(57)【要約】【課題】精度良く流量計測をすることが可能な多相流量計を提供する。【解決手段】パイプライン２３から三相流の一部を抽出するために、パイプライン２３に設置したオリフィス１２の上下流に連結する一対の連通管１３と、気液抽出タンク１４とが用いられる。パイプライン２３にスラグ流等が流れることにより、オリフィス１２前後の圧力差が周期的に変化する。これに伴って一対の連通管１３と気液抽出タンク１４とでは、気液の抽出と気体を主とした排出とが同時に行われる。気液抽出タンク１４内においては、気液が左右、上下などに強制的に揺さぶられて撹拌され、これによって液相の比率が高い気液が残ることになる。そして、この液相の比率が高い気液から気体が除去されて混合液体が抽出され、液溜タンク１７に溜まるようになる。液溜タンク１７からは、コリオリメータ３８で必要な分の混合液体が流れ、コリオリメータ３８では、結果、精度の高い密度計測が行われる。【選択図】図２
2008107298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と二種類の液体とからなる三相流における気液二相流の各相流量を計測する気液二相流量計測部と、前記気液二相流における液相としての混合液体の混合密度を計測する混合液体密度計測部と、前記混合密度から前記混合液体の混合比率を求め該混合比率と混合液体流量とから前記混合液体の各流量を算出する各相流量算出部とを備え、
前記混合液体密度計測部は、混合液体抽出部と、該混合液体抽出部に連結する密度計測部とを含み、
前記混合液体抽出部は、前記三相流を流すパイプラインに設ける差圧発生器と、該差圧発生器の上流下流に連結する一対の連通管と、該一対の連通管に連結して前記三相流の一部を取り込む場所となるとともに前記差圧発生器前後の圧力変化を利用して前記三相流の一部を強制的に撹拌させる場所となる気液抽出タンクと、該気液抽出タンクに連結して液相を含む気体を排出する気液排出管と、前記気液抽出タンクに連結して少なくとも前記密度計測部で必要とする密度計測用の混合液体を取り込みこれを溜める液溜タンクと、該液溜タンクの少なくとも下流側に設ける液流量調節弁とを有し、
前記密度計測部は、前記密度計測用の混合液体を用いて密度計測をする密度計測部本体と、該密度計測部本体及び前記パイプラインに連結する気液戻管とを有する
ことを特徴とする多相流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の多相流量計において、
前記気液二相流はスラグ流である、或いは気泡流又はせん状流である
ことを特徴とする多相流量計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の多相流量計において、
前記混合液体密度計測部、又は、前記混合液体密度計測部及び前記気液二相流量計測部は、前記パイプラインに対して着脱自在である
ことを特徴とする多相流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体と二種類の液体とからなる三相流の各相流量を計測する多相流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
深海域等の抗井から産出される石油は油に水やガスを含む混相流（三相流であり、以下、多相流と略記する）を形成していて、これらの相が分離されることなく陸地に高圧移送された後、採油井採取工程を経て分離精製されるようになっている。分離精製された油・ガスは、目的地に向けて送油・送ガスされるとともに、水分は排水処理されるようになっている。採油井採取工程の前の段階において、必要に応じて多相流体は採油井の管理や採取工程ないし出荷管理のために各相の流量計測がなされるようになっている。
【０００３】
この各相の流量計測に関しては、従来、例えば密度計と超音波流量計とを利用した相互相関法によるものが下記特許文献１の従来技術の欄に開示されている。この開示技術では、密度計としてγ線式密度計が用いられている。γ線式密度計は高価なものであることが知られている。相互相関法では、γ線式密度計を用いることにより気液二相流の平均密度が測定され、この測定された平均密度からボイド率が求められるようになっている。そして、ボイド率と超音波流量計とで計測された多相流体の体積流量から各々の流量が求められるようになっている。尚、この場合、水分率を計測する要素を更に追加することにより、油及び水の流量を測定することができるようになるが、水分率を計測する要素はγ線式密度計と同様に高価で、且つ、フィールドにおけるキャリブレーションを実施することを前提としているものが多く、更なるコスト高を招くという問題点を有している。
【０００４】
この他、多相流の流量計測に関しては、相分離工程（三相分離タンク）を経てガス・油・水等の単相流にしてから、ガス流量と、油及び水の各々の流量とを計測することも知られている（下記特許文献２参照）。しかしながらこの各相流量計測に関しては、相分離のための設備費用が嵩むという問題点を有している。また、設備費用が嵩む他に、設備が大型になって必要な所へ容易に移動させることができないという問題点も有している。
【０００５】
ところで、下記特許文献２には密度計等に関する技術が開示されている。この開示技術により考えられることは、γ線式密度計の代わりに下記特許文献２の密度計に関する開示技術を適用することで、上記のコスト高の問題点を解消することができる可能性を有している。下記特許文献２には、流量計及び密度計としてコリオリ質量流量計が用いられている。尚、コリオリ質量流量計は単純にγ線式密度計の代わりに適用できるものでなく、また、下記特許文献２において考えられる問題点もあることから、以下、下記特許文献２の多相流量計の構成や簡単な作用について説明をする。
【０００６】
図１１において、多相流れ測定システム（多相流量計に相当）１００は、渦流分離器１０４と、この渦流分離器１０４内に多相流体を放出する流入多相流管１０２とを備えている。渦流分離器１０４は、気体を上部の気体測定流管１０６へ放出するとともに、液体を下部の液体測定流管１０８へ放出するように構成されている。気体測定流管１０６と液体測定流管１０８は、流れ測定が行われた後に放出管路１１０にて再び合流するようになっている。放出管路１１０は、販売地点に達する前に三相産出分離器１１８までのびて、気相、水相、油相の分離を行うことができるように構成されている。
【０００７】
多相流れ測定システム１００は、産出マニフォールド１１６を備えている。産出マニフォールド１１６は、複数の油井又はガス井から多相流体が供給される部分となっている。流入多相流管１０２は、矢印１２０の方向に沿って産出マニフォールド１１６から多相流体を受け取るようになっている。流入多相流管１０２において、引用符号１２２はベンチュリ部、１２４は傾斜増減部、１２６は渦流分離器１０４に対しての水平放出要素を示している。
【０００８】
水平放出要素１２６は、渦流分離器１０４の円筒状の内部分離部へ接線方向に多相流体を放出するように配置されている。水平放出要素１２６から多相流体が放出されると、この放出によって渦流分離器１０４内の液体部分１２８にトルネード効果又はサイクロン効果が生じるといわれている。渦流分離器１０４内には、水平放出要素１２６を介して多相流体の全量が放出されるようになっている。
【０００９】
液体部分１２８は、分離された水相、油相、及び同伴する気相を含む主液相になっている。同伴気相は、サイクロン効果から生じる遠心力により液体部分１２８から分離されるようになっている。尚、同伴気相は、この同伴気相の付加的な重力分離を可能にする比較的低い流量を除いて完全に除去することができない。言い換えれば、流量が高い場合には同伴気相が除去されないことになる。液体部分１２８は、渦流分離器１０４から液体測定流管１０８へ放出されるようになっている。
【００１０】
渦流分離器１０４内部の気体部分１３２は、油と水のミストと共に気体を含む主気相になっている。渦流分離器１０４には、ミストの部分的な凝縮が生じるようなミスト収集スクリーン１３４が設けられている。気体部分１３２は、気体測定流管１０６へ放出されるようになっている。
【００１１】
気体測定流管１０６には、コリオリ質量流量計１５４が設けられている。このコリオリ質量流量計１５４は、気体測定流管１０６内部の多相流体の気体部分１３２から質量流量及び密度の測定値を提供するようになっている。コリオリ質量流量計１５４は、流量送信器１５６に接続されており、測定値を表す信号が制御装置１１２に対して出力されるようになっている。気体測定流管１０６には、逆止弁１６０が設けられている。逆止弁１６０は、矢印１６２方向における確実な流れを保証して、これにより液体部分１２８が気体測定流管１０６へ浸入することを阻止するようになっている。
【００１２】
液体測定流管１０８には、静止型ミキサ１６４が設けられている。また、この静止型ミキサ１６４の後方には、コリオリ質量流量計１６６と含水モニタ１７２とが設けられている。コリオリ質量流量計１６６は、液体測定流管１０８内部の液体部分１２８から質量流量及び密度の測定値を提供するようになっている。コリオリ質量流量計１６６は、流量送信器１６８に接続されており、測定値を表す信号が制御装置１１２に対して出力されるようになっている。含水モニタ１７２は、液体測定流管１０８内部の液体部分１２８の含水率を測定するようになっている。含水モニタ１７２は、制御装置１１２に接続されている。
【００１３】
液体測定流管１０８には、逆止弁１７８が設けられている。逆止弁１７８は、矢印１８０方向における確実な流れを保証して、これにより気体部分１３２が液体測定流管１０８へ浸入することを阻止するようになっている。引用符号１５０及び１７４は、制御装置１１２により開閉制御される弁を示している。
【００１４】
産出マニフォールド１１６は、経路１９０を介して制御される弁１８２、１８４を有している。弁１８２、１８４は、一つの油井１８６或いは組み合わせ（例えば油井１８６とガス井１８８）からの多相流体をレール１９２へ流して流入多相流管１０２へ流体を分配するように選択的に構成されている。尚、他の弁は、バイパス管１９４を通って流すことにより多相流れ測定システム１００をバイパスするように選択的に構成されている。
【００１５】
引用符号１９６、１９７は手動の弁を示している。この弁１９６、１９７の内側にあるバイパス管路１９８は、弁１９９が開き且つ弁１５０、１７４が閉じられる時に、流れが多相流れ測定システム１００をバイパスするようになっている。以上が多相流れ測定システム１００に関する説明である。
【００１６】
下記特許文献３には、液体と気体の二相流体の流量等を計測する従来技術が開示されている。具体的には、液体と気体の二相流体の流量を、液体と気体の混相流（混合液体）の状態のままで計測するタービン型流量計の技術が開示されている。タービン型流量計は、上記超音波流量計と同様の機能を有しており、この代わりとすることが可能である。タービン型流量計は、単純な構造で、耐久性に優れた機器によって安価に計測をすることができるという効果を奏することが知られている。尚、タービン型流量計や超音波流量計の他には、オリフィス流量計も知られている。
【特許文献１】特開２００１−１６５７４１号公報
【特許文献２】特表２００３−５１３２３４号公報
【特許文献３】特開平８−２０１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記従来技術の多相流れ測定システム１００にあっては、気相と液相とを分離する渦流分離器１０４及びこの周辺構成に問題点があり、単純にγ線式密度計の代わりに適用できるものでないことを本願発明者は見出している。すなわち、多相流れ測定システム１００にあっては、レール１９２を介して多相流体の全量が渦流分離器１０４内に放出される構成であるが、多相流体の全量が渦流分離器１０４内に放出されるということは、多くの気泡が液体部分１２８に含まれた状態で渦を巻くことになる。
【００１８】
本願発明者が考えるには、渦流分離器１０４のサイクロン効果のみであると、比較的小さな気泡が渦に巻き込まれて液体測定流管１０８内部に流れ込んでしまい（気泡同士のぶつかりが生じて気泡が大きく成長すれば気液の分離は進行する。しかしながら、分離器内部で生じる自由渦は中心付近程回転比が高く相対的に中心付近の圧力が低下して小さな気泡群は液体測定流管１０８側へ吸い込まれてしまう可能性が生じる。これは重力分離ができない場合に特に顕著となる。）、小さな気泡を多く含んだ状態で液体測定流管１０８内部の液体部分１２８はコリオリ質量流量計１６６によって密度計測がなされてしまうことになる。小さな気泡を多く含んだ状態での密度計測は、この計測値が気泡を含まない状態の値と異なることから、誤差が発生してしまうことになる。従って、後の流量の算出に影響を来してしまうことになる。
【００１９】
γ線式密度計の代わりに特許文献２の密度計に関する開示技術を適用することは、流量の算出に影響を来してしまうことになる。
【００２０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、精度良く流量計測をすることが可能な多相流量計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の多相流量計は、気体と二種類の液体とからなる三相流における気液二相流の各相流量を計測する気液二相流量計測部と、前記気液二相流における液相としての混合液体の混合密度を計測する混合液体密度計測部と、前記混合密度から前記混合液体の混合比率を求め該混合比率と混合液体流量とから前記混合液体の各流量を算出する各相流量算出部とを備え、前記混合液体密度計測部は、混合液体抽出部と、該混合液体抽出部に連結する密度計測部とを含み、前記混合液体抽出部は、前記三相流を流すパイプラインに設ける差圧発生器と、該差圧発生器の上流下流に連結する一対の連通管と、該一対の連通管に連結して前記三相流の一部を取り込む場所となるとともに前記差圧発生器前後の圧力変化を利用して前記三相流の一部を強制的に撹拌させる場所となる気液抽出タンクと、該気液抽出タンクに連結して液相を含む気体を排出する気液排出管と、前記気液抽出タンクに連結して少なくとも前記密度計測部で必要とする密度計測用の混合液体を取り込みこれを溜める液溜タンクと、該液溜タンクの少なくとも下流側に設ける液流量調節弁とを有し、前記密度計測部は、前記密度計測用の混合液体を用いて密度計測をする密度計測部本体と、該密度計測部本体及び前記パイプラインに連結する気液戻管とを有することを特徴としている。
【００２２】
このような特徴を有する本発明によれば、気液抽出タンクに取り込まれた三相流の一部がオリフィス（差圧発生機器）前後の圧力変化によって強制的に撹拌されるような状態になる。すなわち、取り込まれた三相流の一部は、左右、上下などに強制的に揺さぶられて撹拌される。この時、混合液体中に含まれる気泡は、気泡同士のぶつかり合いによって大きな気泡へと成長し、混合液体から気相側へと分離する。強制的な撹拌作用により小さな気泡であっても容易に混合液体から気相側へ分離する。
【００２３】
本発明によれば、液溜タンクには、気泡の分離がなされた混合液体が液流量調節弁の調節によって溜まる。この液溜タンクに溜まった混合液体は、密度計測に用いられる。気泡の分離がなされた混合液体で密度計測がなされることから、精度の高い測定値が提供される。
【００２４】
本発明によれば、液溜タンクは、少なくとも密度計測部で必要とする混合液体を取り込みこれを溜めることができれば良く、このため気液抽出タンクでは取り込んだ三相流の一部の全てを気液分離する必要性はない。気液抽出タンクでは、密度計測部で必要とする混合液体を液溜タンクへ流すことができる分だけ気体の除去が行えれば十分である。
【００２５】
本発明によれば、液相の密度を計測するために三相流の全量でなく三相流の一部が気液抽出タンクに取り込まれる。取り込みが三相流の全量でないことから混合密度計測部の大きさを小さくすることが可能になり、結果、多相流量計の全体を小型化することが可能になる。
【００２６】
請求項２記載の本発明の多相流量計は、請求項１に記載の多相流量計において、前記気液二相流はスラグ流である、或いは気泡流又はせん状流であることを特徴としている。
【００２７】
このような特徴を有する本発明によれば、抗井から産出される油・水・ガスの混相流（三相流）における気液二相流の代表的なものがスラグ流、気泡流又はせん状流であり、これらが流れると混合液体密度計測部におけるオリフィス前後の圧力変化がより大きく顕著となる。
【００２８】
請求項３記載の本発明の多相流量計は、請求項１又は請求項２に記載の多相流量計において、前記混合液体密度計測部、又は、前記混合液体密度計測部及び前記気液二相流量計測部は、前記パイプラインに対して着脱自在であることを特徴としている。
【００２９】
このような特徴を有する本発明によれば、必要な箇所に移動させることにより、例えば採油井の管理や採取工程ないし出荷管理のための流量計測を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、精度良く流量計測をすることが可能な多相流量計を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す多相流量計の構成図である。また、図２は混合液体密度計測部の構成図、図３は気液二相流の水平管内における流動様式についての説明図、図４は気液抽出タンク内での状態を示す説明図、図５は気液二相流量計測部の他の例を示す構成図、図６はコリオリメータによる油水気中の油水密度の計測結果を示すグラフ、図７はコリオリメータによる油水気中の含水率（水／油）の計測結果を示すグラフである。
【００３２】
図１において、本発明の多相流量計１は、混合液体密度計測部２と、気液二相流量計測部３と、各相流量算出部４とを含んで構成されている。このような構成の多相流量計１における混合液体密度計測部２は、混合液体抽出部５と、密度計測部６とを備えて構成されている。気液二相流量計測部３は、気体と二種類の液体とからなる三相流（例えばガス・油・水）における気液二相流の各相流量を計測することが可能な構成を有しており、特に限定するものでないが、本形態においてはタービン型気液二相流流量計が用いられている（例えば、背景技術の欄の特許文献３に開示されたタービン型流量計などが好適である）。気液二相流量計測部３は、ホモジナイザー７と、タービンメータ８と、差圧計９と、圧力計１０と、温度計１１とを備えて構成されている。気液二相流量計測部３により得られる測定値は、各相流量算出部４に取り込まれ、また、混合液体密度計測部２により得られる測定値も各相流量算出部４に取り込まれ、ここでガス・油・水の各相流量が算出されるようになっている。
【００３３】
本発明の多相流量計１は、例えば公知のタービン型気液二相流流量計に混合液体密度計測部２を組み合わせる構成であるが、この混合液体密度計測部２を組み合わせることによって格段に精度の高い流量計測をすることが可能な多相流量計を提供することができるようになる。また、混合液体密度計測部２は、後述するが液相（混合液体）の密度を計測するために三相流の全量でなく三相流の一部を取り込む構成である。従って、コンパクトにすることが可能な多相流量計を提供することができるようになる。以下、図１ないし図７を参照しながら本発明の多相流量計１の各構成及び作用について説明する。
【００３４】
混合液体密度計測部２は、上記の如く、混合液体抽出部５と、密度計測部６とを備えて構成されている。混合液体抽出部５は、オリフィス１２と、連通管１３と、気液抽出タンク１４と、気液排出管１５と、気体排出管１６と、液溜タンク１７と、液流量調節弁１８、１９とを有している。また、密度計測部６は、混合液体導入管２０と、密度計測部本体２１と、気液戻管２２とを有している。混合液体密度計測部２は、混合液体抽出部５と密度計測部６とが連結して構成されるものであり、パイプライン（主管）２３に対して着脱自在となる構造を有している（パイプライン（主管）２３は、例えば混合液体密度計測部２の部分と気液二相流量計測部３の部分とで分離することができる構造になっている）。混合液体密度計測部２は、密度計測部６により得られる測定値が各相流量算出部４に取り込まれるようになっている。
【００３５】
オリフィス１２は、差圧発生機器であってパイプライン（主管）２３に対して取り付けられている。パイプライン（主管）２３には、三相流が流れるようになっている。三相流は、気体（ガス）と二種類の液体（例えば油・水）とからなるものである。この三相流における気液二相流は、特に限定するものでないが、本形態においてはスラグ流、気泡流又はせん状流を想定している。
【００３６】
尚、ここで、気液二相流の水平管内における流動様式について簡単に説明する。気液二相流は、気液各々の流速の組み合わせによって様々な流動様式をとることが知られている。これらの流動様式を図３に示す。図３（ａ）は成層流、（ｂ）は波状流、（ｃ）は環状流、（ｄ）は気泡流又はせん状流、（ｅ）はスラグ流、（ｆ）は（ｃ）と異なる環状流、（ｇ）は気泡流、（ｈ）は環状噴霧流で、パイプラインの流動状態は一般的に（ｄ）又は（ｃ）であることが多いといわれている。
【００３７】
スラグ流は、図３（ｅ）に示す如く、気泡を含んだ液相と、気体及び液体が上下の層に分離してなる相とを有し、これら二つの相が交互に現れるような流れとなっている。このようなスラグ流がオリフィス１２を通過することにより生じる差圧ΔＰは、前者の相が大きく、後者の相では小さくなるようになっている。ここで特に図示はしないが、差圧ΔＰの大きさの変動を測定した結果、前者の相と後者の相とで３．５倍ものひらきがあることつかんでいる。すなわち、スラグ流によってオリフィス１２前後の差圧ΔＰが周期的に大きく変化することになる。また、オリフィス１２前後の差圧ΔＰが短時間（約３秒。但しこの時間に限定されないものとする）で大きく変化することもつかんでいる。
【００３８】
連通管１３は、パイプライン（主管）２３に連結して三相流の一部を流す管であって、一端がオリフィス１２の上流側に連結する気液抽出管又は気液排出管１３ａと、オリフィス１２の下流側に連結する気液抽出管又は気液排出管１３ｂとの二つで構成されている（上流側のみでも可能である。二つで構成することが好ましい）。連通管１３は、気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂで構成されることから対をなしており、図中では所定の長さで平行となるように、また、パイプライン（主管）２３から下方へのびるように配置形成されている。尚、一対で構成される連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）の各中間に弁２４を設け、この弁２４の開閉を自動制御するようにすれば、任意の時間帯で計測を行うことができるようになる。本形態では、弁２４は全開であり、パイプライン（主管）２３に三相流が流れている間は計測が続けられているものとする。
【００３９】
気液抽出タンク１４は、所望の容積（例えば約１Ｌ：以下、「Ｌ」をリットルの意味で使用する）の内部空間を有する容器であって、一対の連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）の各他端が連結するようになっている。図２及び図４（図４は模式的に図示しているものとする）において、気液抽出タンク１４に三相流の一部が取り込まれ、ある程度溜まった状態になると、気液抽出タンク１４の内部では次のような作用が生じることになる。すなわち、オリフィス１２前後の差圧ΔＰが短時間で大きく変化することから、上流側の気液抽出管又は気液排出管１３ａから取り込まれる三相流の一部（単に気液と略記する場合もあるものとする）の抽出流量は変動する。特に気液中の大きな気泡は、恰も鉄砲から打ち出された空砲のように気液抽出タンク１４内に噴出し、気液抽出タンク１４内全体に大きな撹拌流を生じさせる。気液抽出タンク１４内で発生する撹拌流２５は、小さな気泡同士を結合させて大きな気泡へと成長させ、そして、気体の分離を促進させるとともに、気液抽出タンク１４内の上部に気泡を集め、液体を伴った状態で下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂに押し込んでパイプライン（主管）２３に排出する作用を生じさせる。
【００４０】
下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂは、主として液体を伴った気体の排出を行っているが、オリフィス１２前後の差圧ΔＰの変動により、オリフィス１２の下流側の圧力が高い時で気液抽出タンク１４内の圧力が下がった時に、下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂから気液抽出タンク１４内へ気液が送出され、全体の撹拌流２５に対し局所的に小さな撹拌流２６が形成される。小さな撹拌流２６は、全体的な撹拌流２５と同様、気体の分離に寄与する。小さな撹拌流２６が発生した時には、下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂ内で逆流が生じていることから、この下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂから気液の排出は行われないが、下流側の気液抽出管又は気液排出管１３ｂの連結近傍では小さな撹拌流２６が発生するため、分離された気体がこの後に排出され易くなっている。以上の説明は、連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）を対で構成することにより得られる効果である。
【００４１】
気液抽出タンク１４内の上部に存在する気体の排出について説明すると、大きな撹拌流２５などによって分離された気泡は気液抽出タンク１４内の上部に集まり、弁２７及び気液排出管１５を介して液体を伴う状態で排出される。本形態での排出先は、密度計測部６の気液戻管２２に設けられる後述のクロス弁４１となっている（一例であるものとする）。
【００４２】
気液抽出タンク１４の下部には、混合液抜出管２８が設けられている。この混合液抜出管２８は、口径４０ｍｍ程度で気液抽出タンク１４の下部に直立する管であって、例えば約１００ｍｍの長さとなるように形成されている。混合液抜出管２８は、この内部に長さ方向の２／３程度となる、細管を束ねた構造体２９が備えられている。細管を束ねた構造体２９は、例えば細管の内径を２ｍｍ程度として細管同士が外接するように束ねられている。細管を束ねた構造体２９は、円筒状（円柱状）に組み合わせられて混合液抜出管２８の内部に挿入設置されるようになっている（混合液抜出管２８の口径を４０ｍｍで設定した場合には、９０本程度の細管数になる）。細管を束ねた構造体２９は、気液抽出タンク１４内の気泡が液溜タンク１７へ流れないようにすることを目的として備えられている（気泡が液溜タンク１７へ流れなければ設置不要である。本形態では安全策として設置している。設置不要の例としては、ガスボイド率が低い場合が挙げられる）。混合液抜出管２８の部分はフィルタとしての機能を有している。尚、上記の細管は、プレートに小孔をあけたものに置き換えることが可能であるものとする。
【００４３】
液流量調節弁１８は、気液抽出タンク１４と液溜タンク１７とを連結する連結管３０の中間に設けられている。液流量調節弁１８は、例えば混合液体の流量が２〜６Ｌ／ｍｉｎ程度となるように開度が調節されている。液流量調節弁１８は、適量の混合液体を液溜タンク１７へ供給するために設けられている。
【００４４】
液溜タンク１７には、気液抽出タンク１４側で気体の除去がなされた混合液体が流れ込むようになっている。液溜タンク１７は、混合液体が一旦溜まるような容器として形成されている（容積は例えば０．５Ｌとする）。液溜タンク１７は、混合液体が例えば約１分程度滞留するような構造になっている。液溜タンク１７は、内部の気体が抜けきらない場合や、混合液体に極微小な気泡が含まれている場合を想定して、気体や気泡を弁３１及び気体排出管１６を介して後述のクロス弁４１へ排出することができるようになっている。液溜タンク１７は、本形態において、少なくとも密度計測部６で必要とする密度計測用の混合液体を取り込みこれを溜めることができるような構造になっている。
【００４５】
液流量調節弁１９は、液溜タンク１７と密度計測部６の混合液体導入管２０とを連結する連結管３２の中間に設けられている。液流量調節弁１９は、混合液体の流量が適量となるように開度が調節されている。具体的な例としては、密度計測部６の密度計測部本体２１における後述のコリオリメータ３８内を通過する時間が例えば１０〜３０秒程度となるように開度が調節されている（口径２５ｍｍのコリオリメータ３８を使用した場合には、０．５〜１．５Ｌ／ｍｉｎ程度）。液流量調節弁１９の位置では、混合液体のみ（例えば油・水）が密度計測部６へ流れるようになっている。
【００４６】
連結細管３２が連結する密度計測部６の混合液体導入管２０には、弁３３と排出弁３４とが設けられている。また、混合液体導入管２０に一端が連結して密度計測部本体２１を迂回し他端が気液戻管２２に連結する副バイパス管３５にも弁３６が設けられている。本形態において、弁３３は全開であり、排出弁３４と弁３６は全閉となっている。弁３３は、密度計測部本体２１側に設けられている。
【００４７】
密度計測部本体２１は、本形態において、ホモジナイザー３７と、コリオリメータ３８と、混合液体戻管３９とを備えて構成されている。ホモジナイザー３７は、混合液体を均質化して混合液体密度を均一にするために設けられている。ホモジナイザー３７は、コリオリメータ３８の上流に設けられている。ホモジナイザー３７は、コリオリメータ３８の近傍に設けられてコリオリメータ３８による混合密度の計測をより確かなものにするようになっている。尚、コリオリメータ３８は、公知のコリオリ質量流量計において密度計測をすることができる構成を備えていれば良いものとする（又はこれと同様の原理で密度計測することができるものでも可）。本形態においては、公知のコリオリ質量流量計がコリオリメータ３８として用いられている。コリオリメータ３８は、これによる密度計測が混合液体の流速に依存しない（測定は内蔵するチューブに充満した混合液体を振動させて行う）ことから、少ない流量で計測することが可能である。
【００４８】
気液戻管２２には、コリオリメータ３８側から順に、弁４０、クロス弁４１、逆止弁４２が設けられている。弁４０は、全開となっている。クロス弁４１及び逆止弁４２は、公知のものが用いられており、作用等の説明は省略するものとする。気液戻管２２は、混合液体抽出部５のオリフィス１２の下流側でパイプライン（主管）２３に接続されている（引用符号４３は合流部を示している）。
【００４９】
気液二相流量計測部３は、上述の如く、ホモジナイザー７と、タービンメータ８と、差圧計９と、圧力計１０と、温度計１１とを備えて構成されている。このような構成の気液二相流量計測部３は、背景技術の欄の特許文献３に開示されたタービン型流量計（特開平８−２０１１３０号公報）と同じであるので、ここでは構成の具体的な説明は省略するものとする（測定方法については後述する）。尚、気液二相流量計測部３は、図５に示す、容積流量計４４、ベンチュリ管４５、差圧計４６等とを備えたもので構成しても良いものとする。本形態でタービン型流量計を採用している理由は（上記公報のタービン型流量計に限らない）、タービン型流量計が、気液二相流を混相流の状態のままで、全体積流量、気液体積流量比を同時に効率よく求めることができるからである。また、タービン型流量計は、コスト及び取り扱いに優れているからである（この他、一般的な工業計器を用いること、油田などの高圧仕様に対してフランジ規格対応のみで適応できることなどの強みがある）。
【００５０】
各相流量算出部４は、上述の如く、気液二相流量計測部３により得られる測定値、及び、混合液体密度計測部２により得られる測定値を取り込んで、三相流（例えばガス・油・水）の各相流量を算出することができるような構成を有している。各相流量算出部４は、例えば、図示しない制御装置の一部として、又は、気液二相流量計測部３及びコリオリメータ３８の各演算部分の組み合わせとして構成することができるものとし、マイクロコンピュータ等の機能で各相流量を算出するようになっている。各相流量算出部４は、混合液体密度から混合液体の混合比を求め、この混合比率と混合液体流量とから混合液体の各流量を算出するようになっている。
【００５１】
次に、タービン型流量計による気液二相流の気液の測定方法を説明する（要約であるものとする）。混相状態にある気液は、上流側に設置されているホモジナイザー７により恰も一つの流体のように均質化されてタービンメータ８のタービンロータに流入する。ホモジナイザー７により混合流体の密度は均質化されることから、タービンロータに作用する混合流体の運動量はロータ半径方向に一定となる。タービンロータは、効率よく回転する。ホモジナイザー７の前後に発生する差圧ΔＰは、気液の流量ＱＭとこのＱＭに対する気体の流量ＱＧの占める割合（ガスボイド率β）によって、ΔＰ∝ｆ（ＱＭ）＊ｆ（β）として実験的に関数化される。タービンロータの回転数Ｎは、Ｎ∝ｆ（ＱＭ）としてあらわされるので、ΔＰとＮとを測定することによりこれら二つの式からＱＭとβが求められる。混合流体における液体の流量ＱＬは、ＱＬ＝ＱＭ＊（１−β）、混合流体における気体の流量ＱＧは、ＱＧ＝ＱＭ＊βとして各々算出される。
【００５２】
コリオリメータ３８による密度計測に関連した説明をする。ここでは、混合液体を油水混合液と考えている。また、油及び水の各々単相での密度は公知であることを前提にしている。
【００５３】
含水率αは、含水率α＝（油水の混合密度−油の密度）／（水の密度−油の密度）で算出される。以下、この含水率αの式について具体的に説明をする。水の流量をＱＷ、油の流量をＱＯ、水及び油各々の合算した流量をＱＬ、水の密度をρＷ、油の密度をρＯ、水及び油各々の合算した密度をρＬとすると、油及び水各々の質量流量と、これらを合算した油水の質量流量は等しくなるので、下記の（１）の式が得られる。
ＱＷ＊ρＷ＋ＱＯ＊ρＯ＝ＱＬ＊ρＬ…（１）
この（１）式は次のように変形することができる。すなわち、
ＱＯ＝ＱＬ＊ＱＷであるので、ＱＷ＊（ρＷ−ρＯ）＝ＱＬ＊（ρＬ−ρＯ）が得られる。含水率α＝ＱＷ／ＱＬであることから、含水率α＝（ρＬ−ρＯ）／（ρＷ−ρＯ）となる。
【００５４】
油の流量ＱＯ及び水の流量ＱＷは、タービン型流量計による気液二相流の気液の測定方法において説明した混合流体における液体の流量ＱＬに含水率αを乗じて、ＱＯ＝ＱＬ＊（１−α）、ＱＷ＝ＱＬ＊αから求められる。
【００５５】
以上、図１ないし図５を参照しながら説明してきたように、本発明の多相流量計１は、混合液体密度計測部２によって精度の高い密度計測が行われることから、最終的に油の流量ＱＯ及び水の流量ＱＷが高い精度で算出される。
【００５６】
本発明の多相流量計１における混合液体密度計測部２について補足説明すると、パイプライン（主管）２３から三相流の一部を抽出するために、言い換えれば気液を抽出するために、パイプライン（主管）２３に設置したオリフィス１２の上下流にバイパス的に連結する一対の連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）と、気液抽出タンク１４とが用いられる。パイプライン（主管）２３にスラグ流等が流れることにより、オリフィス１２前後の圧力差が周期的に変化する。これに伴って一対の連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）と気液抽出タンク１４とでは、気液の抽出と気体を主とした排出（パイプライン（主管）２３への排出）とが同時に行われる。気液抽出タンク１４内においては、気液が左右、上下などに強制的に揺さぶられて撹拌され、液体を伴う気体が排出される。これによって気液抽出タンク１４内には、液相の比率が高い気液が残ることになる。そして、この液相の比率が高い気液から気体が除去されて混合液体が抽出され、液溜タンク１７に溜まるようになる。液溜タンク１７からは、コリオリメータ３８で必要な分の混合液体が流れ、ホモジナイザー３７で混合液体の密度が均質化され、コリオリメータ３８では、結果、精度の高い密度計測が行われる。
【００５７】
続いて、図６及び図７を参照しながら試験結果について説明をする。試験の仕様としては、タービンメータ８を含むパイプライン（主管）２３の口径を５０ｍｍとした。また、油水の流量ＱＬを４〜１５ｍ３／ｈ、ガスボイド率βを０〜８５％、含水率αを５〜３０％とした（上記の「ｍ３」を立方メートルの意味で使用する）。図６はコリオリメータ３８による油水気中の油水密度の計測結果を示すグラフであり、グラフ中の±３Ｋｇ／ｍ３は密度の計測精度±０．３％強に相当する。通常、従来の多相流量システムでは、密度の計測精度は±０．５％より高い精度が要求されることから、本発明においては良好な結果が得られたことになる。図７はコリオリメータ３８による油水気中の含水率（水／油）の計測結果を示すグラフであり、含水率αの計測精度は±２．５％という良好な結果が得られたことになる。
【００５８】
密度を計測して水分率αを算出する場合、密度計測誤差が拡大することが知られている。混合液体の密度ρＬ、油の密度ρＯ、水の密度ρＷとし、計測密度の誤差をγρＬ、水分率の誤差をγαであらわすと、α＝（ρＬ−ρＯ）／（ρＷ−ρＯ）であるから、γα＝１／（ρＷ−ρＯ）＊γρＬが得られる。すなわち、γαは、γρＬの１／（ρＷ−ρＯ）倍だけ拡大する。例えば、水の密度ρＷ＝１ｇ／ｃｍ３、油の密度ρＯ＝０．８５ｇ／ｃｍ３とすると、γα＝１／（ρＷ−ρＯ）＊γρＬ＝１／（１−０．８５）＊γρＬ≒７＊γρＬとなることから、７倍になる。従って、この場合、密度計測を０．５％としても水分率算出は３．５％になる。本願発明では、密度の計測精度±０．３％強に対してこの７倍に近い±２．５％の結果であり、理論的に整合性も取れている。
【００５９】
以上、図１ないし図７を参照しながら説明してきたように、本発明は精度良く流量計測をすることが可能な多相流量計１を提供することができるという効果を奏する。
【００６０】
続いて、図８ないし図１０を参照しながら本発明の他の一実施の形態を説明する。図８は本発明の一実施の形態を示す多相流量計の構成図、図９は混合液体密度計測部の構成図、図１０は気液抽出タンク内での状態を示す説明図である。尚、上述の形態と基本的に同じ構成には同一の符号を付して説明を省略するものとする。
【００６１】
図８において本発明の他の一実施の形態となる多相流量計１′は、混合液体密度計測部２′と、気液二相流量計測部３と、各相流量算出部４とを含んで構成されている。混合液体密度計測部２′は、混合液体抽出部５′と、密度計測部６とを備えて構成されている。混合液体抽出部５′は、オリフィス１２と、一対の連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）と、気液抽出タンク１４と、気液排出管１５と、気体排出管１６と、液溜タンク１７と、液流量調節弁１９と、一対の連通管５１とを有している。
【００６２】
混合液体抽出部５′は、上述の形態の混合液体抽出部５に対して気液抽出タンク１４と液溜タンク１７との連結方式のみが異なっている。すなわち、図２及び図３で存在する混合液抜出管２８、連結管３０、液流量調節弁１８に替えて気液抽出タンク１４と液溜タンク１７とが一対の連通管５１で繋がれている。混合液体抽出部５′では、一対の連通管１３（気液抽出管又は気液排出管１３ａ、１３ｂ）及び気液抽出タンク１４において生じる、気液の抽出と液体を伴う気体を主とした排出とを多段に行うことを目的としている。混合液体抽出部５′は、一対の連通管とタンクとを多段にすることにより（図中の一対の連通管５１と液溜タンク１７の部分が二段目とする。尚、三段以上にしても良いものとする）、小さな気泡の分離を達成した混合液体を密度計測部６へ送ることができるようになっている（基本的な作用、効果は上述の形態と同じであるので説明は省略する）。
【００６３】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【００６４】
例えば、混合密度計測部２（混合密度計測部２′）を気液二相流量計測部３の下流側に配置しても良いものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態を示す多相流量計の構成図である。
【図２】混合液体密度計測部の構成図である。
【図３】気液二相流の水平管内における流動様式についての説明図である。
【図４】気液抽出タンク内での状態を示す説明図である。
【図５】気液二相流量計測部の他の例を示す構成図である。
【図６】コリオリメータによる油水気中の油水密度の計測結果を示すグラフである。
【図７】コリオリメータによる油水気中の含水率（水／油）の計測結果を示すグラフである。
【図８】本発明の他の一実施の形態を示す多相流量計の構成図である。
【図９】混合液体密度計測部の構成図である。
【図１０】気液抽出タンク内での状態を示す説明図である。
【図１１】従来例の多相流れ測定システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  多相流量計
２  混合液体密度計測部
３  気液二相流量計測部
４  各相流量算出部
５  混合液体抽出部
６  密度計測部
７  ホモジナイザー
８  タービンメータ
９  差圧計
１０  圧力計
１１  温度計
１２  オリフィス
１３  連通管
１３ａ、１３ｂ  気液抽出管又は気液排出管
１４  気液抽出タンク
１５  気液排出管
１６  気体排出管
１７  液溜タンク
１８、１９  液流量調節弁
２０  混合液体導入管
２１  密度計測部本体
２２  気液戻管
２３  パイプライン（主管）
２４、２７、３１、３３、３６  弁
２５  撹拌流
２６  小さな撹拌流
２８  混合液抜出管
２９  細管を束ねた構造体
３０、３２  連結管
３４  排出弁
３５  副バイパス管
３７  ホモジナイザー
３８  コリオリメータ
３９  混合液体戻管
４０  弁
４１  クロス弁
４２  逆止弁
４３  合流部
４４  容積流量計
４５  ベンチュリ管
４６  差圧計
５１  連通管
【図１】
2008107298.tif 000003
【図２】
2008107298.tif 000004
【図３】
2008107298.tif 000005
【図４】
2008107298.tif 000006
【図５】
2008107298.tif 000007
【図６】
2008107298.tif 000008
【図７】
2008107298.tif 000009
【図８】
2008107298.tif 000010
【図９】
2008107298.tif 000011
【図１０】
2008107298.tif 000012
【図１１】
2008107298.tif 000013