NO303596B1 - Anordning til bestemmelse av vanninnholdet i en petroleumstr°m med to frekvenser av mikrob°lgeenergi - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning til bestemmelse av vanninnholdet i en petroleumstrøm i volumprosent som angitt i innledningen til krav 1.

EP-A-384593 samt publikasjonen NO-A-900844 beskriver en anordning av den i innledningen til krav 1 angitte art.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot det problemet at i noen tilfeller kan den virkelige faseforskyvningen være den målte faseforskyvningen pluss et eller annet multiplum av 360° . En målt faseforskyvning kan således være tvetydig og dermed føre til en alvorlig unøyaktighet ved vannfrak-s;] on små lingene. Foreliggende oppfinnelse har således til hensikt å løse problemet med denne tvetydigheten, og det tilveiebringes ved hjelp av en anordning av den innlednings-vis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Det skal bemerkes at US-A-4 812 739 beskriver bruk av første og andre mikrobølgestråler som adskiller seg i frekvens, mottakelsessted, eller begge deler, med det formål å detektere passasje av store vannplugger.

Antenneanordningen kan innbefatte en antenne som er beregnet på å sende en valgt mengde mikrobølgeenergi inn i strømmen og på å motta prøve-mikrobølgeenergi som er blitt reflektert tilbake fra strømmen, og det finnes også en sirkulator som er forbundet med kilden og antennen for å føre energi fra kilden til antennen og rette energi fra antennen til detektoren.

I en annen utførelsesform omfatter antenneinnretningen en antenne som er beregnet på å motta prøve-mikrobølgeenergi som er forplantet gjennom strøm og på å føre prøve-mikro-bølgeenergien til detektoren.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningen, som er et forenklet blokk-diagram for en mikrobølgedrevet overvåkningsanordning for vanninnholdet ifølge oppfinnelsen.

Overvåkningsanordningen for vanninnholdet som er vist på tegningen innbefatter en mikrobølgekilde 3 for tilførsel av mikrobølgeenergi ved to mikrobølgefrekvenser. Foretrukne frekvenser på 10,119 GEz og 10,369 GHz er benyttet, selv om det virkelige krav er at det skal være en betydelig forskjell mellom de to frekvenser. Kilden 3 har lav effekt og kan benytte en mikrobølgekanon. Kilden 3 fører mikrobølgeenergier til en venderanordning 4 via mikrobølgeledere 5 og 6. Venderen 4 er styrt av et signal El for å føre mikro-bølgeenergi enten fra lederen 5 eller 6 og føre denne videre til en rethingskobler 7. Retningskobleren 7 sørger for den valgte mikrobølgeenergi til en sirkulator 8 og til en vanlig spenningsstyrt faseforskyver 9. All ledning eller føring av mikrobølgeenergi foregår ved hjelp av vanlige bølgeledere.

Sirkulatoren 8 sender mikrobølgeenergi til en antenne 12. Antennen 12 fører mikrobølgeenergien videre til et vindu 14 som kan være laget av en ledende keramikk eller Teflon, til en petroleumstrøm som inneholder i det minste olje og vann og som flyter gjennom et rør (17). Røret (17) kan være en del av en rørledning med vinduer (14) eller den kan være laget av "vindus"-materiale. Mikrobølgeenergien som avgis av antennen 12 går gjennom petroleumstrømmen og et annet vindu 14 og mottas av en antenne 20. Antennen 20 fører mottatt mikro-bølgeenergi til en vender 24 som på sin side leder den mottatte mikrobølgeenergi som prøve-mikrobølgeenergi til en retningskobler 28, som forklart i det følgende. Retningskobleren 28 fører prøve-mikrobølgeenergien til en detektor 32 og til en blander 34. Detektoren 32 avgir et signal E2 svarende til styrken på den mikrobølgeenergi som er mottatt av antennen 20.

Petroleumstrømmen reflekterer også tilbake noe av mikrobølge-energien til antennen 12, og denne energi fortsetter tilbake gjennom antennen 12 til sirkulatoren 8. Sirkulatoren 8 blokkerer den reflekterte mikrobølgeenergi slik at den ikke kobles tilbake til kilden 3 og fører den reflekterte mikrobølgeenergi til venderen 24. Reflektert mikrobølgeenergi blir mer og mer viktig når avstanden mellom antennene 12 og 20 øker. Dette er av særlig betydning når det som overvåkes er en stor rørledning som fører petroleumstrømmen. En positiv likespenning +V påtrykkes en bryter 36 som er forbundet med venderen 24. Med bryteren 36 åpen vil venderen 24 føre mikrobølgeenergi fra antennen 20 som prøve-mikrobølgeenergi. Når bryteren 36 er sluttet vil reflektert mikrobølgeenergi fra sirkulatoren 8 bli avgitt fra venderen 24 som prøve-mikrobølgeenergi .

Mikrobølgeenergi fra den spenningsstyrte faseforskyver 9, i det følgende kalt referanse-mikrobølgeenergi og prøve-mikrobølgeenergi fra retningskobleren 28 føres til blanderen 34 som blander disse for å avgi to elektriske signaler E3, E4, som representerer fasene for referanse-mikrobølgeenergi og prøve-mikrobølgeenergien.

En differensialforsterker 40 avgir et utgangssignal EO i overensstemmelse med forskjellen mellom signalene E3 og E4. Signalet EO er en funksjon av faseforskjellen mellom referanse-mikrobølgeenergien og prøve-mikrobølgeenergien og avgis til en tilbakekoblingskrets 44. Tilbakekoblingskretsen 44 avgir et signal C til den spenningsstyrte faseforskyver 5 til styring av fasen for referanse-mikrobølgeenergien og til en minidatamaskin 50. Signalet EO og dermed signalet C avtar i amplitude inntil det er stort sett 90° faseforskyvning mellom referanse-mikrobølgeenergien og prøve-mikro-bølgeenergien. Den spenningsstyrte faseforskyver 5 angir verdien av den faseforskyvning som er nødvendig for å oppheve faseforskjellen.

Signalet E2 fra detektoren 32 føres også til datamaskinen 50 som inneholder en hukommelse med data knyttet til temperatur, fase og amplitude for forskjellige prosentvise vanninnhold som man kan støte på i produksjonsstrømmen. Det har vist seg at faseforskjellen for målinger i en fluidumstrøm kan overskride 360° under visse betingelser. Disse betingelser innbefatter forhold der den dielektriske verdi for strømmen er stor, f.eks. når det prosentvise vanninnhold i petroleum er stort og når emulsjonen i vann er sammenhengende og under forhold der avstanden mellom antennene er stor, slik tilfellet er når det anvendes store rør 17 på fig. 1.

I noen tilfeller kan den virkelige faseforskyvning være den målte faseforskyvning pluss et eller annet helt multiplum av 360". Foreliggende oppfinnelse opphever denne tvetydighet ved å overvåke petroleumstrømmen ved to betydelig forskjellige frekvenser, nemlig hovedfrekvensen f]_, og en sekundærfrekvens f2, og ved å benytte forskjellen i målt faseforskyvning (fase 1 - fase 2) ved de to frekvenser til bestemmelse av den rette hele multiplikator som anvendes ved beregning av den virkelige faseforskyvning. Det rette hele tall velges fra en tabell som er fremkommet med kjennskap til de frekvenser det dreier seg om. Den maksimalt mulige verdi av det hele tall som kan fremkomme er begrenset av adskiIlelsen av frekvensene fl og f2- I foreliggende sak kan verdien av det hele tall på opptil 40 være løsningen. Reduksjon av frekvensadskillelsen vil øke den maksimale verdi av det hele tall ytterligere og bare være begrenset ved oppløsningen av faseforskyvnings-målingen.

En temperaturføler 52 føler temperaturen på petroleumstrømmen i røret 17 og avgir et signal T til datamaskinen 50 som angivelse av den følte temperatur.

Faseforskyveren 9 avgir også et åpningssignal til datamaskinen 50 slik at denne kan utnytte signalene T, C og E2. Datamaskinen 50 avgir også et signal El til venderen 4 slik at datamaskinen 50 kan korrelere signalet E2 til en bestemt frekvens. Datamaskinen 50 benytter faseforskyvningssignalet C, signalet T og de to amplituden!våer på signalet E2 til å adressere datamaskinens 50 hukommelse for å velge de riktige verdier på vanninnholdet. Datamaskinen 50 avgir signaler svarende til den verdi på vannivået som fremkommer til en leseanordning 54 som kan være enten en digital skjerm eller en registreringsanordning eller en kombinasjon av begge.

Claims (6)

1. Anordning til bestemmelse av vanninnholdet i en petroleum-strøm i volumprosent, innbefattende en kilde (3) til frembringelse av mikrobølgeenergi, antenneanordninger (12, 20) for sending av en valgt tilførsel av mikrobølgeenergi inn i strømmen og for å motta prøve-mikrobølgeenergi som enten er reflektert tilbake fra strømmen eller har passert gjennom denne, en detektor (32) som påviser prøve-mikrobølgeenergien for å avgi et styrkesignal (E2) som representerer styrken på prøve-mikrobølgeenergien, faseforskjellanordninger (9, 34, 40, 44) som reagerer på den tilførte mikrobølgeenergi og på prøve-mikrobølge-energien, idet faseforskjellanordningene (9, 34, 40, 44) omfatter en spenningsstyrt faseforskyver (9) for forskyvning av fasen for den tilførte mikrobølgeenergi i overensstemmelse med et faseforskyvningssignal (C) for å danne en referanse-mikrobølgeenergi, og differanseanordninger (34, 40, 44) som påvirkes av prøve-mikrobølgeenergien og referanse-mikro-bølgeenergien for å avgi det nevnte faseforskyvningssignal som angir faseforskjellen mellom prøve- og referanseenergien inntil det er så godt som 90°faseforskjell, hvoretter faseforskyveren avgir et åpningssignal, en temperaturføler (52) som avgir et temperatursignal (T) basert på temperaturen til petroleumstrømmen og en indikatoranordning (50) forbundet med detektoren (32), faseforskjellanordningene (9, 34, 40, 44) og tempera-turføleren (52), og som frembringer en angivelse av vanninnholdet i prosent i overensstemmelse med styrkesignalet (E2), faseforskjellsignalet (C) og temperatursignalet (T),karakterisert vedat kilden (3) er tilpasset til å tilføre mikrobølgeenergi ved en første og andre frekvens, og at indikatoranordningen (50) innbefatter en lagret tabell over faseforskyvninger ved hver av de første og andre frekvenser for å muliggjøre oppløsning av tvetydighet der faseforskjellsignalet kan representere en korrekt faseforskyvning pluss et helt multiplum av 360°.

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisertved at forskjellsanordningen (34, 40, 44 ) omfatter en blander (34) som reagerer på prøve- og referanseenergiene for å avgi elektriske signaler (E3, E4) som representerer fasene for henholdsvis prøve- og referanseenergiene, en differensialforsterker (40) forbundet med blanderen for å avgi et utgangssignal som representerer forskjellen mellom de to elektriske signaler og en tilbakekoblingskrets (34) forbundet med differensialforsterkeren for å avgi faseforskjellsignalet i overensstemmelse med utgangssignalet.

3. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 2,karakterisert vedat antenneanordningen innbefatter en antenne (12) som er beregnet på å sende en valgt tilførsel av mikrobølgeenergi inn i strømmen og på å motta prøve-mikrobølgeenergi som er reflektert fra strømmen, og en sirkulator (8) som er forbundet med kilden (3) og med antennen (12) for å rette energi fra kilden til antennen (12) og for å lede energi fra antennen til detektoren (32).

4. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat antenneanordningen innbefatter en antenne (20) som er innrettet til å motta prøve-mikrobølgeenergi som har forplantet seg gjennom strømmen og til å føre prøve-mikrobølgeenergien til detektoren (32).

5. Anordning som angitt i krav 4,karakterisertved en venderanordning (24) som er i stand til å velge enten prøve-mikrobølgeenergi fra sirkulatoren (8) eller fra antennen (20) for føring av energien til detektoren (32).

6. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 5,karakterisert veden vender (4) som kan velge en tilførsel av mikrobølgeenergi med den nevnte første frekvens eller den nevnte andre frekvens for tilførsel til antenneanordningen (12, 20).