NO340358B1

NO340358B1 - Sonar-forbehandlingsinnretning for periferistrømning

Info

Publication number: NO340358B1
Application number: NO20090809A
Authority: NO
Inventors: Alejandro Vera; Daniel Rodriguez; Vijay Ramakrishnan; Omer Haldun Unalmis; Espen S Johansen; Leslie Wayne Perry
Original assignee: Weatherford Tech Holdings Llc
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2017-04-10
Also published as: GB2457587B; US20100018325A1; GB0902853D0; NO20090809L; CA2654952C; US20090211369A1; CA2654952A1; GB2490624A; GB2457587A; GB201214189D0; US7926360B2; US7607361B2

Description

SONAR-FORBEHANDLINGSINNRETNING FOR PERIFERISTRØMNING

Utførelsesformer av oppfinnelsen vedrører generelt apparater og fremgangsmåter for strømnings-måling.

I petroleumsindustrien, som i mange andre industrier, byr evnen til å overvåke strømning av fluider

i prosessrør på betydelig verdi. Noen fremgangsmåter til bestemmelse av et fluids strømningsrate benytter en måler, som blir omtalt som en Sonar-strømningsmåler, for å detektere og analysere trykkvariasjoner som vandrer sammen med fluidet. Disse trykkvariasjoner lar seg imidlertid kanskje ikke detektere under enkelte driftsforhold på grunn av målerens følsomhet og begrensninger i sig-nal-støy-forhold.

For eksempel kan dynamiske trykk i strømningen som ikke er over en viss minimumsterskel, begrense evnen til å detektere trykkvariasjonene. Siden det dynamiske trykk er basert på strømning-ens hastighet og fluidets densitet, muliggjør måleren kanskje ikke måling av strømningsrater så lave som ønsket, særlig for fluider rike på gass, hvilke har relativt lavere densiteten Videre kan endringer i strømningsmønstre, slik som dem som oppstår gjennom en dyse, forårsake turbulens-reduksjoner inne i strømningen idet strømningen akselererer gjennom dysen og er tilbøyelig til å bli laminær. Siden det er turbulens som tilveiebringer trykkvairasjonene detektert av måleren, kan konstruksjoner som endrer strømningsmønsteret og som kan være gunstige eller nødvendige av andre grunner, negativt påvirke evnen til å detektere trykkvariasjonene, hvilken kanskje allerede er svak avhengig av strømningens dynamiske trykk. Gjenutvikling av et turbulent grenselag oppstår borte fra den konstruksjon som endret strømningsmønsteret. Plassering av måleren der hvor turbulente strukturer utvikles igjen, øker imidlertid et lengdebehov for måleren, og nødvendiggjør derved større installasjonsplass som kanskje ikke er tilgjengelig i enkelte situasjoner, slik som på rigger til havs. Denne merlengde øker også vekten og gjør transport vanskeligere og fører til at måleren blir dyrere og mer tidkrevende å fremstille.

US4312234A beskriver en strømningsmåler for måling av trykkfall som er indikative for strømnings-ratene for de ulike fasene i en tofase gass- og væskestrømning. Det er tilveiebrakt elementer som skaper og måler friksjonstrykkfall i tofasestrømningen. Det er også tilveiebrakt elementer som skaper og måler et akselerasjonstrykkfall i tofasestrømningen. Det brukes kjente matematiske model-ler for korrelering av trykkfall og strømningsrater for de ulike fasene. Friksjonstrykkfallet måles fortrinnsvis over et vridd band, akselerasjonstrykkfallet måles over en venturi nedstrøms det vridde båndet, og trykkfallene måles med trykktransdusere. Måleapparatet måler fortrinnsvis også det statiske trykket I tofasestrømningen.

US7086294B2 beskriver en gjenvinnbar, nedihulls strømningsmåler. Et hus med en utvendig profil innrettet til å lande på en profil i et rør, har en passasje med en innsnevring. Oppstrøms og ned-strøms innsnevringen er det i sideveggen på huset anordnet porter som er i fluidkommunikasjon med innsnevringen og med et parti av passasjen nedstrøms innsnevringen. Pakninger er anordnet mellom huset og røret og avgrenser et oppstrøms ringformet kammer og et nedstrøms ringformet kammer som omslutter huset. Kamrene er i fluidkommunikasjon med portene i huset. Oppstrøms og nedstrøms rørporter i rørets sidevegg er i fluidkommunikasjon med oppstrøms- og nedstrøms-kamrene. En sensorkrets er i operativt inngrep med rørportene for å fastsette en strømningsrate basert på trykkforskjeller mellom innsnevringen og nedstrømspartiet i passasjen i huset.

Det er behov for forbedrede apparater og fremgangsmåter for avføling av et fluids strømningshas-tighet basert på detektering av strømningsvariasjoner som vandrer sammen med fluidet.

Oppfinnelsen tilveiebringer et apparat som i én utførelsesform detekterer trykkvariasjoner i et strømmende fluid. En ledning i apparatet inneholder fluidet og har en første seksjon med en første indre diameter og en andre seksjon med en andre indre diameter som er større enn den første indre diameter, for mellom den første og den andre seksjon å angi et bakovervendt trinn som frembringer trykkvariasjonene. Et arrangement av trykksensorer avføler trykkvariasjonene idet trykksensorene er plassert med innbyrdes avstand langs en lengde av den andre seksjon med den andre indre diameter.

For én utførelsesform tillater en fremgangsmåte ved detektering av trykkvariasjoner i et fluid som strømmer i en ledning, måling av en hastighet til fluidet. Fremgangsmåten innbefatter å innføre trykkvariasjonene i fluidet med et bakovervendt trinn som utgjøres av en forstørrelse i en indre diameter i ledningen i en fluidstrømningsretning samt å redusere turbulens i fluidet med et parti med konvergerende indre diameter i ledningen forut for innføring av trykkvariasjonene, hvor den indre diameter blir redusert gradvis fra en primær diameter foran partiet med konvergerende diameter til en første diameter forut for forstørrelsen ved trinnet til en andre diameter som er mindre enn den primære diameter. Videre skjer avføling av trykkvariasjonene med et arrangement av trykksensorer på steder med innbyrdes avstand langs en lengde av ledningen, hvor den indre diameter forblir forstørret forbi trinnet, før fluidets hastighet regnes ut basert på de avfølte trykkvariasjoner.

Et system detekterer, i én utførelsesform, trykkvariasjoner i et fluid for måling av strømning av fluidet. Systemet innbefatter en ledning som inneholder fluidet og er konfigurert slik at en første seksjon av ledningen befinner seg mellom en andre seksjon av ledningen og et parti av ledningen med konvergerende indre diameter som gradvis reduserer en primær indre diameter i ledningen til en første indre diameter ved den første seksjon, hvilken første seksjon går over i den andre seksjon som har en andre indre diameter som er større enn den første indre diameter. Systemet innbefatter videre et arrangement av trykksensorer for avføling av trykkvariasjonene og signalgrensesnittskretssystem som er konfigurert til å måle en hastighet til fluidet basert på signaler fra arrangementet av trykksensorer plassert med innbyrdes avstand langs en lengde av den andre seksjon med den andre indre diameter.

For detaljert forståelse av de ovenfor angitte trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan en mer inngående beskrivelse av oppfinnelsen, som ovenfor er sammenfattet kort, fås ved å se på utførel-sesformer, hvorav noen er illustrert på de vedføyde tegninger. Det skal imidlertid bemerkes at de vedføyde tegninger bare illustrerer typiske utførelsesformer av denne oppfinnelse og derfor ikke skal anses å være begrensende for dens ramme, for oppfinnelsen kan gi adgang til andre like ef-fektive utførelsesformer. Fig. 1 er et tverrsnittsoppriss av en ledning med et bakovervendt trinn plassert foran sensorer i en strømningsmåler som er koplet til ledningen for å detektere trykkvariasjoner i fluid som strømmer gjennom ledningen, i overensstemmelse med utførelsesformer av oppfinnelsen; Fig. 2 er et gjennomskåret oppriss av en ledning med en periferistrømningsforbehandlings-innretning anbrakt mellom sensorer i en strømningsmåler og en strømningsdyse, i overensstemmelse med én utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 3 er et delvis gjennomskåret lengderiss av et strømningsratemålesystem som benytter

periferistrømningsforbehandlingsinnretningen vist på figur 2;

Fig. 4 er en graf over Sonar-hastighet for strømningsmålere med og uten bakovervendt

trinn mot en referansehastighet;

Fig. 5 er en graf over et kvalitetsmål mot dynamisk Sonar-trykk for strømningsmålere med

og uten bakovervendt trinn; og

Fig. 6 er en graf over Sonar-overavlesning mot væskemassekvalitet for strømningsmålere

med og uten bakovervendt trinn.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vedrører generelt strømningsmålere, f.eks. som brukt til måling av hastigheten til produksjonsfluid som strømmer gjennom produksjonsrør i en olje-/gassbrønn. Produksjonsfluidet kan inneholde væske- og/eller gassfaser av hydrokarboner og/eller vann. I tillegg kan strømningsmålerne være koplet til ledninger som transporterer fluider i tilknytning til andre industrier. Strømningsmålerne er avhengig av detektering av trykkvariasjoner generert som et resultat av et bakovervendt trinn som grunnlag for strømningsmålingsberegninger. Trykkavføling skjer borte fra trinnet i en strømningsretning for fluidet i et område av strømningsmåleren med for-sterket turbulens, hvor den indre diameter forblir forstørret som et resultat av trinnet.

Fig. 1 illustrerer en strømningsmåler 200 med sensorer 202 fordelt langs en lengde av ledningen 204 og koplet til ledningen 204 for å detektere trykkvariasjoner i fluid 206 (avbildet ved en pil som viser strømningsretning) som strømmer gjennom ledningen 204. Avstand mellom sensorene 202 muliggjør avføling av trykkvariasjonene som vandrer med strøm av fluidet 206 og som blir indusert i strømmen som beskrevet ytterligere i dette skrift. For noen utførelsesformer måler sensorene 202 på en ikke-strømningsforstyrrende måte trykkvariasjonene med respektive spoler av optisk fiber viklet rundt ledningen 204 for å angi hver av sensorene 202. Andre trykkmålingsinnretninger, som f.eks. piezoelektriske detektorer eller detektorer basert på polyvinylidenfluorid (PVDF) kan utgjøre sensorene 202 og tilveiebringe trykksignaler som variere med tid, for strømningsmåleren 200. Tolkning av trykksignalene fra sensorene 202 muliggjør bestemmelse av i det minste blandings-strømningshastigheten for fluidet 206. Amerikansk patent nr. 6782150 beskriver eksempler på for-målstjenlige beregninger for bestemmelse av hastigheten med lignende apparat.

Ledningen 204 innbefatter et bakovervendt trinn 208 plassert foran sensorene 202. Som vist fore-kommer det bakover/endte trinn 208 mellom en første seksjon 210 av ledningen 204 og en andre seksjon 212 av ledningen 204 med relativt større indre diameter, idet fluidets 206 strømningsret-ning er fra den første seksjon 210 til den andre seksjon 212. For noen utførelsesformer angir trinnet 208 i forhold til strømningsretningen en nitti graders overgang mellom innvendige diametere i den første og den andre seksjon 210, 212 rundt en fullstendig periferi i ledningen 204. Overgangs-vinkelen kan variere så lenge det genereres separasjonsforstyrrelser 214 som skal detekteres av sensorene 202. Separasjonsforstyrrelsene 214 oppstår som et resultat av at fluidet 206 strømmer over trinnet 208, i hvilket øyeblikk det utvikler seg turbulente strømvirvler for å fylle ut bakom trinnet 208. Sensorene 202 detekterer separasjonsforstyrrelsene 214 i ledningens 204 andre seksjon 212 som har den større indre diameter enn den første seksjon 210.1 noen utførelsesformer forblir den andre seksjons 212 indre diameter konstant fra trinnet 208 og over der hvor sensorene 202 er plassert.

Det finnes ikke noe krav om at separasjonsforstyrrelsene 214 må ha en fast frekvens for noen spesiell strømningsrate. Derimot bruker en virvelavløsningsmåler for eksempel avløsningsvirvler hvor periodisitet er viktig. Avløsningsvirvlene krever stumpe legemer av spesiell fasong i målerens strømningsbane for å frembringe konveksjon av avløsningsvirvlene med en forutsigbar bestemt rate. De stumpe legemer er målbevisst formet til å frembringe trykkbalanserte virvler som er sym-metriske om de stumpe legemer, for å sikre at det blir avløst virvler med én enkelt forutsigbar frekvens for en gitt strømningsrate for fluid inne i måleren. I noen utførelsesformer kan det bakovervendte trinn 208 ved hvilken som helst gitt strømningsrate tilveiebringe en rekke frekvenser for separasjonsforstyrrelsene 214. Analyse av signalene fra sensorene 202 kan svare til flerfoldige frekvenser knyttet til separasjonsforstyrrelsene 214 for derved å tilveiebringe data som kan være ønskelige til bruk ved den forannevnte tolkning av signalene. For eksempel ved at trinnet 208 er sammenhengende og ensartet rundt hele periferien i ledningen 204, så mangler det noe balanser-ende trekk, hvorved det ikke blir generert noen spesiell periodisitet.

Umiddelbart etter at de er blitt innført i fluidet 206 som et resultat av en separasjonseffekt ved trinnet 208, vandrer separasjonsforstyrrelsene 214 sammen med strømningen. Trinnet 208 beskytter separasjonsforstyrrelsene 214 som blir ført forbi sensorene 202 over et område 216 med forøket turbulens forbi trinnet 208, hvor koherens vedvarer før nedstrøms gjenutvikling av strømningska-rakteristikker uten separasjonsforstyrrelsene 214. Særlig blir fluid i områder i den andre seksjon 212 utenfor et sentralt område svarende til den første seksjons 210 mindre diameter, værende ute av innretting på linje med den strømning som kommer fra den første seksjon 210, slik at det som er utenfor det sentrale område, er tilbøyelig til å være beskyttet i det minste over området 216 med forøket turbulens. Dette fenomen som er knyttet til trinnet 208, står i kontrast til et spor som mangler noen som helst slik beskyttelse for potensielle, ustadige strømningsfelter med bestemte frekvenser (f.eks. Rossiter-frekvenser) generert etter som strømmen beveger seg over den fremre og den bakre vegg i et hulrom tilveiebrakt av sporet inne i en ellers ensartet bane. I tillegg til at meka-nismen og den måte som separasjonsforstyrrelsene 214 blir innført på med trinnet 208, er forskjel-lig fra fremgangsmåten med spor, kan trinnet 208, om ønskelig, tilveiebringe separasjonsforstyrrelsene 214 også uten at det innføres innsnevringer i ledningen 204, siden hvilke som helst utspring kan begrense strømning, hemme passasje gjennom ledningen 204 og potensielt eroderes eller slites bort.

For noen utførelsesformer innbefatter området 216 med forhøyet turbulens sensorene 202 og strekker seg aksialt inntil omtrent ti eller tyve diameteres lengder nedstrøms fra trinnet 208 (basert på den andre seksjons 212 indre diameter). Trinnets 208 høyde kan variere basert på anvendelse og ledningens 204 diameter. For eksempel kan trinnets 208 høyde sammenlignet med ledningens 204 diameter ved den første seksjon 210 tilveiebringe et forhold på omtrent 0,015, idet trinnets 208 høyde kan være mellom 1,0 millimeter (mm) og 10,0 mm, eller omtrent 3,0 mm mens ledningens 204 diameter i den første seksjon 210 kan være mellom 25,0 mm og 500,0 mm eller omtrent 50,0 mm.

Fig. 2 viser et gjennomskåret oppriss av en ledning 108 med en periferistrømningsforbehandlings-innretning 128 (f.eks. et bakovervendt trinn) plassert mellom avfølingselementer 122-124 i en måler

(104) basert på trykksensorarrangement (Sonar) (vist på fig. 3 som eksempel i et strømningsrate-målesystem 100) og et strømningsdyseparti eller parti 120 med konvergerende indre diameter i ledningen 108. En fluidstrøm 110 foran partiet 120 med konvergerende diameter innbefatter turbulens 135 som i det minste avtar når fluidstrømmen 110 passerer gjennom partiet 120 med konvergerende indre diameter i ledningen 108. Partiet 120 med konvergerende indre diameter reduserer gradvis den indre diameter i ledningen 108 fra en primær diameter D og resulterer derved i at fluid-strømmen 110 akselererer og blir laminær. Deretter angir strømningsforbehandlingsinnretningen 128 en overgang i fluidstrømningens 110 retning fra en første indre diameter di til en andre indre diameter 62som er større. Den primære diameter D kan være større enn den andre indre diameter d2og kan være omtrent to ganger den første indre diameter di. Forskjellen mellom di og d2be-stemmer trinnhøyden. Variasjon i trinnhøyden kan tilpasse moderate endringer i dysegeometrien

(dvs. forholdet di/D, også kjent som dysens beta-forhold) for derved å gi bedre tilpassing mellom eksisterende differensialtrykkmåletransduseres måleområder til de strømningsrater som anvendel-sen krever. Avfølingselementene 122-124 kan, basert på strekk i ledningen 108 på steder hvor ledningen 108 beholder den andre indre diameter 62, detektere trykkvariasjoner forårsaket av separasjonsforstyrrelser 134 frembrakt som et resultat av strømningsforbehandlingsinnretningen 128.

Fig. 3 illustrerer et eksempel på strømningsratemålesystem 100 som benytter periferistrømnings-forbehandlingsinnretningen 128. Strømningsratemålesystemet 100 innbefatter en ventu ri basert måler 102, måleren 104 basert på trykksensorarrangement (Sonar), og en valgfri vann-i-væske-forhold (WLR)-måler, som alle er anbrakt langs ledningen 108 inneholdende fluidstrømmen 110. Målerne 102,104,106 er koplet til signalgrensesnittskretssystemet 112 via en overføringsledning 114. Signalgrensesnittskretssystemet 112 tar imot og behandler signaler fra målerne 102,104,106 for å regne ut hastighet og/eller fasefraksjonsstrømningsrater for fluidstrømmen 110 ved bruk av logikk basert på prinsipper beskrevet for eksempel i amerikansk patentsøknad med serienr. 11/625460 med tittelen "Wet-gas Flowmeter" (strømningsmåler for våt gass).

Den venturibaserte måler 102 innbefatter en første og en andre port 116,118 som er utsatt for trykk i fluidstrømmen 110 som passerer gjennom en innsnevring tildannet av partiet 120 med konvergerende indre diameter i ledningen 108. For noen utførelsesformer har den første og den andre port 116,118 uttak i ledningen 108 henholdsvis der hvor den primære diameter D finnes og der hvor den indre diameter di finnes. Den venturibaserte måler 102 angir en differensialtrykkavfølen-de måler mellom den første port 116 plassert oppstrøms for partiet 120 med konvergerende indre diameter og den andre port 118 plassert i en innsnevringsseksjon nedstrøms for partiet 120 med konvergerende indre diameter. Fluidstrømmen 110 er tilbøyelig til bli laminær når den passerer gjennom partiet 120 med konvergerende indre diameter, og reduserer derved turbulens som kan behøves for å oppnå egnede resultater med den Sonar-baserte måler 104.

Den Sonar-baserte måler 104 kan innbefatte to eller flere trykkavfølende elementer langs området med forhøyet turbulens. Maksimumsantallet sensorer begrenses av hvert avfølende elements fy-siske bredde og lengden av området med forhøyet turbulens. Tre av de trykkavfølende elementer 122,123 og 124 er fordelt aksialt langs en lengde av ledningen 108. Riktig avstand mellom de av-følende elementer 122-124 muliggjør avføling av kortvarige lokale trykkvariasjoner som vandrer sammen med fluidstrømmen (omtalt som "strømningshastighetsavføling") og kan også muliggjøre avføling av akustiske signaler som vandrer med lydens hastighet gjennom fluidstrømmen 110 inne i ledningen 108 (omtalt som "akustisk avføling"). Tolking av disse signaler fra den Sonar-baserte måler 104 muliggjør bestemmelse av i det minste blandingsstrømningshastigheten (vm) til fluid-strømmen 110 og kan også muliggjøre bestemmelse av lydens hastighet (SOS, amt) i fluidstrøm-men 110.

WLR-måleren 106 kan virke på grunnlag av prinsipper for spektroskopi ved at den er avhengig av forskjeller mellom olje og vann i absorpsjon av nær-infrarødt lys. I noen utførelsesformer tilveie bringer en intrusjonssonde i WLR-måleren 106 i fluidstrømmen 110 et prøveområde 126 hvor inngående lys passerer gjennom et parti av fluidstrømmen 110 og deretter blir detektert. Absorpsjon av det inngående lys i fluidstrømmen 110 svekker det inngående lys og avhenger, betinget av bøl-gelengde, av innholdet i fluidstrømmen 110 for å muliggjøre bestemmelse av f.eks. den prosentvise andel av vann og den prosentvise andel av olje. Fig. 4-6 viser resultater oppnådd fra forsøk gjennomført ved bruk av to lignende strømningsmålere, slik som strømningsratemålesystemet 100 vist på fig. 3, men idet bare én av de to har et bakovervendt trinn. En graf tilveiebrakt på fig. 4 fremstiller Sonar-hastighet bestemt med strømningsmåler-ne med og uten det bakovervendte trinn mot en referansehastighet. En referanselinje 400 angir referansehastigheten. En første og en andre linje 401, 402 svarer til data oppnådd ved bruk av henholdsvis strømningsmåleren med det bakovervendte trinn og strømningsmåleren uten det bakovervendte trinn. Nærvær av trinnet påvirker bare minimalt (med omtrent 5 %) den beregnede hastighet basert på forskjellen mellom den første og den andre linje 401, 402. Dessuten bibeholder den første linje 401 linearitet slik at strømningsmåleren med det bakovervendte trinn kan kalibreres lignende strømningsmåleren uten det bakovervendte trinn. Fig. 5 fremstiller en graf over et kvalitetsmål mot dynamisk Sonar-trykk for strømningsmåleren med det bakovervendte trinn (en første kurve 501) og strømningsmåleren uten det bakovervendte trinn (en andre kurve 502). Dynamisk trykk beregnes basert på den bulkhastighet som råder langs Sonar-sensorarrangementet. Kvalitetsmålet er en ytelseskvantifisering for et resultat av en strøm-ningsfeltbehandlingsalgoritme. Algoritmeresultatet V er maksimum for en kraftkorrelasjonsfunksjon P(v). Strømningskvalitetsmålet Q regnes ut ved å evaluere kraftkorrelasjonsfunksjonen for en gitt hastighet V og dens negativ, deretter utforme et forhold mellom deres forskjell og deres sum:

Tilfeldig, ukorrelert støy er retningsuavhengig. Energien knyttet til strømningsvirvlene er imidlertid korrelert og beveger seg i én retning. Kvalitetsmålet måler asymmetrien i kraftkorrelasjonsfunksjonen ved en gitt hastighet. Dersom kvalitetsmålet er nær null, da er energien grovt sett symmetrisk, og det er liten kontrast mellom virvelenergien og bakgrunnsstøyen. Dersom kvalitetsmålets abso-luttverdi er nær én, da er energien større i strømningsretningen. Tillit til feltbehandlingsalgoritmens resultat kan være avhengig av at kvalitetsmålet ikke faller under en (konfigurerbar) terskel. Idet det gjelder det bakovervendte trinn, er kvalitetsmålet en erstatning for et signal-støy-forhold ved evalu-ering av relativ signalstyrke, hvor det måler kraftkorrelasjonsryggens "synlighet".

Kvalitetsmålet for den første kurve 501 øker fra omtrent 0,1 ved dynamisk trykk på omtrent 100 pascal (Pa) til omtrent 0,7 for dynamiske trykk på omtrent 3500 Pa, mens kvalitetsmålet angitt av den andre kurve 502 er lavere med en faktor på omtrent 4 til 5 og er under 0,1 ved 500 Pa og øker bare til omtrent 0,2 for dynamiske trykk på omtrent 3500 Pa. Lavere dynamiske trykk kan således måles med nøyaktighet siden enhver avlesning over en terskel for kvalitetsmålet (f.eks. 0,1) kan tilveiebringe pålitelige resultater. Som vist, øker strømningsmåleren med det bakovervendte trinn det dynamiske område ved dynamiske minimumstrykk med en faktor på minst tre, sammenlignet med avlesninger av lignende kvalitet gjort ved bruk av strømningsmåleren uten det bakovervendte trinn. Strømningsmåleren med det bakovervendte trinn frembringer derved videre mer pålitelige avlesninger for å muliggjøre høyere tiltronivåer for alle målingene. For det typiske materiale (rust-fritt stål) og den typiske rørtykkelse brukt i kommersielle Sonar-målere, kan bruk av det bakovervendte trinn i strømningsmåleren muliggjøre målinger med dynamiske trykk under 500 Pa og så lave som 100 Pa eller 50 Pa. Det bakovervendte trinn forsterker med andre ord turbulente trykks-vingninger. Nevnte forsterkede svingninger har en amplitude som tilsvarer en høyere prosentandel av det dynamiske trykk. Som referanse: det dynamiske trykk på 100 Pa tilsvarer vannstrømnings-hastigheter på omtrent 0,3 meter pr. sekund (m/s) sammenlignet med bare 1,0 m/s for det dynamiske trykk på 500 Pa. Denne økte detekteringsevne med hensyn til minimumshastigheter kan åpne for muligheten til å bruke strømningsmålerne beskrevet i dette skrift i anvendelser slik som strømningsmåling av avbrenningsgass hvor fluidstrømmen innbefatter avbrenningsgasser.

Fig. 6 illustrerer en graf over Sonar-overavlesning mot en væskemassekvalitet for strømningsmåle-ren med det bakovervendte trinn (en første kurve 601) og strømningsmåleren uten det bakovervendte trinn (en andre kurve 602). Sonar-overavlesningen er et trekk ved strømningsmålerne for å generere, på økende måte i forhold til høyere væskeinnhold, målte hastigheter som er høyere enn faktiske verdier under betingelser hvor væskemengden er mindre enn 5 %. Væskemassekvaliteten refererer til forholdet mellom væskens og den totale massestrøms rate. Den første og den andre kurve 601, 602 (innenfor 5 % av hverandre) har i det vesentlige samme respons og kan således tillate kompensering på lik måte.

Selv om foranstående er rettet mot utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse, kan det ten-kes ut andre og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen uten at man går ut over dens grunn-leggende ramme, og dens ramme bestemmes av de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Apparat (200) til detektering av trykkvariasjoner i et strømmende fluid (110, 206),karakterisert vedat det omfatter en ledning (108, 204) som inneholder fluidet (110, 206), hvor en første seksjon (210) av ledningen (204) har en førs-te indre diameter (di), og en andre seksjon (212) av ledningen (204) har en andre indre diameter (d2) som er større enn den første indre diameter (di), for mellom den første og den andre seksjon (210, 212) å angi et bakovervendt trinn (128, 208) som frembringer trykkvariasjonene; og et arrangement av trykksensorer (122, 202) som skal avføle trykkvariasjonene, hvor sensorene (122, 202) er plassert med innbyrdes avstand langs en lengde av den andre seksjon (212) med den andre indre diameter (d2).

2. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat det bakovervendte trinn (128, 208) har en form som frembringer trykkvariasjonene med flerfoldige frekvenser ved hvilken som helst gitt strømningsrate.

3. Apparat (200) ifølge krav 2,karakterisert vedat det bakovervendte trinns (128, 208) form er ensartet og sammenhengende rundt en hel periferi i ledningen (108, 204).

4. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat ledningens (108, 204) første seksjon (210) befinner seg mellom trinnet (128, 208) og et parti (120) med konvergerende indre diameter i ledningen (204) som gradvis reduserer en primær indre diameter (D) i ledningen (204) til den første indre diameter (di) ved den første seksjon (210).

5. Apparat (200) ifølge krav 4,karakterisert vedat partiet (120) med konvergerende indre diameter er en dyse.

6. Apparat (200) ifølge krav 4,karakterisert vedat den primære indre diameter (D) er større enn den andre indre diameter (d2).

7. Apparat (200) ifølge krav 4,karakterisert vedat det videre omfatter en differensiattrykkavfølende måler (102) for å måle en forskjell i trykk mellom en første og en andre port (116,118) plassert på hver side av partiet (120) med konvergerende indre diameter.

8. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat det videre omfatter signalgrensesnittskretssystem (112) konfigurert til å måle en hastighet til fluidet (110, 206) basert på signaler fra arrangementet av trykksensorer (122, 202).

9. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat arrangementet av trykksensorer (122,202) innbefatter spoler av optisk fiber viklet rundt en utside av ledningen (108, 204).

10. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat arrangementet av trykksensorer (122, 202) innbefatter detektorer basert på piezoelektrisitet.

11. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat arrangementet av trykksensorer (122, 202) er plassert innenfor én meter fra trinnet (128, 208).

12. Apparat (200) ifølge krav 1,karakterisert vedat høyden på det bakovervendte trinn (128, 208) er mellom omtrent 1,0 mm og 10,0 mm.

13. Fremgangsmåte til detektering av trykkvariasjoner i et fluid (110) som strømmer i en ledning (108), for å måle en hastighet til fluidet (110),karakterisertved at fremgangsmåten omfatter trinnene: å innføre trykkvairasjonene i fluidet (110) med et bakovervendt trinn (128) dan-net ved en forstørrelse i en indre diameter (di) i ledningen (108) i en fluidstrømningsret-ning; å redusere turbulens i fluidet (110) med et parti (120) med konvergerende indre diameter i ledningen (108) forut for innføring av trykkvariasjonene, hvor den indre diameter blir redusert gradvis fra en primær diameter (D) foran partiet (120) med konvergerende diameter til en første diameter (di) forut for forstørrelsen ved trinnet (128) til en andre diameter (d2) som er mindre enn den primære diameter (D); å avføle trykkvariasjonene med et arrangement av trykksensorer (122) på steder beliggende med innbyrdes avstand langs en lengde av ledningen (108) hvor den indre diameter (d2) forblir forstørret forbi trinnet (128); og å beregne hastigheten til fluidet (110) basert på de avfølte trykkvairasjoner.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13,karakterisert vedat den videre omfatter trinnet å måle et differensialtrykk mellom oppstrøms og nedstrøms for partiet (120) med konvergerende indre diameter.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13,karakterisert vedat et dynamisk trykk i fluidet (110) er mindre enn 500 pascal.

16. System (100) til detektering av trykkvariasjoner i et fluid (110) for å måle strømning av fluidet (110),karakterisert vedat systemet (100) omfatter en ledning (108) inneholdende fluidet (110), hvor en første seksjon av ledningen (108) befinner seg mellom en andre seksjon av ledningen (108) og et parti (120) med konvergerende indre diameter i ledningen (108) som gradvis reduserer en primær indre diameter (D) i ledningen (108) til en første indre diameter (di) ved den første seksjon, hvilken første seksjon går over i den andre seksjon som har en andre indre diameter (d2) som er større enn den primære indre diameter (D); et arrangement av trykksensorer (102, 104, 106) for avføling av trykkvariasjonene, idet trykksensorene (102,104,106) er plassert med innbyrdes avstand langs en lengde av den andre seksjon med den andre indre diameter (d2); og et signalgrensesnittskretssystem (112) konfigurert til å måle en hastighet til fluidet (110) basert på signaler fra arrangementet av trykksensorer (102,104, 106).

17. System (100) ifølge krav 16,karakterisert vedat det videre omfatter en differensialtrykkavfølende måler (102) til måling av en forskjell i trykk mellom en første og en andre port (116,118) plassert på hver side av partiet (120) med konvergerende indre diameter.

18. System ifølge krav 17,karakterisert vedat det videre omfatter en måler (106) for vann-i-væske-forhold.

19. System ifølge krav 16,karakterisert vedat det videre omfatter en måler (106) for vann-i-væske-forhold.

20. System ifølge krav 16,karakterisert vedat den primære indre diameter er større enn den andre indre diameter.

21. System ifølge krav 16,karakterisert vedat hastigheten er målbar ved dynamiske trykk i fluidet så lave som 100 Pa.

22. System ifølge krav 16,karakterisert vedat det bakovervendte trinnet (128, 208) tildanner en nitti graders overgangsvinkel mellom den første og den andre indre diameter (di, d2) til den første og den andre seksjon (210, 212).

23. System ifølge krav 16,karakterisert vedat arrangementet av trykksensorer (122, 202) er konfigurert til å avføle strekk i den andre seksjon (212) av ledningen (204) etter hvert som trykkvariasjonene forflytter seg i fluidet (110, 206).

24. System ifølge krav 16,karakterisert vedat arrangementet av trykksensorer (122, 202) er konfigurert til å avføle akustiske signaler som forflytter seg med lydens hastighet gjennom fluidet (110, 206) i ledningen (204).

25. System ifølge krav 16,karakterisert vedat det videre omfatter en differensialtrykkavfølende måler (102) for å måle en forskjell i trykk mellom en første og en andre port (116,118) som er eksponert for fluidet (110, 206) og spenner over i det minste en del av partiet (120) av ledningen (204) med konvergerende indre diameter, hvor den første port (116) er plassert oppstrøms den andre port (118).

26. System ifølge krav 25,karakterisert vedat den første port (116) er anordnet oppstrøms partiet (120) med konvergerende indre diameter hvor ledningen (204) har sin primære diameter (D).

27. System ifølge krav 26,karakterisert vedat den andre port (118) er anordnet nedstrøms partiet (120) med konvergerende indre diameter i den første seksjon (210) hvor ledningen (204) har sin første indre diameter (di).

28. System ifølge krav 16,karakterisert vedat formen på det bakovervendte trinn (128, 208) er ensartet og sammenhengende rundt en hel periferi i ledningen (108, 204).