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JP3485542B2 - 気体質量率の測定法 - Google Patents

気体質量率の測定法

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JP3485542B2
JP3485542B2 JP2000546203A JP2000546203A JP3485542B2 JP 3485542 B2 JP3485542 B2 JP 3485542B2 JP 2000546203 A JP2000546203 A JP 2000546203A JP 2000546203 A JP2000546203 A JP 2000546203A JP 3485542 B2 JP3485542 B2 JP 3485542B2
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gas
flow
flow conditioner
measuring
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ジョナサン スチュアート ランド
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ラティス インテレクチュアル プロパティー リミテッド
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は気体の質量率(以
下、気体質量率という)の測定法及び測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】気体質量率の測定値は、例えば気体及び
液体を含む湿潤な多相気体流の中の気体の質量流量(以
下、気体質量流量という)の数値を与える計算に使用す
ることができる。典型例では、湿潤な気体は、流れの生
じる条件の下では体積流量にして90%以上の気体を含
んでいる。
【0003】ここで注目している湿潤な気体とは、油田
井戸又はガス井戸からパイプで送られる天然ガス等の燃
料気体とオイル及び又は水等の液体であってよい。
【0004】これまで、油田井戸又はガス井戸から出る
流体の流量(以下、流体流量という)の測定は普通、気
体質量率の値を推定するための試験分離器を使用してい
る。気体質量率は全流体(気体及び液体)の流量に対す
る気体質量流量の比である。回分法である試験分離法
は、沖合のオイル・ガス生産施設内で沖合実施されるの
で、試験分離が不要で省略できるなら、沖合プラットフ
ォームの重量、プロセスの複雑さ、及び試験分離に必要
な要員を削減することができる。
【0005】試験分離に代えて高価な多相流量メータを
使用する方法があるが、これらのメータは気体の体積率
が増すにつれて正確さを失う。
【0006】そのような多相気体流量メータに代えて、
湿潤な気体のベンチュリ流量測定に用いるベンチュリ装
置を使用する方法があり、この方法ではマードックの式
又はチショルム(Chisholm)の式のいずれかを使った補
正を適用して気体の質量流量率が得られる。しかし、マ
ードックの式及びチショルムの式は両方とも、実証され
た指定した気体の質量率の値を必要とし、その値は、上
述したような試験分離器を使用する試験分離により、あ
るいはやはり回分法であるトレーサ法を使用することに
より、又は連続法であるガンマ濃度法を使用することに
より導出されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パイ
プラインを流れるある質量の液体及び気体内の気体質量
率を測定する方法であって、これを実行するとき、試験
分離を必要としない連続法であり、またトレーサ法もガ
ンマ濃度測定も使用する必要がない連続法である測定法
を与えることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様に基
づく、パイプラインを流れるある質量の液体及び気体中
の気体質量率Xを測定する方法は、前記パイプライン内
に流れ調和装置を設けるステップと、前記パイプライン
を流れる流体が前記流れ調和装置及び前記ベンチュリ流
量メータを通過するように、前記流れ調和装置の下流側
に、かつ前記流れ調和装置に隣接させて、前記パイプラ
インと整列してベンチュリ流量メータを設けるステップ
と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ流量メータとを
組合せたものの複数の部分にまたがる圧力差を測定する
ステップと、該測定値を用いて気体質量率Xを計算する
ステップと、を含む。
【0009】本発明の第二の態様に基づく、パイプライ
ンを流れるある質量の液体及び気体中の気体質量Xを測
定する方法は、喉と、該喉に向けて収束する上流部分
と、前記喉から拡大する下流部分とを有するベンチュリ
装置を設けるステップと、前記パイプラインを流れる流
体が前記ベンチュリ装置を通過するように前記ベンチュ
リ装置を前記パイプラインと整列して設けるステップ
と、流れ調和装置を、前記ベンチュリ装置の上流側パイ
プライン内に、前記ベンチュリ装置に隣接させて設ける
ステップと、前記流れ調和装置の上流側の位置と、前記
流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の
圧力差DP1を測定するステップと、前記喉と、前記流
れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧
力差DP2を測定するステップと、前記ベンチュリ装置
下流の位置と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置
の中間位置との間の圧力差DP3を測定するステップ
と、例えば、式、 のようなX=fn(DP1,DP2,DP3,...)
の形をした式を使って気体質量率Xを計算するステップ
と、を含む。
【0010】
【発明の好ましい実施の形態】添付の図面を参照しなが
ら実施例を通して本発明の各実施形態を説明する。図面
を参照すると、図1には気体及び液体の多相混合体であ
る湿潤な気体を搬送するパイプラインのほぼ水平な部分
2が示されている。気体は例えば天然ガスのような燃料
気体でよく、また液体はオイル及び又は水でもよい。こ
の場合、パイプラインは油田井戸又はガス井戸から出る
多相混合物を搬送することができる。
【0011】パイプラインのセクション2は、上流側パ
イプセクション4,下流側パイプセクション6,及びベ
ンチュリ部材8を含み、ベンチュリ部材8は、公知の湿
潤な気体ベンチュリ流量測定にこれまでに使用されてる
公知の部材を適合させることができる。ベンチュリ部材
8は、喉10,喉に向けて収束する上流側部分12、及
び喉から拡大する下流側部分14を含む。ベンチュリ部
材8はまた、二つの円筒形の端部分16、18を含み、
該端部分16、18はパイプセクション4,6に設けた
端フランジ24,26にそれぞれボルト(図示せず)に
よって固定される端フランジ20,22を有する。
【0012】円形プレート30の形状をした流体流れ調
和装置28が、ベンチュリ部材8の上流側パイプライン
の内部を横断して延び、ボルト孔32を貫通するボルト
(図示せず)によりフランジ20、24間に固定され
る。流体の流れはパイプラインに沿って方向Aに向いて
おり、流れ調和装置28はこの流れにほぼ直角である。
流れ調和装置のプレート30はこのプレートを流体が通
過するための複数の孔34を有する。孔34は、真っ直
ぐに貫通する円筒の形をもち、その上流側の端及び下流
側の端に角張った縁をもつものでよい。孔34は、破線
36で示すパイプのセクション4又はベンチュリ装置の
端部分16の内部壁を、ほぼ占拠するように配置するこ
とができる。流れ調和装置28は、喉10と、収束部分
12と拡大部分14とによって形成される全ベンチュリ
装置に隣接している。
【0013】流れ調和装置28の目的の一つは、多相流
体をなす液相及び気相をほぼ一様に又は均一に混合させ
て、流れ調和装置下流のベンチュリ部材8内の任意の指
定位置において液相及び気相がほぼ同一の速さで流れる
ようにすること、すなわちベンチュリ部材を通過する液
体及び気体間にほぼすべりがないようにすることであ
る。
【0014】流れ調和装置28のもう一つの目的は、流
れ調和装置28の前後で圧力降下を起こすことである。
【0015】ベンチュリ部材8がある位置のパイプライ
ン壁に開口38,40,42,44が形成され、それら
の開口を表す信号を、ライン48でコンピュータ50に
与える。
【0016】圧力変換器52がベンチュリ装置12,1
0,14の上流で流れ調和装置28前後の圧力差DP1
を観測し、それらの圧力差を表す信号をライン54に載
せ、コンピュータ50へ送る。別の変換器56がベンチ
ュリ装置8の上流端と喉10との間の圧力差DP2を観
測し、ライン58を介してコンピュータ50へ信号を送
る。ベンチュリ装置にまたがる圧力差DP3が圧力変換
器60により観測され、圧力差DP3を表す信号がライ
ン62を介してコンピュータ50へ送られる。
【0017】温度センサ64がパイプライン2内の流体
の温度を観測し、その示度をライン66を介してコンピ
ュータ50へ送る。
【0018】気体質量率Xは、パイプライン2を流れる
(液体と気体を合わせた)全質量流量に対するパイプラ
イン2を流れる気体質量流量の比である。
【0019】気体質量率Xを決定するため、コンピュー
タ50は式、 を使って計算を行う。ただし、a、b、c、d、e及び
fは定数である。
【0020】この質量率の計算値Xは表示/読取装置6
8に入力できる。
【0021】a、b、c、d、e及びfの値は任意の適
当な数学的方法、例えば回帰解析法を使って計算するこ
とができる。回帰解析法ではXに異なる既知の値を与え
る気体及び液体の種々の既知混合体を図1に示す配置の
パイプラインに供給し、観測されるDP1,DP2,及
びDP3の値を式Iに代入し、a、b、c、d、e及び
fに当てはまる値を求める。
【0022】公知の湿潤な気体に対するベンチュリ装置
流量測定法に沿ってベンチュリ装置8を使い、パイプラ
イン2を流れる指示した気体質量流量Qgiの値を求め
る。真の気体質量流量Qgは、ベンチュリメータを使う
場合に適合する形にしたマードック相関式、 を使って得ることができる。
【0023】式IIにおいて、Xは気体質量率であり、M
はベンチュリ装置に対して既知の方法で決定されるマー
ドック定数、CDGはオリフィスプレートを通過する気体
の放出係数に類似の係数、CDLはオリフィスプレートを
通過する液体の放出係数に類似の係数であり、CDG/C
DLはほぼ1に等しい値をもっている。したがって、式II
を変形した次式から真の気体質量流量が導出される。 ただし、lLは測定してコンピュータ50に与えた液体
の密度値、又はセンサ64により測定された温度に対し
コンピュータで補正した液体の密度値であり、lgは変
換器46により観測された圧力及びセンサ64により観
測された温度における、コンピュータで計算した気体の
密度である。
【0024】コンピュータ50は式IIIを使って真の気
体質量流量Qgを計算する。この流量Qgは装置68によ
り表示され、かつ又は記録される。
【0025】上記の方法及びシステムは、式Iを使って
連続的に気体質量率Xを計算し、式IIIにより真の気体
流量Qgを測定する方法を与え、その真の気体質量流量
を時間について積分すれば所定時間にわたり供給された
全気体質量を与えることができる。
【0026】ベンチュリ装置内の気相と液相との間のす
べりを低減し、又は完全にすべりの無い状態をつくるた
めには、適当な任意の形態の流れ調和装置28を使用す
ればよい。直径がいろいろと異なるパイプラインに対し
ては流れ調和装置内の流体通過孔の数及び大きさを変更
すればよい。
【0027】Qgi及びXからQgを導出するのにチショ
ルムの式などの他の方程式を利用することができること
を了解されたい。 [図面の簡単な説明]
【図1】本発明の各態様の方法を実施することができる
装置を示す図で、一部を断面で表した線図である。
【図2】図1の装置に使用することができる流れ調和装
置の平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭44−23923(JP,B1) 特表 平6−510369(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/74 G01F 1/44

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイプライン(2)を流れるある質量の
    液体及び気体中の気体質量率Xを測定する方法であっ
    て、 前記パイプライン内に流れ調和装置(28)を設けるス
    テップと、 前記パイプライン(2)を流れる流体が前記流れ調和装
    置(28)及び前記ベンチュリ流量メータ(8)を通過
    するように、前記流れ調和装置の下流側に、かつ前記流
    れ調和装置に隣接させて、パイプラインと整列してベン
    チュリ流量メータ(8)を設けるステップと、 前記流れ調和装置と前記ベンチュリ流量メータとを組合
    せたものの複数の部分にまたがる圧力差を測定するステ
    ップと、 前記測定値を使って気体質量率Xを計算するステップ
    と、 を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 パイプライン(2)を流れるある質量の
    液体及び気体中の気体質量率Xを測定する方法であっ
    て、 喉(10)と、該喉に向けて収束する上流部分(12)
    と、前記喉から拡大する下流部分(14)とを有するベ
    ンチュリ装置(8)を設けるステップと、 前記パイプライン(2)を流れる流体が前記ベンチュリ
    装置(8)を通過するように前記ベンチュリ装置(8)
    を前記パイプライン(2)と整列して設けるステップ
    と、 流れ調和装置(28)を、前記ベンチュリ装置(8)の
    上流側パイプライン(2)内に、前記ベンチュリ装置
    (8)に隣接させて設けるステップと、 前記流れ調和装置の上流側の位置と、前記流れ調和装置
    と前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差DP1
    を測定するステップと、 前記喉と、前記流れ調和装置と前記ベンチュリ装置の中
    間位置との間の圧力差DP2を測定するステップと、 前記ベンチュリ装置下流の位置と、前記流れ調和装置と
    前記ベンチュリ装置の中間位置との間の圧力差DP3を
    測定するステップと、温度 T及び圧力Pを測定するステップと、 例えば、式 ただし、a、b、c、d、e及びfは定数、 のようなX=fn(DP1,DP2,DP3,...)
    の形をした式を使って気体質量率Xを計算するステップ
    と、 を含むことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の方法において、
    前記流れ調和装置(28)下流のベンチュリメータ又は
    ベンチュリ部材(8)内における気相と液相との間のす
    べりが、前記流れ調和装置(28)上流のすべりと比較
    して低減されるように、前記流れ調和装置(28)が気
    相と液相の混合を起こすために配置されていることを特
    徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の方法において、前記ベ
    ンチュリメータ又はベンチュリ部材(8)内で前記気相
    と液相との間に実質的にすべりが生じないことを特徴と
    する方法。
  5. 【請求項5】 湿潤気体ベンチュリ流量測定で使用する
    ように適合させたマードック相関を使用する、真の気体
    質量流量Qgを測定する方法であって、前記マードック
    相関が次の形の式、 ただし、Xは請求項1ないし4の一項に記載の方法によ
    り測定した気体質量率であり、lgは気体の密度であ
    り、lLは液体の密度であり、Qgiは湿潤気体ベンチュ
    リ流量測定で得られた指定した気体の質量流量であり、
    Mは前記湿潤気体ベンチュリ流量測定に使われるベンチ
    ュリ装置に対して導かれたマードック定数、 によって表されることを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の真の気体質量流量Qg
    を測定する方法において、指定した気体の質量流量Qgi
    が、請求項1に記載の方法で使用された前記ベンチュリ
    装置の前記ベンチュリ部材(8)を使用して湿潤気体ベ
    ンチュリ流量測定法から導かれることを特徴とする方
    法。
JP2000546203A 1998-04-23 1999-04-22 気体質量率の測定法 Expired - Lifetime JP3485542B2 (ja)

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GB9808521.0 1998-09-16
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