NO344669B1

NO344669B1 - En fremgangsmåte og anordning for flerfasemåling i nærheten av avleiringer på rørveggen

Info

Publication number: NO344669B1
Application number: NO20121398A
Authority: NO
Inventors: Arnstein Wee; Kenneth Gundersen
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2020-03-02
Also published as: AU2013348477B2; GB201509629D0; US20150316402A1; US9772206B2; GB2522592A; CA2891325A1; AU2013348477A1; WO2014081315A2; NO20121398A1; GB2522592B; CA2891325C; WO2014081315A3

Description

En fremgangsmåte og anordning for flerfasemålinger i nærheten av avleiringer på rørveggen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for måling av de individuelle komponenter av et flerfasefluid med tilstedeværelse av et uønsket belegg på rørveggen, for eksempel avleiringer eller voks, som definert i innledningen av krav 1 og 10. henholdsvis. Ved å bruke fremgangsmåten og apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse, er det mulig å påvise og bestemme tykkelsen av det uønskede belegget på veggen til et flerfaset målesystem og bruke denne informasjonen til å oppnå en forbedret måling av strømningshastighetene til de enkelte komponentene i flerfaseblandingen.

Problemet med hvordan å måle olje-vann-gassblandinger har vært av interesse for petroleumsindustrien siden tidlig på 1980-tallet. Siden den gang har betydelig forskning blitt gjennomført i utviklingen av en tre-fase strømningsmåler egnet for bruk i et industrielt miljø.

Flerfasestrømning i olje- og gassindustrien er vanligvis definert som en blanding av væske og gass. Mengden av fri gass, også betegnet GVF, er typisk i størrelsesorden området 10-99 % av volumet av røret. For GVF i størrelsesorden 95 % - 99,99 %, blir flerfase ofte referert til som en våt gass hvor den flytende delen er vann og kondensat (lettolje). En våt gass måleren er dermed en flerfasemåler skreddersydd for flerfasestrømninger med GVF i størrelsesorden 95 til 99,99 %.

Det er flere teknikker og kjente instrumenter for måling av flerfasestrømning, slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor. Slike instrumenter må være rimelig nøyaktige (typisk bedre enn ± 5 % av hastigheten for hver fase ), ikkeforstyrrende, pålitelig og strømningsregimeuavhengig og gi nøyaktige målinger over hele komponentfraksjonen i område. I tillegg til strenge krav til måling, må instrumentet oppføre seg pålitelig i et barskt og korrosivt miljø slik som flere tusen meter under havoverflaten. Inne i røret, kan det strømmende flerfase- fluidet med en hastighet på 1-50 m/s med trykk på over 1000 bar og temperaturer over 200 °C. Sand er ofte også til stede og kan skade det indre av instrumentet.

For å optimalisere produksjonen og levetiden til et olje-/gassfelt, må operatører være i stand til jevnlig å overvåke produksjonen fra hver brønn på feltet. Den vanlige måten å gjøre dette på er å bruke en testseparator. Testseparatorer er kostbare, opptar verdifull plass på en produksjonsplattform, og krever en lang tid for å overvåke hver brønn på grunn av de stabiliserte strømningsforholdene som kreves. I tillegg er testseparatorer bare moderat nøyaktige (typisk ± 5 til 10 % av hver fases strømningshastighet) og kan ikke brukes til kontinuerlig brønnovervåking. En flerfasestrømningsmåler kan brukes i det første eksempel i stedet for en testseparator, og i det lange løp som en permanent installasjon på hver brønn. Et slikt arrangement ville spare tap i produksjonen normalt assosiert med brønntesting. Slike tap er estimert til å være ca. 2 % for en typisk offshoreinstallasjon. Tildeling av måling er nødvendig når en felles rørledning blir brukt til å transportere output fra en rekke brønner som eies av forskjellige selskaper til et prosessanlegg. Dette blir for tiden oppnådd ved å føre utgangen fra hver brønn gjennom en testseparator før det går inn felles rørledning. Imidlertid, i tillegg til ulempene ved testseparatoren beskrevet ovenfor, dedikert testledninger til hver brønn er også nødvendig. En permanent installert flerfasemåler ville gi betydelige fordeler for allokering av måling.

Avleiringer er den generelle termen for oppbygging av belegg på rørveggen, som sedimenter fra væsker i rør. Enten avleiringen er i form av mineralene løst i råolje eller fra vannet som produseres fra brønnen. For oljereservoarer hvor sjøvann injiseres i reservoaret for å tømme ut olje, kan vannkjemien av det produserte endres ganske raskt idet det injiserte vann er blåst gjennom reservoaret, og blandes med vannet i reservoaret og forårsaker ideelle forhold for kalkavleiringer på rørveggen. Avleiringer bygger seg opp på den indre overflaten av røret, og dermed gradvis avtar tverrsnittet av røret. Et instrument for måling av flerfasestrømning under slike forhold må være i stand til å gi pålitelige målinger av strømningshastighetene til olje, vann og gass i nærværet av avleiringer på rørveggen til instrumentet.

Et typisk kommersielt instrument for måling av flerfase måler de enkelte volum eller massefraksjonene i strømningen og hastigheten av de enkelte fraksjonene. Ettersom rørdiameteren er kjent, kan strømningshastigheten til de enkelte komponentene dermed lett beregnes.

For å bestemme de enkelte fraksjoner av en flerkomponentblanding av tre komponenter, for eksempel gass, vann og olje, er det tilstrekkelig å utføre måling av to uavhengige fysiske egenskaper relatert til komponentene i blandingen, siden summen av fraksjonene opptar 100 % av rørets tverrsnitt, og kan brukes som den tredje ligningen.

Eksempler på kombinasjoner egner seg for måling av fraksjoner til en flerfaseblanding er måling av permittivitet i kombinasjon med tetthetsmåling, konduktivitetsmålingen i kombinasjon med tetthetsmåling eller to masseabsorpsjons-målinger ved to forskjellige energinivåer. For å beregne fraksjonene til komponentene, må de tilsvarende fysiske egenskaper for hver av komponentene være kjent. F.eks. når permittiviteten og tetthetsmålingen brukes for å måle permittiviteten og tettheten til en flerfaseblanding som inneholder gass, vann og olje, må permittiviteten og tettheten av gass, vann og olje være kjent for å beregne volum-fraksjoner til gassen, vannet og oljen i røret. Hvis det er avleiringer som bygger seg opp på rørets vegg, vil fraksjonsmålingen inneholde feil. Siden tverrsnittet av røret blir redusert med vekten, vil de resterende rørområdene for flerfasefluid av gass, vann og olje oppta et område av rørets tverrsnitt som er mindre enn 100 %, derav den ovenfor nevnte tredje ligningen basert på en forutsetning om at fraksjonene av olje, vann og gass er lik 100 % er ugyldig og beregning av olje, vann og gassfraksjonene vil dermed være gale.

For å oppnå strømningshastigheten til de enkelte komponentene av flerfaseblandingen, må hastigheten (flow rate) også måles. Den vanligste måten å måle hastigheten til en flerfaseblanding er å måle differensialtrykket ved hjelp av en Venturi, V-kon, Dall-rør eller dyseplate, bruke en positiv fortrengningsmåler, eller for å måle hastigheten ved å tverrkorrelere to samtidige målinger (eller for eksempel tetthet, permittivitet, trykk) plassert på et annet sted i røret.

Hastighetsmålinger basert på differansetrykkfall eller krysskorrelasjonsteknikker er godt kjent og er som et eksempel beskrevet i Håndbok for flerfasemåling (2005) utgitt av Norsk forening for Olje- og Gassmåling (NFOGM). For begge differansetrykk baserte og krysskorrelasjonsbaserte strømningsmålere, er den indre rørdiameter anvendt i beregningen av strømningshastigheten. Siden avleiringer reduserer den indre diameter av røret, vil den beregnede strømningshastighet inneholde feil når avleiringer er tilstede på rørveggen. Den kombinerte feilen fra fraksjonsmåling og hastighetsmåling på grunn av kalkavleiringer på rørveggen kan være betydelig.

Noen eksempler på kommersielt tilgjengelige ikke-forstyrrende flerfasemålere er vist i NO 304333, US 5,103,181, US 6,097,786, US 5,135,684 og WO 2007/129897. Men alle disse enhetene er underlagt de samme begrensningene som er beskrevet ovenfor, siden de ikke er i stand til å oppdage og bestemme tykkelsen av uønsket avleiringer på rørveggen. Under disse forholdene, vil flerfasestrømningsmålingen være upålitelig og inneholder store målefeil.

Apparater for måling av strømningshastigheter til et flerfasefluid er godt kjent. Slike enheter kan baseres på krysskorrelasjon til et målesignal som detekterer variasjoner i væske- og gassdråper i strømmen. Ved overføring av et bærebølgesignal inn i strømmen og måle responsen, inneholder det mottatte signalet informasjon om variasjonene i strømmen som skyldes amplitude (tap) , fase- eller frekvensmodulasjon fra forstyrrelsene. Ved å utføre målingene på to seksjoner av røret lokalisert i en kjent avstand fra hverandre, kan man lage to tidsvarierende signaler som er forskjøvet i tid tilsvarende den tiden det tar flerfasestrømmen å forflytte seg mellom de to seksjonene. Eksempel på slike enheter basert på et elektromagnetisk bæresignal er beskrevet i US 4402230, US 4459858, US 4201083, US 4976154, WO 94/17373, US 6.009.760 og US 5.701.083. Men alle disse enhetene er underlagt de samme begrensningene som er beskrevet ovenfor, siden de ikke er i stand til å oppdage og bestemme tykkelsen av uønsket avleiring på rørveggen. I tillegg beskriver WO 98/10249 A1 en anordning for måling av strømningsrate for et fluid som strømmer gjennom et rør hvor avleiringer på innsiden av røret detekteres og tas med i beregningen av strømningsraten.

Andre anordninger for måling av strømningshastigheter kan være basert på måling av differensialtrykk over en restriksjon i røret, slik som en venturi, åpning, v-kon eller strømningsblander. Eksempler på slike enheter kan bli funnet i US 4638672, US 4974452, US 6332111, US 6335959, US 6378380, US 6755086, US 6898986, US 6993979, US 5135684, WO 00/45133 og WO 03/034051. Tilsvarende alle disse anordningene er under til de samme begrensningene som beskrevet ovenfor, siden de ikke er i stand til å detektere og bestemme tykkelsen av uønsket belegg på rørveggen.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å overvinne de ovennevnte begrensningene ved eksisterende løsninger.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å påvise oppbygging av ikke-ønskede avleiringer på rørveggen i en flerfasestrømningsmåler.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å bestemme tykkelsen av uønsket belegg på veggen til en flerfasestrømningsmåler.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å bruke den oppnådde informasjonen angående uønsket belegg på veggen av flerfasestrømningsmåler for å oppnå en forbedret måling av strømningshastighetene til de individuelle komponentene til flerfaseblandinger.

Det er hensikten med oppfinnelsen å tilveiebringe nøyaktige måling av komponentene i en flerfaseblanding for bruk der uønsket belegg på rørveggen, for eksempel avleiringer eller voks, sannsynligvis vil forekomme.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å redusere vedlikeholdskostnadene av flerfasestrømningsmålere.

Det er hensikten med oppfinnelsen å utvide bruken av flerfasemålere.

Det er hensikten med denne oppfinnelse å tilveiebringe lite trykkfall i røret av det strømmende flerfase- fluidum.

Det er hensikten med denne oppfinnelse å tilveiebringe en ikke-forstyrrende anordning for utførelse av flerfase strømningshastighetsmålinger.

Det er hensikten med denne oppfinnelsen å tillate kompakt installasjon av en flerfasestrømningsmåler.

Det er hensikten med oppfinnelsen å tilveiebringe en kompakt mekanisk struktur for å utføre målingene.

1. Fremgangsmåte for å bestemme strømningshastighetene til et fluid bestående av en flerkomponentblanding som omfatter følgende trinn:

a. temperaturen og trykket i flerkomponentblandingen blir bestemt

b. andelene av flerkomponentblandingen blir bestemt basert på minst to målte fysiske egenskaper til fler komponentblandingen og kjennskap til den samme fysiske egenskapen til de enkelte komponentene i flerkomponentblandingen c. hastigheten til flerkomponentblandingen blir bestemt

d. basert på resultatet fra trinn c, blir strømningshastigheten for den enkelte komponent i fluidet bestemt.

Karakterisert ved en fremgangsmåte for å forbedre nøyaktigheten til de bestemte strømningshastighetene hvor

e. en elektromagnetisk måling blir utført

f. en statistisk parameter knyttet til den elektromagnetiske målingen beregnes g. den nevnte statistiske parameteren blir sammenlignet med en empirisk avledet terskelverdi som svarer til verdien til den statistiske parameteren når bare en av komponentene av flerkomponentblandingen er tilstede

h. tykkelsen av uønskede avsetninger på rørveggen, bestemmes

i. produktet fra trinn a-d og trinn h blir brukt til å skaffe en forbedret bestemmelse av strømningshastigheten til de individuelle komponentene til nevnte fluidum.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er videre karakterisert ved de trekk som er definert i det selvstendige kravet 26.

De avhengige kravene 2-25 og 27-40 definerer foretrukne utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til figurene, der:

Fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt av de viktigste elementene i oppfinnelsen,

Fig. 2 viser et skjematisk lengdesnitt av et utførelseseksempel av en anordning for måling av olje-, vann- og gassfraksjoner og strømningshastigheter i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 3 viser et skjematisk lengdesnitt av et utførelseseksempel av et apparat for å utføre elektromagnetiske målinger, og å bestemme nærværet, og tykkelsen av belegg på veggen i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 4 viser et skjematisk lengdesnitt av et utførelseseksempel av et apparat for å utføre elektromagnetiske målinger, og å bestemme nærværet, og tykkelsen av belegg på veggen i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 5 viser et skjematisk lengdesnitt av et utførelseseksempel av et apparat for å utføre elektromagnetiske målinger, og å bestemme nærværet, og tykkelsen av belegg på veggen i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 6 viser et skjematisk lengdesnitt av et utførelseseksempel av et apparat for å utføre elektromagnetiske målinger, og å bestemme nærværet, og tykkelsen av belegg på veggen i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 7 viser en kurve vedrørende en statistisk elektrisk parameter for væskefraksjonen i røret,

Fig. 8 viser den målte gassfraksjonen i en våtgass kontra en referanseverdi som en funksjon av tiden.

Fig. 9 viser et eksempel på en elektromagnetisk måling for et rent rør og et rør med avleiringer av et utførelseseksempel av oppfinnelsen,

Fig. 10 viser den målte væskestrømningshastigheten av en flerfaseblanding inneholdende 0 - 99 % gass med en flerfasemåler som inneholder avleiringer på rørveggen, og

Fig. 11 viser den målte væskestrømningshastigheten av en flerfaseblanding inneholdende 0 - 99 % gass med et utførelseseksempel av et apparat inneholdende avleiringer på rørveggen.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for måling av strømningshastighetene og volumfraksjonen til en flerfaseblanding i et rør, og tykkelsen av en hvilken som helst uønsket oppbygging av avleiringer på innsiden av rørveggen, slik at de målte strømningshastighetene er upåvirket av uønsket oppbygging av avleiringer på rørveggen. Oppfinnelsen inneholder fire elementer som vist i figur 1. En rørseksjon 1, en anordning for måling av hastigheten til flerfaseblandingen 2, en anordning for måling av gass-, olje- og vannfraksjonen i flerfaseblandingen 3 og en anordning for detektering og måling av tykkelsen til de uønskede avleiringene på rørveggen 4. Strømningsretningen kan enten være oppover eller nedover. Anordningen kan også være plassert enten horisontalt eller i en hvilken som helst annen helning, men er vertikalt opp- og nedadgående strømning foretrukket orientering. Anordningen inneholder også elementer for måling av temperatur og trykk for kompensasjonsformål, men disse elementer er utelatt fra tegningene og nærmere beskrivelse for enkelhets skyld. Noen av disse enhetene kan kombineres sammen som vist på figur 2 hvor anordningen for måling av andelene av gass-, olje og vann har blitt kombinert med apparatet for måling av belegg på rørveggen.

En venturi kan brukes som en strømningsanordning for å måle hastigheten til den våte gassen. Venturien består av en konvergerende seksjon 10 inn i en smal passasje 11 i et rør 1. Ved å måle trykket oppstrøms 7 og trykket i den trange passasjen 8 ved hjelp av en trykktransmitter 6, kan strømningshastigheten til væsken(e) bestemmes. Den foretrukne strømningsretning er vist med en pil 9. Andre strømningsenheter 2 basert på måling av differensialtrykk, for eksempel en V-kon eller strupeskive og Dall rør kan også benyttes. Strømningsenheten kan også være basert på krysskorrelasjonsteknikker som beskrevet i WO 2007/129897, NO 324812 og WO 2005057142. Dette er godt kjente måleprinsipper og ytterligere informasjon om hvordan du bruker disse enhetene kan finnes i Håndbok for flerfasemåling utstedt av Norsk forening for olje- og gassmåling.

Olje-, gass- og vannfraksjonen til våtgassen kan bestemmes ved å kombinere målinger fra en gammadetektor 16, som måler gammafotoner som sendes ut fra en gammakilde 15, med elektriske radiofrekvensmålinger utført med antennene 14. Antennene 14 er egentlig koaksiale ledere som er satt inn i røret. Fremgangsmåten for oppnåelse av andelene av komponentene av flerfasemålere ved hjelp av anordningen vist i figur 2 er nærmere beskrevet i NO 324812 og WO 2007/129897.

For å kunne nøyaktig bestemme tykkelsen av avleiringer detekterer oppfinnelsen perioder hvor det er et kjent enfaset fluid inne i røret. Når et kjent enfaset fluid er blitt påvist i den rørformede delen, kan tykkelsen på en eventuell oppbygging av avleiringer på rørveggen bli bestemt ved hjelp av en måleanordning som har en godt definert respons relatert til fluidegenskaper ved enfaset fluidum og hvor oppbygging av avleiringer fører til en veldefinert endring i denne reaksjon. For de fleste tilfeller vil gass være mest egnet enkeltfasevæske for å detektere i den rørformede delen ettersom de faste stoffene på veggen som normalt vil ha en betydelig forskjellig tetthet, permittivitet, ledningsevne, resistivitet, lydhastighet, etc., sammenlignet med gassen. I prinsippet kan den rørformede seksjon fylles med en hvilken som helst enkeltfasefluid (for eksempel vann, olje, metanol).

Imidlertid vil presisjonen av målingen av tykkelsen av avleiringene på rørveggen bli forbedret hvis det er en stor kontrast i fluidegenskap mellom væsken som fyller røret og avsettes på rørveggen. For å forenkle beskrivelsen til den foreliggende oppfinnelsen, blir gass benyttet som enkeltfasefluid, hvor målingen av avleiringene på veggen er utført, men det er også innlysende for en fagperson på området at de samme metoder også kan anvendes for andre typer av fluider slik som olje, vann og metanol.

Fremgangsmåten som er beskrevet i WO 2010/068118 kan brukes for å påvise tilstedeværelse av gass i røret. For en flerfasestrømning, oppstår ofte treghet eller pulsering slik at bare gassen strømmer for kortere eller lengre tidsperioder. Den rørformede seksjonen kan også være fri for væske under avstengninger og oppstartsperioder til brønnene. På samme måte kan røret også være olje- eller vannfylt under oppstart av brønnene på grunn av den naturlige separasjon av olje, vann og gass som oppstår i røret og brønnboringen når brønnene blir stengt igjen. Undersjøiske produksjonssystemer er ofte også utformet slik at flerfasemålere som kan fylles med metanol fra metanolinjeksjonslinjer. Metanol er en felles bevaringsvæske for undersjøiske produksjonssystemer.

For å tilveiebringe pålitelig deteksjon, trenger en måling for ren gassdeteksjon å arbeide helt uavhengig av egenskapene til gassen som betyr at en ren tetthet, permittivitet, masse absorpsjonsmåling ikke kan brukes for dette formålet.

Den foreliggende oppfinnelsen kan bruke mangel av de typiske egenskaper av væske i gassen som et tidsvarierende signal relatert til den naturlige variasjonen i strømningen på grunn av væskedråper og væskefilmen langs veggen. Hvis ren gass strømmer i røret, er det ingen variasjon i signalet. En empirisk utledet terskelverdi for variasjon i signalet kan brukes til å definere kriterier for ren gass.

Fremgangsmåten er nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte figurer.

De elektromagnetiske målingene utført ved hjelp av antennene 14 kan brukes til å oppnå en måling av variasjoner i strømningen i forbindelse med strømmen av væskedråper i en film av gass- eller væskestrøm langs rørveggen. Nærvær av væske i flerfaseblandingen vil således føre til et tidsvarierende signal som kan brukes til å utlede statistiske parametere som standardavviket til signalet. En elektrisk måling som er direkte skalert langs diameteren til røret er foretrukket ettersom dråpediameteren også er relatert til rørdiameteren. Elektriske parametere som for eksempel bølgeledergrensefrekvens til et rør, fase- eller frekvenskarakteristikk for en bølge som reflekteres fra en diameterendring i røret (for eksempel den divergerende seksjonen til venturien 12), den målte fasekoeffisienten eller dempningskoeffisienten til en elektromagnetisk bølge som forplanter seg inne i røret, eller frekvensen til et resonant hulrom eller struktur inne i røret er godt egnede elektriske parametre. Faktisk kan ethvert tap eller fasemålinger av en elektromagnetisk bølge som forplanter seg inne i røret eller det målte tapet eller fasen fra en reflektert bølge fra mediet i røret benyttes.

Bølgelengden til målesignalet bør fortrinnsvis være liten, slik at signalet er i stand til å oppdage små variasjoner forårsaket av små væskedråper. De fleste enheter basert på måling av cut-off- frekvens, frekvensen for et resonant hulrom i røret og refleksjonsegenskaper eller fase eller dempningskoeffisienten til en utbredende elektromagnetisk bølge bruker signaler med små bølgelengder. Et typisk frekvensområde er 100 - 5000 MHz, avhengig av rørdiameteren, kan imidlertid større og mindre frekvenser også brukes. Eksempler på hvordan de fleste av disse elektriske parametere kan oppnås ved hjelp av anordningen vist i figur 2 er videre beskrevet i WO 2007/129897, NO 324812 og WO 2005057142.

Resonansfrekvensen for et resonant hulrom inne i røret kan også brukes som det elektriske signalet. Eksempel på en anordning som er egnet for dette formålet kan finnes i WO 03/034051. Denne enheten kan også brukes til å måle gass-, olje- og vannfraksjonene fra våtgassen. Kapasitans- og induktanssensorer er også mye brukt til å måle fraksjoner av flerfasevæsker basert på måling av permittiviteten og ledningsevnen. Elektriske signaler oppnådd fra kapasitans- og induktanssensorer kan også benyttes.

Figur 7-8 viser en måling basert på en anordning som vist i figur 2. Den statistiske parameteren beregnet fra den elektromagnetiske målingen 30 er vist i figur 7, der standardavviket for et reflektert signal til en elektromagnetisk bølge inne i røret er vist. Målingen er utført ved Statoils testanlegg for våtgass på Kårstø og sammenlignet mot en empirisk avledet terskelverdien 32 for ren gass. Y-aksen 31 viser standardavviket, og x-aksen 34 er tiden i sekunder. For en kort periode på omtrent 20 minutter 33, er ren gass detektert i røret. Fig. 8 viser den målte gassfraksjonen 35 i flerfasemåling i forhold til referansegassfraksjonen 36. X-aksen 34 er tid i minutter og y-aksen 37 er gass tomromsandelen (GVF) i røret. I løpet av en periode på omtrent 250 minutter er det en GVF nær 100% i røret. Fra figur 7 ser man at det beregnede standardavviket 30 over den elektriske parameteren er under gass terskelen i ca. 10-20 minutter umiddelbart etter at strømningshastigheten er blitt stengt av. I løpet av denne perioden, kan måling av avleiringer på rørveggen utføres med høy presisjon. Etter omtrent 10 til 20 minutter, begynner kondensering av væske å oppstå på grunn av reduksjon av temperaturen i rørledningen. Kondensasjon av væske kan føre til væskedråper eller film på rørveggen, som kan feiltolkes som avleiringer av faste stoffer på rørveggen. Derfor, ved å bruke den ovenfor beskrevne metode for å detektere ren gass, kan dette problemet unngås, siden fremgangsmåten kan oppdage kondensering av væske fra gassen.

Når røret er fylt med et kjent fluid, slik som gass, er det flere fremgangsmåter som kan brukes for å påvise tilstedeværelse av faste stoffer, som for eksempel avleiringer, på rørveggen. To antenner som vist i figur 6 kan brukes til å påvise og måle tykkelsen på avleiringer i røret. Antennene er koaksiale ledere isolert ved et isolerende materiale fra rørveggen, og gjennomtrengende litt inn i røret, som virker som en dipolantenne inne i røret. Senderantennen 28 og mottakerantennen 29 kan også være laget som en separat enhet 27 som er montert inn i røret, eller for å separere antenner. Antennene kan også være plassert langs omkretsen av røret eller aksialt langs røret, eller i en kombinasjon av en hvilken som helst aksial og radial plassering. Denne enheten kan brukes til å måle tap, fasen av en elektromagnetisk bølge inne i mediet i røret.

Basert på felterfaring med flerfasemålere, er det blitt funnet at av kalken i en flerfasemålerapparatur som vist i figur 2, er helt jevnt fordelt over hele lengden av apparatet. Som et eksempel, en måler som hadde vært utsatt for en feltapplikasjon med avleiringer, hadde et jevnt gjennomsnittlig sjikt på 2,2 mm fordelt med en min/maks variasjon på ± 0,2 mm fra den gjennomsnittlige verdien. Derfor har erfaringen vist at anordningen for måling av kalkavleiringer, som eksemplifisert ved figur 2, kan plasseres på ethvert sted langs rørveggen for en flerfasemåler eksemplifisert ved figur 2.

Fig. 9 viser et eksempel hvor tapet av en overført elektromagnetisk bølge blir brukt som elektromagnetisk parameter 41 for et gassfylt rør med rene rørveggen 43 og 2,2 mm av avleiringer bygges opp på pipeveggen 42. Tapsmålingen utføres over et bredt frekvensområde 40 for en elektromagnetisk bølge som overføres på n senderantenne 28 og mottakerantenne 29 som vist i figur 6. Tapet 41, er den målte tapet i dBm fra når signalet går fra den transmitterte antenne 28 til den mottakende antennen 29.

Tapet 43 er praktisk talt upåvirket av komposisjonen eller trykket til gassen.

Imidlertid, når det er uønskede avleiringer på rørveggen, for eksempel avleiringer, er det en klar reduksjon av den målte tap 42. Kurven 42 viser det målte tapet for en avleiringstykkelse på 2,2 mm. Den gjennomsnittlige endringen i tap på grunn av 2,2 mm oppbygning av avleiringer er ca. 15 dBm. Kommersielt tilgjengelig elektronikk kan lett måle tap på ± 0,2 til 0,5 dBm, og dermed nøyaktige målinger på avleiringer (innenfor ± 0,2 mm) kan lett oppnås med den foreliggende oppfinnelse. Tapsmåling kan utføres ved en enkelt frekvens eller ved å bruke flere frekvenser, som utgjør et frekvenssveip, slik som vist i figur 9. Generelt, vil et frekvens sveip være en mer robust metode for å utføre målingen og vil også gi en høyere presisjon. Ved å utføre en rekke tapsmålinger for et bredt spekter av tykkelser av avleiringer langs veggen, en matematisk modell eller en kurve, som relaterer det målte tapet til tykkelsen av avleiringens sjikt på veggen kan oppnås og brukes for å bestemme tykkelsen av avleiringen eller deponeringslaget.

Figur 10 viser den målte væskestrømningshastigheten for en flerfasemåler som vist i figur 2 med 2,2 mm kalkbelegg på rørveggen. Testen ble utført over et område på 0 til 100 % for olje, vann og gassfraksjonen i en flerfase strømningstestsløyfe. Referansestrømningshastighet 49 er vist som en rett linje, mens de målinger som utføres av flerfasemåleren blir vist som kvadratiske punkter 50. Fra figur 10 er det sett at 2,2 mm avleiringer fører til en feil på omtrent 25 % på den målte væskestrømningshastigheten til flerfaseblandingen.

Figur 11 viser resultatet, der den foreliggende oppfinnelsen har blitt brukt til å bestemme tykkelsen av avleiringsenden korrigere målingene utført av flerfasemåleren. Den målte tykkelsen av avleiringens lag er blitt anvendt for å oppnå en korrigert indre rørdiameter, som igjen er brukt i ligningene for beregning av fraksjonsmåling og strømningsmåling som er beskrevet i WO 2007/129897, og er vist i figur 2. Fra figur 11, er det sett at væskens strømningshastighet målt i henhold til den foreliggende oppfinnelsen 51 går mye bedre overens med strømningshastigheten 49 til referansevæsken. Generelt er den flytende strømningshastigheten målt med den foreliggende oppfinnelse innenfor ± 5 % av referansevæskens strømningshastighet sammenlignet med en forskjell på 25 % for en flerfasemåler kjent fra tidligere kjent teknikk.

Fremgangsmåten for bestemmelse av egenskapene til gassen og beregning av strømningshastigheten til de enkelte komponentene i den våte gassen blir da:

1) Utføre elektriske målinger som for eksempel fasekoeffisient eller dempningskoeffisienten til en vandrende elektromagnetisk bølge i røret, rørets cutoff-frekvens eller refleksjonsfrekvens, fase eller tap til en bølge som går gjennom eller reflekteres fra mediet i røret. Eksempler på hvordan du gjør dette finner du i WO 2007/129897, NO 324812 og WO 2005057142.

2) Beregne en statistisk parameter basert på den tidsvarierende elektriske målingen fra trinn 1.

3) Sammenligne produktet fra trinn 2 til en empirisk utledet terskelverdien svarende til ren gass i røret.

4) Hvis beregnet statistisk parameter fra trinn 2 er under grenseverdien fra trinn 3, utføre en måling for å bestemme tykkelsen på eventuell oppbygging av faste stoffer på rørveggen. Eksempler på en anordning for utførelse av denne måling er vist i figur 3-6.

5) Beregne korrigert rørdiameter, hvor den målte tykkelsen av avleiringer på veggen utgjorde ved å trekke det fra diameteren til det rene røret.

6) Beregne fraksjon av gass, olje og vann (for eksempel flerfaseblanding) komponenter ved hjelp av den korrigerte rørdiameteren fra trinn 5. Eksemplifiserer metoder og apparater for bestemmelse av fraksjoner og mengder av flerfase blandingen kan bli funnet i WO 2007/129897, NO 324812, WO 2005057142 NO 304333, WO 03/034051, WO 00/45133 eller US 6.405.604.

7) Beregne hastigheten til fraksjoner i røret basert på de målte fraksjonene fra trinn 6, og den korrigerte rørdiameteren fra trinn 5. Eksempler på hvordan å beregne farten på fraksjonene kan finnes i WO 2007/129897, NO 324812, WO 2005057142 NO 304333, WO 03/034051, WO 00/45133 eller US 6.405.604.

I tillegg til de elementene som er beskrevet ovenfor, inneholder måleapparatet også elementer for å utføre elektriske målinger og datamaskinen for å utføre de beregninger, men det er velkjent hvordan man skal realisere den nødvendige elektronikken og programvaren for å utføre disse målingene og beregningene.

Mange typer målinger kan brukes til å bestemme tykkelsen av belegg på rørveggen. Transmisjons- og refleksjonsmetoder er velkjente fremgangsmåter for materialkarakterisering, og er godt egnet for måling av belegg på rørveggen.

Eksempler på en anordning basert på transmisjons- og refleksjonsmålinger er vist i figur 3 og 4. Elektromagnetiske metoder kan være basert på en utstrålende åpning 17 gjennom veggen som vist på figur 3, eller ved hjelp av en fast koaksial leder 18 som vist på figur 4. En puls- eller kontinuerlig frekvens overføres på koaksialkabelen 18. Basert på en måling av amplitude- og fasevariasjoner reflekteres tilbake på en koaksial leder, kan tykkelsen av eventuelle lag av avleiringer på rørveggen bestemmes. Konstruksjonen og arbeidsprinsippene for transmisjons- og refleksjonssensorer som vist på figur 3 og 4 er nærmere beskrevet i «Microwave Electronics - measurement and material characterization» av Chen et. al., Wiley ( 2004 ), og "Permittivity Measurements of Thin Liquid Film Layers using open-ended Coaxial Probes" , Meas. Sci. Technol., 7 (1996), 1164-1173.

Et lignende arrangement som vist i figur 6 og beskrevet ovenfor, basert på tre antenner for å utføre elektromagnetiske målinger er vist i figur 5. Antennene er koaksiale ledere isolert med et isolerende materiale fra rørveggen og gjennomtrengende litt inn i røret, som virker som en dipolantenne inne i røret. Antennene kan lages som en kompakt sondeenhet 26 som vist i figur 5, der senderantennen 24 og de to mottakerantenne 25, 23 er elektrisk isolert fra metallhuset 26 av keramikk eller glass eller et lignende isolasjonsmateriale.

Anordningen er godt egnet til å måle fase og tap av en elektromagnetisk bølge i røret. Ved å bruke denne enheten, kan en differensiell fasemåling brukes til å oppdage og måle omfangets tykkelse.

Det er også klart for en fagperson på området at mange andre typer måleteknikker kan anvendes for å bestemme avleiringens tykkelse. Som et eksempel, kan avleiringens tykkelse også bestemmes ved hjelp av ultralyd-teknikker. Det er vel kjent at en ultrasonisk sender og mottaker kan anvendes for å måle lydens hastighet gjennom røret. Lydhastigheten i et enfaset fluid, slik som gass, er vel kjent. Enhver oppbygning av avleiringer på rørveggen vil vesentlig endre lydhastighetsmålingen gjennom røret og kan derfor bli brukt til å detektere og måle avleiringens tykkelse. Andre typer elektrisk baserte sensorer som er plassert på rørveggen, for eksempel en kapasitiv sensor og motstandsføler kan også brukes til å detektere nærvær av avleiringer og måle avleiringens tykkelse. Kapasitive sensorer er spesielt kjent for å være svært følsom for å oppbygning av avleiringer på veggen, og er derfor egnet for påvisning og måling av oppbygning av avleiringer.

Fraksjonene og hastighetene til flerfaseblandinger, slik det angitt i trinn 6 og 7 ovenfor, kan utledes ved hjelp av et hvilket som helst kjent måleprinsipp egnet for måling av de individuelle komponentfraksjoner og komponenthastigheter i en flerfaseblanding. Som et eksempel, kan komponentfraksjoner og hastigheter kan bli utledet ved hjelp av dual energi masse absorpsjonsmålinger som beskrevet i US 5.135.684 eller kapasitans/induktans måleprinsippet i kombinasjon med en energimasseabsorpsjon som beskrevet i NO 304333 eller kapasitans/induktans måleprinsippet i kombinasjon med krysskorrelasjon og venturi som vist i WO 00/45133, eller fremgangsmåter basert på flere trykkfallsmålinger som beskrevet i WO 02/44664 og NO 320172 B1. Noen av disse enhetene kan kombineres med en elektromagnetisk måling, som beskrevet i trinn 2-3 ovenfor for påvisning av ren gass (væskefrie perioder) i røret. Eksempel på et apparat som kan kombineres med de ovenfor nevnte flerfasemålere for deteksjon av ren gass er vist i figur 3-6, men i prinsippet en hvilken som helst elektromagnetisk måleanordning i stand til å utføre elektromagnetiske målinger av variasjonen i væskefraksjonen i en flerfaset blandingen kan anvendes for å oppnå statistiske parametere som kreves for deteksjon av ren gass.

Claims

Krav

1. Fremgangsmåte for å bestemme strømningshastighetene til et fluid bestående av en flerkomponentblanding som omfatter de følgende trinn:

a. temperaturen og trykket i flerkomponentblandingen blir bestemt ved hjelp av en temperaturmålingsenhet og en trykkmålingsenhet,

b. andelene av flerkomponentblandingen blir bestemt basert på minst to målte fysiske egenskaper til flerkomponentblandingen og kjennskap til de samme fysiske egenskapene av de enkelte komponentene i flerkomponentblandingen,

c. hastigheten til flerkomponentblandingen blir bestemt,

d. basert på resultatet fra trinn a-c, blir strømningshastigheten for den enkelte komponent i fluidet bestemt,

e. en elektromagnetisk måling blir utført,

f. en statistisk parameter knyttet til den elektromagnetiske målingen beregnes, g. den nevnte statistiske parameteren blir sammenlignet med en empirisk avledet terskelverdi som svarer til verdien til den statistiske parameteren når bare en av komponentene av flerkomponentblandingen er tilstede,

k a r a k t e r i s e r t v e d en fremgangsmåte for å forbedre nøyaktigheten til de bestemte strømningshastighetene hvor

h. tykkelsen av uønskede avsetninger på en rørvegg bestemmes, via at en PC benytter en av de følgende: måling av fase eller tap av en elektromagnetisk bølge sendt gjennom et medium i røret, måling av fase eller tap av en reflektert elektromagnetisk bølge i røret, måling av kapasitans, måling av motstand eller måling av lydens hastighet, og i. resultatet fra trinn a-d og trinn h blir brukt til å skaffe en forbedret strømningshastighetsbestemmelse til de individuelle komponentene til nevnte fluidum.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori den fysiske egenskapen er permittiviteten, tettheten eller masseabsorpsjonskoeffisient.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori den målte fysiske egenskapen er permittiviteten, tettheten, massedempning, ledningsevne.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvori hastigheten blir målt basert på måling av trykkfall over en restriksjon i røret.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, hvori en venturi, en V- kjegle, et Dall rør, eller en åpning blir brukt til å gi trykkfall.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav 1-5, hvori krysskorrelasjonsteknikk benyttes for å bestemme hastigheten av flerkomponentblandingen.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvori den elektromagnetiske målingen er basert på a) måling av fase eller tap av en elektromagnetisk bølge som overføres gjennom mediet i røret b) måling av fase eller tap til en reflektert elektromagnetisk bølge i røret c) måling av en resonansfrekvens i røret d) måling av energitap og/eller faseforskyvningen av en elektromagnetisk bølge som reflekteres fra mediet i røret.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori den statistiske parameteren er beregnet ved bruk av en elektromagnetisk måling basert på en av a) måling av fase eller tap av en elektromagnetisk bølge som overføres gjennom mediet i røret b) måling av fase eller tap til en reflektert elektromagnetisk bølge i røret c) måling av en resonansfrekvens i røret d) måling av energitap og/eller faseforskyvningen av en elektromagnetisk bølge som reflekteres fra mediet i røret.

9. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvori standardavviket er brukt som den statistiske parameteren.

10. Anordning for å bestemme strømningshastighetene til et fluid bestående av en flerkomponentblanding, hvor apparatet omfatter en rørformet seksjon og følgende elementer:

a. midler for bestemmelse av temperatur og trykk i flerkomponentblandingen

b. anordning for å måle i det minste to fysiske egenskaper av flerkomponentblandingen c. midler for å beregne fraksjonene av de individuelle komponentene til flerkomponentblandingen basert på kjennskap til de nevnte fysiske egenskaper til de enkelte komponentene i flerkomponentblandingen

d. anordning for bestemmelse av hastigheten til flerkomponentblandingen

e. anordning for beregning av strømningshastigheten til de enkelte fraksjoner av flerkomponentblandingen.

f. en anordning for å utføre elektromagnetiske målinger

g. midler for å beregne en statistisk parameter basert på den elektromagnetiske målingen

h. en anordning for å sammenlikne den statistiske parameteren til en empirisk bestemt terskelverdi

k a r a k t e r i s e r t v e d midler for å forbedre nøyaktigheten av de bestemte strømningshastighetene hvor

i. en anordning for å bestemme tykkelsen av uønsket avleiring på rørveggen j. midler for å beregne en forbedret strømningsrate til de individuelle fraksjoner av flerkomponentblandingen.

11. Apparat i henhold til krav 10, omfattende en anordning for å overføre elektromagnetisk energi inn i den rørformede delen og opptak av den mottatte elektromagnetiske energien fra den rørformede delen.

12. Apparat i henhold til krav 10, omfattende anordning for å frembringe elektromagnetiske resonanser innenfor den rørformede delen.

13. Apparat i henhold til krav 10, omfattende anordning for måling av elektromagnetiske tap eller fase av den utsendte elektromagnetiske energien i den rørformede delen.

14. Apparat i henhold til krav 10, omfattende midler for å måle nevnte hastighet i en trang passasje til den rørformede delen.

15. Apparat i henhold til krav 10, omfattende at en venturi, en V- kjegle i brukes til å bestemme nevnte hastighet.

16. Apparat i henhold til krav 10, omfattende en anordning for å måle nevnte hastighet ved å krysskorrelasjon av målinger utført i to tverrsnitt av den rørformede delen.

17. Apparat i henhold til krav 10, videre omfattende en eller flere enheter for måling av fysiske størrelser av flerkomponentblandingen, hvor de en eller flere enhetene omfatter en kombinasjon av en radioaktiv kilde, og fotondetektor, flere trykkfallsmålinger og en kombinasjon av en trykkfallsenhet og krysskorrelasjonshastighetsanordning.

18. Apparat ifølge hvilket som helst av de foregående krav 10, omfattende midler for overføring av akustiske signaler inn i den rørformede delen og som mottar akustiske signaler fra den rørformede delen, midler for å utføre måling av kapasitans i den rørformede delen eller midler for å utføre motstandsmålinger i den rørformede delen.