NO153621B - Apparat til maaling av gasfrasjon i en tokomponentstroem bestaaende av vaeske og gass i blanding. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et apparat til måling av gassfraksjonen i en tokom-ponentstrøm bestående av væske og gass i blanding, særlig i form av en strømmende olje/gass-blanding, og hvor apparatet er av den art som er angitt i ingressen til patentkravet.

Gassfraksjonen i en tokomponentstrøm av væske og gass kan defineres som gassvolumet i en vilkårlig rørseksjon dividert med rørseksjonens volum. Gassfraksjon blir derfor uttrykt som et tall varierende fra null (når hele strøm-men utgjøres av væske) til én (når strømmen utelukkende består av gass).

Ettersom det er viktig å ha kjennskap til hvor meget av produksjonsutbyttet fra en oljebrønn som er olje og hvor meget som er gass, har målinger av gassfraksjon alltid vært omfattet med stor interesse innenfor offshore-oljeindustrien.

Måleinstrumenter hvis arbeidsprinsipp baserer seg på å påvise kapasitans-endringer, har stadig oppnådd tiltagende anvendelse for måling av gassfraksjon i tokomponentstrømmer i form av olje/gass-blandinger.

Prinsippet for en slik målemetode er velkjent og består i alt vesentlig i å måle den elektriske kapasitans over to elektroder mellom hvilke tokomponentblandingen strømmer. Dersom elektrodenes areal og gjensidige avstand er gitt, vil den målte kapasitans ha relasjon til gassfraksjonen i blandingen mellom elektrodene.

Det er i prinsippet mulig å bygge opp instrumenter med hurtig dynamisk respons ved å utnytte en slik teknikk. Instrumentet kan konstrueres slik at det ikke stikker inn i strømmen. Til tross for de fordeler som således kan oppnås, er kommersielt tilgjengelige gassfraksjonsmålere basert på kapasi-tansprinsippet relativt sjeldne.

Hovedulempen med de fleste kjente kapasitans-baserte gassfraksjonsmålere er instrumentkalibreringens avhengighet av arten av den strømningsform som overvåkes. Således vil eksempelvis kalibreringskurven for boblestrøm avvike fra kalibreringskurven for en lagdelt strøm.

En av årsakene til denne strømningsform-avhengighet er manglende homo-genitet i det elektriske felt gjennom målevolumet. Dersom det elektriske felt varierer gjennom hele målevolumet, vil den målte endring i kapasitans som skyldes en endring i gassfraksjon, være avhengig av hvor gassen befinner seg.

Formålet med oppfinnelsen er å avhjelpe disse ulemper og tilveiebringe en gassfraksjonsmåler av det angitte slag hvor det opprettholdes et homogent elektrisk felt innenfor følerens målevolum. Dessuten tas det sikte på å skaffe til veie et måleapparat med robust og enkel konstruksjon som ikke stikker inn i strømmen, og hvor det ved hjelp av en enkel signalbehandlingskrets frembringes en utgangsspenning som er proporsjonal med den målte gassfraksjon.

Dette oppnås ved å utforme apparatet i samsvar med patentkravets karak-teriserende del. Forsøk har vist at gassfraksjonsmåleren, foruten å oppfylle ovennevnte krav, ikke er så avhengig av strømningsform som kjente gassfraksjonsmålere omfattende bare to elektroder.

En utførelsesform av måleapparatet ifølge oppfinnelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 viser en gassfraksjonsmåler bestående av to hovedkomponenter, nemlig en primær føler, som er vist skjematisert, og en signalbehandl ingsenhet, illustrert i form av et koplingsskjema. Fig. 2 illustrerer fordelingen av det elektriske felt innenfor primærføleren, idet kurvene angir ekvipotensiallinjer. Kurvene er beregnet på grunnlag av følerens geometri.

Som vist i fig. 1, består primærføleren av tre elektroder, nemlig to parallelle plateelektroder A og B samt en tredje elektrode C som er rørformet og omslutter de to øvrige elektroder A, B. Tokomponentstrømmen, for eksempel i form av en olje/gassblanding, som skal overvåkes, passerer mellom de parallelle plateelektroder A, B og forårsaker herved endringer i den målte kapasitans mellom A og B.

Denne kapasitans måles ved hjelp av en sinusgenerator og en forsterker Fj med kapasitanstilbakekopling; i dag bedre kjent under benevnelsen ladningsforsterker. Som vist i fig. 1, legges'elektrode B til tilnærmet, virtuell, jord ved å koble den direkte til den ene av operasjonsforsterkerens Fj inngang, idet den andre inngang er jordet. Dermed vil eventuelle endringer i sprede-kapasitansen mot jord få svært liten innflytelse på måleresultatet. Dette gjør det mulig å benytte lange skjermede kabler mellom føler og forsterker (dersom dette er nødvendig), uten derved i vesentlig grad å påvirke nøyaktig-heten av målingen i negativ retning.

Dersom ladningsforsterkerens F^ tilbakekoplingskapasitans er fast og sinus-bølgekildens Vj amplitude blir holdt konstant, vil amplituden for forster-kerens utgangssignal V2 være direkte proporsjonal med endringer i primær-følerens A, B, C kapasitans. Ladningsforsterkerens utgangsspenning er med andre ord et mål på gassfraksjonen i den blanding som overvåkes.

For at det skal opprettholdes et homogent elektrisk felt innenfor primær-følerens målevolum, må elektroden C holdes på et potensial som svarer til det potensial som opptrer halvveis mellom elektrodene A og B. Dette kan oppnås ved å benytte en enkel spenningsdeler og en bufferforsterker F£.

Fig. 2 illustrerer fordelingen av det elektriske felt innenfor primærføleren, hvor elektroden A holdes på et potensial Vj, elektroden B på et potensial lik O og elektroden C følgelig på et potensial som svarer til ^1 . Som det fremgår av ekvipotensiallinjene i fig. 2, er det elektriske felt homogent innenfor primærfølerens måleområde.

Claims (1)

1. Apparat til måling av gassfraksjon i en tokomponentstrøm bestående av væske og gass i blanding, særlig i form av en strømmende olje/gass-blanding, hvilket apparat baserer seg på måling av endringer i den elektriske kapasitans over to i gjensidig avstand anbrakte elektroder (A, B) som arbeider med innbyrdes avvikende potensial, og mellom hvilke tokomponentblandingen er brakt til å strømme, hvilke elektroder (A, B) inngår i en primær føler, og hvor apparatet dessuten omfatter en signalbehandlingsenhet, karakterisert ved at primærføleren, foruten de to nevnte elektroder (A, B), omfatter en tredje elektrode (C), som er utformet til å omslutte de to øvrige elektroder (A, B), og som er innrettet til å holdes på i hvert fall tilnærmet det potensial som opptrer halvveis mellom de to øvrige elektroder (A, B), for eksempel ved at den tredje elektrode (C) mates over en enkel spenningsdeler og en bufferforsterker (F2), idet signalbehandlings enhet en fortrinnsvis innbefatter en sinusbølgekilde og en ladningsforsterker (forsterker med kapasitanstilbakekopling) (Fj).