(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の密度を測定するコリオリ流量計（５）であって、
少なくとも１本の流管（１０３Ａ、１０３Ｂ）と、
駆動信号に基づいて、前記少なくとも１本の流管を流れる物質の密度に対応する基本周波数で、前記少なくとも１本の流管を振動させる駆動装置（１０４）と、
前記少なくとも１本の流管に固定され、前記少なくとも１本の流管を流れる前記物質の密度に応答してピックオフ信号を生成するピックオフ（１０５、１０５′）と、
少なくとも１つの前記ピックオフ信号に基づいて、前記少なくとも１本の流管を流れる前記物質の前記密度を決定する流量計電子装置（２０）と、
を具備するコリオリ流量計において、
前記流量計電子装置が、
前記少なくとも１本の流管の駆動利得の値の変化を監視して、前記物質が多相流であるかどうかを決定し、前記物質が多相流であるならば、前記ピックオフ信号に基づいて前記物質の前記密度を決定する代わりに、少なくとも１つの蓄積された密度値に基づいて前記物質の前記密度を決定する
よう構成されてなるコリオリ流量計。
【請求項２】
請求項１記載の流量計（５）であって、前記流量計電子装置（２０）が、
前記駆動利得を監視して、前記物質が多相流ではないかどうかを決定し、前記物質が多相流ではないならば、前記の少なくとも１つの蓄積された密度値に基づいて前記物質の前記密度を決定する代わりに、前記ピックオフ信号に基づいて前記物質の前記密度を決定する
よう更に構成されてなる流量計。
【請求項３】
請求項１記載の流量計（５）であって、前記流量計電子装置（２０）が、前記物質が多相流であるかどうかを決定するため、前記駆動利得が第１の閾値を越えたかどうかを決定するよう更に構成されてなる流量計。
【請求項４】
請求項１記載の流量計（５）であって、
前記多相流の決定に応答して、生産坑井から流出する流体に対して進行中の坑井試験を停止する弁（８０３、８０３′、８０３″）を閉じるよう構成された回路（８１８）
を更に備えてなる流量計。
【請求項５】
請求項１記載の流量計（５）であって、前記多相流を表す警報を示す手段を更に備える流量計。
【請求項６】
物質の密度を測定するコリオリ流量計（５）を動作させる方法であって、
前記コリオリ流量計の少なくとも１本の流管（１０３Ａ、１０３）を、該少なくとも１本の流管を流れる前記物質の密度に対応する基本周波数で振動させるステップと、
前記物質が前記少なくとも１本の流管を流れるときに該少なくとも１本の流管の運動を表すピックオフ信号を生成するステップと、
少なくとも１つの前記ピックオフ信号に基づいて、前記少なくとも１本の流管を流れる前記物質の前記密度を決定するステップと、
を具備する方法において、
前記物質が多相流であるかどうかを決定するため、前記少なくとも１本の流管における駆動利得の値の変化を監視するステップと、
前記物質が多相流であるならば、前記ピックオフ信号に基づいて前記物質の密度を決定する代わりに、少なくとも１つの蓄積された密度値に基づいて前記物質の前記密度を決定するステップと、
を備える方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記駆動利得を監視して前記物質が多相流でないかどうかを決定するステップと、
前記物質が多相流でないならば、前記少なくとも１つの蓄積された密度値に基づいて前記物質の前記密度を決定する代わりに、前記ピックオフ信号に基づいて前記物質の前記密度を決定するステップと、
を更に備える方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、前記駆動利得を監視する前記ステップが、前記物質が多相流であるかどうかを決定するため、前記駆動利得を第１の閾値と比較して該駆動利得が前記第１の閾値を越えたかどうかを決定するステップを更に備える方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法であって、前記多相流の決定に応答して、生産坑井から流れる流体に対して進行中の坑井試験を停止させる弁（８０３、８０３′、８０３″）を閉じるステップを更に備える方法。
【請求項１０】
請求項６記載の方法であって、前記多相流を表す警報を指示するステップを更に備える方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、コリオリ効果質量流量計に関する。特に、コリオリ効果質量流量計は、気体と液体の混合物を含む２相の流れの計測において、或いは流量計内部のあか（ｓｃａｌｅ）すなわち油蝋の付着により影響を受け得る計測結果の識別において、流量計から取得し得る精度を改善する自己診断機能を含んでいる。
【０００１】
２．問題の記述
コリオリ流量計は、導管を流れる質量流量を直接計測する。１９８５年１月１日の米国特許第４，４９１，０２５号（Ｊ．Ｅ．スミス等に発行、以下本文では、米国特許第４，４９１，０２５号と呼ぶ）と、米国再発行特許第３１，４５０号（１９８２年２月１１日、Ｊ．Ｅ．スミスに発行、以下本文では、再発行特許第３１，４５０号と呼ぶ）におけるような当技術において開示されたように、これら流量計は直線形状又は湾曲形状の１つ以上の流管を備えている。コリオリ質量流量計における各流管形態は、単純な曲げタイプ、捩れタイプ、或いは合成タイプである１組の固有振動モードを有する。流体は、入口側に隣接するパイプラインから流量計へ流入し、流管を流れるように送られ、流量計の出口側から流出する。流体で充填された振動システムの固有振動モードは、部分的には流管と流管内の流体との合成質量によって規定される。各流管は、これらの固有モードの１つにおける共振で振動するように駆動される。
【０００２】
流量計内に流れがないときは、流管に沿った全ての点が同じ位相で振動する。流体が流れ始めると、コリオリ加速度は流管に沿った各点に異なる位相を持たせる。流管の入口側における位相は駆動装置より遅れ、出口側における位相は駆動装置より進む。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるように、センサを流管に載置することができる。２つのセンサ信号間の位相差は、流管内の流体の質量流量に比例する。このような計測における複雑な因子は、典型的な処理流体の密度が変化することである。密度の変化は、固有モードの振動数を変動させる。流量計の制御系が共振を維持するので、これに応答して振動周波数が変動する。このような状況における質量流量は、位相差と振動周波数との比に比例する。
【０００３】
米国再発行特許第３１，４５０号は、位相差と振動周波数とを計測する必要を避けるコリオリ流量計を開示している。位相差は、２つの正弦波信号のレベル交差間の時間遅れを計測することによって決定される。この方法が用いられると、振動周波数における変動が打消され、質量流量は計測された時間遅れに比例する。このような計測を、本明細書では、時間遅れ計測と呼ぶ。
【０００４】
今日入手可能なコリオリ流量計測装置における問題は、気体の用途に対する適性が制約されることである。気体は液体より密度が小さく、その結果、同じ流速においては、より小さなコリオリ加速度が生じる。このような状況は、高感度の流量計を必要とする。代わりに、同じコリオリ加速度を得るように流速を増加するならば、従来の感度を持つ流量計を用いることもできる。不都合なことに、このような代替策は、感度が一定でない流量計をもたらす。
【０００５】
コリオリ流量計内の気体流における問題は、液体と気体とを含む多相流のシステムでは悪化する。気体がシステムを減衰させ、計測感度を減じる結果となる。このような減衰効果は非常に著しく、流量計は流量の計測を遂行できない。
【０００６】
コリオリ流量計を用いて多相流を計測するという状況は、油井が油、気体及び水を産出するような石油産業においてはしばしば生じる。気体井は、同様に気体、縮合物及び水を産出する。米国特許第５，６５４，５０２号は、油井からの産出物を気体、油又は縮合物及び水を含む個々の部分へ分離する試験分離器を介して、選択された油井を流すようにマニフォールドが構成される油井試験システムを開示している。コリオリ流量計は、油と水の各成分の質量流量を計測するために用いられる。流量計の計測精度は、残留水分に対する分離油相の計測密度を補正するため、電気的に導出される含水率の計測を用いることによって強化される。このような補正プロセスは、全ての油井が試験分離器と結合されるわけではないので、ある状況では使用が難しいか不可能である。試験分離器を使用せず或いはその経費をかけることなく、油井から流量を直接計測することが望ましいことがある。このような状況では、システムにおける気体の存在は、流量計から得られる計測精度における致命的な制限因子となり得る。
【０００７】
米国特許第５，０２９，４８２号は、気体と液体の各成分の既知の質量比率を持つ気体と液体の組合わせ流体の流れをコリオリ流量計内に流すことにより得られる経験的に得られた相関の使用について教示している。この経験的に得られた相関は、総合質量流量の直接的なコリオリ計測に基いて、気体と液体の比率が未知である気体と液体の組合わせ流体の流れにおける気体の比率と液体の比率とを計算するために用いられる。前記米国特許第５，０２９，４８２号は、システム計測における気体の減衰作用が経験的な相関に影響を及ぼすにも拘わらず、この減衰作用の影響の改善を目的とするものではない。
【０００８】
従って、多相流における密度計測に対する気体の減衰作用の影響に対する感度が低いコリオリ流量計に対する真の必要が存在する。
解決法
本発明は、多相流における密度計測に対する気体の減衰作用に対して感度が低いコリオリ流量計を提供することにより、先に概要を述べた諸問題を克服し、かつ技術を進歩させる。当該流量計の電子要素は、駆動装置の利得を多相流の指標としての閾値と比較する特殊な処理を行うようにプログラムされている。
【０００９】
コリオリ流量計は、気体と液体、気体と固体、或いは固体と液体の組合わせを含む多相流環境において振動する濃度計としての使用が、一般的に可能である。流量計は、少なくとも１つの流管と、流管を流れる物質の密度に対応する基本周波数で流管を振動させる駆動装置とを含んでいる。流量計電子装置は、振動流管における駆動利得の値の変化を監視して、前記流管内の多相流の存在を決定する。このような値の変化は、典型的には、閾値に対する比較であり、気体と液体とを含む多相流は前記閾値を越える駆動利得により示される。第２の比較は第２の閾値に対して行われ、気体と液体の系に類似する減衰作用を呈する、気体と固体、液体と固体、或いは液体と気体と固体とを含む多相流の存在を示す。流量計電子装置は、多相流の持続時間における前記流管内の多相流の存在に応答する。この応答は、典型的には、前記流量計からのリアルタイムの質量流量データから体積流量を決定するのに使用される履歴密度データの提供である。減衰される多相流の期間に用いられる他の有効な密度値は、多相流の選択された成分から得る密度の測定値を含む。
【００１０】
減衰される多相流の持続時間に使用される履歴密度値は、典型的には、平均密度値を提供するよう、ある時間間隔にわたって平均化される。これらの値もまた、統計的分析に供され、平均密度値に不要な測定が含まれることを排除し或いはこれを低減する。履歴的な測定データを使用する代わりに、典型的な流体に対する密度値を、密度を含む流体特性について研究室測定或いは経験的に得られる相関から得ることもできる。
【００１１】
コリオリ流量計は、固体、液体又は気体のうちの少なくとも２つの状態を含む流れとして定義される多相流が存在する環境において使用されることが意図される。この流量計は、気体と液体、又は気体と固体を含む多相流系において特に有効である。これらの環境は、生産中の油井又は気体井がミスト、気泡或いは他の多相流系を流す石油産業において特に一般的である。流量計は、水、気体及び油又は縮合物に関して井の体積流量を決定するよう、井に対する流量試験を実施するのに特に有効である。これらの状況においては、流量計電子装置は、気体を溶液へ戻すため井に対する負圧を増すことにより、或いはオペレータの介入を要求するため警報状態を表示することによって、気体の減衰作用の問題を直接克服するように動作することができる。
【００１２】
本発明はまた、本発明の目的を達成するための命令を含む制御ソフトウエアにも関する。特に、この命令はプロセッサによって実施されたときに動作可能になり、プロセッサに、コリオリ流量計から駆動利得入力を受取らせ且つ駆動利得入力を処理させて、多相流を表わす閾値と駆動利得入力を比較することにより、また、多相流の持続時間中の実際の密度測定を表わさない履歴密度値を含む出力を提供することにより、コリオリ流量計における多相流の存在を決定する。これらの命令は、必要に応じて検索するため機械読み取り可能記憶媒体に格納される。
【００１３】
本発明の第１の特質は、流管に流れる物質の密度に対応する基本周波数において駆動装置により振動させられる少なくとも１つの流管の駆動利得を監視して、この少なくとも１つの流管における多相流の存在を決定するため値の変化を検出する流量計電子装置を備えるコリオリ流量計である。流管内の物質の多相流の存在の決定に応答して、この物質に対する補正された密度値が提供される。
【００１４】
本発明の更なる特質は、駆動利得を閾値と比較して、駆動利得が多相流の指標としての閾値を越えるかどうかを決定することである。
本発明の更なる特質は、閾値が気体と液体を含む多相流を表わすことである。
【００１５】
本発明の更なる特質は、駆動利得を第２の閾値と比較して、駆動利得が液体と固体を含む多相流の指標としての第２の閾値を越えるかどうかを決定することである。
【００１６】
本発明の更なる特質は、前記基本周波数に対応する密度値以外の新たな密度値を提供することである。本発明の
更なる特質は、他の密度値として使用するため履歴的な密度測定を表わすデータを検索することである。
【００１７】
本発明の更なる特質は、ある時間間隔にわたり履歴的密度測定を平均化して平均密度値を提供することである。
本発明の更なる特質は、履歴的な密度測定が統計的分析に供されて、不要な測定が平均密度値に含まれることを排除し或いはこれを低減することである。
【００１８】
本発明の更なる特質は、他の密度値として使用するため研究室測定から得る密度測定を表わすデータを検索することである。
本発明の更なる特質は、他の密度値として使用するため、相関から得る密度測定を表わすデータを検索することである。
【００１９】
本発明の更なる特質は、流管を少なくとも１つの生産井に結合して、井から流れる物質を測定し、この井からの産出時に進行中の井試験を停止することである。
【００２０】
本発明の更なる特質は、多相流の決定に応答して多相流を表わす警報を付勢することである。
本発明の更なる特質は、流量計出力として駆動利得を提供することである。
【００２１】
望ましい実施の形態の詳細な記述
コリオリ流量計全般――図１
図１は、流量計組立体１０と流量計電子装置２０とを含むコリオリ流量計５を示している。流量計電子装置２０は、リード線１００を介して流量計組立体１０に接続されて、密度、質量流量、体積流量、総合質量流量及び他の情報を経路２６上に提供する。当業者には明らかなように、駆動装置或いはピックオフ・センサの数に拘わらず、任意の形式のコリオリ流量計により本発明を用いることが可能である。
【００２２】
流量計組立体１０は、１対のフランジ１０１、１０１′、マニフォールド１０２、及び流管１０３Ａ、１０３Ｂを含む。流管１０３Ａ、１０３Ｂには、駆動装置１０４と、ピックオフ・センサ１０５、１０５′とが接続されている。ブレース・バー１０６、１０６′は、流管１０３Ａ、１０３Ｂの各々が振動する軸Ｗ、Ｗ′を規定するように働く。
【００２３】
測定される物質を搬送するパイプライン系統（図示せず）へ流量計組立体１０が挿入されると、物質はフランジ１０１を介して流量計組立体１０へ流入し、マニフォールド１０２を通過して流管１０３Ａ、１０３Ｂに流入し、流管１０３Ａ、１０３Ｂを通過してから再びマニフォールド１０２へ戻り、フランジ１０１′を経て流量計組立体１０から流出する。
【００２４】
流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ′−Ｗ′に関して実質的に同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選択され、マニフォールド１０２へ適宜に取付けられる。流管は、前記マニフォールドから略々平行に外方に延びている。
【００２５】
流管１０３Ａ、１０３Ｂは、その曲げ軸Ｗ、Ｗ′に関して、且つ、流量計の最初の無曲がり部分において逆方向に駆動装置１０４により駆動される。駆動装置１０４は、流管１０３Ａに取付けた磁石及び流管１０３Ｂに取付けた対向コイルのような多くの周知の装置の１つでよい。交流が対向コイルへ送られて両方の流管を振動させる。適切な駆動信号が、流量計電子装置２０によりリード線１１０を経て駆動装置１０４へ印加される。
【００２６】
図１の説明は、コリオリ流量計の動作の一例として述べたに過ぎず、本発明の教示を限定するものではない。本発明は、単一流管流量計ならびに多数のピックオフ装置又は多数の駆動装置を含む他の形式のコリオリ流量計にも等しく適用し得る。
【００２７】
流量計電子装置２０は、リード線１１１、１１１′にそれぞれ現われる右左の速度信号を受取る。流量計電子装置２０は、リード線１１０に駆動信号を生じて駆動装置１０４に流管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させる。本発明は、多数の駆動装置から多数の駆動信号を生じることができる。流量計電子装置２０は、左右の速度信号を処理して質量流量を計算し、本発明の検証システムを提供する。経路２６は、流量計電子装置２０がオペレータとインターフェースすることを可能にする入出力手段を提供する。
【００２８】
流量計電子装置２０の全般――図２
図２は、本発明に関する処理を行う流量計電子装置２０の構成要素のブロック図を示す。経路１１１、１１１′は、左右の速度信号を流量計組立体１０から流量計電子装置２０へ送る。速度信号は、流量計電子装置２０におけるアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）・コンバータ２０３により受取られる。Ａ／Ｄコンバータ２０３は、左右の速度信号をプロセッサ２０１により使用できるディジタル信号へ変換し、このディジタル信号を経路２１３でＩ／Ｏバス２１０へ送る。ディジタル信号は、Ｉ／Ｏバス２１０によりプロセッサ２０１へ搬送される。駆動装置の信号は、Ｉ／Ｏバス２１０により経路２１２へ送られ、この経路を介して信号はディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）・コンバータ２０２へ印加される。Ｄ／Ａコンバータ２０２からのアナログ信号は、経路１１０を介して駆動装置１０４へ送られる。経路２６はＩ／Ｏバス２１０へ接続され、流量計電子装置２０がオペレータとの間でデータを送受することを可能にする入出力手段（図示せず）へ信号を搬送する。
【００２９】
プロセッサ２０１は、経路２２１を介して読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２２０から、物質の質量流量の計算、物質の体積流量の計算及び物質の密度の計算を含む流量計の諸機能を行うための命令を読出す。これら諸機能を実行するためのデータならびに命令は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２３０に格納される。プロセッサ２０１は、経路２３１を介してＲＡＭ２３０における読出し／書込み動作を行う。より広義には、流量計電子装置２０は、追加の制御命令と、経路２６により流量計電子装置２０に任意に接続される他のプロセッサとを含む。
【００３０】
流体密度の計算
図３は、単相流におけるコリオリ流量計５（図１参照）の流管１０３Ａ、１０３Ｂと同じ物理的原理で動作する非減衰型動的ばね組立体３００を示している。ばね３０２は、アンカー３０４と重り３０６とに接続される。重り３０６は、双頭の矢印３０８と平行な経路で往復運動すなわち振動する。組立体３００の固有振動数ｆｎは、
【００３１】
【数１】
0003547708.tif 000002
【００３２】
である。但し、Ｋｓはばね３０２のばね定数、ｍは重り３０６の質量である。コリオリ流量計５の場合、ｍは流管内の物質の質量と流管１０３Ａ、１０３Ｂとを組合わせた重量である。
【００３３】
式（１）が流管１０３Ａ、１０３Ｂに適用されると、
【００３４】
【数２】
0003547708.tif 000003
【００３５】
となる。但し、Ａ及びＢは、コリオリ流量計に対して従来の方法で決定される校正定数、ρは流管に流れる媒体の密度、ｆｎは固有振動数である。このように、固有振動数を知ることにより、流体の密度を決定することができる。
【００３６】
コリオリ流量計は、振動するセンサ管、例えば流管１０３Ａ、１０３Ｂ（図１参照）の一方におけるコリオリ捩れを計測することによって、質量流量を計測する。このセンサ管の振動は、管内に流れる流体の角運動量を変化させる作用を有する。コリオリ捩れ力は比較的小さく、流管は比較的堅牢である。コリオリ捩れ力を検出可能にするため流管を充分な振幅で振動させるように、流量計電子装置２０は、流管をその固有振動数で振動させるコイル１０４を駆動するため駆動電圧を与える。このため、プロセッサ２０１（図２参照）は、コリオリ流量計に対する透過率又は駆動利得を周知の方法で連続的に最大化する出力を与える。例えば、透過率又は駆動利得が減少するとき、駆動電圧は典型的には増加する。同時に、駆動電圧はある最大限度値を越えて増加することができない。さもなければ、電圧は高くなり過ぎて、流量計が過剰電圧又は過剰振動振幅により破損する結果となる。
【００３７】
システムに対する気体減衰作用の影響
図４は、気体と液体を含む多相流におけるコリオリ流量計５の流管１０３Ａ、１０３Ｂ（図１参照）と同じ物理的原理で動作する減衰型動的ばね・重り組立体４００を示している。可能な場合、図４においては図３の同じ要素に対して同じ番号が付される。図４は、経路３０８に沿った振動の振幅を減じる作用を持つダンパー４０２を付加した点で図３と異なる。式（１）と式（２）は、図４に示した系にも当てはまるが、振動の全体的な強さはダンパー４０２に起因して小さくなっている。
【００３８】
図５は、コリオリ流量計５における流管１０３Ａ、１０３Ｂ（図１参照）の振動数応答における気体の実際の減衰作用を示す仮想データのプロットである。透過率の対数は、駆動コイル１０４に例えば周波数ｆ０、ｆ１及びｆ２で印加された交流電圧の周波数の関数としてプロットされている。透過率Ｔｒは、ピックオフ装置出力を駆動入力で除したものに等しい。すなわち、Ｔｒは駆動利得である。ここで、
【００３９】
【数３】
（３）    Ｔｒ＝出力／入力
＝Ｖａｃｐｉｃｋｏｆｆｃｏｉｌ／Ｖａｃｄｒｉｖｅｃｏｉｌ
である。但し、Ｖａｃｐｉｃｋｏｆｆｃｏｉｌは、ピックオフ装置１０５、１０５′からのリード線１１１、１１１′における交流電圧、Ｖａｃｄｒｉｖｅｃｏｉｌは駆動コイル１０４に対するリード線１１０上の交流電圧である。これらの電圧は、駆動コイル１０４とピックオフ装置１０５、１０５′との間のスケール差を考慮するように校正定数により比例的に調整される。第１の曲線５００は式（１）及び図３の非減衰型システムに対応し、計測中の流体に気体は存在しない。第２の曲線５０２は式（３）の減衰型システムに対応している。曲線５００及び曲線５０２はともに、固有振動数ｆｎにおける最適値５０４、５０４′をそれぞれ有する。曲線５００、５０２のｆｎより左側の領域５０６は、流管１０３Ａ、１０３Ｂ（図１参照）が同相で振動している状況を表わす。曲線５００、５０２のｆｎより右側の領域５０８は、流管１０３Ａ、１０３Ｂ（図１参照）が異なる位相で振動している状況を表わす。最適点５０４′の振幅が小さいため、最適点５０４′の方が最適点５０４よりも検出が難しい。気体の減衰作用のため振幅が減少するにつれ、コリオリ流量計５（図１参照）は、流量計の感度に依存して有効な流量計測は行うことができない。
【００４０】
流量計電子装置２０は、駆動利得又は透過率を監視するように、及び、ピックオフ・コイルにおける電圧を駆動コイルにおける電圧で割った値に基いて透過率の振幅を最適化するように設計される。このような最適化は、曲線５００の勾配分析に基いて行われる。例えば、駆動コイルにおける速い振動数によって生じる新たなデータから得られる第１の順方向差は、ゼロ値（最適状態）、負の値（領域５０８）或いは正の値（領域５０６）を持つ勾配を生じる。次いで、流量計電子装置は、最適化された透過率が得られるまで、データの勾配により示される必要に応じて、速い又は遅い振動を駆動する。図６は、過渡的気泡が時点６０２においてコリオリ流量計５（図１参照）に侵入し時点６０４において出る事象６００の駆動利得と時間との間の関係を示す仮想データのプロットである。駆動利得は図６において百分率として表わされ、間隔、例えばｔ１、ｔ２、ｔ３において時間の関数としてプロットされる。本発明の概念によれば、プロセッサ２０１（図２参照）は、駆動利得又は透過率に基く閾値６０６によりプログラムされる。曲線６０８の駆動利得又は透過率が閾値６０６を越える場合は、プロセッサ２０１は、式（２）に従って周知の方法で計算される密度値の使用を停止する。次いで、プロセッサ２０１は、図７に示されるフローチャートに従って密度の計算を進める。
【００４１】
図５及び図６に示した作用は、液体と固体を含む、例えば、流体中にパラフィン、砂又はあかを含み、或いは、流管１０３Ａ、１０３Ｂの内壁面に実際に形成したあかを含む多相流の作用に類似する。このため、気体と液体の多相流を検出することができるシステムもまた、同じ原理を用いて、流管内に気体と固体を含む、或いは、液体と固体又はあかを含む多相流を検出することが可能である。
【００４２】
過渡的気泡対処モード
密度値を含む流量計出力に対しては、式（２）により得られる計測法を用いることが常に望ましいが、多相流における気体の有害な減衰作用のため、式（２）の使用は常に可能であるとは限らない。図７は、過渡的気泡がコリオリ流量計５に侵入してシステムを減衰する気体の効果を生じるときの密度値の矯正のためのプロセスＰ７００を示している。プロセスＰ７００は、気体の減衰はリアルタイムの計測の困難性を生じるが、コリオリ流量計から得られる密度に対する次善値が最も新しく計測された密度であるという前提に従って開発された。プロセスＰ７００の各ステップは、図６に現われる参照番号に関連して記述される。
【００４３】
ステップＰ７０２において、プロセッサ２０１は、時点６０２において曲線６０８が閾値６０６と交差した結果として駆動利得が閾値６０６を越えたものと決定する。時点６０２以前の曲線６０８の部分は流量計に侵入しようとする気泡によるノイズを含むという事実に起因して、ステップＰ７０４において、プロセッサ２０１は、所定の時間間隔６１０において、時間的には前に戻って平均化間隔６１２を参照する。平均化間隔６１２は１つのデータ点に対応するが、閾値６０６を越えることなく突出する不要な測定値６１４を平滑化するために多数のデータ点を包含する間隔を含むことが望ましい。
【００４４】
ステップＰ７０６において、プロセッサ２０１は、平均化間隔６１２におけるどれかの測定値が閾値６０６を越えるかどうかを決定する。もし越えるならば、ステップＰ７０８において、間隔６１０の倍数又は一部が計算において用いられ、ステップＰ７０４の反復により新たな平均化間隔６１２に到達する。ステップＰ７０４における反復が閾値６０６より大きな点のない間隔６１２への到達に失敗すると、閾値６０６より大きい計測値を含む不要な計測値例えば計測値６１４が統計分析により除去される。この統計分析は、平均化間隔６１２における計測値が閾値６０６より小さい限り、標準偏差を計算すること、標準偏差から外れる全ての数を無視すること、或いは、閾値６０６より大きい全ての数を無視することを含む。或いはまた、プロセッサ２０１は、研究室測定から得られるような予め選定された密度値を出力するようにプログラムされ得る。
【００４５】
ステップＰ７１０は、平均化間隔６１２に対応する典型的な平均密度値を生じるよう、平均化間隔６１２にわたって密度値を平均化することを含む。この平均を計算するため用いられる値は、ステップＰ７０６に関して先に述べたような統計分析により調整される。流量計が気体の減衰作用により質量流量の計測を生じるよう正しく動作していないことを示す流量計の診断が状態では、質量流量に対する流量計出力もまた前記の同じ原理に従って平均化され得る。
【００４６】
ステップＰ７１２によれば、プロセッサ２０１は、曲線６０８が時点６０４において閾値６０６より低下するようなときまで、ステップＰ７１０から得た平均密度値を流量計出力として生じる。従って、プロセスＰ７００はステップＰ７１４において終了し、プロセッサ２０１は過渡的気泡対処モードから出て、式（２）に従って行われた計測からなる流量計出力へ戻る。
【００４７】
閾値６０６、間隔６１０及び平均化間隔６１２に対する正確なレベル又は持続時間は、流量計の形式及びサイズ、ならびに意図された使用環境と関連する。例えば、これらの値は、一日当たり１０００バレルを産出する油井に取付けられた流量計と一日１バレルを産出する油井に取付けられた流量計とで異なる。実際には、オペレータは、コリオリ流量計５が気泡を含まずに動作する閾値６０６を決定する。このような決定は、実験、試行錯誤、製造者の推奨又は意図された使用環境における時間にわたる記録の組合わせによって行われる。オペレータは、この値を流量計電子装置２０へ、プロセスＰ７００において使用される設定値として入力する。流量計電子装置は駆動利得レベルを連続的に監視する。過渡的気泡対処手法の適用は石油産業用途に限定されるものではなく、気体と液体を含む多相流に遭遇する任意の状況を含む。
【００４８】
曲線５００と曲線５０２との間の比較として図５に示された同じ減衰原理は、若干ではあるが、多相流が固体と液体を含む状況に当てはまる。多相流もまた気体、液体及び固体の混合物を含み得る。これらの状況は、石油産業の使用環境においては、流体の流れが天然ガス、油又は縮合物、水、パラフィン、砂及び／又はけつ岩を含む場合に生じる。このように、図６及び図７の原理は、固体と液体、気体と固体、気体と液体を含む多相流に起因する誤った密度又は質量流量の計測を改善するために用いられる。
【００４９】
上記のプロセス要素は、記憶媒体に格納される命令からなる。この命令は、プロセッサにより検索され実行され得る。命令の例は、ソフトウエア、プログラム・コード及びファームウエアである。記憶媒体の例は、記憶装置、テープ、ディスク、集積回路及びサーバである。命令はプロセッサにより実行されたときに動作可能であり、本発明に従ってプロセッサを動作させる。用語「プロセッサ」は、単一の処理装置或いは相互に働く処理装置群を指す。プロセッサの例は、集積回路、コンピュータ及び論理回路である。当業者は、命令、プロセッサ及び記憶媒体を知悉している。
【００５０】
先に述べた過渡的気泡対処の原理を実現するために装備されるコリオリ流量計及び関連する流量計電子装置は、多相流を含む任意の環境において用いることができ、流量計は過渡的なミスト及び細かい気泡に対処するように特に良好に働く。これに関連して、「過渡的」は、時間に関して一時的に或いは周期的に存在する流動条件を意味する。流量計はまた、スラグ流又はプラグ流の条件下の気体効果を改善するように充分に良好に働くが、計算された体積流量はこれらの流動条件下ではミスト流れ条件よりも信頼性に劣る。特定用途は、反応塔又はプロセス・フロー・ラインにおける気体生成を伴なう化学的処理、食品のレトルト処理、気体生成を伴なう微生物処理や、例えば、流量計前に分離器が組み込まれていない石油産業における生産井のような多相流を含む任意の他のシステムを含む。
【００５１】
石油井の試験計測に用いられるシステム
概略ブロック図である図８に示されるように、システム８００は、それぞれが気体、液体及び固体を含む多相流を配管路８０４へ提供する複数の電気的に動作される坑井口（ｗｅｌｌｈｅａｄ）弁８０３、８０３′、８０３″を有するマニフォールド８０２を含む。弁８０３、８０３′、８０３″は、ＭＡＴＲＹＸ  ＭＸ２００アクチュエータを備えたＸｏｍｏｘのＴＵＦＦＬＩＮＥ  ０３７ＡＸ  ＷＣＢ／３１６油井切換え弁のような、３路の電気的に始動されて空圧で作動する弁であることが望ましい。弁８０３、８０３′、８０３″は、一時に１つの油井からマニフォールド８０２と試験路線８０４を介して、コリオリ流量計５と同じでよいコリオリ流量計８０６へ多相流を選択的に供給するように構成される。コリオリ流量計８０６内に流れる油井は、その全売上げへの寄与量を決定するため体積流量について試験される。坑井口弁８０３、８０３′、８０３″の残部は、売上げ計である第２の流量計８１０を通過するように収集管路８０８へ流れる。コリオリ流量計８０６内の流れは流量計の放出管路８１２へ放出され、含水率計８１２に入る。この流れは、その後、第２の流量計８１０による計測のため収集管路８０８における流れと合流される。流量計８０６、８１０の形態例は、米国コロラド州ボウルダのマイクロモーション社から入手可能なＥＬＩＴＥモデルＣＭＦ３００３５６ＮＵとモデルＣＭＦ３００Ｈ５５１ＮＵを含む。
【００５２】
システム８００は、データ取得及びプログラミング・ソフトウエアでプログラムされるコンピュータ８１６（例えば、ＩＢＭ互換マシン）を含む。このソフトウエアの望ましい形態は、エマーソン・エレクトリックの子会社であるＩＮＴＥＬＬＵＴＩＯＮから入手可能なインテリューション・ソフトウエアＤＭＡＣＳである。このソフトウエアは、潜在的に危険な機械的事故を表わす異常油井試験条件を表示する警報を生じることができるので、特に望ましい。コンピュータ８１６は、コンピュータ８１６にシステム８００の遠隔構成要素と対話することを可能にする複数の駆動装置とインターフェースを含む遠隔操作コントローラ８１８のプログラミングを制御する。遠隔操作コントローラ８１８の望ましい形態は、フィッシャ・モデルＲＯＣ３６４である。コントローラ８１８もまた、コンピュータ８１６からの制御命令の実現を容易にするソフトウエアでプログラムされる。
【００５３】
弁制御リード線８２０、８２０′、８２０″は、コントローラ８１８を弁の選択的な制御のための電気作動弁８０３、８０３′、８０３″と接続する。リード線８２２は、コントローラ８１８を圧力送信機８２４と接続する。送信機８２４の形態例は、米国コロラド州ボウルダのマイクロモーション社から入手可能なＥＬＩＴＥモデルＲＦＴ９７３９である。リード線８２６は、コントローラ８１８を含水率計８１４と接続する。コントローラ８１８、送信機８２４及びコンピュータ８１６の機能は、流量計電子装置２０（図２参照）のプロセッサ２０１のような１つのプロセッサにおいて合成される。
【００５４】
システム８００は、下記のように動作する。マニフォールド８０２は、油井の試験のため或いは油井に関する質量流量情報の提供のために、１つの油井弁８０３、８０３′又は８０３″をコリオリ流量計８０６を通って流れるようにするが、残りの油井は第２の流量計８１０により出力される総売上げのため収集管路８０８へ流れる。コリオリ流量計８０６は、密度及び質量流量の情報を流量計出力として送信機８２４へ提供し、この送信機は信号をリード線８２２でコントローラ８１８へ提供する。コンピュータ８１６、コントローラ８１８、送信機８２４又はコリオリ流量計８０６の１つ（典型的には、コンピュータ８１６）が、式（４）
【００５５】
【数４】
0003547708.tif 000004
に従って合計体積流量Ｑｅに対する計算を行う。但し、Ｍｅは油と水との組合わせの流れから得るコリオリ流量計に基く質量流量計測値であり、Ｄｅは計測温度Ｔにおける油、気体、水及び固体の組合わせの流れの密度である。
【００５６】
油の体積流量は、式（５）
【００５７】
【数５】
0003547708.tif 000005
に従って計算される。但し、Ｑｏは油の体積流量、Ｘｗは水の部分流量であり、残りの変数は先に定義されている。
【００５８】
水の体積流量は、式（６）
【００５９】
【数６】
0003547708.tif 000006
に従って計算される。但し、Ｑｗは水の体積流量であり、残りの変数は先に定義されている。
【００６０】
体積流量値Ｑｏ、Ｑｗは、例えば、式（７）
【００６１】
【数７】
0003547708.tif 000007
におけるように、計測温度における密度に体積流量を掛け、基準温度における密度で割ることにより、標準温度Ｔｒへ補正することができる。但し、Ｑｏは標準温度Ｔｒｅｆにおける体積流量、Ｑｏ,Ｔは温度Ｔにおいて計測され式（５）に従って計算された油の体積流量、Ｄｏは基準温度Ｔｒｅｆにおける研究室測定からの計測密度、Ｄｏ,Ｔは温度Ｔにおいて計測された油の密度である。
【００６２】
水の部分流量は、
【００６３】
【数８】
0003547708.tif 000008
のように計算される。但し、Ｄｅは計測温度Ｔにおける油（又は縮合物）と水との組合わせの流れの密度、ρｏ,Ｔは分離された油成分の残留水分を除く純油（又は縮合物）相の密度、ρｗ,Ｔは純水相の密度であり、残りの変数は先に定義されている。
【００６４】
値Ｘｗは、油井試験計測の重要な結果である「含水率測定値」である。用語「含水率」は、本明細書では油及び水の混合液中の水の体積と、油の体積との間の関係を表わす任意の比として定義される。含水率計８１４は、含水率を定量化するため、容量、抵抗、マイクロ波放射或いは他の測定値を用いる。ある状況においては、水の体積は非常に大きいので、計測限度を越える。例えば、容量又は抵抗は、水の体積が流れの合計の約２０％ないし３０％より小さい場合にのみ充分に正確な含水量測定を提供する。３０％の精度上限は、多数の生産油井から観察されるレベルよりはるかに低い。例えば、油井の総合液体産出体積は９９％が水であり得る。従って、一部の含水率モニタは、少ない水分を有する油成分における含水率の決定に用いられる。総液体成分は３０％の精度上限を越える水分を有するので、含水率モニタは、２つの相分離器から流れる物質中の水分の決定には用いることができないことが多い。含水率モニタ６６の形態例は、ＤｒｅｘｅｌｂｒｏｏｋモデルＣＭ−２容量モニタである。従って、式（８）は、水と油又は縮合物の体積流量と含水率との計算方法を提供する。値ρｏ,Ｔとρｗ,Ｔは、特定の油井の産出流体の従来の研究室測定から得ることができる。
【００６５】
値Ｘｗが含水率計８１４の性能及び精度の限度内にある場合、油の密度は
【００６６】
【数９】
0003547708.tif 000009
のように水分について補正される。但し、ρｏ,Ｔは温度Ｔにおける水分補正された油の密度、ρｔは温度Ｔにおいてコリオリ流量計８０６により測定された含水液体の総合密度、ρｗは温度Ｔにおける研究室の測定又は従来の経験的な温度−塩分相関により確定された水分の密度であり、ＷＣは含水率計８１４により測定された含水率である。
【００６７】
要するに、石油製品は体積で販売されるので、販売目的のためには計器の液体測定値を質量流量から体積流量へ変換することが必要である。密度値は、質量流量から体積流量への変換を行うために用いられる。水と油の部分流量は含水率の直接計測により決定されるが、この方法は、含水率計に固有の計測上の諸制約によって常に有効であるとは限らない。含水率の直接計測は、生産油井の耐用年数において変化する油の密度値について計器を校正するのにも用いることができる。含水率は、水と油の密度が他の情報源から判るならば、密度の測定から決定可能である。システムにおける気体の減衰作用は式（８）、（９）によるこれらの計算の妨げとなる。これは、計器が流管を流れる物質の正確な密度の読みを停止するほど減衰作用がひどいから、又は、測定される密度が式（８）と式（９）に固有の２相流の前提を壊すに足る気体成分を示すからである。気体の流れの流量は、米国特許第５，０２９，４８２号による経験的な相関によって決定することができる。
【００６８】
図８のコンピュータ８１６又はコントローラ８１８は、過渡的気泡が流量計８０６内で検出される間に図７により得られる密度又は質量流量の値を用いる処理のオプションを有する。或いはまた、間隔６１２からの平均値の使用が要求されなければ、これに代わるオプションは、油井の試験を停止すること、或いはオペレータの介入を求める警報を表示することを含む。更に別のオプションは、油井の負圧を増すため弁８０３、８０３′、８０３″の選択される１つを部分的に閉じるように、コンピュータ８１６がコントローラ８１８に信号を送ることである。油井の場合は、この負圧は遊離気体を溶液へ戻させ、これにより、産出流体から気体を完全に或いは部分的に除去してコリオリ流量計８０６に対する気体の減衰作用を完全に或いは部分的に克服する。
【００６９】
式（８）と式（９）は特に油と水に関するものであるが、より広義に、任意の２相の混和しにくい液体系、例えば第３の相として気体により影響を受け得るコロイド状溶液を対象とするものである。これらの系に対する気体の悪影響は単なる減衰作用以上のものを含む。これは、気体を考慮に入れない２相の混和しにくい液体という前提のもとに式（８）及び式（９）が生成されたとき、式（８）からの密度を式（９）により補正して計算されるＸｗ値は、低減した密度値Ｄｅに起因して誤差を有するからである。
【００７０】
発明者は、本発明における全ての権利を保全するため均等論に依存するものであることをここに申し述べる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コリオリ流量計を示す。
【図２】コリオリ流量計における流量計電子装置を示すブロック図である。
【図３】振動ばね・重り系を示す概略図である。
【図４】図のシステムと類似するが、多相流システムにおける気体と類似する気体ダンパーを更に含む振動ばね・重り系の概略図である。
【図５】仮想液体系と多相流における気体成分の付加により減衰される仮想液体系との間の比較を含む、透過率と振動周波数との関係を示す図である。
【図６】改善を必要とする過渡的気泡事象期間における駆動利得と時価のの関係を示す図である。
【図７】図６に示す過渡的気泡事象の改善のための方法を示すプロセス制御の概略図である。
【図８】図７に示す方法を実現することができる制御回路を組み込んだ坑井試験システムを示す概略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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