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KR101948561B1 - 압축성 성분 및 비압축성 성분을 갖춘 다성분 유체의 유체 특성 판정 - Google Patents

압축성 성분 및 비압축성 성분을 갖춘 다성분 유체의 유체 특성 판정 Download PDF

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KR101948561B1
KR101948561B1 KR1020157005300A KR20157005300A KR101948561B1 KR 101948561 B1 KR101948561 B1 KR 101948561B1 KR 1020157005300 A KR1020157005300 A KR 1020157005300A KR 20157005300 A KR20157005300 A KR 20157005300A KR 101948561 B1 KR101948561 B1 KR 101948561B1
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KR
South Korea
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density
fluid
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compressible
multicomponent
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프레데릭 스코트 셸른버거
조엘 와인스타인
데이비드 존 셰퍼드
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마이크로 모우션, 인코포레이티드
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Abstract

다성분 유체의 유체 특성들을 판정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 제 1 밀도 상태에서 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00069
)를 측정하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 제 1 밀도 상태로부터 제 2 밀도 상태로 다성분 유체를 조절하는 단계를 더 포함한다. 이후, 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00070
)가 제 2 밀도 상태에서 측정되고, 압축성 성분들 또는 비압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들이 판정된다.

Description

압축성 성분 및 비압축성 성분을 갖춘 다성분 유체의 유체 특성 판정 {FLUID CHARACTERISTIC DETERMINATION OF A MULTI-COMPONENT FLUID WITH COMPRESSIBLE AND INCOMPRESSIBLE COMPONENTS}
하기 설명된 실시예들은, 다성분 유체들에 관한 것이며, 보다 자세하게는, 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 갖춘 다성분 유체의 다양한 유체 특성들을 판정하는 방법에 관한 것이다.
코리올리 유량계들 및 진동 밀도계들과 같은 진동 유체 센서들이 전형적으로 유동 재료를 함유하는 진동 도관의 모션을 검출함으로써 작동한다. 도관 내의 유체, 이를테면, 매스 유동과 연관된 특성들, 밀도 등은, 도관과 연관된 모션 트랜스듀서들로부터 수용된 측정 신호들을 처리함으로써 판정될 수 있다. 진동 재료가 충전된 시스템의 진동 모드들은, 일반적으로, 재료를 포함하는 도관 및 도관에 포함된 재료의 조합된 매스, 강성(stiffness) 및 완충 특성들에 의해 영향을 받는다.
전형적인 진동 유량계는 파이프라인 또는 다른 이송 시스템에 인라인으로 연결되어 시스템에서 재료들, 예컨대 유체들, 슬러리들 등을 이송하는 하나 또는 그 초과의 도관들을 포함한다. 각각의 도관은, 예컨대, 단순한 굽힘, 토셔녈, 레이디얼 및 커플식 모드를 포함하는 고유(natural) 진동 모드들의 세트를 갖는 것으로 나타날 수 있다. 전형적인 코리올리 매스 유량 측정 적용에서, 도관은 재료가 도관을 통해 유동함에 따라 하나 또는 그 초과의 진동 모드들에서 가진되며(excited), 도관의 움직임은 도관을 따라 이격된 지점들에서 측정된다. 가진은 전형적으로 액츄에이터, 예컨대 전자 기계식 장치, 이를 테면 보이스 코일 유형 드라이버에 의해 제공되며, 이는 주기적인 방식으로 도관을 동요하게 한다(perturb). 매스 유량(mass flow rate)은 트랜스듀서 로케이션들에서의 모션들 사이 시간 지연(time delay) 또는 위상 차이(phase difference)들을 측정함으로써 판정될 수 있다. 이러한 2 개의 트랜스듀서들(또는 픽오프 센서들)은 전형적으로 유동 도관 또는 도관들의 진동 응답을 측정하기 위해서 적용되며, 전형적으로 액츄에이터의 상류 및 하류 위치들에 위치된다. 2 개의 픽오프 센서들은 케이블링, 이를테면 2 개의 독립적인 와이어 상들에 의해 전자 계측기(electronic instrumentation)에 연결된다. 계측기는 매스 유량 측정을 유도하기 위해서, 2 개의 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하며 신호들을 처리한다.
진동 유량계들은 단일 성분 유동들을 위한 높은 정확도를 제공한다. 그러나, 진동 유량계가 동반된 가스를 포함하는 유체들, 동반된 액체 액적들을 포함하는 가스 또는 압축성 및 비압축성 성분들 양자를 포함하는 다른 유형의 유체들을 측정하기 위해서 사용될 때, 유량계의 정확도는 상당히 저하될 수 있다. 동반된 가스는, 보편적으로 유동 재료에서 기포(bubble)들로서 존재한다. 가스 기포들에 의해 유발되는 하나의 문제점은 디커플링이다. 작은 기포들은, 전형적으로 유량계가 진동됨에 따라 액체 유동 재료와 함께 이동한다. 그러나, 큰 기포들은 유동 튜브의 진동 중에 액체와 함께 이동하지 않는다. 그 대신에, 기포들은 액체로부터 디커플링될 수 있으며, 액체와 관계없이 이동할 수 있다. 결과적으로, 액체는 기포들 주위를 유동할 수 있다. 이는, 유량계의 진동 응답에 악영향을 미친다.
동반된 가스 기포들의 크기는, 유체 속도, 점도, 표면 장력 및 다른 파라미터들에 따라 바뀔 수 있다. 성능 감소의 정도는, 전체 가스가 얼마나 많이 존재하는지와 관련된 것뿐만 아니라 유동에서 개별 가스 기포들의 크기에 관련된다. 기포들의 크기는 측정의 정확도에 영향을 미친다. 더 큰 기포들은 더 많은 용적을 점유하고 유동 재료의 측정들에서 더 큰 에러를 유발하는 더 큰 정도로 디커플링한다. 가스의 압축률로 인해, 기포들은 가스량을 또한 변화시킬 수 있고, 반드시 크기를 변화시키지 않는다. 역으로, 압력이 바뀐다면, 기포 크기는 대응하여 바뀔 수 있는데, 압력이 강하함에 따라 팽창하거나 압력이 증가함에 따라 수축한다. 이는 또한 유량계의 고유(natural) 또는 공진 주파수에서 편차들을 유발할 수 있다.
진동 유량계들은 매스 유량 및 광범위한 유체 유동들을 위한 밀도 측정들을 실행하기 위해서 사용된다. 코리올리 유량계들이 사용될 수 있는 하나의 영역은, 오일 및 가스 유정(well)들의 계측이다. 이러한 유정들의 프로덕트는, 오일 또는 가스를 포함할 뿐만 아니라 예컨대 물 및 공기와 같은 다른 성분들을 포함하는 다성분 유체를 포함할 수 있다. 결과로 발생하는 계측이 이러한 다성분 유동들에 대해 조차 가능한한 정확하다는 것은 매우 바람직하다. 게다가, 이러한 상황들에서, 사용자는 종종, 유체의 전체 유량 및 밀도뿐만 아니라 다른 유체 특성들, 이를테면 액상의 밀도 및 다성분 유동의 개별 성분들의 유량을 알기를 원한다. 종종, 코리올리 유량계는 단지 유체의 전체 유량 및 밀도를 측정할 것이다. 공지된 밀도의 2 개의 액체 성분들인 경우에, 종래 기술의 유량계들은 개별 성분 분율들 및 유량들을 판정하는 것을 가능케 한다. 마켓 상에서의 현재의 유동 계측 전자장치는, 유체 유동이 단지 오일 및 물을 포함하고 각각의 성분의 양을 측정하기 위해서 방정식(1, 2)들을 사용하는 것을 가정한다. 이러한 알고리즘은 넷 오일 컴퓨터와 같은 오일 및 가스 산업에서 공지되어 있다.
Figure 112015019871051-pct00001
여기서,
Figure 112015019871051-pct00002
는 오일의 용적 분율이며;
Figure 112015019871051-pct00003
는 물의 용적 분율이고;
Figure 112015019871051-pct00004
는 진동 유량계에 의해 측정된 유체 밀도이며;
Figure 112015019871051-pct00005
는 오일 밀도이며;
Figure 112015019871051-pct00006
는 물 밀도이다.
방정식(1, 2)들을 이용하면, 물 및 오일 밀도들이 공지되거나 가정된다면, 오일 및 물을 위한 용적 분율들이 판정될 수 있다. 판정된 용적 분율들에 의해, 개별 성분들의 유량이 판정될 수 있다. 중요하게는, 방정식(2)에서 측정된 밀도가 2 개의 상이한 성분들 사이 디커플링으로 인해 실제로 약간 부정확하다는 것에 주목한다. 그러나, 물 및 오일의 밀도가 유사하기 때문에, 디커플링은 매우 적고, 측정들은 일반적으로 충분히 정확하다.
그러나, 시스템만이 방정식(1, 2)들을 사용할 때, 그리고 동반된 가스가 존재하면, 결과로 발생하는 하부 전체 유체 밀도는 더 높은 오일 용적 분율에 의해 유발되는 것으로 부정확하게 해석되어, 계측 전자장치는 높은 오일 유량 및 스트림 내의 오일의 전체량을 출력한다. 수많은 실세계의 적용들에서, 유체는 일부 가스를 함유하며, 이는 넷 오일 컴퓨터의 측정 정확성을 대폭으로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 유체는 유량계에 의한 출력 만큼의 오일을 함유할 수 없다. 이는, 사용자가 유정이 실제로 단지 물과 가스를 생산하면서 유정이 만족스러운 양의 오일을 여전히 생산하고 있다고 생각할 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 시스템 내의 가스의 존재는 방정식(1, 2)들을 방정식(3, 4)들로 변환하게 한다.
Figure 112015019871051-pct00007
여기서,
Figure 112015019871051-pct00008
는 가스의 용적 분율이고;
Figure 112015019871051-pct00009
는 가스 밀도이다.
알 수 있는 바와 같이, 방정식(3, 4)들은 2 개의 방정식들에서, 그러나 3 개의 미지수들(3개의 용적 분율들)을 유발하며, 이는 유일해(unique solution)를 갖지 않는다.
진동 유량계들이 사용되는 다른 분야는, 식음료 산업이다. 예컨대, 유업(dairy industry)에서, 사용자들은 다양한 처리 및 품질 상의 이유들로 이송되는 우유의 밀도를 알고자할 수 있다. 그러나, 종종, 유동하는 우유는 동반된 공기 기포들을 포함한다. 이에 따라, 진동 유량계에 의해 제공되는 부여된 밀도에 대해서, 사용자는 측정된 밀도가 공기의 낮은 밀도에 의해 영향을 받게 됨에 따라 우유의 밀도를 확신할 수 없을 것이다. 게다가, 우유 및 공기의 용적 분율들은 미지수이다.
상기에서 개요로 설명된 문제들이 동반된 가스를 갖는 주로 액체들을 포함하고 있지만, 하나 또는 그 초과의 비압축성 액체들과 혼합된 하나 또는 그 초과의 압축성 액체들을 함유하는 다성분 유체들에서 유사한 문제점들이 존재한다는 것이 상정되어야 한다. 용어 "압축성"에 의해서, 성분의 밀도는, 당해 시스템 내에서 겪게 되는 작동 상태들 내에서 임계량만큼 변한다는 것을 의미한다. 이러한 다성분 유체들은 동반된 가스를 갖는 액체들, 2 개 또는 그 초과의 액체들(적어도 하나는 압축성 액체를 포함함), 또는 동반된 액체 액적들을 갖는 가스를 포함할 수 있다.
당 분야에서는, 하나 또는 그 초과의 비압축성 유체들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 유체들을 갖는 다성분 유체의 유동 특성들을 정확하게 측정할 수 있는 진동식 유량계에 대한 요구가 존재한다.
일 실시예에 따른 방법이 제공된다. 이 방법은, 제 1 밀도 상태에서 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00010
)를 측정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 이 방법은 제 1 밀도 상태로부터 제 2 밀도 상태로 다성분 유체를 조절하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 이 방법은 제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00011
)를 측정하는 단계, 및 압축성 성분들 또는 비압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 판정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따른 유체 측정 시스템이 제공된다. 유체 측정 시스템은, 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체를 수용하도록 구성된 파이프라인을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 유체 측정 시스템은 다성분 유체의 적어도 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00012
)를 측정하도록 구성된 파이프라인 및 계측 전자장치와 유체 연통하는 제 1 센서 조립체를 포함하는 제 1 유량계를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 유체 측정 시스템은, 다성분 유체의 압력 및/또는 온도를 조절함으로써 제 1 밀도 상태로부터 적어도 제 2 밀도 상태로 다성분 유체의 밀도를 조절하게 구성된, 파이프라인 및 제 1 센서 조립체와 유체 연통하는 밀도 조절장치를 더 포함한다. 제 1 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00013
) 및 제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00014
)에 기초하여 비압축성 성분들 또는 압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 발생시키도록 구성된 처리 시스템이 제공된다.
일 양태에 따르면, 방법은,
제 1 밀도 상태에서 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00015
)를 측정하는 단계;
제 1 밀도 상태로부터 제 2 밀도 상태로 다성분 유체를 조절하는 단계;
제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00016
)를 측정하는 단계; 및
압축성 성분들 또는 비압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 판정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 유체 특성들을 판정하는 단계는 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 조합된 밀도를 판정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00017
)를 측정하는 단계는 제 1 코리올리 유량계를 이용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00018
)를 측정하는 단계는 제 2 코리올리 유량계를 이용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00019
)를 측정하는 단계 이후, 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00020
)를 측정하는 단계 이전에, 임계 시간을 대기하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 밀도 상태는 제 1 압력(P1) 및 제 1 온도(T1)를 포함하고, 상기 제 2 밀도 상태는 제 2 압력(P2) 및/또는 제 2 온도(T2)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은,
다성분 유체의 유량을 측정하는 단계;
다성분 유체의 성분들 중 하나 또는 그 초과의 성분의 용적 분율을 판정하는 단계; 및
상기 측정된 유량 및 용적 분율에 기초하여 성분들 중 하나 또는 그 초과의 성분의 유량을 판정하는 단계를 더 포함한다.
다른 양태에 따르면, 유체 측정 시스템은,
하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체를 수용하도록 구성된 파이프라인;
상기 파이프라인과 유체 연통하는 제 1 센서 조립체;
다성분 유체의 하나 이상의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00021
)를 측정하도록 구성된 계측 전자장치; 및
다성분 유체의 압력 및/또는 온도를 조절함으로써 제 1 밀도 상태로부터 적어도 제 2 밀도 상태로 다성분 유체의 밀도를 조절하게 구성된, 파이프라인 및 제 1 센서 조립체와 유체 연통하는 밀도 조절장치를 포함하는 제 1 유량계; 및
제 1 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00022
) 및 제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00023
)에 기초하여 비압축성 성분들 또는 압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 발생시키도록 구성된 처리 시스템을 포함한다.
바람직하게는, 유체 측정 시스템은
파이프라인 및 밀도 조절장치와 유체 연통하는 제 2 센서 조립체를 포함하는 제 2 유량계를 더 포함하며, 상기 밀도 조절장치는 제 1 센서 조립체와 제 2 센서 조립체 사이에 위치된다.
바람직하게는, 유체 측정 시스템은, 제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 적어도 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00024
)를 측정하도록 구성된 제 2 계측 전자장치를 더 포함한다.
바람직하게는, 유체 측정 시스템은, 제 1 센서 조립체에 근접한 하나 또는 그 초과의 압력 센서들 그리고 제 2 센서 조립체에 근접한 하나 또는 그 초과의 압력 센서들을 더 포함한다.
바람직하게는, 제 1 압력 센서는 제 1 센서 조립체로부터 상류에 위치되며, 제 2 압력 센서는 제 1 센서 조립체로부터 하류에 위치되며, 제 3 압력 센서는 밀도 조절장치로부터 하류 그리고 제 2 센서 조립체로부터 상류에 위치되며, 제 4 압력 센서는 제 2 센서 조립체로부터 하류에 위치된다.
바람직하게는, 유체 측정 시스템은, 제 1 및 제 2 밀도 상태들에서 다성분 유체의 온도를 측정하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 온도 센서들을 더 포함한다.
바람직하게는, 처리 시스템은 제 1 계측 전자장치의 일부를 포함한다.
바람직하게는, 제 1 유량계는 코리올리 유량계를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유체 측정 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 유체의 압축성 용적 분율에 대한 독립적인 가스 및 액체 유량계들에 의해 판정될 때의 혼합물 밀도로부터의 밀도 에러의 그래프를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 처리 루틴을 도시한다.
도 1 내지 도 3 및 하기 설명은, 유체 측정 시스템의 실시예들의 최적 양태를 만들고 사용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위해서 특정 예시들을 나타낸다. 본 발명의 원리들의 교시를 목적으로, 일부 종래의 양태들이 단순화되거나 생략되어 있다. 당업자는, 본 명세서의 범주 내에 있는 이러한 예시들로부터의 변형예들을 상정할 것이다. 당업자는, 유체 측정 시스템의 다수의 변형예들을 형성하기 위해서 다양한 방식들로 하기 설명된 특징들이 조합될 수 있음을 상정할 것이다. 그 결과, 하기 설명된 실시예들은, 하기 설명된 특정 예시들로 제한되는 것이 아니라 청구항들 및 이들의 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 1은 일 실시예에 따른 유체 측정 시스템(100)을 도시한다. 일 실시예에 따르면, 유체 측정 시스템(100)은 제 1 유량계(5) 및 제 2 유량계(6)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 하나의 유량계(5)가 제 2 유량계(6) 없이 제공될 수 있다. 이러한 실시예들은, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이 유체가 유동하지 않는 상황들에 가장 적합하다. 일 실시예에 따르면, 제 1 유량계(5)는 센서 조립체(101) 및 계측 전자장치(22)를 포함한다. 센서 조립체(101) 및 계측 전자장치(22)는 하나 또는 그 초과의 리드(21)들을 통해 전기적으로 연통될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 2 유량계(6)는 센서 조립체(102) 및 계측 전자장치(24)를 포함한다. 센서 조립체(102) 및 계측 전자장치(24)는 하나 또는 그 초과의 리드(23)들을 통해 전기적으로 연통될 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 유량계(5, 6)들은 코리올리 유량계(Coriolis flow meter)들을 포함하지만; 코리 올리 유량계들의 측정 성능(measurement capability)들을 갖지 않는 다른 유형의 유량계들이 이를테면, 진동식 밀도계(vibrating densitometer)들 등과 같은 것이 사용될 수 있다. 사용되는 유량계의 특별한 유형은, 결코, 본 실시예의 범주를 제한해서는 안 된다. 그러나, 유량계(5, 6)들은 바람직하게는 적어도 유체 밀도를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2 개의 계측 전자장치(22, 24)는 서로 전기적으로 연통될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 2 개의 계측 전자장치(22, 24)는 리드(27, 28)들을 통해 각각 공통의 처리 시스템(25)에 전기적으로 연통될 수 있다. 공통의 처리 시스템(25)은 2 개의 계측 전자장치(22, 24)로부터 수신된 신호들을 처리하고 그리고 리드(26)를 통해 사용자에게 소망하는 정보를 출력할 수 있다. 예컨대, 처리 시스템(25)은 계측 전자장치(22, 24)의 각각으로부터 다양한 측정치들을 수신하여 수신된 측정치들에 기초하여 다성분 유체의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 판정할 수 있다. 처리 시스템(25)이 개별 구성요소로서 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 처리 시스템(25)은 계측 전자장치(22, 24) 중 하나의 일부를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 센서 조립체(101, 102)들 양자 모두는, 계측 전자장치(22)와 같은 하나의 계측 전자장치와 전기적으로 연통될 수 있고, 계측 전자장치(22)의 처리 시스템(25)은 필수의 신호 처리 전부를 실행하여 리드(30)를 통해 사용자에게 소망하는 정보를 출력할 수 있다. 리드(29, 30)들은 대안의 실시예들을 예시하기 위해서 사선들로 도시된다.
일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 센서 조립체(101, 102)들은 유체 파이프라인(103)과 유체 연통식으로 위치될 수 있다. 유체 파이프라인(103)은 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체를 수용할 수 있다. 다성분 유체가 유체 파이프라인(103)에 수용된다면, 적어도 제 1 유량계(5)가 다성분 유체 밀도를 측정할 수 있다. 측정하는 동안, 유체는 유동하거나(flowing) 정지되어(stationary) 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 센서 조립체(101, 102)들은 유체 파이프라인(103) 내에서 밀도 조절장치(104)에 의해 분리된다. 밀도 조절장치(104)는 밸브, 펌프, 소정 길이의 파이프, 감소되거나 확대된 단면적을 포함하는 소정 길이의 파이프, 히터(heater), 칠러(chiller) 등을 포함할 수 있다. 당업자는, 파이프라인(103) 내에서 유동하는 유체의 압축성 성분이 바뀌도록, 밀도 조절장치(104)가 다성분 유체의 밀도 상태를 바꿀 수 있는 임의의 유형의 장치를 포함할 수 있음을 용이하게 인지할 것이다. 예컨대, 오일, 물, 가스의 상기 조합을 사용하면, 밀도 조절장치(104)는 오일 및 물의 밀도들이 동일하게 유지되면서 가스의 밀도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 밀도 조절장치(104)는, 밀도들 그리고 이에 따라 유체의 압축성 성분들의 용적 분율들이 제 1 센서 조립체(101)(제 1 밀도 상태에 있음)와 제 2 센서 조립체(102)(제 2 밀도 상태에 있음)사이에서 상이해지도록 제공된다. 당업자는 압축성 유체들의 밀도가 압력 및/또는 온도를 조절시킴으로써 2 개의 밀도 상태 사이에서 바뀔 수 있음을 용이하게 인지할 것이다. 예컨대, 유체가 파이프라인을 통해 유동하고 그리고 제 1 및 제 2 유체 센서(5, 6) 양자 모두가 제공된다면, 밀도 조절장치(104)는 제 1 및 제 2 센서 조립체(101, 102)들 사이의 다성분 유체의 압력을 증가시키는 펌프를 포함할 수 있다. 대안으로, 다른 실시예들에서, 밀도 조절장치(104)는 제어 밸브 또는 다성분 유체 내의 에너지가 이를 통해 손실되어 압력 손실을 유발하는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 다성분 유체는 제 1 센서 조립체(101)에 진입하여 제 1 온도와 압력을 갖는 제 1 밀도 상태를 포함할 수 있다. 이후, 다성분 유체는 제 2 센서 조립체(102) 내에서 다성분 유체에 제 2 압력 및/또는 온도의 제 2 밀도 상태를 제공하는 압력 이득(pressure gain) 또는 손실을 유발하는 제어 밸브 또는 다른 컴포넌트를 통해 통과할 수 있다. 다른 실시예에서, 단지 제 1 센서 조립체(101)가 제공되어 제 1 온도 및 압력을 갖는 제 1 밀도 상태의 다성분 유체가 충전될 수 있다. 밸브는, 다성분 유체에 제 2 압력 및/또는 온도의 제 2 밀도 상태를 제공하기 위해서 유체의 일부가 누출 및 이후 다시 폐쇄되는 것을 허용하도록 잠시 개방될 수 있다. 상정될 수 있는 바와 같이, 밀도 조절장치(104)는 유체의 임의의 비압축성 성분들의 밀도를 바꾸지는 않는다.
제 1 센서 조립체(101)와 연관된 상류 압력 센서(105a) 및 하류 압력 센서(105b)뿐만 아니라 제 2 센서 조립체(102)와 연관된 상류 압력 센서(106a) 및 하류 압력 센서(106b)가 또한 도 1에 도시된다. 4 개의 압력 센서(105a, 105b, 106a, 106b)들이 도 1에 도시되어 있지만, 4 개 미만의 압력 센서들이 제공될 수 있음이 상정되어야 한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 단지 2 개의 압력 센서들이 요구되는데, 여기서, 하나의 압력 센서는 밀도 조절장치(104)로부터 상류에 있고, 다른 압력 센서는 밀도 조절장치(104)로부터 하류에 있다. 일부 실시예들에서, 정확히 2개의 압력 센서들을 상류에 하나 그리고 하류에 하나를 제공한다면, 센서 조립체(101, 102)들 내에 압력의 충분히 정밀한 추정치(close enough estimate)를 제공할 수 있다. 예컨대, 유체 측정 시스템(100)에만 압력 센서(105a) 및 압력 센서(106a)가 포함된다면, 이들 2 개의 압력들이 후속하는 계산들을 위해서 사용될 것이며, 그리고 이들 압력들은 일부 실시예들에서, 허용공차(acceptable tolerance) 내에 있도록 센서 조립체(101, 102)들 내의 실제 압력들의 충분히 정밀한 추정치들을 제공할 것이다. 다른 실시예들에서, 단지 하나의 압력 센서가 요구될 수 있다. 이는 단지 하나의 유량계가 존재하거나 2 개의 유량계들 사이의 압력 강하가 시스템(100)을 통한 유량(flow rate)에 기초하여 공지 또는 가정되는 상황에서는 참일 수 있다.
그러나, 상류 압력 센서(105a) 및 하류 압력 센서(105b)가 제공된다면, 제 1 센서 조립체(101)의 평균 압력이 계산되는 것을 허용한다. 유사하게, 상류 압력 센서(106a) 및 하류 압력 센서(106b)가 제공된다면, 제 2 센서 조립체(102)의 평균 압력이 계산되는 것을 허용한다.
일 실시예에 따르면, 유체 측정 시스템(100)은 제 1 및 제 2 온도 센서(107, 108)들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 온도 센서(107)는 제 1 센서 조립체(101)에서의 유체의 온도를 판정할 수 있는 한편, 제 2 온도 센서(108)는 제 2 센서 조립체(102)에서의 유체의 온도를 판정할 수 있다. 일반적으로, 온도가 유량계를 통해 이동하는 동안에는 상당히 변화할 것 같지는 않기 때문에, 각각의 유량계의 상류 및 하류에 온도 센서를 가질 필요는 없다. 그러나, 이러한 추가의 온도 측정치들은 각각의 유량계에서의 평균 온도 판정의 정확성을 개선시키는데 사용될 수 있다. 이를테면 코리올리 유량계들과 같은 유량계들로서 일반적으로 공지된 바와 같이, 제 1 및 제 2 온도 센서(107, 108)들은 RTD 센서들을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 온도 센서(107, 108)들이 유체 온도를 직접 판정할 수 있다기 보다는 오히려, 유체 온도는 간접적으로 판정될 수 있음이 상정되어야 한다. 예컨대, 센서 조립체의 유동 튜브들 및 다른 로케이션들에 커플링될 수 있는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들을 활용하는 것이 당 분야에 공지되어 있으며, 유체 온도는 하나 또는 그 초과의 측정된 온도들에 기초하여 판정될 수 있다. 이에 따라, 제 1 온도 센서 및 제 2 온도 센서(107, 108)들은 유체 측정 산업에서 사용되는 주지된 구성들 중 임의의 구성을 포함할 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 종래 기술 시스템들이 갖는 문제점은, 측정 시스템을 통해 유동하는 유체가 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 포함하였다면, 개별 성분들의 유동 특성의 판정이 불가능하였다는 점이다. 예컨대, 상기 논의된 오일, 물 및 가스 예시인 경우, 종래 기술은 액상(비압축성 성분들)의 유체 특성들을 정확하게 판정하기 위한 시스템을 제공하지 못하였다. 오히려, 종래 기술의 코리올리 유량계는, 단지 전체 혼합물 밀도를 판정할 수 있었으며, 액체 밀도와 가스 밀도를 구별할 수 없었다. 상기 식(2)은, 측정되는 밀도가 가스를 포함하는 전체 밀도였지만, 식(2)이 바로 액체 밀도를 필요로 하기 때문에 해결될 수 없었다. 유체 측정 시스템(100)을 사용하면, 다성분 유체의 다른 유체 특성들과 함께 비압축성 성분들의 밀도를 계산할 수 있다. 2 개의 비압축성 성분들이 존재하고 이들 각각의 밀도들이 공지되어 있으며, 이는 개선된 넷 오일 컴퓨터(Net Oil Computer)를 제공할 수 있으며, 이 넷 오일 컴퓨터는 워터컷(watercut)(전체 용적에 대한 물 용적 분율의 비율) 및 개별 액체 성분 유량들, 이를테면 오일 유량과 같은 파라미터들의 계산시 기상(gas phase)을 본질적으로 무시한다.
오일, 물 및 가스의 예시에서, 비압축성 유체의 밀도가 본질적으로 조합된 액체 밀도를 포함하지만; 다른 상황들에서, 압축성 성분은 가스보다는 오히려 압축성 액체일 수 있다. 이에 따라, 본 실시예는 단지 액체/가스 혼합물의 액체 밀도를 계산하는 것으로 제한되지는 않는다.
일 실시예에 따르면, 유체 측정 시스템(100)의 경우에, 하기와 같은 상태 방정식(5-11)들을 이용하여 제 1 밀도 상태로부터 제 2 밀도 상태까지 다성분 유체를 조절하는 밀도 조절장치(104)에 기인하여, 다양한 유체 특성들이 판정될 수 있다.
Figure 112015019871051-pct00025
Figure 112015019871051-pct00026

여기서, 유체 측정 시스템(100)을 이용하여 측정될 수 있는 입력 값들은 다음과 같다:
P1은 제 1 밀도 상태에서의 유체 압력이며;
P2는 제 2 밀도 상태에서의 유체 압력이고;
T1은 제 1 밀도 상태에서의 온도이며;
T2는 제 2 밀도 상태에서의 온도이고;
Figure 112015019871051-pct00027
는 제 1 밀도 상태에서 측정된 밀도이며;
Figure 112015019871051-pct00028
는 제 2 밀도 상태에서 측정된 밀도이다.
상기 측정된 입력 값들의 경우에, 하기 변수들은 방정식(5-11)들로부터 미지수이다(unknown):
Figure 112015019871051-pct00029
는 제 1 밀도 상태에서의 비압축성 성분들의 용적 분율이며;
Figure 112015019871051-pct00030
는 제 2 밀도 상태에서의 비압축성 성분들의 용적 분율이고;
Figure 112015019871051-pct00031
는 제 1 밀도 상태에서의 압축성 성분들의 용적 분율이며;
Figure 112015019871051-pct00032
는 제 2 밀도 상태에서의 압축성 성분들의 용적 분율이고;
Figure 112015019871051-pct00033
는, 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 조합 밀도이며(이는 제 1 및 제 2 밀도 상태들 사이에서 일정한 것으로 가정됨);
Figure 112015019871051-pct00034
는 제 1 밀도 상태에서의 압축성 성분들의 밀도이고;
Figure 112015019871051-pct00035
는 제 2 밀도 상태에서의 압축성 성분들의 밀도이다.
당업자가 용이하게 상정할 수 있는 바와 같이, 이는 7 개의 미지수들을 갖는 7 개의 방정식들을 유발한다. 2 개의 상이한 압축성 밀도들 및 공극률(void fraction)들이 제 1 및 제 2 밀도 상태들에서 존재하도록, 7 개의 방정식들은, 밀도 조절장치(104)가 압축성 성분들의 밀도를 변화시키는 한 해결될 수 있다. 제 1 및 제 2 센서 조립체(101, 102)들이 도시된 실시예에 따르면, 제 1 밀도 상태 측정들은 제 1 유량계(5)에 위해 취해질 수 있고, 제 2 밀도 상태 측정들은 제 2 유량계(6)에 의해 취해질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 2 유량계(6)에 의해 취해진 측정들은 제 1 유량계(5)에 의해 취해진 측정들로부터 임계 시간만큼 지연될 수 있다. 임계 시간은 유량계들 중 하나의 유량계에 의해 판정되는 바와 같은 유량에 기초할 수 있다. 신호들의 지연 처리는, 제 2 유량계(6)가 제 1 유량계(5)에 의해 측정된 것과 동일한 다성분 유체의 밀도를 측정하는 것을 허용할 수 있다. 이는, 사용자 또는 조작자가 유체 스트림에서 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 비율들이 급속하게 바뀌는 것을 고려한다면, 측정들을 개선할 수 있다. 그러나, 상대적 비율들이 실질적으로 일정하게 유지되거나 제시간에 매우 느리게 바뀌고 있다면, 제 1 유량계(5) 및 제 2 유량계(6)는 실질적으로 동시에 밀도들을 측정할 수 있다.
그러나, 유량계들 중 단지 하나의 유량계만이 존재한다면, 밀도 상태 측정들의 양자 모두는, 상이한 시간들(밀도 조절장치(104)가 압력 및/또는 온도를 조절함으로써 다성분 유체의 밀도 상태를 조절하기 이전 그리고 이후)에서 단일 유량계에 의해 취해질 수 있을 것이다.
오일, 물 및 가스의 예시를 다시 이용하면, 오일 및 물의 양이 전형적으로 관심대상이며, 이는 상기 설명된 바와 같이, 액체(비압축성 성분들)의 공지된 조합 밀도를 필요로 한다. 이에 따라, 일 실시예에 따르면, 방정식(5-11)들은
Figure 112015019871051-pct00036
에 대한 해를 제공할 수 있는 단일 방정식(12)으로 감축될 수 있다.
Figure 112015019871051-pct00037

당업자들은, 방정식(12)이 해법기(solver)를 필요로하는 음함수 방정식(implicit equation)이라는 것을 용이하게 인지할 것이다. 방정식(12)은 또한 다음과 같은 일부 치환들을 사용하는 양의 해(explicit solution)로 재작성될 수 있다.
Figure 112015019871051-pct00038

방정식(13-16)들을 사용하면, 방정식(17)은 비압축성 성분들의 밀도에 대한 양의 해를 제공한다.
Figure 112015019871051-pct00039

방정식(17)에서 "+" 표시는, 제 1 밀도 상태에서의 압축성 성분의 밀도가 제 2 밀도 상태에서의 압축성 성분의 밀도 미만일 때 사용된다. 방정식(17)에서 "-" 표시는, 제 1 밀도 상태에서의 압축성 성분의 밀도가 제 2 밀도 상태에서의 압축성 성분의 밀도 초과일 때 사용된다. 유체의 비압축성 성분들의 밀도가 계산되는 경우에, 방정식(1) 및 (2)으로부터 물 및 오일 용적 분율들이 판정될 수 있다. 추가로, 상기 기재된 미지의 유체 특성들 중 임의의 특성, 이를테면 압축성 성분들의 용적 분율이 판정될 수 있다. 이들 미지수들이 판정된 이후에, 워터 컷 및 개별 성분들의 각각의 유량들과 같은 소정의 추가 파라미터들이 계산될 수 있다. 예컨대, 유량계(5, 6)들 중 하나 이상의 유량계가 코리올리 매스 유량계 또는 볼류메트릭 유량계와 같은 유량계를 포함한다면, 다성분 유동의 유량이 측정될 수 있다. 다성분 유량은 매스 유량 또는 용적 유량을 포함할 수 있다. 다성분 유량에는 이후 개별 성분들의 유량을 부여하기 위해서 개별 성분들의 용적 분율들이 배가될 수 있다.
2 개의 상이한 밀도 상태들에서 2 개의 유량계들을 사용하면, 상기 기재된 방정식들이 전체 압축성 및 비압축성 성분들의 밀도들 및 용적 분율들에 대한 해를 제공할 수 있음이 상정되어야 한다. 통상적으로, 넷 오일 컴퓨터에 대한 경우와 같이, 비압축성 성분 밀도들이 공지된다면, 상기 알고리즘은 또한 비압축성 성분을 구성하는 액체들에 대해 2 개 이하의 개별 용적 분율들을 판정할 수 있다. 그러나, 3 개 초과의(more than three) 성분들이 조합된 스트림에 존재한다면, 더 많은 정보가 성분들의 각각의 개별 유체 특성들을 계산하기 위해 요구될 수 있다.
게다가, 당업자들은 상기 방정식을 해결하는 것은 소정의 유체 상태들이 유지되는 것을 필요로 한다는 점을 용이하게 인지할 것이다. 예컨대, 방정식(9, 10)들을 정확하게 하기 위해서, 압축성 성분들은 이상 기체 법칙(ideal gas law)을 준수해야 한다. 압축성 유체가 이상 기체 법칙을 준수하지 않는다면, 방정식들은 성분의 압축 인자(compressibility factor)(Z)들을 고려해야 한다. 압축성 성분들이 액체들이라면, 방정식(9, 10)들은 그 유체에 대한 적절한 상태 방정식들로 대체되어야 한다. 이러한 상태 방정식들은 분해적으로(analytically) 판정될 수 있거나, 실험적으로 판정된 데이터를 참조한 표들에서 조사될 수 있다. 게다가, 이 방정식들은, 비압축성 성분들이 2 개의 센서 조립체(101, 102)들 사이에서 동일한 밀도를 유지하는 것, 즉, 밀도 조절장치(104)가 비압축성 성분들에 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다. 이것이, 비압축성 유체들의 밀도들이 방정식(9, 10)들에 포함되지 않는 이유이다. 방정식들을 풀기 위해 만들어진 다른 가정은, 밀도 조절장치(104)에 의해 조절됨에 따라 제 1 밀도 상태와 제 2 밀도 상태 사이에서 압축성 성분들 중 어느 것도 비압축성 성분들로부터 흡수 또는 방출되지 않는다는 것이다. 이러한 가정은, 통상적으로 제 1 및 제 2 센서 조립체(101, 102)들 사이 거리(예컨대, 실험적으로 판정될 수 있음)가 일부 임계 거리 미만으로 유지된다면, 가능할 수 있다. 또한, 압력 감소보다는 오히려 압력 증가를 유발하는 밀도 조절장치, 이를테면 펌프를 사용하면, 이러한 요건을 지지하는 것(adhere)을 도울 수 있다. 게다가, 흡착(absorption) 및 플래싱(flashing)은 압축성 및 비압축성 액체 혼합물들을 위한 것보다 액체들에 동반된(entrained) 가스들에서 더 문제가 된다.
당업자들은 종종 유체가 비압축성 및 압축성 성분들, 이를테면 동반된 가스를 갖는 액체를 포함할 때, 압축성 성분들이 유량계들, 이를테면 코리올리 유량계들의 밀도 판독치들에서 에러들을 유발한다는 것을 이해한다. 유발된 에러들은 일반적으로 압축성 성분들의 밀도 및 비압축성 유체로부터의 압축성 유체의 디커플링에 기인한다. 하기에 나타내는 바와 같이, 압축성 성분들에 의해 유발되는 에러는 비압축성 성분의 밀도에 대한 방정식(5-11)들을 풀 때 무시될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 에러가 무시될 수 있음을 증명하기 위해서, 방정식(12)은 에러를 포함하도록 재작성될 수 있다. 이는 방정식(18)에 나타낸다.
Figure 112015019871051-pct00040

여기서,
e1은
Figure 112015019871051-pct00041
측정시 에러이며;
e2는
Figure 112015019871051-pct00042
측정시 에러이다.
에러들 양자 모두가 0과 같다면, 에러(e1, e2)들이 방정식(5-11)들을 풀 때 무시될 수 있음을, 당업자가 용이하게 인지할 것이다. 그러나, 이러한 경우는 거의 드물다. 그럼에도 불구하고, 방정식(12, 18)들이 서로 동일하게 설정된다면, 에러들을 무시하는데 다른 환경(circumstance)들이 필요한 것으로 판정될 수 있다. 이러한 관점을 가장 쉽게 나타내기 위해서, 압축성 유체 밀도는 0과 같이 설정되며, 이는 통상적인 압력들에서 동반되는 가스를 갖는 액체의 경우에 대한 합리적인 가정이다. 이러한 증명은 압축성 유체 밀도를 0으로 설정하지 않고 실행될 수 있지만, 수학(math)은 훨씬 복잡하며; 이에 따라, 개념을 나타낼 목적으로, 압축성 유체 밀도는 0으로 설정된다. 압축성 유체 밀도를 0으로 설정하는 경우, 방정식(6, 8)들은 방정식(19, 20)들로 작성될 수 있다.
Figure 112015019871051-pct00043

설명의 간결성을 위해 생략된 일부 치환예들 이후에, 또한 당업자는 용이하게 실행할 수 있고, 방정식(12, 18)들의 단순한 형태들이 방정식(21)에 도시된 바와 같이 다른 형태와 동일하게 설정되어 에러(e1, e2)를 위해 요구되는 환경들이 비압축성 성분들의 밀도의 계산에 대수롭지 않음을 판정할 수 있다.
Figure 112015019871051-pct00044

방정식(21)을 더 단순화하면, 방정식(12, 18)들과 등가인 것으로 도시될 수 있으며, 이후 방정식(22)은 참(true)이 되어야 한다.
Figure 112015019871051-pct00045

따라서, 방정식(22)은 디커플링 및 압축률 에러들이 대수롭지 않은 것으로 도시되며, e1 및 e2는 압력 및 온도 비율들에 의해 선형으로 관련되어야 한다. 상기 방정식(11)으로부터, 방정식(22)은 다음과 같이 용적 분율의 관점에서 재작성될 수 있다:
Figure 112015019871051-pct00046

이에 따라, 압축률 및 디커플링 에러들이 비압축성 성분의 용적 분율에 선형으로 증가한다면, 비압축성 성분의 밀도에 대해서 상기 방정식(5-11)들의 해는 압축률 및 디커플링 에러들의 존재에 둔감하다. 실험들은, 적어도 진동 튜브 기술에 의존하는 코리올리 유량계들 또는 농도계(densitometer)들을 위한, 에러와 압축성 성분의 용적 분율 사이에 선형 관계가 존재함을 나타내고 있다. 이는 도 2에 예시된다.
도 2는 혼합물 밀도로부터 총 밀도 에러의 그래프를 도시한다. 이는 혼합물의 밀도 측정 및 혼합물이 되는 2 개의 부분들 이전 개별 가스 및 액체 유량계들로부터의 측정들에 의해 판정된다. 다양한 선형 추세선들이 상이한 유량들에서 취해진다. 그러나, 각각의 유량을 위해서, 압축성 성분의 용적 분율이 증가함에 따라, 밀도 에러가 선형으로 증가함을 알 수 있다. 이에 따라, 제 1 센서 조립체(101)와 제 2 센서 조립체(102) 사이 유량이 실질적으로 동일하게 유지되는 한, 에러는 도 2에 도시된 바와 같이 단일 추세선(trend line)에 머무를 것이며, 밀도 에러는 방정식(5-11)들을 풀면서 무시될 수 있다. 센서 조립체(101, 102)들 양자 모두를 통해 동일한 유량을 유지하는 것은, 2 개의 센서 조립체(101, 102)들이 동일한 파이프라인(103)에 배치되기 때문에 전형적으로 성취된다. 이에 따라, 유체 측정 시스템(100)은 다성분 유체들에서 이전에 측정될 수 없었던 개별 성분의 새로운 정보 및 유체 특성들을 제공할 뿐만아니라 또한 진동 튜브 유량계들 및 농도계들에서 디커플링 및 압축률 에러들에 기인하여 부정확한 측정들의 문제를 해결한다. 양자의 유량계들이 에러들을 겪을지라도, 비압축성 성분의 밀도를 계산하기 위해서 상기 설명된 알고리즘을 사용할 때 에러들은 상쇄된다.
사용시, 유체 측정 시스템(100)은 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 포함하는, 파이프라인(103)에서 유체의 다양한 유체 특성들을 판정하는데 사용될 수 있다. 루틴(300)은 압축성 또는 비압축성 성분들 중 하나 이상의 다양한 유체 특성들을 판정하기 위해 가능한 일 실시예의 개요를 서술한다.
도 3은 일 실시예에 따른 처리 루틴(300)을 도시한다. 일 실시예에 따르면, 처리 루틴(300)은 처리 시스템(25)과 함께 제 1 및 제 2 계측 전자장치(22, 24)를 사용하여 실행될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 처리 루틴(300)은 제 1 또는 제 2 계측 전자장치(22, 24) 중 하나를 사용하여 실행될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 처리 루틴(300)은 제 1 또는 제 2 계측 전자장치(22, 24)를 사용하여 실행될 수 있으며, 여기서, 처리 시스템(25)은 계측 전자장치(22, 24) 중 하나의 일부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 처리 루틴(300)은 단계(301)에서 시작하며, 여기서 다성분 유체의 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00047
)가 제 1 밀도 상태에서 측정된다. 다성분 유체는 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들 그리고 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 포함한다. 제 1 밀도 상태는 상기 설명된 바와 같이 제 1 압력(P1) 및 제 1 온도(T1)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00048
)는 예컨대 제 1 센서 조립체(101) 내의 밀도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 예컨대 제 1 유량계(5)가 코리올리 유량계를 포함하는지를 판정할 수 있는 유체 유량과 같은 다성분 유체에 대한 추가 정보가 판정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 밀도(
Figure 112015019871051-pct00049
)는 예컨대, 제 1 계측 전자장치(22)에서 판정될 수 있다.
단계(302)에서, 다성분 유체의 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00050
)가 제 2 밀도 상태에서 측정된다. 일 실시예에 따르면, 제 2 밀도 상태는 제 1 밀도 상태와 상이하다. 제 2 밀도 상태는 밀도 조절장치(104)로 인해 상이할 수 있으며, 이 조절장치는 유체의 압력 및/또는 온도를 제 2 압력(P2) 및 제 2 온도(T2)로 바꿀 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00051
)는 예컨대, 제 2 계측 전자장치(22)에서 판정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 밀도 상태들은 하나 또는 그 초과의 압력 센서(105a, 105b, 106a, 106b) 및 하나 또는 그 초과의 온도 센서(107, 108)들에 의해 판정될 수 있다.
단계(303)에서, 압축성 성분들 및 비압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들이 판정될 수 있다. 실시예에 따르면, 하나 또는 그 초과의 유체 특성들은 제 1 및 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00052
,
Figure 112015019871051-pct00053
)들 및 제 1 및 제 2 밀도 상태들에 기초하여 판정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 처리 시스템(25)은, 상기 논의된 바와 같이 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 밀도(
Figure 112015019871051-pct00054
)를 조합함에 따라, 제 1 및 제 2 밀도(
Figure 112015019871051-pct00055
,
Figure 112015019871051-pct00056
)들을 수신하고 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 판정할 수 있다. 조합된 비압축성 성분 밀도(
Figure 112015019871051-pct00057
)는 다성분 유체가 둘 또는 그 초과의 비압축성 성분들을 포함한다면 혼합물 밀도를 포함할 수 있다. 대안으로, 단지 하나의 비압축성 성분이 다성분 유체에 있다면, 밀도(
Figure 112015019871051-pct00058
)는 하나의 비압축성 성분의 밀도를 단순히 포함할 것이다. 상기 논의된 바와 같이, 다른 유체 특성들은 하나 또는 그 초과의 압축성 그리고 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 개별 용적 분율들, 그리고 유체의 비압축성 및 압축성 성분들의 개별 성분들의 유량과 같은 다른 유체 특성들이 또한 판정될 수 있다. 예컨대, 유체가 오일, 물, 및 가스의 혼합물을 포함한다면, 오일, 물, 및 가스의 개별 유량들 및 용적 분율들이 판정될 수 있다.
상기 설명된 실시예들은, 유체 측정 시스템(100)이 다성분 유체의 비압축성 성분 또는 압축성 성분 중 하나 이상의 성분의 유체 특성들을 얻는 것을 허용한다. 유체의 밀도 상태를 변경하고 상이한 밀도 상태들에서 조합된 유체 밀도를 측정함으로써, 성분들의 용적 분율들 그리고 이에 따라 유체 특성들이 판정될 수 있다. 따라서, 유체 측정 시스템(100)은 종래 기술에서와 같이 압축성 성분들과 비압축성 성분들을 분리하기 위해서 복잡하며 값비싼 분리 장비에 의존할 필요가 없다. 따라서, 유체가 유체 측정 시스템(100)을 통해 유동함에 따라 다성분 유체의 소망하는 정보가 실질적으로 실시간으로 얻어질 수 있다.
상기 실시예들의 상세한 설명들은, 본 설명의 범주 내에 있는, 본 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들의 철저한 설명들은 아니다. 사실상, 당업자들은, 상기 설명된 실시예들의 소정의 요소들이 추가의 실시예들을 형성하기 위해서 다양하게 조합 또는 제거될 수 있으며, 이러한 추가의 실시예들은 본 설명의 범주 및 교시들 내에 있음을 인지할 것이다. 또한, 상기 설명된 실시예들이 본 설명의 범주 및 교시들 내에 있는 추가의 실시예들을 형성하기 위해서 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있음이 당업자에게 분명해질 것이다.
이에 따라, 특정 실시예들이 예시적 목적들에 대해서 본원에 설명되어 있지만, 당업자들이 인식할 것이기 때문에. 등가의 다양한 수정예들이 본 설명의 범주 내에서 가능하다. 본원에 제공된 교시들은, 다른 유체 측정 시스템들에 적용될 수 있고, 반드시 상기에서 설명되고 첨부 도면들에서 도시된 실시예들은 아니다. 이에 따라, 상기 설명된 실시예들의 범주는 하기 청구범위들로부터 판정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 제 1 밀도 상태에서 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체의 제 1 밀도(
    Figure 112018128082824-pct00059
    )를 측정하는 단계;
    제 1 밀도 상태로부터 제 2 밀도 상태로 다성분 유체를 조절하는 단계;
    제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
    Figure 112018128082824-pct00060
    )를 측정하는 단계; 및
    압축성 성분들 또는 비압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 판정하는 단계를 포함하고,
    상기 다성분 유체의 유동 내의 상기 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들과 상기 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들의 비율은, 상기 제 1 밀도 상태에서와 상기 제 2 밀도 상태에서 동일한,
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 특성들을 판정하는 단계는 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들의 조합된 밀도를 판정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밀도(
    Figure 112015019871051-pct00061
    )를 측정하는 단계는 제 1 코리올리 유량계를 이용하는 단계를 포함하는,
    방법.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 밀도(
    Figure 112015019871051-pct00062
    )를 측정하는 단계는 제 2 코리올리 유량계를 이용하는 단계를 포함하는,
    방법.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    제 1 밀도(
    Figure 112015019871051-pct00063
    )를 측정하는 단계 이후, 그리고 제 2 밀도(
    Figure 112015019871051-pct00064
    )를 측정하는 단계 이전에, 임계 시간을 대기하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밀도 상태는 제 1 압력(P1) 및 제 1 온도(T1)를 포함하고, 상기 제 2 밀도 상태는 제 2 압력(P2) 및/또는 제 2 온도(T2)를 포함하는,
    방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    다성분 유체의 유량을 측정하는 단계;
    다성분 유체의 성분들 중 하나 또는 그 초과의 성분의 용적 분율을 판정하는 단계; 및
    상기 측정된 유량 및 용적 분율에 기초하여 성분들 중 하나 또는 그 초과의 성분의 유량을 판정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  8. 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들 및 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들을 포함하는 다성분 유체를 수용하도록 구성된 파이프라인(103);
    상기 파이프라인(103)과 유체 연통하는 제 1 센서 조립체(101) 및 상기 다성분 유체의 적어도 제 1 밀도(
    Figure 112018128082824-pct00074
    )를 측정하도록 구성된 제 1 계측 전자장치(22)를 포함하는, 제 1 유량계(5);
    다성분 유체의 압력 및/또는 온도를 조절함으로써 제 1 밀도 상태로부터 적어도 제 2 밀도 상태로 다성분 유체의 밀도를 조절하게 구성되고, 파이프라인(103) 및 제 1 센서 조립체(101)와 유체 연통하는, 밀도 조절장치(104); 및
    제 1 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 1 밀도(
    Figure 112018128082824-pct00066
    ) 및 제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 제 2 밀도(
    Figure 112018128082824-pct00067
    )에 기초하여 비압축성 성분들 또는 압축성 성분들 중 하나 이상의 성분의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 발생시키도록 구성된, 처리 시스템(25);을 포함하는, 유체 측정 시스템(100)으로서,
    상기 다성분 유체의 유동 내의 상기 하나 또는 그 초과의 비압축성 성분들과 상기 하나 또는 그 초과의 압축성 성분들의 비율은, 상기 제 1 밀도 상태에서와 상기 제 2 밀도 상태에서 동일한,
    유체 측정 시스템(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    파이프라인(103)과 유체 연통하는 제 2 센서 조립체(102) 및 밀도 조절장치(104)를 포함하는 제 2 유량계(6)를 더 포함하며, 상기 밀도 조절장치(104)는 제 1 센서 조립체(101)와 제 2 센서 조립체(102) 사이에 위치되는,
    유체 측정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 밀도 상태에서 다성분 유체의 적어도 제 2 밀도(
    Figure 112015019871051-pct00068
    )를 측정하도록 구성된 제 2 계측 전자장치(24)를 더 포함하는,
    유체 측정 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    제 1 센서 조립체(101)에 근접한 하나 또는 그 초과의 압력 센서(105a, 105b)들 그리고 제 2 센서 조립체(102)에 근접한 하나 또는 그 초과의 압력 센서(106a, 106b)들을 더 포함하는,
    유체 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 압력 센서(105a)는 제 1 센서 조립체(101)로부터 상류에 위치되며, 제 2 압력 센서(105b)는 제 1 센서 조립체(101)로부터 하류에 위치되며, 제 3 압력 센서(106a)는 밀도 조절장치(104)로부터 하류에 그리고 제 2 센서 조립체(102)로부터 상류에 위치되며, 제 4 압력 센서(106b)는 제 2 센서 조립체(102)로부터 하류에 위치되는,
    유체 측정 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 밀도 상태들에서 다성분 유체의 온도를 측정하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 온도 센서들을 더 포함하는,
    유체 측정 시스템.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8 항에 있어서,
    상기 처리 시스템(25)은 제 1 계측 전자장치(22)의 일부를 포함하는,
    유체 측정 시스템.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8 항에 있어서,
    제 1 유량계(5)는 코리올리 유량계를 포함하는,
    유체 측정 시스템.
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