 다음과 같이 계산될 수 있다.
(11)
여기서, 용어들은 상술한 바와 같다. 또한,
(12), 그리고
(13)
단계(P218)에서 수렴이 일단 달성되면, 단계(P222)는 코리올리 질량 유량계(154)를 사용하는 것을 수반하여, 단계(208)의 흐름 조건 하에서 코리올리 질량 유량계(154)를 통해 유동하는 대부분 가스 상태의 질량 유량 QTG및 밀도 ρmg를 측정한다.
단계(P224)는 다음 식에 따라, 가스 측정 흐름 라인(106)을 통해 유동하는 대부분 가스 상태의 가스 공극률 XG에 대해 풀이하는 단계를 포함한다.
(14)
여기서 XG는 대부분 가스 상태의 총 체적에 대해 취해진 가스 체적에 대응하는 비율이며, ρmgas는 단계(P222)에서 얻은 값이고, ρgas는 단계(P212)에서 얻은 값이며, 그리고 ρL은 단계(P206)에서 얻은 값이다.
단계(P224)에서, 워터 컷 모니터(172)에서 얻은 워터 컷의 값이 필요에 따라 조절되어, 대부분 액체 상태 내의 가스의 존재에 대해 보상한다. 예컨대, 가스 공극률 XLi가 알려지면, 오일 및 물만이 존재한다는 가정하에서 마이크로웨이브 흡수에 대한 워터 컷을 교정하는데 이러한 값을 이용할 수 있다.
단계(P226)은 대부분 액체 상태 및 대부분 가스 상태 각각에서 3가지 각각의 상태의 유량에 대해 풀이하는데 필요한 데이터를 사용하는 단계를 포함한다. 다음 방정식들은 이러한 목적을 위해 사용할 수 있다.
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)및
(22)
여기서, QL은 시스템(100)을 통해 유동하는 액체 상태의 총 질량 유량이고, Xi는 단계(P214)로부터 결정된 대부분 액체 상태 내의 가스 공극율이고, 단계(P218)에서 수렴을 생성하게 한다. QTG는 단계(P222)에서 측정된 대부분 가스 상태의 총 가스 질량 유량이며, XG는 단계(P224)에서 결정된 대부분 가스 상태 내의 공극율이고, QW는 시스템(100)을 통과하는 총 물 질량 유량이며, QO는 시스템(100)을 통과하는 총 오일 질량 유량이고, WC는 단계(P224)에서 필요한 바와 같은 상관 관계에 의해 워터 컷 모니터(172)로부터 제공된 워터 컷이며, VL은 시스템(100)을 통해 유동하는 액체 상태의 총 체적 유량이고, ρL은 단계(P206)에서 결정된 액체 상태 밀도이며, VO는 시스템(100)을 통과하는 총 오일 체적 유량이고, ρO는 흐름 조건에서의 오일 밀도이며, VG는 시스템(100)을 통과하는 총 가스 체적 유량이고, ρgas는 흐름조건에서의 가스 밀도이며, VW는 시스템(100)을 통과하는 총 물 체적 유량이고, 그리고 ρW는 흐름 조건에서의 물 밀도이다.
단계(P228)에서, 제어기(12)는 각각의 상태에 대한 체적 및 질량 유량에 대한 계산 결과와 함께, 직접 온도, 밀도 및 질량 유량 측정을 포함하는 시스템 출력을 제공한다. 이들 유량들은 시험 간격에 대해 누적 프로덕션 체적을 제공하도록 시간을 초과하여 통계로 나타낼 수 있다.
단계(P230)에서, 제어기(112)는 필드 효율성을 최적화하도록 프로덕션 매니폴드(116)를 포함하는 시스템 구성성분과 상호작용한다. 예컨대, 가스 캡에 의해 지배되는 구동 에너지를 가지는 오일 필드에서, 프로덕션 효율성은 오일이 발견된 후 가스 캡이 고갈되는 경우 최적화된다. 가스에 앞서 관련적으로 오일을 생산하는 것이 바람직하며, 가스-오일 접촉부는 오일이 고갈되면서 이전 오일 지대 안으로 하향 이동할 수도 있다. 이러한 가스-오일 접촉부의 이동은 웰이 전에는 주로 오일이 생산되던 것이 주로 가스가 생산되도록 변화하게 한다. 유정에서의 이러한 상당히 증가된 가스 생산에 대한 적절한 반응은 웰을 닫게 하거나 웰의 생산율을 감소시켜 저장소의 구동 에너지를 고갈시키지 않게 하며, 제어기(112)가 이러한 작동을 취하도록 프로그래밍되어 있다. 오일-물 접촉부를 이동시키기 위해, 또는 모든 다른 요인들이 동일하다면 보다 높은 비용에 앞서 저렴한 비용의 웰 하나를 생산함으로써 계산 관점으로부터 현재 경제적 성능을 최적화시키도록, 유사한 반응이 프로그래밍될 수 있다.
상술한 바람직한 실시예는 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않는 한 명확한 변경이 가능함을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 발명자는 여기에 본 발명에서의 그들의 모든 권리를 보호하기 위해 균등론에 근거하여 그들의 모든 의도를 기술하는 바이다.

Claims (34)

  1. 동반 가스를 포함한 대부분 액체 성분을 가지는 대부분 액체 상태, 및 대부분 가스 성분을 가지는 대부분 가스 상태로 유입 다상 흐름을 편석시키는 편석기(104)와, 그리고 상기 대부분 액체 상태의 유량을 측정하는 유량계(166)를 포함하며, 복수의 유동 상태 및 가스 상태를 포함하는 유동 환경에 사용되는 다상 흐름 측정 시스템(100)으로서,
    상기 대부분 액체 상태 내의 개별 액체 상태 및 개별 가스 상태의 유량을 측정하기 위한 계산을 사용하여 상기 대부분 액체 상태의 유량을 측정하도록 구성된 제어기(112)를 포함하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유량계(166)가 질량 유량계를 포함하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 질량 유량계(166)가 코리올리 질량 유량계인 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 대부분 액체 상태의 유량의 계산은 밀도 및 점도로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 유체 특성을 결정하는데 사용되는 경험적으로 유도된 관계식을 제외하고는 경험적으로 유도된 관계식이 없는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 액체 내에 본질적으로 동반 가스 기포를 제공하지 않는 방식으로, 상기 편석기(104)로부터 상기 제 1 액체가 유동하는 액체 측정 흐름 라인(108)과, 그리고
    상기 액체 흐름 라인(108) 내의 상기 제 1 액체의 밀도 ρL을 결정하는 밀도계(166)를 더 포함하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시스템(100)은 상기 대부분 액체 상태의 밀도 ρmeas를 측정하는 제 2 밀도체를 더 포함하며,
    상기 제어기(112)는 상기 대부분 액체 상태의 밀도 ρmeas와 상기 제 1 액체의 밀도 ρL사이의 관계에 근거하여 공극률 XL을 계산하도록 구성되어, 상기 대부분 액체 상태의 액체 및 가스 성분에 각각 대응하는 각각의 유량 QL및 QG를 제공하도록 상기 대부분 액체 상태의 총 유량 QTL에 상기 공극률 XL을 적용하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어기(112)는 반복 수렴 계산법을 이용하여 상기 공극율 XL을 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어기(112)는 측정된 밀도값과 상기 공극률 XL에 근거한 이론적 밀도값 사이의 차이에 근거한 상기 반복 수렴 계산법을 수렴하도록구성되어 있는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 트랜스미터(112)는 비반복 계산법을 이용하여 공극률 XL을 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 트랜스미터(112)는 상기 비반복 계산법으로부터의 결과에 대해 상기 반복 계산법으로부터의 결과를 비교하는 것을 포함하여 상기 공극률 XL을 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 시스템(100)은 상기 다상 흐름 시스템 내의 온도 및 압력에서의 가스 밀도 ρgas를 측정하는 가스 밀도계(154)를 더 포함하며, 그리고
    상기 트랜스미터(112)는 상기 가스 밀도 ρgas, 상기 액체 밀도 ρL및 상기 공극률 XL에 근거하여 밀도 ρcalc를 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 트랜스미터(112)는, 상기 공극률 XL을 곱한 상기 가스 밀도 ρgas와, 1에서 상기 공극률 XL을 뺀 후 상기 액체 밀도 ρL을 곱한 값을 더한 값이 상기 밀도 ρcalc와 같다는 관계에 따라 상기 밀도 ρcalc를 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 트랜스미터(112)는 밀도 ρmeas를 측정하기 위한 상기 수단에 의해 결정되는 값 밀도 ρmeas에 대해 허용가능한 오차의 범위 내에 ρcalc이 수렴할 때 까지 XL의 연속적인 값들을 통해 ρcalc을 반복함으로써 반복 계산을 사용하여 상기 대부분 액체 상태의 상기 유량을 결정하도록 구성되어 있는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 트랜스미터(112)는, 가스 공극률 XLi가 상기 밀도 ρcalc에서, 상기 밀도 ρmeas를 ρcalc로 나눈 값을 뺀 값 동일하며 ρcalc의 반복 어림에 근거한 가스 공극률이라는 관계에 따라 상기 밀도 ρcalc의 값을 반복하도록 구성되어 있는 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 대부분 액체 상태가 의도된 사용 환경 내에 오일 상태 및 물 상태를 포함할 때 상기 밀도 ρcalc에 근거한 상기 대부분 액체 상태 내의 워터 컷 WC를 측정하는 워터 컷 모니터(172)를 더 포함하는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 워터 컷 모니터(172)는, 상기 워터 컷 WC가 상기 밀도 ρcalc에서, 워터 밀도 - 상기 오일 밀도로 나눈 값을 뺀 값과 동일하며, 상기 오일 밀도는 상기 대부분 액체 상태 내의 오일의 밀도이며, 상기 워터 밀도는 상기대부분 액체 상태 내의 물의 밀도인 관계에 따라 작동하는 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템(100)은 상기 편석기로부터 전달된 대부분 가스 성분의 밀도 ρmgas를 측정하는 밀도계(154)와,
    상기 대부분 가스 성분의 유동을 측정하는 가스 유량계(154)를 더 포함하는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 트랜스미터는 상기 밀도 ρmgas를 사용하는 밀도에 근거한 상기 대부분 가스 상태의 공극률 XG를 계산하도록 구성되어 있는 시스템.
  19. 액체 상태 및 기체 상태를 포함하는 흐름 환경에서 다상 흐름 측정을 실행하기 위한 방법(P200)으로서,
    동반 가스를 갖춘 대부분 액체 성분을 가지는 대부분 액체 상태와 대부분 가스 성분을 가지는 대부분 가스 상태로 유입 다상 흐름을 편석시키는 단계(P204)와,
    상기 대부분 액체 상태의 유량을 측정하는 단계(P210)와, 그리고
    상기 대부분 액체 상태 내의 개별의 액체 상태와 개별의 가스 상태의 유량을 정하도록 계산하는 단계(226)를 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 계산하는 단계는 밀도, 점도 및 비경험적으로 유도된 관계식을 포함하는 그룹으로부터 선택된 유체 특성들을 결정하도록 사용되 경험적으로 유도된 관계식을 제외하고는 경험적으로 유도된 관계식이 없는 방법.
  21. 상기 대부분 액체 상태의 유량을 측정하는 단계는,
    제 1 대부분 액체 내에 동반 가스 기포를 본질적으로 제공하지 않는 방식으로 상기 편석 수단으로부터 상기 제 1 액체를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 대부분 액체 상태의 유량을 측정하는 단계는,
    정상 흐름의 조건 하에서, 상기 액체 상태 내에 동반 가스 기포를 포함할 가능성이 있는 상기 대부분 액체 상태 내의 밀도 ρmeas를 측정하는 단계(P210)와,
    상기 결정된 밀도 ρmeas와 상기 밀도 ρL사이의 관계에 근거한 공극률 XL을 계산하는 단계(P214)와, 그리고
    상기 대대분 액체 상태의 상기 액체 성분의 유량 QL과 상기 가스 성분의 유량 QG각각을 제공하기 위해, 상기 대부분 액체 상태의 총 유량 QTL에 상기 공극률 XL을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 공극률 XL을 계산하는 단계(P214)는 반복 수렴 계산을 실행하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 반복 수렴 계산은 측정된 밀도값과 상기 공극률 XL에 근거한 이론적인 밀도값 사이의 차이에 근거하여 수렴되는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 공극률 XL을 계산하는 단계(P214)는 비반복 계산을 실행하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 공극률 XL을 계산하는 단계(P214)는,
    최고의 해답을 얻도록 상기 비반복 계산으로부터의 결과에 대해 상기 반복 계산의 결과를 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 22 항에 있어서, 다상 흐름 측정 시스템 내의 온도 및 압력에서의 가스 밀도 ρgas를 측정하는 단계와,
    상기 대부분 액체 상태의 액체 밀도 ρL를 측정하는 단계와,
    상기 결정된 ρmeas및 상기 밀도 ρL사이의 관계에 근거하여 공극률 XL을 계산하는 단계(P214)와,
    상기 공극률 XL을 계산하는 단계로부터 결정된 상기 공극률 XL, 상기 액체 밀도 ρL및 상기 가스 밀도 ρgas로부터, 밀도 ρcalc를 계산하는 단계(P216)를 포함하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 밀도 ρcalc를 계산하는 단계(P216)는 관계식:
    Pcalc= (PgasXL) + (1-XL)PL에 따라 작동하며,
    XL은 상기 대부분 액체 성분의 공극률인 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 밀도 ρcalc를 계산하는 단계(P216)는,
    상기 밀도 ρmeas를 측정하는 단계로부터 결정되는 값 ρmeas에 대한 허용가능한 오차의 범위 내에 ρcalc가 수렴할 때 까지 XL의 연속적인 값들을 통해 ρcalc의 값을 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제 31 항에 있어서, 상기 ρcalc의 값을 반복하는 단계는 관계식:
    XLi= (Pcalc-Pmeas)/Pcalc에 따라 작동하며,
    상기 XLi는 ρcalc의 반복 어림에 근거한 가스 공극률인 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 밀도 ρcalc에 근거하여 상기 대부분 액체 상태에서의 워터 컷 WC를 계산하는 단계(P224)를 포함하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 워터 컷 WC를 계산하는 단계(P224)는 관계식:
    WC = (Pcalc-PO)/(PW-PO)에 따라 작동하며,
    상기 PO는 상기 대부분 액체 상태 내의 오일의 밀도이고, 상기 PW는 상기 대부분 액체 상태 내의 물의 밀도인 방법.
  33. 제 22 항에 있어서, 대부분 가스 상태의 밀도 ρmgas를 측정하는 단계(P222)와, 그리고
    상기 대부분 가스 상태의 유량을 측정하는 단계(P222)를 포함하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 밀도 ρmgas를 측정하기 위한 수단으로부터 결정된 상기 밀도 ρmgas를 사용하여 밀도에 근거한 상기 대부분 가스 상태 내의 공극률 XG를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
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