NO172559B - Fremgangsmaate og anordning for undersoekelse av to-fase-stroemning i roer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for å undersøke strømningen av en blanding av materiale i gassfase og materiale i væskefase i en horisontal rørledning, omfattende å måle en tomromsandel i nevnte blanding i en tverrseksjon gjennom nevnte rørledning ved hjelp av en gammastråle dempningsteknikk ved første (A,C) og andre (B) stasjoner som er adskilt langs røret, og å anvende nevnte målinger til å utlede en strømningstakt for nevnte strømning.

Oppfinnelse kan anvendes for å overvåke forskjellige aspekter av to-fasestrømning av olje og gass i offshore-rørledninger og stigerør.

Den samtidige transport av olje og gass i rørledninger er av økende betydning, særlig for undersjøisk oljeproduksjon. Hittil har der vært en mangel på grunnleggende kjennskap til og teknologien hva angår to-fasestrømning. Ettersom strøm-ningen av de to fluida kan følge et hvilket som helst av et antall mulige mønstre eller regimer, kreves det en spesiell teknologi hva angår måleanordninger for den nøyaktige bestemmelse av gassvolum innenfor de strømmende fluida og av massestrømningen i en to-faserørledning.

I et rør som bærer en blanding av væske og gass, foretas det målinger fra hvilke de følgende kvantiteter kan bestemmes: strømningsregime eller mønster (dvs. hvilken av flere forskjellige typer av multi-fasestrømning som opptrer, hvorvidt lagdelt, ringformet, spredt boble, intermittent eller støtvis (slug) strømning, etc, og i tilfellet av støtvis strømning, profilen av støtet (slug), og strømnings-hastighetene for gass og væskekomponentene.

Intensiteten av gamma-strål ing sendt gjennom en rørledning av nevnte type er et mål på hvor meget tomrom (dvs. gassvolum) der er innenfor røret, og tapet i intensitet av gammastråling som sendes er et mål på hvor meget væske-fyllt rom (dvs. olje og/eller vannvolum) der er innenfor røret. Det er imidlertid viktig når slike gamma-stråle målinger foretas, å vite hva strømningsregimet er eller i det minste å kompensere for typen av strømningsregime, ettersom intensiteten av sendt gammastrålning vil være forskjellig for forskjellige fordelinger av de samme mengder av væske og av gass innenfor røret.

Fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen, kjennetegnes ved gjentatte ganger å måle tomromsandelen i den øvre delen og også i den nedre delen av nevnte tverrseksjon ved nevnte første stasjon, å anvende nevnte gjentatte målinger til å bestemme typen av strømningsmønster ut fra et forutbestemt sett av strømningsmønstertyper og, i tilfellet av at det bestemmes at relativt store gassbobler er tilstede, også å bestemme profilet av nevnte gassboble, og å tidsbestemme fremtredenden av den profilerte boble ved nevnte andre stasjon (B) for å tillate utledningen av forplantningshastigheten for den profilerte boble langs rørledningen.

Ifølge ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten blir det utledet forutbestemte statistiske trekk fra nevnte gjentatte målinger, og nevnte statistiske trekk anvendes til å bestemme nevnte strømningsmønstertype. De statistiske trekk kan omfatte maksimumsverdien, minimumsverdien, gjennomsnittsverdien, standardavviket og sannsynligheten for opptreden av en gjennomsnittsverdi av respektive øvre og nedre dels gjentatte tomromsandelsmålInger over et forutbestemt måletidsintervall.

Ifølge en annen utførelsesform av fremgangsmåten vil bestemmelse avnevnte strømningsmønstertype omfatte å bestemme typen av strømningsmønster ut fra lagdelt jevn strømning (SS), lagdelt bølgeformet strømning (SW), ringformet bølget strømning (AW), langstrakt boble (B), intermittent eller skudd (slug) (I) og spredt boble (DB).

Dessuten vil fremgangsmåten omfatte å utlede den gjennomsnittlige tverrsnitts tomromsandel av nevnte blanding, og å utlede volumstrømningstakten av gasskomponenten i blandingen fra nevnte gjennomsnittlige tverrsnittstomromsandel, nevnte forplantningshastighet for den profilerte boblen, og tverrsnittsarealet av rørledningen.

Anordningen, ifølge oppfinnelen, som omfatter første og andre gammastråle-dempning måleanordninger, kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, ved at nevnte anvendelsesmiddel er anordnet til å gjøre bruk av gjentatte målinger av nevnte tomromsandel i den øvre delen og også i den nedre delen av nevnte tverrseksjon ved nevnte første stasjon (A,C) for å bestemme typen av strømningsmønster ut fra et forutbestemt sett av strømningsmønstertyper og, i tilfellet av bestemmelse av at relativt store gassbobler er tilstede, også å bestemme profilet av nevnte gassbobler, og midler for å tidsbestemme fremtredenen av den profilerte boblen ved nevnte andre stasjon (B) for å tillate utledning av forplantningshastigheten av den profilerte boblen langs rørledningen.

Ved bruk av oppfinnelsen oppnås den nødvendige kompensering ved bruk av ett-skudd kollimatorteknikken, som tilveiebringer et mål på den tverrsnittsmessige tomroms andel innenfor røret nesten uavhengig av strømningsregimet (R. P. Gardner, R. H. Bean, og J. K. Ferrell, Nucl. Appl. & Techn. 8, 1970, sidene 88-94).

Denne oppfinnelse anvender ett-skudd kollimator (one-shot-collimator) teknikken i forbindelse med gamma-strålekilde og detektoroppstillinger hvor banen for gamma-strålen er på tvers av røret som inneholder to-fasestrømningen. I en foretrukket utførelsesform blir tre slike oppstillinger anvendt til å foreta målingen ifølge den oppfinnelse på to-fasestrømningen innenfor et horisontalt rør. En oppstilling måler gamma-strålene som passerer gjennom den øvre halvdel av røret (stasjon A), en måler gamma-strålene som passerer gjennom den nedre halvdel av røret på det samme aksielle sted

(stasjon C), og den tredje oppstilling måler gamma-strålene som passer gjennom den øvre halvdel av røret ved en andre aksielt sted (stasjon B) en målt distanse nedstrøms fra det første aksielle stedet. Hver av disse målinger foretas gjentatte ganger med en hurtigere repetisjonstakt med en sterk gamma-strålekilde og med effektivt og høyhastighets-deteksjons- og tellingsapparatur slik at variasjoner i den sendte gamma-stråleintensiteten når fluida strømmer langs røret blir målt med høy nøyaktighet. Ettersom den sendte gamma-stråleintensitet er et mål på tomromsandelen innenfor røret, tilveiebringer fremgangsmåten og anordningen ifølge denne oppfinnelse en tidsserie av data som pålitelig representerer endringene med tid for tomromsandelene i de fluida som passerer hver stasjon A, B og C.

En statistisk fremgangsmåte anvendes til å utlede automatisk strømningsmønsteret eller regimet fra tomromsandel-målingene bestemt ved stasjonene A og C. Ved denne fremgangsmåte foretas utledninger om typen av strømning fra størrelsene av tomromsandelene ved hver stasjon, variasjonene i tid av disse størrelser, fordelingen i størrelse om gjennomsnittsstørrel-sen, og de rommessige fordelinger av tomromsandel-størrel-sene. Hvis eksempelvis stasjon A leser en stadig høy tomromsandel og en stasjon C en stadig lav tomromsandel, er indikasjonen av en lagdelt strømning, med gass i den øvre halvdelen i røret og væske i den nedre halvdelen. Hvis på den annen side begge stasjoner leser stabile, men tomromsandeler av middels størrelse, indikerer dette en spredt boblestrømning. Dessuten, slik det vil fremgå for en fagmann på området for fler-fase strømningsmåling, og som det vil bli forklart nærmere i den detaljerte beskrivelse herav, anvendes de målte tomromsandeler på stasjoner A og C til å bestemme entydig hvorledes strømningsmønsteret eller regimet er innenfor røret. Dessuten foretas denne bestemmelse automatisk ved bruken av programmer som sorterer tomroms andels-data på basis av logisk og statistisk analyse.

I tilfellet med støtvis strømning, er ytterligere målinger muligere, hvilke er særlig verdifulle. I dette tilfellet er målinger på stasjon B også involvert. Målinger av tomromsandeler på stasjon Å og også på stasjon B gir en detaljert, pålitelig profil av støtet når den passerer disse stasjoner. Med kjennskap til distansen mellom stasjoner A og B og rørets tverrsnittsareal, og oppnåelse av passasjetiden for profilen fra A og B og volumet av gassboblen fra de detaljerte tom-romsandels-data, kan man bestemme den lineære hastighet og volumhastigheten for både gassen og væsken i støtet.

De foregående og ytterligere formål og fordeler ved oppfinnelsen vil bli nærmere angitt nedenfor i forbindelse med en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et skjematisk planriss over et rør i hvilket en blanding av gass og væske strømmer sammen med gamma-strål ingski Ider og gammastrålingsdeteksjonsutstyr for å foreta ett-skudds kollimator målinger av gamma-stråling som sendes ved tre stasjoner, A, B og C. Fig. 2 er et skjematisk riss i elevasjon av det samme røret

og utstyret som i fig. 1.

Fig. 3 er et flytskjema som skjematisk viser klassifiseringen av strømningsmønsterne innenfor et rør. Fig. 4 er en illustrasjon av et typisk skudd i et rør i hvilket en blanding av gass og væske strømmer i det mønster som er kjent som støtvis strømning (slug flow).

Denne oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for og målings-anordninger som anvender gamma-stråleteknologi for over-våkning og kjennetegneIse av oppførselen hos to-fasestrømning i væske (f.eks. olje og gass) i rørledninger og stigerør av den type som anvendes ved offshore-petroleumsoperasjoner.

Disse fremgangsmåter og anordninger er anvendbare på over-våkningen av kombinasjoner av kondensert fase (dvs. flytende eller fast) og gassfase eller endog vakuum. Benevnelsen "tomrom" som anvendt her refererer seg til gassfasen eller til vakuum.

Denne oppfinnelse vedrører i grove trekk å gjennetegne strømning, hvor kjennetegnelsen av strømning kan være bestemmelsen av typen av strømningsmønster eller strømnings-regime innenfor et rør, skisseringen av profilet av en stor gassboble i støtvis strømning, eller målingen av gass eller væskevolumets strømningstakt i støtvis strømning innenfor et rør.

Der er kjente fremgangsmåter for å estimere tverrsnittsmessige tomromsandeler ved hjelp av multistråle gamma-stråle tetthetsmålere. Se eksempelvis Petrick, M. og Swanson, B. S., Review of Scientific Instruments. 29, 1958, sidene 1079-1085 og Harms, A. A. og Forrest, C. F., Nuclear Science and Engineering, 46, 1971, sidene 408-413. Disse kjente fremgangsmåter lider av den ulempen at for å bestemme den tverrsnittsmessige tomromsandel må en modell for strømnings-mønsteret antas.

Der er en kjent metode, ett-skudds kollimatorteknikken, som kompenserer for den varierende tykkelse av rørveggen når gamma-strålen beveger seg over denne, og som gir et mål på den tverrsnittsmessige tomromsandel nærmest uavhengig av strømningsmønsteret (R. P. Gardner, R. H. Bean og J. K. Ferrell, Nucl. Appl. & Techn. 8, 1970, sidene 88-94). Denne kjente fremgangsmåte er kun blitt anvendt på rørledninger som har små dimensjoner.

Oppfinnelsen anvender ett-skudds kollimatorteknikken på dimensjoner av stålrør som er typiske innenfor feltopera-sjoner, hvilken teknikk er gjort mulig ved å anvende ett, to eller flere detektorkrystaller som er orientert med sine akser i rett vinkel på rørets akse, og derved et detektor-krystall som dekker halvparten (i tilfellet av vertikale rør) eller med to krystaller som dekker hele tverrsnittet, og å måle tomromsandelene i de korresponderende seksjoner.

Kilden kan være 137cs som utsender 662 keV gamma-stråler for mindre dimensjoner av røret og 60 qq som utsender 1,1 og 1,3 MeV gamma-stråler for større dimensjoner.

Detektorene er Nal(Tl) scintillasjonskrystaller som er optisk koplet til fotomultiplikatorrør og opereres på tellingstakter av opptil 600.000 Hz. Data oppnås i form av tidsserier med oppholdsperioder i millisekunderområdet.

I denne oppfinnelse foretas målinger av gamma-stråling sendt gjennom et rør som fører en strøm av fluidum, ved måle-stasjoner angitt skjematisk ved Å, B, og C i fig. 1 og 2. Fig. 1 og 2 er henholdsvis et planriss og et riss i elevasjon av røret og gammastrålingskiIden og måleapparaturen. Retningen av fluidumsstrømmen er angitt med piler. Ved stasjon C utsender en gamma-strålingskilde 10 innenfor avskjermning 12 gamma-stråler som går ut fra skjermen 12 gjennom avsmalnet åpning 19 deri og beveger seg over den nedre halvdel 14L av røret 14 og ett-skudds-kollimatoren 22 til å nå scintillasjonskrystallet 17. Scintillasjonskrystallet 17 er optisk koplet til et fotomultiplikatorrør, som i sin tur er festet til elektrisk tilførsels- og detek-sjonskrets slik det er vanlig med scintillasjonsdeteksjon. Fotomultiplikatorrøret og elektriske kretser for krystallet 17 er angitt i fig. 2 med henvisningstallet 24.

Ved stasjon A tett hosliggende stasjon C utsender kilden 10 gamma-stråler som går ut fra skjermen 12 gjennom den avsmal-nede åpningen 19 og beveger seg over den øvre halvdel 14U på røret 14 og ett-skudds-kollimator 21 til å nå scintillasjonskrystallet 16. Scintillasjonskrystallet 16 er koplet til sitt fotomultiplikatorrør og tilhørende elektriske kretser som er lik fotomultiplikatorrøret og kretsen 24, selv om ikke fullstendig vist.

Ved en distanse D nedstrøms fra stedet for stasjon A er der en annen målestasjon B. Ved stasjon B utsender en gamma-strålingskilde 11 innenfor avskjermning 13 gamma-stråler som kommer ut fra avskjermningen 13 gjennom avsmalnet åpning 20 deri og beveger seg over den øvre halvdel 14U av røret 14 og ett-skudds kollimatoren 23 til å nå scintillasjonskrystallet 18. Scintillasjonskrystallet 18 er koplet til sitt foto-multiplikatorrør og tilhørende elektriske kretser som er tilsvarende fotomultiplikatorrøret og kretsene 24, selv om ikke fullstendig vist.

Ett-skudds kollimatoren 21, 22 og 23 er konstruert i henhold til de prinsipper som er angitt i publikasjonen av Gardner, Bean og Ferrell angitt ovenfor. Hver ett-skudds kollimator består av en blyskjerm i hvilken der er en åpning som varierer i størrelse på en slik måte at den varierende tykkelse av rørveggen som gamma-strålens stråle beveger seg over blir kompensert. Ett-skudds kollimatoren 23 har en slik åpning 23a som vist i detaljen av ett-skudds kollimatoren 23 i fig. 2. På denne måte kan en enkelt gamma-stråle anvendes som er motstående hele strømningskanalen, dvs. den fulle bredden av 14U eller 14L, slik at kollimeringen typisk summerer de passende avveide verdier av de mange små pseudo-kryssende stråler og gir en enkelt respons som er en entydig funksjon av den gjennomsnittlige tomromsandel over strøm-ningskanalen uavhengig av fordelingen av tomromsandeler over kanalen.

Målinger på stasjon A gir tomromsandelen i den øvre halvdel av røret, målinger på stasjon C gir tomromsandelen i den nedre halvdel av røret, summen av målinger på stasjonene Å og C gir den tverrsnittsmessige tomromsandel ved stedet for stasjonene A og C, målingene på stasjon B gir tomromsandelen i den øvre halvdel av røret, og (ennu viktigere) målinger av tiden mellom endringer observert i tomromsandelen på stasjon A og tilsvarende endringer observert på stasjon B gir hastigheten av en gassboble (slik som i støtvis strømning) når strømforløpet dekker den kjente distansen D mellom stasjonene A og B.

Typen av strømningsmønster eller strømningsregime i en blanding av en gass og en væske som strømmer i et horisontalt anbragt rør (dvs. et som har en horisontal komponent i sin orientering) kan identifiseres ved å observere tomromsandelene i de øvre og nedre halvdeler av røret. Dette skjer ved anvendelsen av statistiske og logiske tester på data av tomromsandeler oppnådd ved stasjonene A og C. Først blir et sett av karakteristiske parametre, benevnt "trekk" ekstrahert fra dataene. Dernest, som resultatet ved å anvende de statiske og logiske tester og avdele "trekk" rommet, foretas en tilegnelse til en type av strømningsmønster, som kan være lagdelt jevn (SS), lagdelt bølgete (SW), ringformet bølgete (AW), langstrakt boble (B), intermittent eller skudd (I), eller fordelt boble (DB).

Et flytskjema som illustrerer klassifiseringen av strømnings-mønstrene er skjematisk vist i fig. 3, basert på data fra stasjoner A og C. I dette flytskjema indikerer en sirkel i to rubrikker at den foregående rubrikk er et valg, med JA (Y) til venstre og NEI (N) til høyre. Tegnet f} står for OG, og V står for ELLER.

Der velges, som "trekk", maksimums og minimumsverdier av tomromsandeler med deres standardavvik, sammen med verdier som der er tatt gjennomsnitt over hele tidsintervallet for målingen, og utledede størrelser. Standardavviket er det statistiske standardavviket som estimert fra tellings-statistikk. Dataene kan også kjennetegnes på brukbar måte ved sannsynlighetsverdier for de forskjellige tomromsandeler.

"Trekkene" med hvilke fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse er knyttet og som fremkommer i flytskjemaet, fig. 3 er angitt nedenfor med deres symboler og definisjoner.

" TREKK"

Klassifiseringen foretas i flere trinn. I hvert trinn oppdeles samplene i to deler ved valg eller en betingelses-messig angivelse vist i skjemaet i fig. 3 som JA (Y) til venstre og NEI (N) til høyre, idet delene er benevnt P, PA,

PB, ... PM.

P, PA og PB skiller mellom systematiske og statistiske avvik i tomromsandeler VA og VC med valg i to deler PC (SW, AW, B og I strømning) og PD (SS, SW og DB strømning). SW-strømning kan mulig fremkomme i den ene eller andre av disse ettersom avvikene kan være eller ikk er vesentlig.

P er et valg i PA og PB ved størrelsen av maksimumsavvikene i tomromsandelene, DVA og DVC. Grenseverdiene settes til 7,5 standardavvik.

PA er et valg i de to delene, PC og PD, enten ved differansen mellom maksimumsavvikene DVC - DVA, hvor grenseverdien er satt på 0,05, eller ved den gjennomsnittlige tverrsnittsmessige tomromsandel [VAC] med en grenseverdi lik 0,8, hvor sistnevnte betingelse tar i betrakning de små avvikene i AW-strømning med høy gjennomsnittlig tverrsnittsmessig tomromsandel .

PB er et valg i de to delene, PC og PD, ved maksimumsavvikene i tomromsandelen, DVA og DVC. Grenseverdiene settes på seks standardavvik.

B-strømning kjennetegnes ved en lav gjennomsnittlig tomromsandel i den nedre halvdel av røret, [VC]. Følgelig er PC et valg i de to delene PH (B-strømning) og PE (SW, AW og I-strømning) med en grenseverdi for den gjennomsnittlige tomromsandel [VC] = 0,04.

Sannsynlighetsfordelingen P(VAC) for SW og AW strømning er ganske smal og nærmest symmetrisk om sin mest sannsynlige verdi som nær sammenfaller med gjennomsnittsverdien.

Sannsynlighetsfordelingen P(VAC) for I-strømning på den annen side er skjev, har to topper, og den mest sannsynlige verdi for tomromsandelen er i de fleste tilfeller ikke oven-stemmende med gjennomsnittsverdien. Sannsynligheten for VAC = [VAC] anvendes så som et "trekk". Den sannsynligheten er imidlertid noe avhengig av tomromsandelen VAmin. PE er følgelig et valg i de to delene PG (SW og AW-strømning) og PK (I-strømning) ved en betingelse på sannsynligheten for VAC = [VAC] med en grenseverdi på 0,035, og en betingelse på tomromsandelen VAmin med en grenseverdi på 0,3.

PG er et valg i de to delene PI (SW-strømning) og PJ (AW-strømning) ved den større opp-ned asymmetri i den først-nevnte, som definert av differansen i maksimums tomromsandelene, VAmax - VCmax med en grenseverdi på 0,35.

PD er et valg i de to delene PL (DB-strømning) og PF (SS og SW-strømning) ved den mindre opp-ned asymmetri i førstnevnte, som definert av differansen i gjennomsnittlig tomromsandeler, [VA] - [VC], med en grenseverdi på 0,3.

PF er et valg i de to delene PM (SS-strømning) og PI (SW-strømning) ved maksimumsavviket i tomromsandelen VC fra gjennomsnittsverdien [VC] - VCmin, med en grenseverdi lik tre standardavvik.

I tillegg til kjennetegnelse av typen av strømningsmønster, vil anordningen ifølge denne oppfinnelse muliggjøre, i tilfellet av støt eller intermittent strømning også kjennetegnelse av profilet av støtet, og strømningstaktene for gass og væskekomponentene. Et typisk støt i støtstrømning er vist i fig. 4, hvor strømningen er som angitt med pilen. I denne illustrasjon fyller væskekomponenten for en gass-væskeblanding praktisk talt hele tverrsnittet av røret i den delen av den strømmende blanding som er kjent som pluggen. Væskepluggen inneholder typisk tallrike små gasssbobler. Oppstrøms er væskepluggen den store gassboblen. Den store gassboblen og væskepluggen sammen danner en enhetsstrømnings-celle som er den minste delen av gass-væskeblandingen målt langs rørets lengde som er representativ for hele den strømmende blanding, dvs. hele den strømmende blanding kan korrekt representeres ved gjentatte enhetsstrømnings-celler. En tomromsandel målt ved hjelp av gamma-stråle ett-skudds kollimatorteknikk i denne oppfinnelse er proporsjonen av det totale tverrsnitt av røret, krysset av gamma-strålene, som er fylt med gass.

En faktisk måling av tomromsandelen innenfor et tverrsnitt av røret ved det sted som er angitt med x i fig. 4 oppnås ved å måle gamma-strålningen som sendes gjennom det tynne "kutt" eller tverrgående snitt mellom x og x + Ax (de stiplede linjer i fig. 4) og å sammenligne den målingen med målinger på det samme tynne "kutt" når røret er fylt med væske og når røret er fylt med gass. Tomromsandelen gis ved differansen mellom gass-væskeblandingsmålingen og den væske-fylte måling delt med differansen mellom den gass-fylte måling og den væske-fylte måling. Fig. 4 viser et "kutt" over det fulle tverrsnitt av røret, mens det ved praktiseringen av denne oppfinnelse vil bli husket at målinger faktisk er begrenset til den øvre eller nedre halvdel av røret.

Anordningen som anvendes ved praktiseringen av denne oppfinnelse foretar gjentatte målinger med en hurtig repetisjonstakt med en sterk gamma-strålekilde og med effektivt og hurtigdeteksjons og tellingsutstyr, slik at variasjoner i den sendte gamma-stråleintensitet når fluida strømmer langs røret, blir målt med høy nøyaktighet. Ettersom sendt gamma-stråleintensitet er et mål for tomromsandelen innenfor røret, gir fremgangsmåten og anordningen ifølge denne oppfinnelse en tidsserie av data som nøyaktig representerer endringene med tid for tomromsandel ene i de fluida som passerer hver målingsstasjon. Dataene i den tidsserien danner i realiteten en profil for hele enhetsstrømningscellen eller skuddet vist i fig. 4.

Ved å tidsbestemme utseendet av støtprofilet ved stasjoner A og B og å kjenne distansen D mellom disse to stasjoner, oppnår man strømningshastigheten eller hva som er kjent som forplatningshastigheten for de store gassboblene. Ved å ta gjennomsnitt av samtlige av de målte tomromsandeler over en enhetsstrømningscelle eller støt oppnår man den gjennomsnittlige tverrsnittsmessige tomromsandel.

Produktet av den gjennomsnittlige tverrsnittsmessige tomromsandel, forplantningshastigheten, og rørets tverrsnittsareal gir volumstrømningstakten for gasskomponenten i støtvis strømning. Produktet av den gjennomsnittlige tverrsnittsmessige tomromsandel og forplantningshastigheten gir hva som er kjent som den overfladiske gasshastighet, dvs. den lineære hastighet ved hvilken gass som strømmer på den samme volumstrømningstakt vil strømme hvis der ikke var noen væskekomponent tilstede.

Volumstrømningstakten for væskekomponenten i støtvis strømning kan også oppnås, såsnart volumstrømningstakten for gasskomponenten er blitt bestemt. Slik det er velkjent fra studier av støtvis strømning av gass-væske (f.eks. en avhandling av A. E. Dukler og M. G. Eubbard, Ind. Eng. Chem.. Fundam., 14, 1975, sidene 337-347) kan volumstrømningstakten for væskekomponenten ikke oppnås ganske enkelt ved å observere fremføringstakten for støtet, ettersom den observerte fremføringstakt er summen av volum-strømnings-takten for væsken i støtet og oppbygningstakten for det flytende støt ved dets front, p.g.a. vekst av fronten av væskestøtet ved at det oppfanges av væske som er blitt kastet av fra det bakre av det foregående væskestøt. Der er imidlertid et kjent forhold ved hvilket volumstrømningstakten for væsken kan bestemmes, under anvendelse av volumstrøm-ningstakten for gassen som bestemt i henhold til denne oppfinnelse. Dette forhold er basert på "drift-flux"-modellen" i henhold til G. B. "Wallis ("One-Dimensional Two-Phase Flow", McGraw-Hill Book Company, New York, 1969) og uttrykkes som:

Dette forhold fremkommer også som likning (1) i en avhandling av K. H. Bendiksen, Int. J. Multiphase Flow. 10, 1984, sidene 467-483. For å oppnå Bendiksen's likning (1) fra "drift-flux"-modell forholdet som angitt ovenfor, kan man sub-stituere Vl for sum av væske og gassvolumstrømningstakter delt med rørets tverrsnittsareal.

I "drift-flux"-modell forholdet er forplantningshastigheten for gassboblen en størrelse som måles i denne oppfinnelse, gassvolumstrømningstakten er en størrelse bestemt fra måling foretatt i henhold til denne oppfinnelse, og rørets tverrsnittsareal er en kjent parameter ved praktiseringen av denne oppfinnelse. For å oppnå væskevolumstrømningstakten trenger man i tillegg til disse kjente og målte størrelser kun stigehastigheten for bobler i stagnerende væske og konstanten. Som angitt i Bendiksen's nevnte avhandling, kan stigehastigheten for bobler i stagnerende væske, Vq og konstanten Cq, finnes enten eksperimentelt eller fra littera-turen om multi-fasestrømning i skråstilte rør. Bendiksen gir dessuten i sin tabell 1 et antall av representative verdier for Vq og Cq. Således blir væskevolumstrømningstakten oppnådd fra kjente størrelser og fra målinger foretatt i henhold til denne oppfinnelse. Den overflødige væske-hastighet som det av og til refereres til i denne teknikk, er væskevolumstrømningstakten delt med rørets tverrsnittsareal og representerer den lineære hastighet ved hvilken væskekomponenten ville strømme hvis der ikke var noen gass-komponent tilstede.

Det vil forstås at det foregående kan gjøre andre operasjons-måter og prosedyrer, som i realiteten er andre utførelses-former av den grunnleggende fremgangsmåte ifølge denne oppfinnelse, innlysende for fagfolk. Det er hensikten å dekke alle slike varianter og modifikasjoner som ligger innenfor den sanne idé og omfanget av den foreliggende oppfinnelse som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å undersøke strømningen av en blanding av materiale i gassfase og materiale i væskefase i en horisontal rørledning (14), omfattende å måle en tomromsandel i nevnte blanding i en tverrseksjon gjennom nevnte rørledning ved hjelp av en gammastråle dempningsteknikk ved første (A,C) og andre (B) stasjoner som er adskilt langs røret, og å anvende nevnte målinger til å utlede en strømningstakt for nevnte strømning, karakterisert ved: gjentatte ganger å måle tomromsandelen i den øvre delen (14TJ) og også i den nedre delen (14L) av nevnte tverrseksjon ved nevnte første stasjon (A,C), å anvende nevnte gjentatte målinger til å bestemme typen av strømningsmønster ut fra et forutbestemt sett av strømnings-mønstertyper og, i tilfellet av at det bestemmes at relativt store gassbobler er tilstede, også å bestemme profilet av nevnte gassboble, og å tidsbestemme fremtredenden av den profilerte boble ved nevnte andre stasjon (B) for å tillate utledningen av forplantningshastigheten for den profilerte boble langs rørledningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved å utlede forutbestemte statistiske trekk fra nevnte gjentatte målinger, og å anvende nevnte statistiske trekk til å bestemme nevnte nevnte strømningsmønster-type.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte statistiske trekk omfatter maksimumsverdien, minimumsverdien, gjennomsnittsverdien, standardavviket og sannsynligheten for opptreden av en gjennomsnittsverdi av respektive øvre og nedre dels gjentatte tomromsandelsmålinger over et forutbestemt måletidsintervall.

4. Fremgangmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at å bestemme nevnte strømningsmønstertype omfatter å bestemme typen av strømningsmønster ut fra lagdelt jevn strømning (SS), lagdelt bølgeformet strømning (SW), ringformet bølget strømning (AW), langstrakt boble (B), intermittent eller skudd (slug) (I) og spredt boble (DB).

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved å utlede den gjennomsnittlige tverrsnitts tomromsandel av nevnte blanding, og å utlede volumstrømningstakten av gasskomponenten i blandingen fra nevnte gjennomsnittlige tverrsnittstomromsandel, nevnte forplantningshastighet for den profilerte boblen, og tverrsnittsarealet av rørledningen.

6. Anordning for å undersøke strømningen av en blanding av materiale i gassfase og materiale i væskefase i en horisontal rørledning (14), omfattende første og andre gammastråle-dempning måleanordninger (10, 16, 17; 11, 18) anordnet til å måle en tomromsandel av nevnte blanding i en tverrseksjon gjennom nevnte rørledning ved første (A,C) og andre (B) stasjoner adskilt langs rørledningen, og midler for å anvende nevnte målinger til å utlede en strømningstakt for nevnte strømning, karakterisert ved at nevnte anvendelsesmiddel er anordnet til å gjøre bruk av gjentatte målinger av nevnte tomromsandel i den øvre delen (14U) og også i den nedre delen (14L) av nevnte tverrseksjon ved nevnte første stasjon (A,C) for å bestemme typen av strømningsmønster ut fra et forutbestemt sett av strømnings-mønstertyper og, i tilfellet av bestemmelse av at relativt store gassbobler er tilstede, også å bestemme profilet av nevnte gassboble, og midler for å tidsbestemme fremtredenen av den profilerte boblen ved nevnte andre stasjon (B) for å tillate utledning av forplantningshastigheten av den profilerte boblen langs rørledningen.