NO328801B1 - System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning - Google Patents
System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning Download PDFInfo
- Publication number
- NO328801B1 NO328801B1 NO20070231A NO20070231A NO328801B1 NO 328801 B1 NO328801 B1 NO 328801B1 NO 20070231 A NO20070231 A NO 20070231A NO 20070231 A NO20070231 A NO 20070231A NO 328801 B1 NO328801 B1 NO 328801B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- sensor
- resonator
- pipeline
- measuring
- flow
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims description 9
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 49
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 23
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 15
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
- G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
- G01F1/584—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of electrodes, accessories therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
- G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/86—Indirect mass flowmeters, e.g. measuring volume flow and density, temperature or pressure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Denne oppfinnelsen angår et måleinstrument for måling av en strøm (1) i en rørledning (2) omfattende. - en dielektrisk resonatorsensor (3) arrangert i en rørledning (2), der resonatoren (3) har en overflate som vender mot strømningsvolumet i rørledningen (2), - en sensorderiverenhet (1 2) som er koblet til sensoren (3) og som er innrettet til å tilveiebringe et driver- eller eksitasjonssignal til sensoren (3) som resulterer i eksitasjon av en elektromagnetisk resonans i sensoren (3) som danner et stående elektrisk felt (5) ved overflaten (4) rettet mot våtgass-strømmen (1), - en registreringsenhet (10) koblet til sensoren (3) som er innrettet til å måle en resonansegenskap ved sensoren (3) mens våtgass-strømmen (1) beveger seg forbi sensoroverflaten (4), og - en prosesseringsenhet (1 1) som er innrettet til å estimere en egenskap ved i det minste en del av våtgass-strømmen (1) langs sensoroverflaten (4) basert på den målte resonansege nskapen.
Description
SYSTEM OG FREMGANGSMÅTE FOR BESTEMMELSE AV EGENSKAPER UNDER TRANSPORT AV HYDROKARBONER I EN RØRLEDNING
OPPFINNELSENS OMRÅDE
Den foreliggende oppfinnelsen angår generelt målinger på fluidstrøm i en rørledning.
Mer spesifikt angår den foreliggende oppfinnelsen målinger av volumfraksjonen av vann (WVF - Water Volume Fraction), væskefilmtykkelse, væskefilmhastighet og/eller saliniteten i fluidstrømmen, særlig i en våtgass eller flerfasegass i en rørledning for transport av hydrokarbonholdige fluider, som i mange tilfeller inneholder vann, salt eller andre substanser som finnes ved undersøkelser av olje- og gass-reservoarer.
BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN OG KJENT TEKNIKK
Et antall forskjellige kommersielle strømningsmålere er tilgjengelig på markedet for måling av vanninnholdet i olje. Noen målere er basert på bruk av radioaktiv stråling, noen er kapasitive, og noen er basert på mikrobølger.
Mikrobølgesendere er attraktive fordi de ikke er begrenset av helserisiko forbundet med målere basert på radioaktiv stråling og deres relativt lave nøyaktighet eller uønskede påvirkninger fra forurensninger på kapasitive sensorer.
Et eksempel på en metode for å måle egenskapene til strømmende fluider og en måleinnretning og en sensor brukt for å utføre denne metoden er beskrevet i internasjonal patentsøknad PCT/NOO1/00200, for hvilken et US-patent er meddelt (US 6,826,964 B2). Sensoren bruker mikrobølgeresonans-prinsippet for måling på oljekontinuerlige fluider (vanndråper og gassbobler i olje, dvs at oljen er en kontinuerlig fase) og måling av konduktivitet for vannkontinuerlige fluider (oljedråper og gassbobler i vann, dvs at vannet er i en kontinuerlig fase, og er ment for installasjon i en produksjonssone inne i en oljebrønn.
Et annet eksempel på en fremgangsmåte for å måle strømmende fluider med langt høyere gass-innhold, dvs en våtgass (en våtgass er en flerfasestrøm med en høy volumfraksjon med gass, vanligvis kalt "gas void fraction" (GVF), typisk >99%) eller høygass flerfasestrøm, har blitt patentert i US patent 6,915,707. Dette er også basert på mikrobølgeresonans-prinsippet. Nok et eksempel er vist i W095/27895 der en fluidstrøm føres gjennom en kavitet som utgjør en elektromagnetisk resonator.
Mikrobølgeresonans-prinsippet er basert på måling av permittivitet/dielektrisk konstant for strømmen. På grunn av at permittiviteten til vann er høy (i størrelsesorden 80) i forhold til olje (i størrelsesorden 1,5-3) eller gass (enda lavere enn olje) domineres permittiviteten til en blanding av disse tre innholdene av bidraget fra vann. Metoder basert på måling av permittivitet (mikrobølge- og kapasitive metoder) gir derfor høyest følsomhet for måling av WVF i en blanding. Fordi mikrobølgeresonatorer er iboende stabile og resonansfrekvensen og kvalitetsfaktoren (Q-faktor), som er de to målbare egenskapene ved resonans, kan måles ved stor nøyaktighet, er mikrobølgeresonans-metoden den mest følsomme og nøyaktige metoden tilgjengelig for måling av WVF i en våtgasstrøm. Imidlertid, når WVF blir veldig lav begynner permittiviteten til blandingen (dvs det strømmende fluidet) å domineres av bidraget fra olje og gass. Særlig permittiviteten til gassen avhenger av trykket og temperaturen. For å kunne skille ut bidraget fra vann trenger man å kjenne til bidragene fra gass og olje. For eksempel bruker løsningen beskrevet i US patent 6,915,707 hydrokarbon-sammensetningen og målingene av temperatur og trykk som inngangsignaler, og modeller for beregning av permittiviteten til olje og gass. Nøyaktigheten til målingene av WVF er dermed begrenset av nøyaktigheten i målingene av trykk og temperatur.
I en våtgass-strøm er det viktig å vite WVF på grunn av problemene med hydratdannelse, avskalling og og korrosjon som oppstår på grunn av vannet. Også saliniteten til vannet, som oppstår på grunn av produksjon av formasjonsvann, er en veldig viktig faktor siden den sterkt påvirker både korrosjon og dannelse av avskalling. Som beskrevet over har den nåværende måleløsningen begrensninger i den nedre delen av WVF, mens de kjente problemene med hydratdannelse og korrosjon fremdeles er signifikante. Selv om det ved lav WVF vil ta lenger tid for den mindre mengden med vann (muligens formasjonsvann) for å gi degraderende effekter på produksjonsstrømmen er disse problemene fremdeles svært relevante.
Dermed vil det være ønskelig å kunne bedre den kvantitative målingen av WVF i strømmen, særlig ved lavt vannvolumfraksjoner, siden usikkerheten ved de eksisterende kommersrelle målerne er begrenset ved lave verdier av WVF.
I denne beskrivelsen er Q-faktoren definert som 2it multiplisert med den lagrede energien/tapet i en oscillasjonsperiode. Overført til målbare variabler betyr dette at Q-faktoren finnes gjennom forholdet mellom resonansfrekvensen og toppbredden. Toppbredden måles 3dB nedenfor toppen, dvs halveffektbredden. Ifølge den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen måles både Q-faktoren og resonansfrekvensen, og gir dermed mulighet for å berenge både salinitet og vanninnhold.
Formålet med oppfinnelsen oppnås dermed å tilveiebringe en metode for måling av våtgass i en rørledning ifølge oppfinnelsen og et tilsvarende måleinstrument for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Mer spesifikt er formålet med oppfinnelsen oppnådd slik som angitt i de vedlagte uavhengige kravene.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Oppfinnelsen er beskrevet i detalj nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene, der
FIG. 1 illustrerer en dielektrisk resonatorsensor for måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen. Det er vist som montert i den plane enden av en metallsylinder som en enkeltstående sensor, for eksempel for testing i et laboratorium. FIG. 2 illustrerer den dielektriske resonatorsensoren i måleinstrumentet arrangert i en rørledning for utførelse ab fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. En sammensatt versjon med to sensorer er vist. FIG. 3 illustrerer den elektriske feltstyrken i TMn modus for
strømningshastighetsmålinger ved bruk av autokorrelasjonsteknikker.
FIG. 4 illustrerer et tverrsnitt av sensoren brukt ifølge oppfinnelsen.
FIG. 5 illustrerer hovedkomponentene i et måleinstrument ifølge oppfinnelsen inklusive en dielektrisk resonatorsensor arrangert i en rørledning for våtgassmålinger. FIG. 6 illustrerer et tverrsnitt av sensoren brukt ifølge oppfinnelsen, med en
selvoscillerende elektronisk enhet integrert i den keramiske strukturen.
FIG. 7 viser en utførelse av et dielektrisk resonatorsensor-arrangement i et
måleinstrument ifølge oppfinnelsen.
FIG. 8 viser en annen utførelse av et dielektrisk resonatorsensor-arrangement i et
måleinstrument ifølge oppfinnelsen.
FIG. 9 viser nok en utførelse av et dielektrisk resonatorsensor-arrangement i et
måleinstrument ifølge oppfinnelsen.
FIG. 10 viser nok en utførelse av et dielektrisk resonatorsensor-arrangement i et
måleinstrument ifølge oppfinnelsen.
FIG. 11 er et grunnleggende flytdiagram for en utførelse av en metode ifølge oppfinnelsen for å oppnå et mål på vanninnhold i en fluidstrøm i en rørledning. FIG. 12 er et grunnleggende flytdiagram for en annen utførelse av en metode ifølge oppfinnelsen for å oppnå et mål på vanninnhold i en fluidstrøm i en rørledning. FIG. 13 er et grunnleggende flytdiagram for nok en utførelse av en metode ifølge oppfinnelsen for å oppnå et mål på vanninnhold i en fluidstrøm i en rørledning. FIG. 14 illustrerer målingen av frekvensresponsen og(eller kvalitetsfaktoren i et
fluid ved to forskjellige vanninnhold..
FIG. 15 illustrerer en resulterende kurve som illustrerer utviklingen av vann- og salinitetsnivåer i en fluidstrøm med tiden, og indikerer tilstedeværelse av formasjonsvann i prosess-strømmen.
FIG. 16 illustrerer en utførelse kombinert med en begrensing i røret.
FIG. 17 illustrerer en utførelse som bruker tre sensorer plassert langs den indre
omkretsen av røret.
FIG. 18 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som bruker to sensorer med forskjellig størrelse.. FIG. 19 illustrerer målinger utført med forskjellige saliniteter i strømmen.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN.
Måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen omfatter en dielektrisk resonatorsensor 3, som vist i figur 1, fortrinnsvis med en i det vesentlige sylindrisk form, arrangert slik at den kan eksitere et stående (fringing) felt 5 ved påtrykning av en varierende spenning gjennom en av koblingsprobene 18,19 som strekker seg ut fra overflaten 4 på resonatorsensoren 3, og den resulterende resonansfrekvensen blir målt ved en av koblingsprobene 18,19. Funksjonen for hver sensor er i og for seg kjent for en fagperson innen området. Nå med henvisning til figur 2 strekker feltet seg inn i strømningsvolumet 1 inne i rørledningen 2, der rørledningen 2 er installert som en del av en våtgass- eller flerfasetransportsystem, dvs at strømningsvolumet normalt inneholder en våtgass eller flerfasestrøm 1.1 den følgende beskrivelsen er ordet flerfase bli utelatt for enkelhetsskyld, og fordi hovedanvendelsen for denne oppfinnelsen er å forbedre nøyaktigheten ved målinger av WVF og/eller salinitet i vannet i en våtgass-strøm ved svært lave WVF. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til svært lav WVF, dvs at den kan brukes med en generell flerfasestrøm som en salinitet eller WVF-sensor.
Figur 2 illustrerer hvordan den dielektriske resonatoren 3 fortrinnsvis er montert i en kavitet 6 i rørledningen 2. Kaviteten 5 kan også ha en form tilsvarende formen på den dielektriske resonatorsensoren 3. Kaviteten er fortrinnsvis definert av veggen i rørledningen 2, dvs slik at resonatorsensoren 3 er i det minste delvis omsluttet av metallveggene til kaviteten 6 i rørledningen 2.1 en foretrukket utførelse av måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen er resonatorsensoren 3 arrangert slik at endeoverflaten 4 er eksponert for våtgass-strømmen 1 i rørledningen 2. Fortrinnsvis er endeoverflaten 4 arrangert slik at den er i det vesentlige i flukt med den longitudinale veggen inne i rørledningen. Resonansmodusen av en sylindrisk formet dielektrisk resonatorsensor vil med laveste frekvens være i TMoi-modus, hvis elektromagnetiske felt er sirkulært symmetrisk. På grunn av symmetrien vil det være i det vesentlige ikke-strålende, men det vil ha et stående felt 5 som strekker seg ut fra nevnte eksponerte overflate 4 på sensoren 3.
Det stående feltet 5 avtar eksponentielt som funksjon av avstanden fra nevnte sensoroverflate, dvs. at feltstyrken er størst nær nevnte overflate 4 på sensoren. Elektriske feltlinjer i det stående feltet 5 strekker seg fra overflaten 4 på sensoren 3 til metallveggen i rørledningen som omgir resonatorsensoren 3.
Ifølge en annen utførelse av måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen kan den dielektriske sensoren 3 ha et rektangulært tverrsnitt, og kan monteres i en tilsvarende formet kavitet i nevnte rørledning. I dette tilfellet kalles resonansmodus TMn-modus.
På grunn av at det stående feltet 5 i resonatoren 3 penetrerer inn i mediet 1 i volumet utenfor resonatoren påvirkes det stående feltet 5 til den dielektriske resonatorsensoren 3 av mediet 1. Dermed blir også resonansfrekvensen fr og Q-faktoren til resonatoren påvirket av permittiviteten er=e'-je" til mediet i dette volumet. På grunn av den eksponentielt avtagende naturen til det eksterne elektriske feltet er sensoren mest følsom for mediet nærmest sensoroverflaten. Mediet kan for eksempel være en film eller smådråper av væske på sensoroverflaten. I disse tilfellene er ikke volumet utenfor sensoren homogent fylt med materialet som testes, og mengden av materiale bestemmer også størrelsen å på effekten.
Hvis væsken danner dråper på resonatorsensorens overflate 4 vil disse dråpene delvis forstyrre symmetrien i det stående feltet5, i hvilket tilfelle noe av energien i feltene i sensoren kan lekke inn i røret som stråling. Dette vil ikke påvirke resonansfrekvensen fr, men verdien av Q-faktoren kan reduseres litt, og gi en feilaktig indikasjon på tilstedeværelse av salt i vannet. Dette kan unngås ved, i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, å velge størrelsen og permittiviteten på den dielektriske sensoren slik at resonansfrekvensen til sensoren er mindre enn grense- (cut-off') frekvensen til røret, i hvilket tilfelle all lekkasje ved stråling inn i røret elimineres slik som beskrevet i finsk patent 69372.
I en alternativ utførelse av måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen kan den dielektriske resonatorsensoren 3 arrangeres, fortrinnsvis integrert i en vegg i rørledningen, slik som illustrert i figur 7, på en skråstilt måte i forhold til en retning parallelt med rørledningen 2, og med en plan overflate rettet mot strømmen slik at det er et trinn 20 på nedstrømsiden, men ikke noe trinn på oppstrømsiden. I dette tilfellet blir sensoren forsynt med en metalskjerm 7 slik at bare en av sensoroverflatene er eksponert mot strømmen.
Simulasjonsresultater har vist at det ikke er noen praktiske forskjeller i ytelsen til sensorer om de har en plan overflate eller sylindrisk overflate i flukt med veggen på rørledningen. Derfor kan den dielektriske resonatorsensoren 3 i nok en utførelse av måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen arrangeres, fortrinnsvis integrert i rørveggen, som illustrert i figur 8 med en overflate 4 av samme sylindriske form som veggen i røret 2, slik overflaten 4 er i perfekt flukt med veggen på røret 2.
I nok en alternativ utførelse av måleinstrumentet ifølge oppfinnelsen kan den dielektriske resonatorsensoren 3 integreres i rørveggen, som illustrert i figur 9, slik at sensoren er ikke-intrusivt, med små kaviteter 22 ved kantene som ikke følger rørveggen, for å danne en overgang fira det sylindrisk formede røret til den plane overflaten på sensoren. I figur 10 strekker sensoroverflaten 4 seg litt inn i strømmen med en buet overflate 21 i strømningsretningen.
I en annen utførelse av oppfinnelsen illustrert i figur 2 kan minst to sensorer 3 være montert i rørveggen 2 slik at den ene er en liten avstand oppstrøms fra den andre. Da vil sensorene se samme variasjon i væskestrøm ved veggen, men slik at nedstrømsensoren vil se dem med en liten forsinkelse sammenlignet med oppstrømsensoren. Ved x-korrelasjon av tidsseriene av målingene fra de to sensorene kan denne tidsforsinkelsen finnes. Når avstanden mellom de to sensorene også er kjent kan strømningshastigheten for væske langs veggen finnes som forholdet mellom avstanden og tidsforskjellen. Hvis den gjennomsnittlige strømningshastigheten til hele strømmen også er kjent, for eksempel fra en måling av differensialtrykk ved in innskrenkning i strømmen, slik som beskrevet i US patent 6,915,707 kan en få informasjon om slip, det vil si forskjellen i hastighet mellom væskefasen og gassfasen i strømmen.
Ifølge en alternativ foretrukket utførelse av brukes en enkelt sensor med to feltmaksima for væskestrøm-målinger. For eksempel har modusen TM] i i en sylindrisk sensor slik som illustrert i figur 3 to feltmaksima 31,32, en nær den ene siden og en annen nær den motsatte siden, med null elektrisk felt ved sentrum. Når en vanndråpe passerer over sensoren vil den påvirke frekvensen først når den beveger seg over et feltmaksimum og senere når den beveger seg over det andre feltmaksimum. Responsen som funksjon av tiden vil derfor vise to topper. Avstanden mellom toppene er avhengig av avstanden mellom feltmaksima og strømningshastigheten. Ved autokorrelasjon av signalet mellom feltmaksimaene kan strømningshastigheten finnes. Som eksempel ble en sensor, som har en permittivitet på 10, en diameter på 40mm, og en sylindrisk overflate i flukt med rørveggen, simulert til å ha en resonansfrekvens på 2283 MHz for TMoi, og 3200MHz for MTii.
I en rektangulære sensor kan man bruke modusen TM21, som har ett feltmaksimum i hver halvdel av tverrsnittet. I tilfelle med sensorer med to feltmaksima er ikke feltet sirkulært symmetrisk og derfor ikke intrinsikt ikke-strålende. Det er da viktig at resonansfrekvensen velges slik at den er mindre enn grensefrekvensen til røret for å oppnå en høy Q-faktor.
I figur 4 vises en foretrukket utførelse av resonatoren 3 illustrert som tilpasset til å skrus inn i rørveggen eller en måleinnretning. Overflaten i dette tilfellet er krum slik som diskutert i forbindelse med figur 8, men andre overflater som vist i figurene 7 og 9 kan også brukes avhengig den påtenkte anvendelsen. I forhold til den skråstilte versjonen vist i figur 7 omfatter denne utførelsen også metallskjermingen 7 siden sensorhuset 17 er laget av metall. I figur 4 er koblingsmidlene til koaksialkablene koblet til måleinstrumentet 9 også vist, en fpr påtrykning av signalet og en for føling av resonans. Det sentrale materialet 4 i sensoren er fortrinnsvis laget av et dielektrisk materiale med ønskede elektriske mekaniske og kjemiske egenskaper. Det må være mekanisk robust nok til å motstå de mekaniske kravene for anvendelsen, og må være kjemisk resistent mot fluidene som strømmer i røret. Det må også ha en permittivitet som i kombinasjon med størrelsen gir en ønsket resonansfrekvens, som vil bli beskrevet nedenfor. Egnede materialer kan være for eksempel alumina (AI2O3), som har en permittivitet på 10, eller zirconia (ZrC^), som har en permittivitet på 35. Bariumtitanat eller titandioksid, begge med permittivitet omkring 100, kan også brukes. I tillegg kan forskjellige plastmaterialer brukt i noen tilfeller være akseptabelt, slik som for eksempel PEEK, som har en permittivitet på 3,25.
Resonansfrekvensen fr og Q-faktoren kan måles ved bruk av enhver kjent metode for måling på resonatorsensorer. En typisk metode illustrert i figur 5 er ved bruk av en sensordriverenhet 9 omfattende en elektrisk kraftforsyning 13, som forsyner elektrisk kraft til mikrobølgesenderen 10, mikrobølgemottakeren 12, og styreprosessoren 11. Mikrobølgesenderen 10 og mottakeren 12 kobler mikrobølgesignålet til sensoren 3 gjennom lederen 8, som typisk vil bestå av en indre leder i en koaksial matekabel som strekker seg en kort avstand inn i koblingsprobene 18,19 i sensoren 3, og fungerer dermed som små antenner. Mikroprosessoren styrer senderen slik at den utfører et frekvens-sveip, og registrerer signalet fra mottakeren. Responsen vil typisk se ut som grafene 101 og 102 i figur 14. Fra denne typen respons beregner mikroprosessoren resonansfrekvensen fr og Q-faktoren ved bruk av en standard teknikk, for eksempel som i US patent 6,915,707 med referanse til seksjon 3.5 i avhandlingen til oppfinneren i denne søknaden, E. Nyfors, "Cylindrical microwave resonator sensors for measuring materials under flow", Thesis, Helsinki Univ. of Tech., Radio Lab, Report S243, May 2000, 18lp. Elektronikkenheten kan videre omfatte standard midler for registrering og fremvisning av måleresultatet som øyeblikkelige verdier, eller som tidsserier som vist i figur 15, avhengig av hva som er foretrukket for anvendelsen.
I en alternativ utførelse av oppfinnelsen blir resonansrfekvensen målt ved å låse oscillatoren til sensorens resonans. Oscillatoren kan være en forsterker med positiv tilbakekobling gjennom sensoren. Denne metoden krever bare veldig enkel høyfrekvenselektronikk, som derfor kan integreres i sensoren som vist i figur 6. Denne metoden for måling av resonansfrekvensen har vært beskrevet i US patent 6,466,035. Forskjellen er at i det foreliggende tilfellet er kablene mellom forsterkeren og sensoren så korte at oscillasjonsfrekvensen ikke vil hoppe i trinn når frekvensen endres, men vil forbli låst hele tiden. For å kunne måle Q-faktoren kan en fasemodulator kobles i serie med forsterkeren. Frekvensendringen som oppstår på grunn av en bestemt fasemodulasjon er proporsjonal med toppbredden på resonansen, og dermed gis også Q-faktoren. Elektronikken integrert i sensoren kan omfatte en forhåndskalering som reduserer frekvensen så mye at signalet lett kan transporteres i en kabel til et trygt område, for eksempel et kontrollrom, i tilfelle sensoren er plassert i en sone med eksplosjonsrisiko, slik de fleste oljeinstallasjoner er. Alternativt kan en integrert frekvensteller brukes, i hvilket tilfelle frekvensinformasjonen transporteres som et digitalt signal. Et ytterligere alternativ er å integrere en liten mikrokontroller for å telle frekvensen, drive fasemodulatoren og for eksempel lese av en liten integrert temperatursensor. Mengden med elektronikk integrert i sensoren er i alle disse tilfellene så liten at det er mulig å realisere innenfor reguleringene for instrinsikt trygt utstyr i eksplosjonsrisiko-soner. I dette tilfellet kan material- og produksjonskostnadene holdes lavt. Innretningen vil da bestå av to enheter, høyfrekvensenheten integrert i sensoren og en kontrollenhet i trygt område et stykke unna, der beregningene utføres, og som kommuniserer med brukersystemer enten elektronisk eller via en skjerm.
I en alternativ utførelse av oppfinnelsen er resonansfrekvensen fr og Q-faktoren for sensoren(e) 3 måles av elektronikkenheten i en våtgass-måler omfattende en mikrobølgesensor, som beskrevet i US patent 6,915,707.1 dette tilfellet er det ikke behov for ekstra elektronikk, når sensoren(e) 3 er integrert i en våtgassmåler, enn mikrobølgesvitsjer for alternerende kobling av elektronikken til mikrobølgeresonatoren i våtgassmåleren og til sensoren 3. Oppfinnelsen er derfor ekstra godt egnet for bruk som en integrert del av en mikrobølgeresonator-basert gassmåler.
Som beskrevet over er resonansregistreringsenheten 9 i figur 5 koblet til den dielektriske sensoren 3 og er innrettet til å registrere en analog eller digital representasjon av resonans-signalet, muligens også beregner resonansfrekvensen fr i tillegg til Q-faktoren for den dielektriske resonatorsensoren basert på registreringer av multiple frekvensen og ved multiple tidspunkter for å generere et tidsavhengig array av verdier for resonansfrekvensen fr i tillegg til Q-faktoren, der tidsavhengigheten dermed vil reflektere endringer i de dielektriske egenskapene i fluidet som strømmer i rørledningen, forutsatt at endringene har tilstrekkelig varighet til at de kan registreres. Dermed ifølge en utførelse av oppfinnelsen illustrert i figur 1 ler måleprosedyren å starte utstyret 70, generere et nærfelt ved sensoren(e) 71 og måle vanninnholdet fra den målte resonansfrekvensen, og som illustrert i figur 12 kan salinitetsmålingene 73 deretter måles.
Prosesseringsenheten 11 i registreringsenheten 9 mottar nevnte tidsserie av målinger fra måleren. Tidsserien kunne i en utførelse av oppfinnelsen illustrert i figur 13 være verdier beregnet i måleren 9 for resonansfrekvensene fr og Q-faktorene for resonansegenskapene til den dielektriske resonatorsensoren siden disse egenskapene blir påvirket over av fluidstrømmen i rørledningen. I dette alternative kan tidsserien være et sett av måleverdier som er transmittert uten videre prosessering av måleren 9 til prosesseringsenheten 11, der prosesseringsenheten 11 er innrettet til å beregne resonansfrekvensene fr og Q-faktorer for resonansegenskapene til den dielektriske sensoren. Dermed blir prosedyren etter påbegynnelse av målesekvensen 80,81, generering av nærfelt 82, måling av resonansfrekvens og Q-faktor 83,84 og bruk av det til å beregne vanninnhold 85 og salinitet 86.1 nok et annet alternativ kan prosesseringen utføres, enten i måleren 9 eller i prosesseringsenheten 11 eller alternativt i begge disse enhetene, slik at verdier genereres direkte som representerer de dielektriske egenskapene for fluidet som strømmer i rørledningen.
I en våtgass-strøm som flyter uforstyrret vil det meste av væsken bevege seg som en film på rørveggen under en lang rekke forhold. Dermed, ved å arrangere og bruke en overflatefølsom dielektrisk resonatorsensor som beskrevet i den foreliggende beskrivelsen kan en høy følsomhet for væskeinnhold oppnås ved måling av menge og/eller sammensetning av fluidet (vann/olje/kondensat-blanding). Den overflatefølsomme sensoren integrert i rørveggen kan i noen utførelser av oppfinnelsen kombineres med en sensor som måler over hele tverrsnittet av rørledningen, for eksempel som beskrevet i ovennevnte internasjonale patentsøknad PCT/NO01/00200, eller US patent 6,915,707. Kombinasjon av disse målingene i en våtgassmåler ville forbedre følsomheten og nøyaktigheten sammenlignet med den kjente teknikk. I en foretrukket utførelse av en slik kombinasjon er den overflatefølsomme sensoren fortrinnsvis plassert oppstrøms fra en V-cone, der strømmen typisk vil være i det vesentlige uforstyrret.
I tilfeller der vannvolumfraksjonen i en våtgass-strøm er lavt kondenserer vannet fra vanndamp. I slike tilfeller er vannet ferskvann. Under gassen og oljen i et hydrokarbonreservoar er det imidlertid vanligvis vann, såkalt formasjonsvann, som vanligvis inneholder salter. Hvis brønnen begynner å produsere dette formasjonsvannet og bringer saltvann inn i produksjons-strømmen, vil det være svært ønskelig for operatørene å bli oppmerksom på dets tilstedeværelse, og mengden av formasjonsvann, så tidlig som mulig, og fortrinnsvis mens nivået fremdeles er forholdsvis lavt, for å gi så godt som mulig estimat av den totale mengden med salt som strømmer gjennom rørledningen, fortrinnsvis for å unngå for mye korrosjon på innsideoverflatene til rørledningen på grunn av saltvann, eller dannelse av avskalling.
På grunn av svært lav væskevolumfraksjon i strømmen er et estimat av vanninnhold og saltinnhold i strømmen forholdsvis vanskelig å oppnå med en våtgassmåler som måler over hele tverrsnittet av strømmen.
I en slik situasjon vil en måler basert på en overflatesensitiv resonatorsensor ifølge denne oppfinnelsen gi en høyere følsomhet og dermed en lavere deteksjonsgrense på grunn av dannelsen av en væskefilm på overflaten av sensoren.
Noen utførelser av sensoren ifølge oppfinnelsen blir brukt som enkeltstående formasjonsvanndetektorer, mens andre utførelser av sensoren ifølge oppfinnelsen kan kombineres med konvensjonelle våtgassmålere. Fortrinnsvis er den overflatesensitive resonatorsensoren arrangert oppstrøms fra strømblandende elementer og/eller tverrsnittbaserte differensialtrykkgenererende strukturer, som for eksempel V-cone som illustrert i figur 16 der sensoren 3 er plassert oppstrøms fra V-konen 16 og en tilleggssensor 3a plassert ved venturien. Tilleggsensoren 3a kan være en våtgassmåler som bruker samme mikrobølgeteknologi som den dielektriske sensoren.
Figur 17 illustrerer en kombinasjon av tre sensorer for eksempel for å gi en mulighet for å detektere en asymmetrisk strøm, for eksempel etter en bøy på røret. Andre kombinasjoner av flere sensorer kan også tenkes over omkretsen og/eller langs røret, for å detektere utviklinger i strømmen eller, som nevnt over, for korrelasjonsmålinger for å finne strømningshastigheten.
I figur 18 brukes to sensorstørrelser som gir forskjellige måledybder inn i strømmen og derfor måler ved med forskjellige frekvenser. Hvis strømmen er en kombinasjon av forskjellige fluider med forskjellig frekvensavhengig permittivitet er det mulig å få informasjon om forholdet mellom dem ved måling av to forskjellige frekvenser. Sensorene vist er plassert ved en avstand fra hverandre i lengderetningen på røret, men i samme omtrent på røret som illustrert i figur 17. Konfigurasjonen illustrert i figur 17 som omfatter flere sensorer i samme tverrsnitt av røret også brukes til å detektere asymmetrisk strøm, for eksempel i et horisontalt rør.
Dermed gir den overflatefølsomme sensoren forbedret måling av væskeinnhold, mens det også bedrer deteksjonsfølsomheten for formasjonsvann.
Den overflatefølsomme sensoren ifølge oppfinnelsen kan i noen utførelsen av oppfinnelsen arrangeres for bruk som enkeltstående våtgassblandinsmåler, mens i kombinasjon med en differensiel trykkmålende strømningssensor (venturi, blending (orific), V-cone osv) enkel våtgassmåler er konstruksjoner som bruker både blandings og strømningsratemålere mulig.
To dielektriske sensorer ifølge oppfinnelsen kan monteres i røret for å bruke x-korrelasjonsteknikker for å finne strømningshastighet for væsken ved veggen, og dermed skaffe informasjon for at en våtgassmåler skal slipp, dvs. forskjellen i strømningshastigheten mellom væske og gass, når kombinert med den gjennomsnittlige strømningshastighet (dvs hovedsakelig gasshastighet) målingen fra differensialtrykkmåleren. Alternativt kan en sensor med to feltmaksima brukes og signalet autokorreleres.
Den overflatesensitive sensoren ifølge oppfinnelsen kan også brukes i tilfeller der væskefraksjonen er høyere enn for en typisk våtgass-strøm, for eksempel i en flerfasestrøm. I disse tilfellene gir sensoren en tilleggsmåling, og gjør det mulig å finne nok en variabel i en måling, for eksempel saliniteten til vannet.
Smådråper på frontoverflaten på sensoren forstyrrer symmetrien til overflatesensoren og for den dermed til å stråle. Dette kan unngås ved å velge frekvenser slik at resonansfrekvensen til den overflatesensitive sensoren er lavere enn grensefrekvensen for røret. I et eksempel har et rør med diameter Dp = 74.6 med mer en grensefrekvens på fc = 2357 MHz. Det er inverst proporsjonalt med diameteren, dvs at Dp dobles når fc halveres. En overflatesensor med diameter Ds = 40mm og permittivitet på Ed = 10 har en resonansfrekvens på 2285MHz og med en permittivitet på 77 er resonansfrekvensen 838MHz. Resonansfrekvensen er omtrent inverst proporsjonal med både diameteren og kvadratroten til permittiviteten:
Høyden på den dielektriske sylinderen er ikke veldig kritisk, og har ingen stor påvirkning på resonansfrekvensen, men en foretrukket verdi vil typisk værei størrelsesorden 0,3-0,5 ganger diameteren. Når sensoren ikke stråler selv med vanndråper på overflaten på grunn av grensefrekvensen til røret, påvirker bare absorpsjonen av mediet som skal testes (MUT - medium under test) Q-faktoren, i hvilket tilfelle sensoroverflaten kan brukes som detektor for formasjonsvann, eller salinitetsdetektor. Når ingen andre variabler i strømmen påvirker Q-faktoren enn absorpsjonen på grunn av saltinnholdet i formasjonsvannet, og den overflatefølsomme sensoren ifølge oppfinnelsen måler en høyere konsentrasjon av væske på veggen enn det våtgassmåleren måler over hele tverrsnittet av røret, kan en signifikant forbedring i formasjonsvanndeteksjonen oppnås. Derfor kan begynnelsen på produksjonen av formasjonsvann detekteres mye tidligere, og dermed signifikant redusere effektene av saltproduksjon, når handlingene for å styre oljebrønnen kan foretas tidligere. Sensoren forbedrer også målingene av små verdier av WVF fordi sensoren primært måler væsken på rørveggen, og er mindre påvirket av variasjonen i gasstemperatur og trykk enn konvensjonelle våtgassmålere.
Laboratorietester har vist at sensoren ifølge oppfinnelsen virkelig kan detektere og måle saltinnhold i svært små vannmengder. Figur 19 viser grafer målt med sensoren i laboratoriet. Sensoren er 40mm i diameter og har en permittivitet på 77. Målingene må utføres ved å sprute et lite antall svært små dråper med varierende salinitet på overflaten 4 på sensorene. Fra grafen er det tydelig at en kombinert måling av resonansfrekvens og Q-faktor kan brukes for å beregne salinitet, mens en måling av Q-faktoren alene kan brukes for å detektere tilstedeværelsen av salt i vannet. For å kunne beregne mengden av vann fra målingene må sensoren være empirisk kalibrert mot en referansen i en testsløyfe. Dette er fordi dannelsen av en væskefilm og smådråper er forskjellig under strømningsforhold og statiske laboratorieforhold.
I tilfeller der det er lite eller ingen gass kan resonansen på den overflatefølsomme sensoren ifølge oppfinnelsen være fullstendig tapt hvis væsken som flyter i rørledningen er vannkontinuerlig og vannet inneholder salt, på grunn av den høye absorpsjonen. Ved å måle formen på frekvensresponsen og detektere endringer i denne formen, kan endringer i sammensetningen til fluidstrømmen registreres, selv om ingen resonans kan skilles ut i responsen. En slik måling kan gjøres ved å variere innføringstapet (dvs. dempningen gjennom sensoren) i et frekvensområde, for eksempel én oktav, og ved bruk av andre kjente prosesseringsmetoder for formgjenkjenning på responsen, eller ekstrahering av parametrer, for eksempel ved bruk av multivariat analyse eller neurale nettverk. På den måten er det mulig å estimere sammensetningen til strømmen.
Dermed angår oppfinnelsen forbedringer i vann- og muligens salinitetsmålinger i et våtgass-system. Oppfinnelsen inkluderer en dielektrisk resonator for bruk ved høye frekvenser montert i rørveggen og med kontakt med strømmen i røret. Sensoren har en ende rettet mot innsiden av røret med et i det vesentlige symmetrisk felt som strekker seg inn i strømmen nær veggen. Permittiviteten i strømmen gjennom hvilken feltet strekker seg påvirker resonansfrekvensen og kvalitetsfaktorene til sensoren, som kan måles gjennom kobling med probene 18,19 og en leder 8 koblet til egnede måleinstrumenter.
Forskjellige resonansmodi kan måles, der resonansmodusen med sylindrisk symmetri er i det vesentlige ikke-strålende. Resonansfrekvensen er fortrinnsvis under grensefrekvensen (cut-off frequency) for røret for å være fullstendig ikke-strålende selv når dråper på overflaten forstyrrer symmetrien. Forskjellige utførelser kan brukes, for eksempel med et plan rettet mot strømmen, skjevt uten trinn på oppstrømsiden, eller trukket inn for å være i flukt med veggen i senterlinjen og med "kaviteter" i rørveggen for å unngå trinn, eller montert stikkende inn i røret for å gå i flukt med veggen langs kanten normalt på senterlinjen og med ramper oppstrøms og nedstrøms i sentrum for å unngå trinn. Sensoren kan også ha en sylindrisk overflate rettet mot strømmen som går fullstendig i flukt med rørveggen.
Systemet ifølge oppfinnelsen kan også være implementert på overflaten av et legeme montert inne i røret (f.eks V-cone, sylindrisk "torpedo") og sensoren kan brukes for å måle vanninnhold i fluidet på veggen i en våtgasstrøm, muligens som en tilleggsensor i en våtgassmåler for å bedre vannmålingene, eller som en enkeltstående sensor.
Ved å kombinere resonansfrekvensen og kvalitetsfaktoren kan både vannmengden og kondensat/olje i væsken ved veggen måles eller bare resonansfrekvensen kan brukes for å måle vannmengde. Kvalitetsfaktoren kan brukes for å detektere ledningsevne, dvs tilstedeværelsen av salt, for eksempel fra formasjonsvann, og dermed fungere som en salinitetsdetektor brukt som en tilleggsensor i en våtgassmåler for å bedre følsomheten for formasjonsvannsdeteksjon ved å måle på veggen, der konsentrasjonen av vann er høyere enn i tverrsnittet av strømmen.
Som diskutert over kan minst to sensorer montert oppstrøms og nedstrøms for hverandre brukes for å måle strømningshastigheten for væsken på veggen ved x-korrelasjon. Dermed brukes de som tilleggsensorer i en våtgassmåler, og derved gjør det mulig å beregne slip, det vil si hastighetsforskjellen mellom gass- og væskefasene. Hvis brukt i en vannkontinuerlig flerfasestrøm, eller med en ledende vannfilm, gjør stor dempning at resonansen forsvinner, og måling av frekvensresponsen over en stor båndbredde, kurvetilpassning for å finne den komplekse dielektriske konstanten til strømmen, og dermed vanninnholdet og/eller salinitet.
Oppfinnelsen angår også en metode for å forbedre vanninnholdsmålingers følsomhet i en våtgassmåler ved å legge til en slik sensor som måler på veggen, der konsentrasjonen av væske er høyere enn i midten av røret. Dette vil bedre følsomheten til formasjonsvannmålingene ved å legge til en slik sensor som måler på veggen, der konsentrasjonen til vannet er høyere. Dette kan brukes for å måle slip med en våtgassensor ved å legge til minst to slike sensorer og måle væskens hastighet på veggen ved x-korrelasjon.
For å oppsummere angår hovedaspektet ved oppfinnelsen et måleinstrument for måling av vanninnhold eller andre egenskaper i en fluidstrøm 1 i en rørledning 2 for å transportere hydrokarbonfluider, særlig flerfase- eller våtgass-strøm. Instrumentet bruker minst en dielektrisk resonatorsensor 3 innrettet til å danne et tidsvarierende elektrisk felt som strekker seg fra sensoren (3). Frekvensen påtrykket til sensoren er vanligvis i mikrobølgeområdet men andre frekvensområder kan også påtrykkes avhengig av rørdimensjoner og permittiviteten i strømmen. Det elektriske feltet strekker seg hovedsakelig inn i en indre volumseksjon ved eller nær innsideveggen på rørledningen. Instrumentet omfatter videre en måleenhet 9 innrettet for måling av en resonansfrekvens i resonatorsensoren 3, som avhenger av strømmens sammensetning, og estimere valgte karakteristika for fluidstrømmen i nevnte rørledning (2) basert på målingen av resonansrfekvensen.
Claims (22)
1.
Måleinstrument for måling av vanninnholdet i en fluidstrøm (1) i en rørledning (2) for transport av hydrokarbonfluider,
karakterisert ved- minst en dielektrisk resonatorsensor (3) innrettet til å danne et tidsvarierende elektrisk felt som strekker seg fra resonatorsensoren (3), der det elektriske feltet strekker seg i hovedsak inn i en indre volumseksjon ved innsiden av veggen i rørledningen, og - en måleenhet (9) innrettet til å måle resonansrfekvensen til nevnte resonatorsensor (3) for estimering av vanninnholdet i fluidstrømmen i rørledningen (2) basert på nevnte målinger av resonansrfekvens.
2.
Måleinstrument ifølge krav 1, der nevnte tidsvarierende felt omfatter en frekvenskomponent tilsvarende TMoi modusen for resonatoren.
3.
Måleinstrument ifølge krav 1, der nevnte tidsvarierende felt omfatter en frekvenskomponent tilsvarende TMi i modusen til resonatoren.
4.
Måleinstrument ifølge krav 3, der nevnte resonator er orientert i forhold til fluidstrømmens retning slik at den danner to resulterende feltmaksima langs strømningsretningen slik at passerende fluider som passerer feltmaksimaene vil påvirke feltene ved to maksima ved forskjellige tidspunkter, og der måleenheten omfatter midler for å måle variasjonene i resonansfrekvensene i tid og beregne strømningsretningen ved autokorrelasjon av tidsserier fra nevnte målinger.
5.
Måleinstrument ifølge krav 1, der sensoroverflaten er i flukt med den indre overflaten på røret, og begrenser dermed forstyrrelsen som oppstår av sensoren på strømmen til et minimum.
6.
Måleinstrument ifølge krav 1, der nevnte resonatorsensor (3) er arrangert på en skråstilt måte med hensyn til en retning parallell med rørledningen (2), og med en plan overflate som vender mot strømmen slik at det er et trinn på nedstrømsiden, men ikke noe trinn påoppstrømsiden.
7.
Måleinstrument ifølge krav 1, der resonatorsensoren (3) er arrangert med en plan overflaten i det vesentlige perpendikulært på et tverrsnittsradius av rørledningen, med en jevn rampe i oppstrøms- og nedstrømsretningen.
8.
Måleinstrument ifølge krav 1, der nevnte måleenhet (9) er innrettet til å oppnå en måling av kvalitetsfaktoren til nevnte resonatorsensor (3).
9.
Måleinstrument ifølge krav 1, der resonatoren omfatter en oscillator låst til sensorens resonans, der resonansfrekvensen blir målt ved å måle oscillatorfrekvensen, der oscillatoren utgjøres av en fasemodulator koblet i serie med en forsterker mellom koblingsprobene (18,19) i sensoren.
10.
Måleinstrument ifølge krav 9, der en Q-faktor for resonansen blir målt som funksjon av frekvensendringen som oppstår ved faseendringen påtrykket sensoren.
11.
Måleinstrument ifølge krav 1 for måling av en våtgass-strøm (1) i en rørledning (2), der nevnte dielektrisk resonatorsensor (3) har en overflate som vender mot strømningsvolumet i rørledningen (2), omfattende - en sensorderiverenhet (12) som er koblet til sensoren (3) og som er innrettet til å tilveiebringe et driver- eller eksitasjonssignal til sensoren (3) som resulterer i eksitasjon av en elektromagnetisk resonans i sensoren (3) som danner et stående elektrisk felt (5) ved overflaten (4) rettet mot våtgass-strømmen (1), - en registreringsenhet (10) koblet til sensoren (3) som er innrettet til å måle en resonansegenskap ved sensoren (3) mens våtgass-strømmen (1) beveger seg forbi sensoroverflaten (4), og - en prosesseirngsenhet (11) som er innrettet til å estimere en egenskap ved i det minste en del av våtgass-strømmen (1) langs sensoroverflaten (4) basert på den målte resonansegenskapen.
12
Anvendelse av et måleinstrument ifølge krav 1 for måling av strømningshastighet i en rørledning (2) for transport av hydrokarboner, der måleinstrumentet omfatter - minst en dielektrisk resonatorsensor (3) innrettet til å danne et tidsvarierende elektrisk felt som strekker seg fra nevnte resonator (3), der det utad strekkende feltet strekker seg hovedsakelig inn i en indre volumseksjon ved en innsidevegg på rørledningen, der variasjonen i det elektriske feltet omfatter en frekvenskomponent tilsvarende TMi i modus for resonatoren og tilveiebringer derfor to maksima, og der resonatorsensoren er orientert i forhold til strømningsretningen slik at feltmaksimaene er plassert langs strømningsretningen, og - en måleenhet (9) omfattende midler for måling av frekvensvariasj onene i de to feltmaksimaene og beregne strømningshastigheten fra en autokorrelasjon av en tidsserie av målinger.
13.
Fremgangsmåte for måling av vanninnholdet i en fluidstrøm (1) i en rørledning (2), karakterisert ved- dannelse (71,81,92) med minst en dielektrisk resonatorsensor (3) operert ved valgte frekvenser av et elektrisk felt som strekker seg ut fra nevnte resonatorsensor (3), der feltet strekker seg hovedsakelig inn i en indre volumseksjon ved en innsidevegg på nevnte rørledning, og - tilveiebringelse (72,82,95) av vanninnholdet i i det minste en del av fluidstrømmen (1) som funksjon av en resonansegenskap ved hver av nevnte minst en resonatorsensor (3).
14.
Fremgangsmåte ifølge krav 13 der målingen omfatter bestemmelse av en resonansfrekvensen for (93) for hver av sensorene (3).
15.
Fremgangsmåte ifølge krav 13, der målingen omfatter bestemmelse av en kvalitetsfaktor (94) for hver av nevnte sensorer (3).
16.
Fremgangsmåte ifølge krav 13, omfattende - bestemmelse av en salinitet (96) for nevnte vanninnhold i i det minste en del av nevnte fluidstrøm som funksjon av en kombinasjon av en resonansfrekvens og en kvalitetsfaktor for hver av minst en resonatorsensorer.
17.
Fremgangsmåte ifølge krav 13 der nevnte elektriske felt er tidsvarierende innen et frekvensområdet omfattende en frekvenskomponent tilsvarende resonatorens TMoi modus.
18.
Fremgangsmåte ifølge krav 13 der nevnte elektriske felt er tidsvarierende innen et frekvensområdet omfattende en frekvenskomponent tilsvarende resonatorens TMi i modus.
19.
Fremgangsmåte ifølge krav 18, der nevnte resonator er orientert i forhold til fluidstrømmens retning slik at den produserer de to resulterende feltmaksimaene langs strømningsretningen, og der fremgangsmåte inkluderer måling av variasjonen i resonansfrekvens ved de to feltmaksimaene og tiden mellom disse variasjonene og fra dette beregne strømningshastigheten.
20.
Fremgangsmåte ifølge krav 13 for måling av en våtgass-strøm (1) i en rørledning (2) der nevnte dielektriske resonatorsensor (3) er arrangert slik at en sensoroverflate (4) vender mot våtgass-strømmen (1), der fremgangsmåten også omfatter - Eksitasjon (92) av nevnte resonator slik at det dannes et stående, i det vesentlige ikkestrålende elektromagnetisk felt (5) ved nevnte sensoroverflate (4) fra en eksitasjonsenhet (8), - Bestemmelse (93,94) av resonansegenskaper ved den arrangerte sensoren (3) med en registreringsenhet (10) mens nevnte våtgass-strøm (1) er tilstede i rørøedningen (2), og - Beregning (95) av en egenskap ved en del av våtgass-strømmen som flyter ved
nevnte sensor ved bruk av en prosesseringsenhet (7),
der nevnte prosesseringsenhet (11) gir en indikasjon (15) som representerer en egenskap ved fluidet på en indre overflate på rørledningen (2) som tilveiebringes av nevnte prosesseringsenhet.
21
Fremgangsmåte ifølge krav 13 for måling av strømningshastighet i en rørledning (2) for transport av hydrokarbon-fluider, omfattende dannelse av et tidsvarierende felt som strekker seg fra en resonatorsensor (3), der feltet strekker seg hovedsakelig inn i en indre volumseksjon ved en innside av veggen på rørledningen, der variasjonen av det elektriske feltet inneholder frekvenskomponenter som tilsvarer TMn modus for resonatoren og dermed gir to feltmaksima, og der resonatoren har en orientering i forhold til strømretningen slik at feltmaksimaene er plassert langs strømretningen, og måling av frekvensvariasj oner i feltmaksimaene og beregne strømningshastigheten fra korrelasjonen mellom variasjonene og avstanden mellom nevnte maksima.
22.
Anvendelse av minst to resonatorsensorer for måling av strømhastighet der hver resonatorsensor er innrettet til å danne et tidsvarierende elektrisk felt som strekker seg fra resonatorsensoren (3), der feltet i hovedsak strekker seg inn i en indre volumseksjon ved innsideveggen på rørledningen, og er koblet til en måleenhet (9) innrettet til måling av en resonansfrekvens for nevnte resonatorsensor (3), og der strømhastigheten blir beregnet ved a krysskorrelere målingene fra hver sensor basert på den kjente avstanden mellom sensorene.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20070231A NO328801B1 (no) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning |
EP08705151.2A EP2104837B1 (en) | 2007-01-12 | 2008-01-11 | Flow measurement |
DK08705151.2T DK2104837T3 (en) | 2007-01-12 | 2008-01-11 | Power Measurement |
US12/522,961 US8570050B2 (en) | 2007-01-12 | 2008-01-11 | Flow measurements |
PCT/NO2008/000013 WO2008085065A1 (en) | 2007-01-12 | 2008-01-11 | Flow measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20070231A NO328801B1 (no) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20070231L NO20070231L (no) | 2008-07-14 |
NO328801B1 true NO328801B1 (no) | 2010-05-18 |
Family
ID=39304740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20070231A NO328801B1 (no) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8570050B2 (no) |
EP (1) | EP2104837B1 (no) |
DK (1) | DK2104837T3 (no) |
NO (1) | NO328801B1 (no) |
WO (1) | WO2008085065A1 (no) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9657958B2 (en) | 2013-07-22 | 2017-05-23 | Ecogate, Inc. | Industrial on-demand exhaust ventilation system with closed-loop regulation of duct air velocities |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO327558B1 (no) * | 2007-10-17 | 2009-08-10 | Roxar Flow Measurement As | Stromningsmaler for flerfasefluid |
US8028588B2 (en) * | 2009-09-25 | 2011-10-04 | Rosemount Inc. | Flow measurement using near field microwaves |
US8340791B2 (en) * | 2009-10-01 | 2012-12-25 | Rosemount Inc. | Process device with sampling skew |
DE102010055552A1 (de) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Michael Rudolph | Anordnung zur Erkennung und Überwachung der Beschaffenheit von Körpern und Gegenständen und Verwendung der Anordnung |
DE102011101390A1 (de) * | 2011-05-13 | 2012-11-15 | Clyde Bergemann Drycon Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Fördereinrichtung für ein Abbrandprodukt |
EP2788726B1 (en) | 2011-12-06 | 2019-10-09 | Schlumberger Technology B.V. | Multiphase flowmeter |
JP5912641B2 (ja) * | 2012-02-20 | 2016-04-27 | 日本ピラー工業株式会社 | 流体計測用センサーの取付構造 |
NO337976B1 (no) | 2012-04-30 | 2016-07-18 | Roxar Flow Measurement As | Flerfasemåler |
US9062536B2 (en) | 2013-01-02 | 2015-06-23 | Graco Minnesota Inc. | Devices and methods for landfill gas well monitoring and control |
US10029291B2 (en) * | 2013-01-02 | 2018-07-24 | Q.E.D. Environmental Systems, Inc. | Devices and methods for landfill gas well monitoring and control |
NO347105B1 (no) | 2013-02-05 | 2023-05-15 | Roxar Flow Measurement As | Konduktivitetsmåling |
US10634377B2 (en) | 2013-07-22 | 2020-04-28 | Ecogate, Inc. | Industrial on-demand exhaust ventilation system with closed-loop regulation of duct air velocities |
US10352743B1 (en) * | 2013-09-26 | 2019-07-16 | Sensors That Count, L.L.C. | Flow sensor based on electrical capacity |
US11231305B2 (en) * | 2013-09-26 | 2022-01-25 | Amvac Chemical Corporation | Flow sensor apparatus for monitoring a directed stream of an agricultural product |
NO20131375A1 (no) | 2013-10-16 | 2015-04-17 | Roxar Flow Measurement As | Scale monitoring |
NO20140184A1 (no) * | 2014-02-14 | 2015-08-17 | Fmc Kongsberg Subsea As | Måleanordning |
NO20140689A1 (no) * | 2014-06-03 | 2015-12-04 | Roxar Flow Measurement As | Cutoff regulator |
WO2016064744A1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | Sisler John R | Radio frequency based void fraction determination |
MX2017006077A (es) | 2014-11-10 | 2017-07-27 | Gen Electric | Medicion de fracciones de fluidos multifasicos. |
US10241059B2 (en) | 2015-08-28 | 2019-03-26 | Saudi Arabian Oil Company | Water-cut sensor system |
US9804105B2 (en) | 2015-08-28 | 2017-10-31 | Saudi Arabian Oil Company | Systems and methods for determining water-cut of a fluid mixture |
US10386312B2 (en) | 2015-08-28 | 2019-08-20 | Saudi Arabian Oil Company | Systems and methods for determining water-cut of a fluid mixture |
US10119850B2 (en) * | 2016-06-03 | 2018-11-06 | Mohr and Associates | Apparatus for identifying and measuring volume fraction constituents of a fluid |
EP3488203A4 (en) * | 2016-07-20 | 2020-09-09 | Triad National Security, LLC | NON-INVASIVE MEASUREMENT OF ACOUSTIC PROPERTIES OF LIQUIDS |
DE102016125809A1 (de) * | 2016-12-28 | 2018-06-28 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Messanordnung zur Analyse von Eigenschaften eines strömenden Mediums mittels Mikrowellen |
NO20170503A1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-01 | Roxar Flow Measurement As | Flow measuring system |
DE102017126128A1 (de) * | 2017-11-08 | 2019-05-09 | Endress+Hauser SE+Co. KG | System und Verfahren zur ortsaufgelösten Bestimmung von zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße |
US11099168B2 (en) | 2018-07-23 | 2021-08-24 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for water detection in multiphase flows |
NO20190211A1 (en) | 2019-02-15 | 2020-08-17 | Roxar Flow Measurement As | Drift detection/compensation method for mix permittivity based WVF measurement |
NO20190578A1 (en) | 2019-05-07 | 2020-11-09 | Roxar Flow Measurement As | System and method for providing measurements in a pipe |
NO347026B1 (en) | 2020-03-25 | 2023-04-24 | Roxar Flow Measurement As | Multiphase salinity and watercut measurements |
US11644351B2 (en) | 2021-03-19 | 2023-05-09 | Saudi Arabian Oil Company | Multiphase flow and salinity meter with dual opposite handed helical resonators |
DE102021133787A1 (de) * | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Detektion von Fremdkörpern in fließenden Messmedien |
US20240201162A1 (en) * | 2022-12-15 | 2024-06-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Sensors For Measuring Properties Of Materials Flowing Through A Flowline |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2714094C3 (de) * | 1977-03-30 | 1980-04-17 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehaltes von isotropen Materialien mit Hilfe der Mikrowellenabsorption |
DE3627162A1 (de) * | 1986-08-11 | 1988-02-25 | Endress Hauser Gmbh Co | Anordnung zur beruehrungslosen messung des volumen- oder massenstroms eines bewegten mediums |
US4888547A (en) * | 1989-01-23 | 1989-12-19 | Rockwell International Corporation | Meter using a microwave bridge detector for measuring fluid mixtures |
DE4004119A1 (de) * | 1990-02-10 | 1991-08-14 | Tews Elektronik Dipl Ing Manfr | Verfahren zur messung der feuchte eines messgutes mit hilfe von mikrowellen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
DE4411815A1 (de) | 1994-04-07 | 1995-10-12 | Albatros Applied Technologies | Verfahren zur Messung eines mehrkomponentigen und/oder mehrphasigen strömenden Mediums |
GB2294326A (en) * | 1994-10-06 | 1996-04-24 | Scapa Group Plc | Moisture detection meter |
NO308922B1 (no) | 1998-06-03 | 2000-11-13 | Multi Fluid Asa | MÕler, særlig for kontinuerlig mÕling av blandingsforholdet mellom to fluider som strømmer i rør, f.eks. vanninnhold i olje; samt fremgangsmÕte for gjennomføring av slik mÕling |
NO313647B1 (no) * | 2000-05-15 | 2002-11-04 | Roxar Asa | Anordning for måling av egenskaper til en strömmende fluidblanding |
NO315584B1 (no) | 2001-10-19 | 2003-09-22 | Roxar Flow Measurement As | Kompakt stromningsmaler |
ES2211831T3 (es) * | 2002-01-11 | 2004-07-16 | Tews Elektronik Dipl.-Ing. Manfred Tews | Procedimiento y dispositivo para la deteccion de cuerpos extraños en caudales masicos con ayuda de un resonador de microondas. |
US7223608B2 (en) * | 2003-08-08 | 2007-05-29 | U Chicago Argonne Llc | Resonance-enhanced dielectric sensing of chemical and biological species |
US7133786B1 (en) * | 2005-06-08 | 2006-11-07 | Roxar Flow Management As | Method and apparatus for measuring nonhomogeneous flow phase velocities |
NO324582B1 (no) * | 2006-02-03 | 2007-11-26 | Roxar As | Anordning for differensialtrykkmaling |
-
2007
- 2007-01-12 NO NO20070231A patent/NO328801B1/no unknown
-
2008
- 2008-01-11 US US12/522,961 patent/US8570050B2/en active Active
- 2008-01-11 EP EP08705151.2A patent/EP2104837B1/en active Active
- 2008-01-11 DK DK08705151.2T patent/DK2104837T3/en active
- 2008-01-11 WO PCT/NO2008/000013 patent/WO2008085065A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9657958B2 (en) | 2013-07-22 | 2017-05-23 | Ecogate, Inc. | Industrial on-demand exhaust ventilation system with closed-loop regulation of duct air velocities |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK2104837T3 (en) | 2018-01-02 |
US20100145636A1 (en) | 2010-06-10 |
NO20070231L (no) | 2008-07-14 |
US8570050B2 (en) | 2013-10-29 |
WO2008085065A1 (en) | 2008-07-17 |
EP2104837A1 (en) | 2009-09-30 |
EP2104837B1 (en) | 2017-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO328801B1 (no) | System og fremgangsmate for bestemmelse av egenskaper under transport av hydrokarbon-fluider i en rorledning | |
US8224588B2 (en) | Method and apparatus for measuring the conductivity of the water fraction of a wet gas | |
US9063052B2 (en) | Inline measuring apparatus and method | |
EP3164672B1 (en) | Permittivity measurements of layers | |
RU2498230C2 (ru) | Способ и устройство для измерения расхода влажного газа и определения характеристик газа | |
JP6196664B2 (ja) | マイクロ波キャビティセンサ | |
EP1886098B1 (en) | An apparatus and method for measuring a parameter of a multiphase flow | |
US10359372B2 (en) | Conductivity measurements | |
RU2499229C2 (ru) | Способ и устройство для определения состава и расхода влажного газа | |
US9772206B2 (en) | Apparatus and method for accurately measuring flow of a multi-component mixture having scale buildup | |
NO320172B1 (no) | Stromningsmaler og fremgangsmate for maling av individuelle mengder av gass, hydrokarbonvaeske og vann i en fluidblanding | |
WO2006019311A1 (en) | A method and apparatus for measuring the composition and water salinity of a multiphase mixture containing water | |
EP2845000A1 (en) | Multiphase meter | |
Makeev et al. | Microwave measurement of water content in flowing crude oil | |
Karimi et al. | Extended throat venturi based flow meter for optimization of oil production process | |
GB2571285A (en) | Fluid sensor | |
NO20140185A1 (no) | System og fremgangsmåte for flerfase strømningsmålinger | |
Sharma et al. | Recent advances in water cut sensing technology: Chapter 4 | |
Sheikh et al. | A microwave technique for detecting water deposits in an air flow pipelines | |
NO312169B1 (no) | Innretning for måling av refleksjonskoeffisienten til högfrekvente elektromagnetiske bölgjer i v¶ske, samt framgangsmåtefor å bestemme vassinnhald i fleirfase rörstraum ved bruk avinnretninga |