NO336709B1 - Nivåmålesystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører målesystemer for bestemmelse av grensene mellom faser, spesielt i forbindelse med slike systemer hvor grensene mellom minst tre faser må lokaliseres, og spesielt lokalisering av gass/olje- og olje/vann-grensene i separasjonsfartøy i oljeproduksjonsinstallasjoner.

Ved oljeproduksjon er det ofte nødvendig å separere vann-, olje- og gass-faser som utgjør strømningen fra en produksjonsbrønn. Vann og gass blir ofte naturlig produsert sammen med olje, og når oljefelter nærmer seg slutten av sin levetid blir vann ofte injisert i de oljeførende lag for å opprettholde oljeproduksjonen, og dette resulterer i at strømmen fra produksjonsbrønnene innbefatter en økende andel med vann. Mineraler, f.eks. sand og tungolje eller tjærematerialer slik som asfalt, kan også være tilstede i strømningen fra brønnen. Dette gir en produktstrømning som må separeres før ytterligere behandling.

Slik separasjon blir vanligvis utført i et separasjonssystem som kan innbefatte forsepareringsanordninger slik som en syklon, for å separere mye av en eventuell gassfase som er tilstede, fra væskefasene, og som vanligvis innbefatter et separasjonsfartøy hvor fluidstrømningen blir bremset og gjort mindre turbulent, f.eks. ved å bruke skillevegger og som så tillates å skille seg i lag som så blir tatt atskilt ut fra separasjonsfartøyet. Anordningene for å fjerne de respektive faser er vanligvis fiksert i separasjonsfartøyet som vanligvis opererer ved et overtrykk som typisk er flere ganger omgivelsestrykket, f.eks. fra 2 til 10 bar absolutt trykk (0,2 til 1 MPa). Den fikserte posisjonering av anordningene for fjerning av de respektive faser betyr at styring av separatoren for å opprettholde tilfredsstillende virkemåte skjer ved å regulere de forskjellige strømningshastigheter (innstrømning og utstrømning) slik at nivåene til de forskjellige faser i separatoren blir opprettholdt for å gjøre det lett å fjerne dem fra separatoren. Separasjonen av fasene kan vanskeliggjøres i praksis av skum som dannes av væske- og gass-fasene og dispersjoner eller emulsjoner av olje og vandige faser. Forekomsten av skum eller emulsjoner gjør grensene mellom fasene mindre tydelige, og gjør dermed den totale styring vanskeligere. Virkemåten til slike separatorer er komplisert fordi det er vanskelig å bestemme posisjonen til fasegrensene fra utsiden av separatoren. Beskaffenheten til materialene og det trykk som separatorer opererer under, gjør det upraktisk å bruke direkte visuelle midler, f.eks. observasjonsglass og optiske instrumentsystemer er ikke tilfredsstillende.

US3784827A beskriver et apparat for inspisering av en beholder for å bestemme hvorvidt en slik beholder har egenskaper som er forskjellige fra en spesiell standard ved å benytte en radioaktiv isotopkilde med lang levetid som emitterer lav-energi gammastråling.

US4614870A beskriver en miniatyr-densitetsmåler, med lavt kraftforbruk, som benytter ekstremt små kunstige og naturlig funnede radioaktive kilder.

US3652857A beskriver et arrangement for bestemmelse av gjennomsnittshøyden og den tredimensjonale profil til ikke-vevede overflater.

WO98/41304A1 beskriver en fremgangsmåte og en anordning for separasjon av et fluid omfattende flere fluidkomponenter, spesielt separasjon av et brønnfluid i forbindelse med et rør for produksjon av hydrokarboner / vann.

Foreliggende oppfinnelse benytter målinger av absorpsjonen eller dispersjonen til ioniserende stråling som et middel til å måle densiteten ved midten av et antall, vanligvis mange, nivåer i en flerfaseblanding, slik som i en oljeseparator, for derved å gjøre det mulig å opprette en densitetsprofil hvorfra posisjonen til fasegrensene, og om ønsket, tykkelsen av eventuelle overgangsfaseområder, f.eks. med skum eller dispersjoner eller emulsjoner, kan bestemmes.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kombinert strålingskildeholder og kollimator, kjennetegnet ved at kildeholderen er en stav med et antall hull innrettet for å motta strålingskilder, og anordnet teleskopisk med staven, et rør laget av strålingsabsorberende materiale utstyrt med overføringshull, idet staven og røret er relativt bevegbare i forhold til hverandre slik at hver kilde i en første posisjon er innrettet med minst ett overgangshull for å tilveiebringe en bane langs hvilken stråling fra kilden gjennomskjærer tykkelsen av røret for å tilveiebringe en kollimert stråle som blir projisert lateralt i forhold til staven og røret, og ved at hver kilde i en annen stilling blir maskert av en del av røret slik at ingen kollimert stråle blir generert.

Ytterligere utførelsesformer av den kombinerte strålingskildeholder og kollimator i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives også en densitetsprofilerer for måling av en densitetsprofil for et medium som innbefatter minst to væskefaser og én gassfase, hvor profilereren omfatter:

1. en aksialt fordelt gruppe med kilder som er i stand til å tilveiebringe minst 10 kollimerte stråler med ioniserende stråling; 2. en aksialt fordelt gruppe med strålingsdetektorer, hvor hver detektor er tilordnet for bruk med en respektiv av strålene med ioniserende ståling og tilveiebringer et utgangssignal som reaksjon på innfallet av den ioniserende stråling; 3. en anordning for å analysere detektorutgangssignalene for å bestemme densiteten til det medium som gjennomskjæres av strålene som passerer fra kildegruppen til detektorgruppen.

Det beskrives videre:

en oljeseparator som omfatter en densitetsprofilerer, hvor en inngående oljeholdig strømning under bruk omfatter olje, vann (vandig fase) og gass, og hvor densitetsprofilereren er posisjonert for å måle densiteten av oljefasen, den vandige fase og gassfasen;

en fremgangsmåte for å måle densitetsprofilen til et medium som innbefatter en oljefase, en vandig fase og en gassfase hvor en densitetsprofilerer er posisjonert i et område i mediet hvor de forskjellige faser er i det minste delvis separert;

en fremgangsmåte for å styre en oljeseparator som innbefatter en densitetsprofilerer, hvor posisjonen til fasegrensene blir bestemt fra en densitetsprofil målt i henhold til oppfinnelsen, og hvor innløpsstrømningshastigheten til og/eller én eller flere utløpsstrømningshastigheterfra separatoren blir regulert for å opprettholde posisjonen til fasegrensene innenfor forutbestemte grenser;

en fremgangsmåte for å regulere en oljeseparator som innbefatter en densitetsprofilerer hvor tykkelsen av interfaseområdene blir bestemt fra en densitetsprofil målt i henhold til oppfinnelsen, og hvor konsentrasjonen av kjemikalier som er tilført separatoren for å redusere dannelsen av interfaser

eller mellomfaser, blir regulert for å opprettholde tykkelsen av interfaseområdene innenfor forutbestemte grenser.

Det beskrives videre en kombinert strålingskildeholder og kollimator innrettet for bruk i densitetsprofilereren, hvor en kildeholder er en stav som har et antall, spesielt radiale, hull innrettet for å motta strålingskilder og anordnet teleskopisk, fortrinnsvis hovedsakelig koaksialt, med staven, et rør laget av et strålingsabsorberende materiale som er utstyrt med overføringshull, idet staven og røret er bevegelige, spesielt aksialt bevegelige, i forhold til hverandre slik at i en første posisjon er hver kilde innrettet med minst ett overføringshull for å tilveiebringe en bane langs hvilken stråling fra kilden gjennomskjærer tykkelsen av røret for å frembringe en kollimert stråle som blir projisert lateralt i forhold til staven og røret, og hvor hver kilde i en annen posisjon blir maskert av en del av røret slik at ingen kollimert stråling blir generert.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 er et skjematisk vertikalt tverrsnitt gjennom en del av grupper med kilder og detektorer i en densitetsprofilerer. Fig. 2 er et skjematisk vertikalt tverrsnitt gjennom en oljeseparatortank utstyrt med en densitetsprofilerer. Fig. 3 er et skjematisk horisontalt tverrsnitt gjennom kilder og detektorer i en densitetsprofilerer. Fig. 4 er et skjematisk vertikalt tverrsnitt gjennom en del av en kildeholder og kollimator.

Densitetsprofilereren er innrettet for bruk i utstyr slik som oljeseparatorer, og kilde- og detektor-gruppene vil vanligvis være anordnet vertikalt eller nesten vertikalt med de kollimerte stråler mellom kilde- og detektor-gruppene anordnet horisontalt eller nesten horisontalt (men se nedenfor vedrørende multippelstråler fra enkeltkilder). Dette arrangementet optimaliserer generelt vertikal oppløsning og installasjonskompakthet. I oljeseparatorer er det en strømning av flerfasemediet forbi eller mellom kildegruppe/detektorgruppe-kombinasjonen eller - kombinasjonene. Profilmålingene avspeiler således situasjonen under en kontinuerlig prosess og kan således benyttes som en del av en tilbakekoplings-sløyfe (se nedenfor).

Grensen for den vertikale oppløsning for densitetsprofilereren blir hovedsakelig bestemt av den vertikale avstand mellom kildene og detektorene. Dette er klart avhengig av dimensjonene til kildene og detektorene og nøyaktigheten av strålenes kollimering. Generelt representerer dimensjonen av detektorene, og dermed muligheten til å atskille dem (vertikalt) fra hverandre, hovedgrensen for den vertikale oppløsning. Under densitetsprofilering i oljeseparatorer er det spesielt ønskelig i forbindelse med den tenkte hovedanvendelse, å oppnå en vertikal oppløsning som er minst like god som 100 mm og mer vanlig minst så god som 50 mm. Vi har lykkes i å lage profilerere hvor den vertikale detektorseparasjon på mellom 25 og 30 mm gir en vertikal oppløsning som er minst så god. Økning av detektoravstanden vil selvsagt redusere den vertikale oppløsning tilsvarende. Ved å redusere avstanden mellom detektorene kan den vertikale detektoravstand reduseres til 20 mm, og ved å bruke de teknikker som er nevnt nedenfor, kan den effektive detektoravstand reduseres til omkring 5 mm. Det er

mulig å behandle dataene fra densitetsprofilereren for å forbedre oppløsningen, f.eks. ved å bruke datamaskinbaserte databehandlingsteknikker, men vi har ikke funnet noe spesielt behov for å forbedre densitetsprofilererens grunnleggende opp-løsning på denne måten.

Det antall kilder og detektorer som benyttes, avhenger således direkte av den vertikale avstand mellom detektorene og den dybde over hvilken det er ønskelig å måle densitetsprofilen. Vanlige praktiske oljeseparatorer har en driftsdybde på minst 1 m og noen ganger så meget som 3 m. Bruker av færre detektorer enn 10 vil følgelig ikke gi tilstrekkelig oppløsning i praktiske systemer, og vanligvis vil det minste antall detektorer være omkring 20. For å oppnå resultater med en nær-mere optimal oppløsning vil antallet detektorer vanligvis være fra 30 til 100, helst fra 40 til 70. Detektorene svarer vanligvis 1:1 til de kollimerte stråler som genereres fra kildene. Som beskrevet nedenfor, er det mulig å oppnå flere kollimerte stråler fra enkeltkilder slik at antallet kilder kan være en brøkdel av, men ikke nødvendigvis færre enn, omkring halvparten av antallet stråler og detektorer.

Oppfinnelsen er spesielt nyttig ved densitetsprofilmåling i oljeseparatorer hvor det vanligvis er minst tre faser til stede: en oljefase, en gassfase og en vandig fase (noen ganger saltvann) og ofte en fjerde fase bestående av sand eller med forholdsvis høy molekylvekt og tunge bitumenhydrokarboner som vanligvis kalles asfalter, som kan danne et slam ved bunnen av separatoren. Oppsamlingen av overskuddssand og slam blir vanligvis detektert av en mekanisk nivåsensor, men densitetsprofilereren kan også gjøre dette. Under vanlig bruk vil densitetsprofilereren være innrettet for å bli neddykket i eller gjennomskjære alle tre hovedfluidfasene. I tillegg til de separate fluidfaser er det ofte tilfelle at vann/olje-interfasegrensen, emulsjoner, enten vann i olje eller olje i vann, ofte dannes (eller separeres ufullstendig), og ved gass/olje-interfasegrensen kan det dannes skum. Ved å benytte densitetsprofilereren er det praktisk både å lokalisere interfasegrenseområdene og å estimere tykkelsen av eventuell interfaseemulsjon eller skum.

Det er klart at evnen til å bestemme utstrekningen av en eventuell interfaseemulsjon eller skum avhenger av densitetsprofilererens vertikale oppløsning. De praktiske oppløsningsverdier som er diskutert ovenfor, er tilstrekkelige for realistisk måling av både posisjonen til en fasegrense og tykkelsen av interfaseemulsjonen eller skummet. Med praktiske detektorer (se nedenfor) kan densitetsmålingen når en fasegrense ligger langs en detektor, være en mellomliggende verdi forverdiene fra hver fase separat. Selv om dette kan ha en teoretisk effekt på den endelige nøyaktighet, har vi ikke funnet at det gir opphav til noen virkelig vanskelighet i praksis.

Hovedmekanismen for dempning av den kollimerte stråle med ioniserende stråling er Compton-spredning hvis utstrekning er direkte relatert til densiteten til det medium som strålen passerer gjennom, og inverst relatert til stråleenergi. Strålelengden, den lineære avstand mellom hver detektor og den tilsvarende kollimerte kilde gjennom mediet hvis densitet skal måles eller profileres, vil vanligvis være valgt avhengig av energien og intensiteten til den kollimerte stråle og densiteten til mediet. I praksis vil de minste eller største strålelengder også være bestemt av driftsmiljøet. I (linjekoplede) oljeseparatorer vil den minste strålelengde generelt være omkring 2,5 cm for å minimalisere risikoen for blokkering av kilde/detektor-gapet, og den maksimale strålelengde er vanligvis ikke mer enn omkring 1,5 m for at profilereren ikke skal bli for stor til praktisk bruk i linjekoplede separatorer. Innenfor disse grensene blir den maksimale strålelengde begrenset av behovet for å ha et detektert signal over systemets bakgrunnsstøy (avhengig av kildeenergi og intensitet) og den minste strålelengde for å oppnå tilstrekkelig absorpsjon til å oppløse densitetsdifferanser tilstrekkelig (avhengig hovedsakelig av stråleenergi). For en gitt kildeintensitet behøver således en stråle med høy energi en lengre minste strålelengde enn en stråle med mindre energi. Som forklart nedenfor er strålelengden generelt ifølge oppfinnelsen fra 3 til 15, mer vanlig fra 5 til 10 cm, selv om lengre strålelengder kan benyttes. Kompakt utstyr har en spesiell fordel ved tilpasning til trykksatt utstyr ved at det krever mindre utstrakt tilgang gjennom veggen til trykkaret. Bruken av stråling med mindre energi (lavere gjennomtrengning) reduserer risikoen for strålingseksponering.

Kildestrålingens energi er vanligvis ikke mer enn omkring 750 keV, og er fortrinnsvis lavere enn dette. Kilden kan være en radioaktiv isotop som benyttes i konvensjonelle (enkel kilde/detektor) densitetsmålere hvor strålingskilden vanligvis er gammastrålingen på 661 keV fra<137>Cs. For praktiske målere er strålelengden vanligvis 40 til 100 cm, og dette er uhensiktsmessig langt for bruk i en densitetsprofilerer som skal ettermonteres i et trykkar gjennom en enkelt åpning, idet vanlige åpninger i trykkar for oljeseparatorer vanligvis er fra 10 til 30 cm (4 til 12 tommer), vanligvis omkring 15 cm (6 tommer) i diameter. Bruken av en kilde med lavere energi er således ønskelig, og energier mindre enn 500 keV, spesielt mindre enn 300 keV og fortrinnsvis mindre enn 100 keV, er ønskelig i forbindelse med oppfinnelsen. Den minste strålingsenergi er omkring 20 keV, idet stråling med lavere energi generelt vil ha for kort effektiv banelengde til å kunne brukes, og helst er kildeenergien i det minste omkring 40 keV. Kilder med lavere energi enn<137>Cs-gammakilder er ønskelige. Potensielle kilder innbefatter<133>Ba som er en 356 og 80 keV gammakilde, og spesielt ønskelig er241 Am som er en 60 keV gammakilde. Bruken av 241 Am som kilde for den ioniseringsstråling som benyttes i oppfinnelsen, utgjør et spesielt aspekt ved oppfinnelsen. For en permanent installasjon vil det selvsagt bli valgt en radioisotopkilde som har en forholdsvis lang halveringstid, både for å gi utstyret en tilfredsstillende levetid og for å redusere behovet for å omkalibrere for å ta hensyn til reduksjon i kildeintensitet på grunn av kildeelding. Halveringstiden for det radioisotop som brukes, vil vanligvis være minst 2, og fortrinnsvis minst 10 år, og vanligvis ikke mer enn omkring 10000, helst ikke mer enn omkring 1000 år. Halveringstiden for de radioisotoper som er nevnt ovenfor er: for<137>Cs gamma ca. 30 år,133Ba ca. 10 år og 241 Am ca. 430 år. Disse verdiene, spesielt for Americium, er tilfredsstillende for bruk i densitetsprofilerere. Bruken av en<241>Am-kilde muliggjør bruk av en banelengde på fra 5 til 10 cm slik at en profilerer kan monteres gjennom en enkelt 15 cm åpning. Andre radio-isotopkilder kan brukes om ønsket, spesielt de som har egenskaper som beskrevet ovenfor, men andre slike kilder er ikke generelt lett tilgjengelige fra kommersielle kilder. Ved å bruke kilder med lav energi blir utstyrsbehandling og kildeskjerming også gjort tryggere og/eller lettere. Kildestrålingen kan også være røntgenstråler, og selv om robuste, kompakte kilder ikke er lette å konstruere for slik stråling, er kildens iboende halveringsliv ikke noe problem.

Kildeintensiteten vil fortrinnsvis være minst omkring 4x10<7>, mer vanlig fra 4x10<8>til 4x10<9>becquerel (Bq). Bruk av kilder med lavere intensitet kan kreve for lange integrasjonstider for å oppnå tilstrekkelig nøyaktige resultater (signal/støy-forhold), og mer intense kilder er vanligvis kostbare og/eller kan føre til overbelastning av detektorene.<241>Am-kilder som har en intensitet på omkring 1,7x10<9>Bq, er lett kommersielt tilgjengelige og er egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse.

Det er praktiske konstruksjonsgrenser for kollimeringsnøyaktigheten (nærheten til en ikke-spredende stråle). Enkel konstruksjon vil vanligvis føre til at det må aksepteres en viss spredningsgrad i strålen som kan resultere i detektorer som tar opp stråling fra mer enn én kilde (krysstale). I denne oppfinnelsen har vi funnet at krysstale kan reduseres ved å bruke flere detektorkolonner hvor detektorer i hver kolonne er tilsvarende mer atskilt og strålene innrettet med én detektorkolonne er vinkelmessig radialt forskjøvet fra de for andre detektorkolonner. Teoretisk kan flere kildekolonner også brukes, men dette medfører betydelig høyere fremstillingsnøyakighet og oppsett for å opprettholde oppløsningen. Vi har oppnådd betydelige forsterkninger ved å bruke to detektorkolonner. Bruken av mer enn tre detektorkolonner er ikke ønskelig på grunn av den økte risiko for fysisk hindring av strålebanene og høyere konstruksjonskompleksitet og (radial/horisontal/dimensjon. En ytterligere fordel ved bruk av flere detektorkolonner er at når det benyttes elektrisk drevne detektorer, reduserer reduksjonen i antallet detektorer i hver kolonne den energi som leveres til hver kolonne, noe som gjør det lettere å overholde sikkerhetskravene i forbindelse med meget brennbare olje/gass-systemer. Vi har med hell bygd profilerere som oppfyller det "iboende sikkerhetskrav" for drift på oljefelter. (Se også nedenfor i forbindelse med diskusjonen av detektorene.)

Det beskrives følgelig en densitetsprofilerer hvor detektorgruppen innbefatter minst to detektorkolonner, idet detektorkolonnene er radialt vinkelforskjøvet fra hverandre. Strålelengdene for strålingen mellom kildene og de tilsvarende detektorer i de forskjellige kolonner er fortrinnsvis omtrent like. Dette kan lett oppnås ved å lokalisere detektorkolonnene radialt med hovedsakelig lik avstand fra kildegruppen.

Det enkleste arrangement av kilder og detektorer er 1:1 parvis tilpasning med horisontalt kollimerte stråler. Strålingskildene er imidlertid en viktig del av system kostnaden og denne kan reduseres ved å kollimere flere stråler fra enkeltkilder. To stråler kan kollimeres fra enkeltkilder forholdsvis enkelt med bare en mindre reduksjon i systemets oppløsning, og selv om det er teoretisk mulig å kollimere flere stråler fra én enkelt kilde, er de tilgjengelige besparelser begrensede og den økte kompleksitet og tapet av oppløsning vil sannsynligvis være betydelig. Én måte til fremstilling av par med kollimerte stråler fra enkeltkilder er beskrevet mer detaljert nedenfor i forbindelse med kildeholderen.

De spesielle detektorer som benyttes i en densitetsprofilerer er i seg selv ikke kritiske selv om kompakte anordninger vanligvis vil bli brukt i praksis. Detektorene som under bruk neddykkes i testmediet, kan være elektrisk drevne, f.eks. Geiger-Muller-rør (GM-rør) eller scintillasjonsdetektorer forbundet med fotomultipliserere, eller passive som i enkle scintillasjonsanordninger. Blant elektrisk energi-serte detektorer er GM-rør spesielt hensiktsmessige fordi de er elektrisk og termisk robuste og er tilgjengelige i mekanisk robuste former. Blant passive detektorer er scintillasjonsdetektorer forbundet med tellere ved hjelp av fiberoptiske forbindelser (fortrinnsvis med fotomultipliserere utenfor beholderen for det medium som undersøkes) spesielt nyttige. Når elektrisk drevne detektorer blir benyttet, og spesielt når densitetsprofilereren blir brukt i et miljø med brann- eller eksplosjons-fare, er det ønskelig at den totale elektriske energi og effekt tilknyttet detektorene er tilstrekkelig lav til ikke å være en betydelig tennkilde i tilfelle av systemsvikt (som spesielt resulterer i direkte kontakt mellom brennbare eller eksplosive materialer og eventuelle elektrisk ledende komponenter). Fotomultipliserere krever generelt forholdsvis store mengder elektrisk energi (sammenlignet med GM-rør), og det blir således foretrukket å unngå bruk av disse (effektivt) som en del av detektorene. GM-rør er lett tilgjengelige med fysiske sylinderdimensjoner på omkring 12,5 mm lengde og med diameter omkring 5 mm. De oppløsningstall som er gitt ovenfor, er basert på slike rør anordnet med sin akse vertikalt og innrettet koaksialt (den ene over den annen). Oppløsningen kan forbedres ved å bruke mindre anordninger (GM-rør så korte som omkring 5 mm er tilgjengelige) eller ved å anbringe GM-rørene med kortere avstand, f.eks. med aksene anordnet horisontalt, eller ved å forskyve deres akser og overlappe sylindrene i vertikal retning, selv om kortere avstand kan øke graden av krysstale. Bruk av kommersielt tilgjengelige 12,5 mm GM-rør gjør det praktisk å fremstille grupper som inneholder opp til omkring 32 detektorer, eller selv opp til omkring 48, mens den totale effekt i detektorgruppen begrenses slik at den tilfredsstiller den "iboende trygge" verdi for bruk i brennbare eller eksplosive miljøer som finnes ved olje/gass-utvinning. Bruk av passive scintillasjonsdetektorer med fiberoptiske forbindelser er selvsagt enda tryggere ettersom det ikke er noen nødvendige elektriske komponenter i detektorgruppen.

Telleranordningene for disse detektorene vil vanligvis være elektroniske, og hver detektor vil være tilordnet en teller som vanligvis vil være forbundet med en anordning som omformer deteksjonshastigheten (tellehastigheten) til et mål svar-ende til densiteten for hver detektor. Ved å bruke moderne elektronikk vil det vanligvis være mulig å tilveiebringe en teller for hver detektor, en tidsdelt multipleksing av tellere kan benyttes selv med en resulterende økning i den tid som er nødvendig for måling en densitetsprofil.

For bruk i fluidomgivelser, spesielt de forholdsvis aggressive omgivelsene i oljeseparatorer, vil kilde- og detektor-gruppene for en densitetsprofilerer vanligvis være anbrakt i dypprør som tilveiebringer en mekanisk (trykk), kjemisk og, spesielt for elektrisk drevne detektorer, en elektrisk isolerende barriere mellom komponent-ene til profilereren og det materiale som profileres. Materialet i dypprørene vil bli valgt med tilstrekkelig styrke og kjemisk motstand og slik at de er hovedsakelig transparente for den ioniserende stråling. Ved bruk av kilder med høy energi er transparens vanligvis ikke noe problem (og følgelig kan tilstrekkelig trygg skjerm-ing være et problem), og materialer slik som rustfritt stål kan lett benyttes. Ved å bruke kilder med lav energi, f.eks.<241>Am, vil dypprørene vanligvis være laget av mer strålingstransparente materialer slik som titan, med en tykkelse på fra 1 til 3, fortrinnsvis omkring 2 mm, eller syntetiske kompositter med høy ytelse, f.ek.s. fiberforsterket (glass eller karbon) PEEK (aromatisk polyeter-eterketon) hvor veggtykkelsen kan være høyere, f.eks. fra omkring 3 til omkring 10 mm. Når det benyttes elektrisk drevne detektorer og materialet i dypprørene er metallisk, vil en separat elektrisk isolasjonsbarriere vanligvis også være tilveiebrakt.

Strålingskildene vil vanligvis være innelukket i en holder som kan fjernes fra dypprøret for å forenkle installasjon og vedlikehold. Oppfinnelsen innbefatter en kombinert kildeholder og strålekollimator som også kan virke som en kildeskjerm. I dette aspektet av oppfinnelsen er kildeholderen typisk en massiv stav (f.eks. av rustfritt stål), som vanligvis har en diameter på fra 10 til 20 mm, med et antall longitudinalt atskilte radiale hull innrettet for å motta strålingskilder. Kollimatoren er et rør, typisk innrettet for å passe koaksialt over kildeholderen under bruk, laget av et strålingsabsorberende materiale, som er utstyrt med overføringshull som under bruk er anordnet slik at hver kilde med det ene eller flere hull som virker til å overføre, kollimere og dirigere strålingen mot detektorene. Staven og røret kan være laget relativt bevegbare slik at minst én kollimert stråle i en første posisjon blir

generert fra hver kilde, og hver kilde i en annen posisjon blir maskert av en del av røret slik at mesteparten av strålingen fra kilden blir absorbert eller spredt og ingen kollimert stråling blir generert. Den relative bevegelse kan være aksial eller rotasjonsmessig, selv om sistnevnte kan være komplisert hvis det benyttes mer enn én detektorkolonne. Når én enkelt stråle produseres fra hver kilde, vil hullet i rørets vegg vanligvis være horisontalt. Når flere enn én stråle blir generert fra en enkelt kilde, kan hullene (eller i det minste noen av disse) strekke seg ved vinkler over og/under horisontalen. Når det benyttes flere detektorkolonner, vil innrettin-gen av kilder og kollimatorhull være ved passende radiale (og om nødvendig vertikale) vinkler for å projisere stråler mot detektorene.

På fig. 1 i de vedføyde tegninger er det inne i et kildedypprør 1 en fordelt gruppe med kollimerte kilder 2 med ioniserende stråling (kildene vil vanligvis være montert i eller på en kildeholder, men dette er utelatt for tydelighetens skyld). Atskilt fra kildedypprøret er et detektordypprør 3 inne i hvilket det er anordnet et bærekort 4 for en aksialt fordelt detektorgruppe 5 med forbindelser 6 til en analyseenhet for å motta og behandle utgangssignalene fra detektorene 5 (ikke vist). Vanligvis kan detektorene være GM-rør og bæreren 4 vil være eller innbefatte et kretskort for de elektriske komponenter og kontakter, innbefattet forbindelsene 6. Alternativt kan detektorene være scintillasjonsanordninger og forbindelsene 6 kan være fiberoptiske forbindelser til analyseenheten (som kan innbefatte optiske forsterkeranordninger eller optiske/elektroniske forsterkningsanordninger slik som fotomultipliserere og anordninger for omforming fra lys til elektriske signaler, slik som fotodioder). Under bruk blir en kollimert stråle 7 utsendt av kilden og passerer gjennom mediet mellom kildedypprøret og detektordypprøret i den prosess som blir dempet, hovedsakelig på grunn av Compton-spredning, mot den tilsvarende detektor. Signalet ved detektoren svarer til graden av stråledempning og dermed til mediets densitet.

På fig. 2 passerer densitetsprofilererens dypprør 1 og 3 (kilder og detektorer, ikke vist for tydelighets skyld) gjennom veggen i et trykkar 14 i en oljeseparator og er neddykket i flerfasemediet i karet, vanligvis anordnet hovedsakelig vertikalt. Inngangsstrømningen 10 er en blanding av olje, gass og vandig fase ("vann") som blir ført til en syklon 11 for å bevirke foreløpig separasjon av gass som blir ventilert gjennom en utløpsledning 12, vanligvis for ytterligere behandling, og fluid som strømmer til hovedseparatoren gjennom en ledning 13. Fluidstrømningen blir bremset og gjort mindre turbulent av skillevegger 15 før den separeres til lag med gass 16, vann 17, sand/slam 18 og olje 19. De separerte lag strømmer ut gjennom åpninger for henholdsvis gass 20, olje 21 og vann 22.1 praksis kan syklonen være innbefattet i separatorens trykkar 14 og gassutløpsstrømningen 12 kan være felles med gassutløpsstrømningen 20. En ytterligere åpning (ikke vist) kan være anordnet i bunnen av karet for å fjerne sand/slam. Under drift av densitetsprofilereren avhenger det signal (f.eks. i form av en telling) som frembringes av hver detektor, av densiteten til det medium som ligger i strålelengden til detektoren slik at de detektorsignaler som innsamles og behandles av analyseenheten gir en representasjon for densiteten og dermed sammensetningsprofilen til fluidet gjennom dets dybde i det minste fra over gass/olje-grenseflaten til under olje/vann-grenseflaten.

Fig. 3 viser et par detektordypprør 3 som hver har et bærekort 4 og detektorer 5. I kildedypprøret 1 er det anordnet kollimerte kilder 2 i en aksial (vertikal) gruppe, og disse er vekselvis rettet mot måldetektorer i hver av detektorkolonnene.

Én form av kildeholderen og kollimatoren ifølge oppfinnelsen er illustrert på fig. 4 hvor kildebeholdere 25 innbefatter kilder 26 som holdes i hull 27 i en holderstav 28. Kildebeholderne er laget av strålingsabsorberende materiale slik at stråling blir utsendt hovedsakelig fra kildens (strålingsåpne) ende av beholderen. Omkring kildeholderstaven er et skjerm/kollimator-rør 29 som innbefatter hull 30. Som vist er hullene 30 posisjonert overfor kildene og virker til å frembringe kollimerte stråler 31. Relativ bevegelse, spesielt aksial bevegelse, av kildeholderstaven og skjerm/kollimator-røret vil posisjonere "blanke" områder av rørveggen overfor den aktive ende av kildene og dermed i det vesentlige hindre at stråling passerer gjennom rørveggen. Den øvre del av fig. 4 viser en enkelt kollimert stråle som genereres fra en kilde, og den nedre del av figuren illustrerer en måte til generering av to kollimerte stråler fra en enkelt kilde.

I en oljeseparator, f.eks. som illustrert skjematisk på fig. 3, kan gassfasen, når den atskilles fra oljefasen, inneholde dråper eller smådråper, f.eks. aerosoler, og/eller kan utgjøre en skummellomfase med oljen. Forekomsten av for store mengder med skum og/eller et vedvarende skum kan redusere separasjonseffek-tiviteten ved at olje strømmer ut av separatoren med gassen eller gassen med oljen. Dråper kan fås til å skille seg ut fra gassfasen ved innsetting av skillevegger, nett, filtre eller lignende anordninger i separatoren. Disse vil vanligvis være posisjonert i gassfasen, ofte i nærheten av gassutløpet, og strekker seg ofte under over-flaten av oljefasen for å forsterke utfelling av dråper. Utfellingen av oljedråper fra gassfasen kan også forsterkes ved anvendelse av et kjemisk antiskummiddel i mediet. Dette kan brukes i kombinasjon med mekaniske anordninger slik som de som er beskrevet ovenfor.

Likeledes kan emulsjoner og/eller dispersjoner, vann i olje eller olje i vann, dannes som en mellomfase mellom oljefasen og den vandige fase, eventuelt resulterende i at olje innfanges i vannet eller vann i oljen. Tilsetningen av kjemiske demulgatormidler til mediet kan brukes for å redusere omfanget av slike emulsjoner og dispersjoner og dermed forbedre olje/vann-separasjonen.

Forekomsten av betydelige mellomfaser eller interfaser er uønsket ettersom det reduserer tykkelsen av de faser hvor separasjon er hovedsakelig fullstendig og dermed gjør styringen av separatoren mer kritisk hvis faseblanding i utløpet i utløp-ene skal unngås. Densitetsprofilereren muliggjør nøyaktig bestemmelse av posisjonen til fasegrensene og også et estimat av tykkelsen av eventuelle inter-faseområder. Disse data kan brukes til å regulere separatoren ved: 1. å justere innløpsstrømningshastigheten og/eller én eller flere

utløpsstrømningshastigheterforå regulere posisjonen til fasegrensene innenfor forutbestemte grenser; og/eller

2. å justere hastigheten for tilsetning av antiskummidler og/eller

demulgatormidler for å regulere tykkelsen av skum- eller emulsjons- eller dispersjons-interfaselag innenfor forutbestemte grenser.

Densitetsprofilereren kan således innsettes i en tilbakekoplingssløyfe for regulering av oljeseparatoren. Reguleringssløyfen kan innbefatte manuell innstilling av reguleringsventiler for tilsetningsmatehastigheter som reaksjon på målte densitetsprofiler, eller kan (i det minste i prinsippet) være innbefattet i automatiske reguleringssystemer.

Claims (7)

1. Kombinert strålingskildeholder og kollimator,karakterisert vedat kildeholderen er en stav med et antall hull innrettet for å motta strålingskilder, og anordnet teleskopisk med staven, et rør laget av strålingsabsorberende materiale utstyrt med overføringshull, idet staven og røret er relativt bevegbare i forhold til hverandre slik at hver kilde i en første posisjon er innrettet med minst ett overgangshull for å tilveiebringe en bane langs hvilken stråling fra kilden gjennomskjærer tykkelsen av røret for å tilveiebringe en kollimert stråle som blir projisert lateralt i forhold til staven og røret, og ved at hver kilde i en annen stilling blir maskert av en del av røret slik at ingen kollimert stråle blir generert.

2. Kildeholder og kollimator ifølge krav 1, hvori hullene som er innrettet for å motta strålingskilder, er radiale hull i kildeholderstaven.

3. Kildeholder og kollimator ifølge krav 2 eller 3, hvori røret av strålingsabsorberende materiale er anordnet hovedsakelig koaksialt med kildeholderstaven.

4. Kildeholder og kollimator ifølge et av de foregående krav, hvori den relative bevegelse er rotasjonsmessig.

5. Kildeholder og kollimator ifølge et av de foregående krav, hvori kildeholderstaven og røret av strålingsabsorberende materiale er aksialt bevegelige i forhold til hverandre.

6. Kildeholder og kollimator ifølge et av de foregående krav, hvori flere enn én stråle blir kollimert fra en enkelt kilde.

7. Kildeholder og kollimator ifølge et av de foregående krav, hvori i det minste noen av hullene i røret og/eller staven strekker seg ved en vinkel over og /eller under horisontalen.