NO340171B1

NO340171B1 - Multifasestrømningsmålesystem som har en fluid separator

Info

Publication number: NO340171B1
Application number: NO20080615A
Authority: NO
Inventors: Daniel Gysling
Original assignee: Expro Meters Inc
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2017-03-20
Also published as: AU2006269351A1; EP1899688B1; WO2007008626A1; EP1899687B1; CA2612625C; WO2007008623A1; EP1899687A1; CA2614015C; NO20080613L; NO340170B1; MX2008000048A; US20070006640A1; CA2614021C; AU2006269354B2; ATE482380T1; EP1899688A1; ATE486270T1; BRPI0612597A2; CA2612625A1; AU2006269351B2

Description

En fluid strømningsprosess (strømningsprosess) inkluderer enhver prosess som involverer strømningen av fluid gjennom rør, kanaler eller andre ledere så vel som gjennom fluidkontrollinnretninger, slik som pumper, ventiler, strupeplater, varme-vekslere og lignende. Strømningsprosesser er tilstede i mange forskjellige industrier, slik som olje- og gassindustrien, raffinering, mat- og drikkeindustri, kjemikalia og petrokjemisk industri, papir- og masseindustri, kraftgenerering, farmasøytisk industri og vann- og avløpsvannsbehandlingsindustri. Fluidet innenfor strømningsprosessen kan være et enkeltfasefluid (dvs. gass, væske eller væske/væskeblanding) og/eller en multi-faseblanding (dvs. papir- og masseslam eller andre fast/væskeblandinger), hvor multi-faseblandingen kan være en tofase væske/gassblanding, en fast/gassblanding, en fast/- væskeblanding, en gassinnblandet væske eller trefaseblanding.

GB 1 208 121 A viser et apparat for å måle en gass-væske blanding som omfatter en faseseparasjonsbeholder med et fluidinnløp, en gassmåleanordning tilkoplet den øvre delen av beholderen, en væske måleanordning tilkoplet den nedre delen av beholderen og et T-knutepunkt nedstrøms for doseringsanordningene for å forene fasene. I det ekstreme tilfellet der fluidet er 100% væske og strømningshastigheten er maksimum, dvs. at væsken fyller beholderen, er trykkfallet gjennom væskedoseringsanordningen lik trykket av en væskesøyle. I den tilsvarende tilstanden med 100%, er gasstrykkfallet gjennom gassdoseringsanordningen lik til en væskesøyle. Generelt vil mellomliggende forhold ha forrang, og ved å måle trykkfallet gjennom måleanordningene, vil gass- og væskestrømningshastigheter bestemmes av en passende kalibrering. Anordningen er spesielt egnet til måling av flytende gasser ved temperaturer i nærheten av deres kokepunkter og de måleanordningene kan være kalibrerte strupebaserte metere, Venturi metere eller integrerende metere som turbinmålere.

US 5 551 305 A viser et apparat og en fremgangsmåte for måling av strømningshastighetene i hver komponent av to-fase-strøm som består av en gass og en væske eller tre-fase-strøm bestående av vann, olje og gass, herunder et første volumetrisk strømningsmålertrinn, og andre og tredje impulsstrømmålertrinn anordnet i en seriestrømningsbane med det volumetriske strømningsmålertrinnet og hvori et hastighetsforhold mellom gassen og væsken i seriestrømbanen blir opprettholdt til å være én. En prosessor beregner strømningshastigheter for komponentene i strømningen ved å løse ligninger for volumetrisk strømning og moment eller energi som definerer strøm gjennom det første til det tredje trinn og som benytter en volumetrisk strømningsutgang fra det første trinn og impulsstrømutganger fra nevnte andre og tredje trinn, og en indikator viser flyt av væske og gass eller olje, vann og gass komponenter i strømningen. For å måle tre-fasestrømning, er en vannandelmåler anordnet for å bestemme mengden av vannstrøm, som deretter brukes av prosessoren for å bestemme strømmen av resten av væsken. Det andre og tredje impulsstrømmåletrinnet kan implementeres med to separate impulsstrømningsmålere, eller med en enkelt impulsstrømningsmåler, slik som en venturi-strømningsmåler som har en venturi-dyse inkludert trykkuttak for oppnåelse av minst to differensialtrykkmålinger. I det tilfelle at densiteten av væskekomponenten er kjent, er det tilstrekkelig med et enkelt momentstrømningsmålertrinn.

I visse strømningsprosesser, slik som de som finnes i olje- og gassindustrien, er det ønskelig å separere væsken (dvs. olje og/eller vann) og gass (dvs. luft) komponenter i fluidet. Dette er typisk oppnådd ved å bruke en separator som er en gjenstand i produk-sjonsutstyret brukt til å separere væskekomponenter i fluidstrømmen fra gasskomponentene. Væsken og gasskomponentene strømmer fra separatoren i separate grener (rør), der grenen som inneholder gasskomponenten er referert til som "gassgrenen" og grenen som inneholder væskekomponenten er referert til som "væskegrenen". Hver av grenene inkluderer typisk et strømningsmeter for å bestemme den volumetriske strømningsraten til gassen og fluidkomponentene, respektivt. Videre vil det for gassgrenen være slik at den volumetriske strømningsraten vanligvis blir målt ved å bruke en strupeplate.

Uheldigvis er det slik at nåværende gass/væskeseparatorinnretninger tenderer til å være store, voluminøse og ueffektive innretninger som er dyre å implementere og å operere. For eksempel, nåværende separatorer krever et utall av elektronisk utstyr for å kontrol-lere operasjonen av separasjonsinnretningen. Denne type av sensitivt utstyr er dyr å vedlikeholde. Videre, siden spill av væske inn i gassgrenen i gass/væ skeseparatoren vanligvis finner sted, vil væsken typisk ha formen av en tåke innbefattende små væskedråper. For å adressere dette spørsmålet inkluderer de fleste separatorer tåkefangere konstruert til å gjenvinne væsken som har spilt over. Dette tenderer til å øke størrelsen av den allerede store separatorinnretningen. Dermed er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å gi i-linje løsning or nøyaktig å utføre multifase i linjemålinger mens separatinnretningen er eliminert.

For å oppnå dette, er det frembragt et apparat for å bestemme en karakteristikk i en multifasefluidstrøm innenfor et rør som angitt i det selvstendige krav 1. Ytterligere utførselsformer fremgår av de uselvstendige kravene.

Et apparat for å bestemme et kjennetegn for et fluid som strømmer i et rør er gitt, hvor apparatet inkluderer en separatordel for å separere fluidet til en gasskomponent og en væskekomponent og å styre gasskomponenten til å strømme i en gassgrendel av røret og væskekomponenten i å strømme innenfor en væskegrendel av røret. Apparatet inkluderer en gassgrendelmeterinnretning, hvor gassgrendelmeterinnretningen genererer gasskomponentdata som svar på en gasskomponentkarakteristikk og en væskegrendelmeterinnretning, hvor væskegrenmeterinnretningen genererer væskekomponentdata som svarer til en væskekomponentkarakteristikk. Videre inkluderer apparatet en prosesseringsinnretning som kommuniserer med i det minste én av gassgrendelmeterinnretningen og væskegrenmeterinnretningen, der prosesseringsinnretningen er konfigurert til å motta og å produsere i det minste én av gasskomponentdataene og væskekomponentdataene for å generere fluidstrømningsdata som svar på en fluidstrømningskarakteri-stikk.

Med referanse til tegningene vil det foregående og andre egenskaper og fordeler med foreliggende oppfinnelse være fullt forstått fra den følgende detaljerte beskrivelsen av illustrerte utførelser, tatt i samband med de vedlagte tegninger hvor like elementer er nummerert likt: Figur la er et generelt samlet skjematisk diagram over et apparat for å måle våthet og volumetrisk strømningsrater til en gasstrøm innenfor et rør. Figur lb er et generelt samlet skjematisk diagram over et apparat for å måle våthet og polymetrisk strømningsrate til en gass som strømmer innenfor et rør. Figur 2 er et plott over rapportering (overutlesning) av en Emerson Modell 1595 strupeplatebasert strømningsmeter som en funksjon av Lockhart-Martinelli tallet. Figur 3 er et plott som viser avviket mellom et ukalibrert sonarbasert volumetrisk strømningsmeter og en referansevolumetrisk strømningsrate som en funksjon av Lockhart-Martinelli tallet. Figur 4 er et blokkdiagram som illusterer en utførelse av en våt gassalgoritme i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 5a er et plott over utgangen fra et DP meter og en utgang fra et sonarmeter for å illustrere at våtheten til gassen er relativ til differansen mellom de to utgangene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 5b er et plott over utgangen fra et DP meter og en utgang fra et sonarmeter for å illustrere at våtheten til gassen er relativ til differansen mellom de to utgangene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 6 er et blokkdiagram av en første utførelse av en strømningslogikk brukt i apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Figur 7 er en tverrsnittstegning av et rør som har koherente strukturer i seg.

Figur 8 er et k-co plott over data prosessert fra apparatet i figur 1 som illustrerer helling til konvektiv fure, og et plott over optimaliseringsfunksjonen for den konvektive furen. Figur 9 er et blokkdiagram over en andre utførelse av en strømningslogikk brukt i apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 10 er et k-co plott over data prosessert fra et apparat som er utførelse av foreliggende oppfinnelse som illustrerer hellingen til de akustiske furene. Figur 11 er et generelt samlet skjematisk diagram som illustrerer en annen utførelse av et apparat for å måle våthet og volumetrisk strømningsrate i en gasstrøm innenfor et rør, hvor sonarmetret er lagt ut oppstrøms i forhold til DP-metret, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 12 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametret i et fluid som strømmer, som inkluderer en multi-fasefluidstrøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 13 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametret til en fluidstrøm som inkluderer en multifase fluid-strø, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 14 viser et plott som illustrerer relasjonen mellom faktisk/rapportert gasstrømrater og våthet, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 15 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrøm og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluidstrøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 16 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 17 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 18 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 19 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 20 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 21 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifase-fluidstrøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 22 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 23 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 24 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 25 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluidstrøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 26 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 27 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 28 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 29 illustrerer et strømningsmetersystem som har et forbikoplingsrør for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multifasefluid-strøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 30 er en tverrsnittstegning av en annen utførelse av et strømningsmetersystem for å separere fluidstrømmen og å måle parametere i en fluidstrøm som inkluderer en multi-fasefluidstrøm, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 31 er en tverrsnittstegning av strømningsmetersystem i figur 30 tatt langs linjen

A-A.

Figur 32 er en tverrsnittstegning av en annen utførelse av vannandelssensoren i figur 30, i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Differensielle trykkbaserte (DP) strømningsmetere er svært utbredt brukt for å monito-rere gassproduksjon og er velkjente for å overrapportere gasstrømrater under tilstede-værelse av væske, hvor denne tendensen til å overrapportere på grunn av våthet indi kerer en sterk korrelasjon med væsken til gassmasseforholdet i strømmen. I tillegg er det blitt observert at sonarmetre, som vil bli beskrevet heretter, fortsetter å rapportere gasstrømrater nøyaktig, uavhengig av væskebelastningen. Slik sett vil denne ufølsom-heten overfor våthet i en praktisk innretning for nøyaktig å måle gasstrømraten og væskestrømraten i en våt gasstrøm. I prosesseringen av de kombinerte data (dvs. data funnet fra DP meter og sonarmeter) vil et sett med lokale våthets sensitivitetskoeffisienter på hver våthetsserie (på fast trykk- og strømningsrate) kunne bli brukt til å gi en mer nøyaktig karakterisering av både DP-metret og sonarmetret for å bestemme våthet, hvor våthets sensitivitetskoeffisientene for hver innretning kan være gitt av en lavere-ordens polynomtilpasning av de overrapportere kontra våtheten. Denne karakteriser-ingen kan så bli brukt til å "invertere" utgangene fra DP-metret og sonarmetret for å gi en nøyaktig gasstrømningsrate og en nøyaktig væskestrømningsrate. Det bør være forstått at ufølsomheten til et sonarmeter overfor våthet forringes med økende densi-metrisk Froude-tall (Fr), hvor det densimetriske Froude-tallet er et mål på graden av "blandethet" i strømmen. Som det er kjent, er Froude-tallet gitt av:

Hvor FR er Froude-tallet, pgaser gasstettheten, puq er væsketettheten, Qgaser strøm-ningshastigheten til gassen og gD er kraften til gravitasjonen multiplisert med den indre diameteren til røret. Det bør være forstått at mer nøyaktige resultater blir oppnådd fra strømninger som er vel blandet, og Froude-tallet er et mål på hvor godt strømmen er blandet. Dermed vil et høyere Froude-tall bety at strømmen er bedre blandet. For eksempel, for et Froude-tall som er større enn 2 (dvs. Fr>2), vil den rapporterte gass-raten fra sonarmetret typisk være innenfor 5% av den faktiske størrelsen, uavhengig av våtheten. Det bør også være forstått at strømmer som har et Froude-tall større enn eller lik to (FR>2) tenderer til å produsere optimalresultater.

Som vist i figur la og figur lb er et generelt samlet skjematisk diagram over et system for å separere en fluidstrøm 100 i en gasskomponent 104 og en væskekomponent 106 vist. Fluidstrømmen 100 blir ført inn i en separatordel 102 som separerer fluidstrømmen 100 til gassblandingen 104 og væsken 106, som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor, hvor gassblandingen 104 er styrt til å strømme i en gassgrendel 108 av separatordelen 102 og væsken 106 blir styrt til å strømme i en væskegrendel 110 i separatordel en 102. Gassblandingen 104 strømmer i gassgrenen 108 som inkluderer gass- og væskespill fra separatordelen 102. Et apparat 112 er anordnet til å måle våtheten og strøm- ningsraten til gassblandingen 104 og kan inkludere et differensiert strømningsmeter ("DP meter") 114 og et sonarstrømningsmeter 116 som har en matrise med stressbaserte sensorer 118, hvor kombinasjonen av DP meter 114 og sonarstrømningsmeter 116 gir strømningsratemålinger og sensorsignaler til en separator utstrømningsprosessor 120. Som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor vil det å bruke målinger fra DP meter 114 og sonarstrømningsmeter 116 i separatorutstrømningsprosessoren 120 bestemme våtheten til gassblandingen 104 i gassgrenen 108 så vel som den volumetriske strømnings-raten til gassen, og den volumetriske strømningsraten til væskespillet. Den volumetriske strømningsraten til komponentene i væskespillet (dvs. olje og vann) kan være bestemt ved å anta en kjent eller typisk vannandel (eller faseandel) ved å bruke vannandelen målt som kan være gitt av et væskestrømningsmeter 122 lagt ut på væskegrendelen 110

i separatordel en 102.

Ved referanse igjen til figur la og figur lb er apparatet 112 for måling av våthet og volumetrisk strømningsrate i gasstrømmen 104 innenfor et rør 124 vist og inkluderer det differnsielle trykkbaserte strømningsmeter 114 og det sonarbaserte strømningsmeter 116. Som vil bli beskrevet i videre detalj nedenfor vil den volumetriske strømningsraten til gasstrømmen 104 bli bestemt av det differensielle trykkbaserte strømningsmeter 114 (Qap) som er brukt sammen med den volumetriske strømningsraten til gasstrømmen 104 bestemt av det sonarbaserte strømningsmeter 116 (QSOnar) for å bestemme våtheten til gasstrømmen 104, som kan bli uttrykt som et Lockhardt Martinelli (LM) tall. Det bør være forstått at feilene i den tolkede væskestrømningsraten generelt kan korrigeres til en høy grad av nøyaktighet gitt av størrelsen av innblandet gass er kjent. Heldigvis, fra et målingsperspektiv, vil kilden for den frie gassen i væskegrenen 110 ikke ha noen påvirkning i sin effekt på strømningsmålingen, og påvirkningen av den frie gassen skaleres direkte til den tomme gassandelen. I tillegg bær det være forstått at selv om eksemplet som viser røret 124 er vist som gassgrenen 108 i gass/væskeseparatordelen 102, er det å forstå at apparat 112 kan bli brukt i enhver kanal, leder eller annen form av rør 124 gjennom hvilket en gass 104 kan strømme.

Gass/væskeseparatordelen 102 er som beskrevet i større detalj nedenfor og kan bli brukt for å separere væskekomponenter i en innkommende fluidstrøm 100 fra enhver gassholdig komponent. Som også vil bli beskrevet i større detalj nedenfor vil generelt væsken og gasskomponentene strømme fra separatordel en 102 i separate rør (grener) 124 og 126, hvor grenen 124 inneholder gasskomponenten 104 og grenen 126 inneholder væskekomponenten 106, hvor strømmen innenfor grenen 124 vil bli rekombinert med strømmen i grenen 126. Væskegrenen 126 kan inkludere væskestrømningsmetret 122, som måler den volumetriske strømningsraten til væsken 106 som strømmer gjennom den.

Det differensielle trykkbaserte strømningsmetret 114 kan inkludere enhver type av strømningsmeter som muliggjør strømningsmåling ved å bruke et differensielt trykk (AP) i strømmen 104. For eksempel, DP-strømningsmeter 114 kan muliggjøre strøm-ningsmåling ved å bruke en strømningshindring 128 eller begrensning for å skape et differensielt trykk som er proporsjonalt med kvadratet av hastigheten til gasstrømmen 104 i røret 124, i henhold til Bernoulli's teorem. Dette differensielle trykket tvers over hindringen 128, ved å bruke et par av trykksensorer 113, kan bli målt og konvertert til en volumetrisk strømningsrate ved å bruke en prosessor eller sekundær innretning 130, slik som en differensiell trykksender. I eksemplet som er vist vil strømningshindringen 128 være en strupeplate 128 gjennom hvilket den våte gassen 104 går. Senderen 130 føler fallet i trykket i strømmen 104 tvers over strupeplaten 128, og bestemmer en volumetrisk strømningsrate til den våte gasstrømmen 104 (Qap) som en funksjon av det følte trykkfallet. Mens et strupebasert strømningsmeter 128 er vist, vil det være forstått at det differensielle trykkbaserte strømningsmeter 114 kan inkludere et venturimeter, et albustrømningsmeter, et v-konemeter, en rørhindring eller liknende.

Det sonarbaserte strømningsmeter 116 inkluderer en rommelig matrise 132 av i det minste to trykksensorer 118 lagt ut på forskjellige aksielle steder xi... xnlangs røret 124. Hver av trykksensorene 118 gir et trykksignal P(t) som indikerer ustadig trykk innenfor røret 124 på tilsvarende aksielle steder xi... xNi røret 124. En signalprosessor 134 mottar trykksignalene Pi(t)... PnO) fra trykksensorene 118 i matrisen 132, og bestemmer hastigheten og polymetrisk strømningsrate til den våte gasstrømmen 104 ved å bruke trykksignalene fra trykksensorene 118. Signalprosessoren 134 anvender så matriseprosesseringsteknikker på trykksignalene Pi(t)... PnO) for å bestemme hastigheten, volumetrisk strømningsrate og/eller andre parametere for den våte gasstrømmen 104.

Mens det sonarbaserte strømningsmeter 116 er vist som å inkludere fire trykksensorer 118, er det å forstå at matrisen 132 med trykksensorer 118 kan inkludere to eller flere trykksensorer 118, som hver gir et trykksignal P(t) som indikerer ustadig trykk innenfor røret 124 på et tilsvarende aksielt sted X i røret 124. For eksempel, det sonarbaserte strømningsmetret 116 kan inkludere 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 eller 24 trykksensorer 118. Generelt vil nøyaktigheten til målingen forbedres når antallet av sensorer 118 i matrisen 132 øker. Graden av nøyaktighet gitt av det større antallet av sensorer 118 blir avveket av økningen i kompleksiteten og tiden for å beregne den utgangsparameteren til strømmen. Derfor vil antallet av sensorer 118 brukt være avhengig av i det minste graden av nøyaktighet som er ønsket og graden av oppdateringsrate for utgangsparameteren gitt av metret 116.

Signalene Pi(t)...PN(t) gitt av trykksensorene 118 i matrisen 132 er prosessert av signal - prosessoren 134, som kan være del av den større prosesseringsenheten 120. For eksempel, signalprosessoren 134 kan være en mikroprosessor og prosesseringsenheten 120 kan være en personlig datamaskin eller annen generell datamaskin. Det er å forstå at signalprosessoren 134 kan være en eller flere analoge eller digitale signalprosesserings-innretninger for å utføre programmerte instruksjoner, slik som en eller flere mikro-prosessorer eller applikasjonsspesifikke integrerte kretser (ASICS), og kan inkludere hukommelse for å lagre programmerte instruksjoner, innstillingspunkter, parametere, og for å bufre eller på annen måte lagre data. Videre bør det være forstått at noen eller alle funksjonene innenfor strømningslogikken 136 kan være implementert i programvare (ved å bruke en mikroprosessor eller datamaskin) og/eller firmware, eller kan være implementert ved å bruke og/eller digital hardware, som har tilstrekkelig hukommelse, grensesnitt og kapasitet til å utføre funksjonene beskrevet her.

For å bestemme den volumetriske strømningsraten Qsonari den våte gasstrømmen 104, anvender signalprosessoren 134 dataene fra trykksensorene 118 i strømningslogikken 136 utført av signalprosessoren 134. Strømningslogikken 136 er beskrevet i videre detalj nedenfor. Det er også å forstå at en eller flere av funksjonene utført av den sekundære innretningen 130 til det differensielle trykkstrømningsmetret 114 kan være utført av signalprosessoren 134. For eksempel, signaler som indikerer gasstrømtrykk oppstrøms og nedstrøms i forhold til strupeplaten 128 kan være anordnet i signalprosessoren 134, og signalprosessoren 134 kan bestemme den volumetriske strømningsraten Qap. Ved å bruke den volumetriske strømningsraten til den våte gasstrømmen 104 bestemt av det differensielle trykkbaserte strømningsmetret 114 (Qap) og den volumetriske strømningsraten til gasstrømmen 104 bestemt av det sonarbaserte strømmings-metret 116 (QSOnar), kan signalprosessoren 134 bestemme våtheten, den volumetriske strømningsraten til gassdelen og den volumetriske strømningsraten til væskedelen i strømmen 104.

Et mål på våtheten til den våte gasstrømmen 104 eller en kontinuerlig gassblanding er Lockhardt Martinelli (LM) tallet. LM tallet er definert som kvadratroten av forholdet mellom produktet av væskemassestrøm ganger væskevolumetrisk strøm med produktet av gassmassestrøm ganger gassens volumetriske strøm og er gitt av, hvor miiq er væskemassestrømmen, Quq er v'skens volumetriske strøm, puq er tettheten til væsken, mgaser gassens massestrøm, Qgaser gassvolumetrisk strøm, og pgaser tettheten til gassen. Det differensielle trykkbaserte strømningsmetret 114 vil overrapportere den volumetriske strømningsraten til gasstrømmen 104 med et forhold på 1+aLM sammenliknet med den volumetriske strømningen rapportert for en ekvivalent volum-strømningsrate for tørr gass. Figur 2 viser et plott for denne overrapporteringen (overutlesning) fra et Emerson Modell 1595 strupeplatebasert strømningsmeter som en funksjon av LM tallet og, som vist, overrapporteringen skaleres lineært med LM tallet.

Som kontrast har det sonarbaserte volumetriske strømningsmetret 116 blitt demonstrert til nøyaktig å rapportere en volumetrisk strøm til en våt gassblanding med liten følsom-het overfor våthet. Figur 3 viser avviket mellom et sonarstrømningsmeter 116 og en referansevolumetrisk strømningsrate som en funksjon av LM tallet. Som vist er avviket en relativt svak funksjon av LM tallet. Følgelig:

hvor Qsonar er strømningsraten til gassen i strømmen 104.

Sonarstrømningsmetret 116 og det differensielle strømningsmetret ("DP meter") 114 vil rapportere de samme strømningsratene for tørre gasser, og vil rapportere avvikende strømningsrater med økende våthet. Dermed vil kombinasjonen av den volumetriske strømningsraten Qa<p>og QSOnarfra det differensielle trykkbaserte strømningsmetret 114 og det sonarbaserte strømningsmeter 116 gi et mål på både strømningsraten og våtheten til en kontinuerlig strømmende gass 104, som så kan bli bestemt i signalprosessoren 134 ved å bruke likningene:

hvor a er en empirisk bestemt våthets sensitivitetskvotient som kan bli innført på grunn av forskjellige faktorer, slik som miljøfaktorer (dvs. temperatur og/eller trykk) og/eller faktorer relatert til metret som blir brukt (dvs. en karakteristikk for et individuelt eller en gruppe av metre og/eller toleransen til metret). Det bør være forstått at et kalibrerings-punkt kan bli lagt til ved å regne ut utgangene til det differensielle trykkbaserte strøm-ningsmeter 114 og det sonarbaserte strømningsmeter 116 under strømningsbetingelser hvor gassen er kjent å være tørr.

Som man kan forstå kan LM tallet bli bestemt ved å bruke de målte volumetriske strømningsratene (dvs. Qap og Qsonar) målt av DP strømningsmetret 114 og sonar-strømningsmetret 116, respektivt, ved å bruke likning 4b. Ved å kjenne LM tallet og tettheten til gassen og væsken, vil den volumetriske strømningsraten til væsken kunne bli bestemt ved å bruke likning 2 og likning 3.

Mens overrapporteringen kan være definert som den lineære funksjonen 1 +aLM, vil man forstå at følgende oppfinnelse omfatter at overrapporteringen kan være definert som en funksjon passende for det ønskede sluttformålet, slik som en lineær, kvadratisk, polynom og/eller logaritmisk funksjon som definerer en overrapporteringskarakteristikk for metre som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor. Med andre ord, enhver over-rapporteringsfunksjon kan bli brukt som nøyaktig tilpasser utgangen fra strømnings-metrene 114, 116 over det ønskede området av LM tall (dvs. kurvetilpasning).

Signalprosessoren 134 kan sende ut LM tallet, den volumetriske strømningsraten Qap og/eller Qsonar, hastigheten til gassen og væskedelene, eller enhver kombinasjon av disse, så vel som forskjellige andre parametere som kan bli bestemt fra disse verdiene som et signal 138. Signalet 138 kan være gitt til en skjerm 140, en annen inngang/- utgang ( 1/ 0) innretning 142 eller enhver annen prosesseringsinnretning for videre prosessering. Videre vil I/O innretningen 142 også akseptere brukerinngangsparameter 144 som kan være nødvendig for strømningslogikken 136. VO innretningen 142, skjerm 140 og/eller signalprosessoren 134 enheten kan bli montert i et felles hus, som kan være festet til matrisen 132 med en fleksibel kabel, trådløs forbindelse eller liknende. Den fleksible kabelen kan også bli brukt til å gi operasjonskraft fra prosesseringsenheten 120 til matrisen 132 dersom dette er nødvendig.

Det bør være forstått at relasjonen til LM tallet med utgangen fra DP strømningsmeter 114 (Qap) og sonarstrømningsmeter 116 (Qsonar) som beskrevet her over, er grafisk illustrert i figur 5a. Som vist er forskjellen 250 mellom den volumetriske strømnings-raten 252 fra DP strømningsmeter 114 og den volumetriske strømningsraten 254 til sonarmetret 116 relatert til våtheten av gasstrømmen 104 og er gitt av 1+ocLM. Mens beskrivelsen for sonarmetret 116 gir et utgangssignal som representerer hastigheten eller strømningsraten til gassen som blir brukt i bestemmelsen av våtheten, omfatter foreliggende oppfinnelse enhver av utgang fra sonarmetret 116, som er ufølsom overfor våthet som kan bli brukt til å bestemme våtheten av gassen.

Med referanse til figur 4 beskriver et blokkdiagram 200 en algoritme for å bestemme i det minste én av våthet, volumetrisk væskestrømningsrate og volumetrisk gasstrøm-ningsrate for den våte gassen 104 som strømmer i røret 124. En utgangsfunksjon for hver av strømningsmetrene 114, 116 er anordnet som er avhengig av en ikke-dimensjonal parameter relatert til våtheten i strømmen 104, som vist i operasjonsblokk 202. Denne ikke-dimensjonale parameteren (dvs. LM tall og væske til gassmasse strømningsforhold (MR)) blir bestemt, som vist i operasjonsblokk 204. Ved å kjenne ikke-dimensjonale parametere vil gassen og væskens volumetriske strømningsrate (Qap, Qsonar) bli bestemt, som vist i operasjonsblokk 206. Dette kan bli oppnådd ved å bruke relasjonen mellom den volumetriske strømningsraten eller hastigheten til strømmen oppnådd av sonarstrømningsmetret, Qsonar, og den volumetriske strømningsraten eller hastigheten til strømmen oppnådd av DP strømningsmetret Qventuri, hvor den volumetriske strømningsraten til den våte gasstrømmen 104 oppnådd av sonarstrømningsmetret Qsonar kan bli uttrykt som

og den volumetriske strømningsraten til strømmen oppnådd av Venturimetret, Qventuri kan bli uttrykt som

hvor a, p og x er empirisk bestemte våthets sensitivitetskoeffisienter. MR er væsken til gassmasse strømningsforholdet og Qgaser den volumetriske strømningsraten til gassdelen i den våte gasstrømmen 104. Mens overrapporteringen til sonarmetret kan bli definert som 1+aMR og overrapporteringen av DP metret (dvs. venturimetret) kan bli definert som 1+fJMR+xMR<2>, vil man forstå at foreliggende oppfinnelse omfatter at

overrapporteringen kan bli definert som enhver funksjon som passer for det ønskede sluttformålet, slik some n lineær, kvadratisk, polynom og/eller logaritmisk funksjon som definerer en overrapporteringskarakteristikk for metrene som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor. Videre, mens Qsonarer vist som å være definert av funksjonen i likning 5 og Qventuri er vist som å være definert av funksjonen i likning 6, bør det være forstått at Qsonar og Qventuri kan bli definert av enhver funksjon som passer for det ønskede sluttformålet, slik som en lineær, kvadratisk, polynom og/eller logaritmisk funksjon som definerer en overrapporteringskarakteristikk av metrene som vil bli beskrevet i større detalj nedenfor. Med andre ord, enhver overrapporteirngsfunksjon kan bli brukt som nøyaktig tilpasser utgangen fra strømningsmeter 114, 116 over det ønskede området av MR (dvs. kurvetilpasning).

Verdien av MR kan bli bestemt ved å løse likningene ovenfor (likning 5 og likning 6) for Qgasog regne ut de to resulterende likningene på følgende måte

Dermed følger det at

På dette punkt vil gasstrømningsraten Qgasog væskestrømningsraten Quq kunne bli bestemt ved å bruke følgende relasjoner

hvor pgaser tettheten til gasstrømmen og puq er tettheten til væskestrømmen.

Det bør være forstått at relasjonen til MR tallet med utgangen av DP strømningsmetret 114 (Qap) og sonarmetret 116 (Qsonar) som beskrevet her, grafisk er illustrert i figur 5b. Som vist vil forskjellen 260 mellom den volumetriske strømningsraten 262 til DP strømningsmetret 114 og den volumetriske strømningsraten 264 til sonarmetret 116 være relativ til våtheten av gasstrømmen 104 og er gitt av 1+pMR+xMR<2>. Mens beskrivelsen av sonarstrømningsmetret 116 gir et utgangssignal som representerer hastigheten eller den volumetriske strømningsraten til gassen som blir brukt i bestemmelsen av våtheten, innbefatter foreliggende oppfinnelse at enhver av utgang fra sonar-strømningsmetret 116, som er ufølsom overfor våthet kan bli brukt til å bestemme våtheten av gassen. I tillegg, mens DP strømningsmetret 114 er beskrevet her som å være et venturimeter innbefatter foreliggende oppfinnelse at enhver annen type av DP strøm-ningsmeter som passer for det ønskede sluttformålet kan bli brukt.

Man vil forstå at mens karakteristikkene til utgangen var definert som den volumetriske strømningsraten til metrene, innbefatter foreliggende oppfinnelse at karakteristikkene kan bli definert av enhver av utgang målt av strømningsmetrene, slik som strømnings-hastigheten, gitt at følsomheten til utgangene overfor våthet er sammenliknbar med følsomheten til den målte volumetriske strømningsraten. Med andre ord, de målte parametrene til DP strømningsmeter 114 er følsomme overfor våthet og den målte utgangen fra sonarstrømningsmetret 116 er relativ ufølsom overfor våthet i strømmen 104.

Videre, mens foreliggende oppfinnelse definerer utgangene fra DP strømningsmetret 114 og sonarstrømningsmetret 116 som en respektiv formel som blir løst, vil det være forstått at data kan være gitt i formel av en oppslagstabell som gir et tall for en ikke-dimensjonal parameter (dvs. LM tall, MR), den volumetriske væskestrømraten og volumetriske gasstrømningsraten til strømmen 104 som svar på de målte parametrene (haster, volumetrisk strøm) fra strømningsmetrene 114, 116.

Med referanse til figur lb er apparatet 112 vist hvor den våte gassblandingen 104 er styrt til å strømme i en gassgrendel 108 i en separatordel 102 og væsken 106 er styrt til å strømme i en væskegrendel 110 i separatordel en 102. Gassblandingen 104, som strømmer i gassgrenen 108, inkluderer gass og væskespill fra separatordel en 102. Fluid-strømmen 100 er vist å være ført inn i en separator 102 som separerer fluidstrømmen 100 i en gassblanding 104 og en væske 106, hvor gassblandingen 104 er styrt til å strømme i en gassgrendel 108 i separatordel en 102 og væsken 106 er styrt til å strømme i en væskegrendel 110 i separatordel en 102. Gassblandingen 104, som strømmer i gassgrenen 108, inkluderer gass og væskespill fra separatordelen 102. Et apparat 112 er gitt for å måle våthet og strømningsrate til gassblandingen 104 og kan inkludere et differensielt strømningsmeter ("DP meter") 114 og et sonarstrømningsmeter 116 som har en matrise med stressbaserte sensorer 118, hvor kombinasjonen av DP metret 114 og sonarstrømningsmetret 116 gir strømningsratemålinger til en separatorutstrøm-ningsprosessor 120. Som beskrevet i større detalj nedenfor vil det å bruke målingene fra DP metret 114 og sonarstrømningsmetret 116 være slik at separatorutstrømnings-prosessor 120 bestemmer våtheten til gassblandingen 104 i gassgrenen 108 så vel som den volumetriske strømningsraten til gassen, og den volumetriske strømningsraten til væskespillet. Den volumetriske strømningsraten til komponentene i væskespillet (dvs. olje og vann) kan bli bestemt ved å anta en kjent eller typisk vannandel (eller fasefrak-sjon) eller ved å bruke vannandel målt som kan bli gitt av et væskestrømningsmeter 122 lagt ut på væskegrendel en 110 i separatordelen 102.

Gass/væskeseparatordelen 102 er en gjenstand for produksjonsutstyr brukt til å separere væskekomponenter i en innkommende fluidstrøm 100 fra enhver gassholdig komponent. Væske- og gasskomponentene strømmer fra separatordelen 102 i separate rør (grener) 124 og 126, hvor grenen 124 inneholder gasskomponenten 104 og grenen 126 inneholder væskekomponenten 106. Væskegrenen 126 kan inkludere væskestrømnings-meter 122, som måler den volumetriske strømningsraten til væsken 106 som strømmer gjennom. Mens separatordelen 102 er vist som en vertikal beholder kan gass/væskese-paratordelen 102 være enhver innretning for å separere gass fra en eller flere væsker. For eksempel, separatordelen 102 kan inkludere en sylindrisk eller sfærisk beholder, og kan være enten horisontalt eller vertikalt posisjonert. Videre kan separatordelen 102 bruke gravitasjonssegregasjon, sentrifugal separasjon, syklonseparasjon eller enhver annen kjent måte å oppnå separasjonen, og kan inkludere en eller flere trinn.

Det bør være forstått at sonarstrømningsmetret 116 kan innbefatte et flertall av ultralydsensorer 118 som gir et utgangssignal, for eksempel en hastighetsmåling. Ultralyd-sonarstrømningsmetret 116 er tilsvarende det som er beskrevet i US patentsøknad nr. 10/756.977 (advokatdokument nr. CC-0700) levert 13. januar 2004, og US patent-søknad nr. 10/964.043 (advokatdokument nr. CC-0778) levert 12. oktober 2004 som her er referert til ved referanse.

Det bør videre være forstått at sensorene 118 også kan inkludere elektriske strekklapper, optiske fibere og/eller gitre, innlagte sensorer, ultralydsensorer, blant andre som beskrevet her, og kan være festet til røret 124 med festemiddel, lim, epoksy, tape eller annen passende festeinnretning som sikrer passende kontakt mellom sensoren og røret 124.1 tillegg kan sensorene 118 alternativt være fjernbare eller permanent festet via kjente mekaniske teknikker som mekaniske festere, fjærlaster, klemmer, bokseanord-ninger, rep eller andre ekvivalenter. Alternativt kan strekklapper, inkludert optiske fibere og/eller gitre, bli lagt inn i et sammensatt rør 124. Om ønsket, for visse applika-sjoner, kan gitre være fjernet fra (eller strekk eller akustisk isolert fra) røret 124, om ønsket. Det er også å forstå at enhver annen stressfølende teknikk kan bli brukt til å måle reaksjonene i strekk i røret 124, slik som svært følsomme piezoelektriske, elektroniske eller elektriske strekklapper festet til eller lagt inn i røret 124.

I forskjellige utførelser av foreliggende oppfinnelse vil en piezoelektronisk trykktrans-duser kunne bli brukt som en eller flere av trykksensorene 118 og kan måle ustabilt (eller dynamisk eller vekslende) trykkvariasjoner på innsiden av røret 124 ved å måle trykknivåene på innsiden av røret 124.1 en utførelse av foreliggende oppfinnelse innbefatter sensorene 118 trykksensorer fremstilt av PCB Piezotronics i Depew, New York. For eksempel, i en trykksensor er det integrert piezoelektrisk spenningsmodustype-sensorkrets som fremviser innebygde mikroelektroniske forsterkere, og som konverterer høyimpedansladning til en lavimpedans spenningsutgang. Spesifikt vil en modell 106B fremstilt av PCB Piezotronics bli brukt som har en høy følsomhet, akselerasjonskom-pensert integrert piezoelektrisk kvart trykksensor som er passende for å måle lavtrykk-akustiske fenomen i hydrauliske og pneumatiske systemer. Den har den unike egen-skapen å kunne måle små trykkforandringer på mindre enn 0.001 psi under svært høye statiske betingelser. 106B har 300 mV/psi følsomhet og en oppløsning på 91 dB (0.0001 psi). Sensoren 118 kan inneha en innebygd MOSFET mikroelektronisk forsterker som konverterer høyimpedansladningsutgangen til et lavimpedans spenningssignal. Sensoren 118 kan være gitt strøm fra en konstant strømkilde og kan operere over lange koaksiale eller flatkabler uten signaldegradering. Lavimpedansspenningssignalet er ikke påvirket av triboelektrisk kabelstøy eller isolasjonsresistansdegraderingsforurensninger. Strøm for å operere integrerte piezoelektriske sensorkretser har generelt formen av en lavkost 24 til 27 Volt likespenning, 2 til 20 mA konstantstrømforsyning.

De fleste piezoelektriske trykksensorer er konstruert med enten kompresjonsmodus kvartskrystaller forhåndsladet i et stivt hus eller ikke-begrenset turmalinkrystaller. Disse konstruksjonene gir sensorene mikrosekund responstid og resonansfrevkenser i området av hundreder av kHz, med minimal overskytning eller ringing. Små diagramdiametre sikrer rommelig oppløsning for smale sjokkbølger. Utgangskarakteristikken til piezoelektriske trykksystemer er i formen av et vekselstrømkoplet system, hvor repetive signaler henfaller helt til de er et likt areale over og under den opprinnelige grunnlinjen. Når størrelsesnivåene til de monitorerte hendelsene fluktuerer vil utgangen forbli stabili-sert rundt grunnlinjen der de positive og negative områdene til kurven forblir like. Videre er det å forstå at hver av sensorene 118 kan inkludere en piezoelektrisk sensor som har piezoelektrisk materiale for å måle de ustabile trykkene i strømmen 104. Det piezoelektriske materialet, slik som polymer, polarisert fluorpolymer, PVDF, måler stresset indusert innenfor prosessrøret 124 på grunn av ustabile trykkvariasjoner innenfor strømmen 104. Stress innenfor røret 124 blir overført til en utgangsspenning eller strøm av den festede piezoelektriske sensoren 118.

PVDF materialet former hver piezoelektriske sensor 118 som kan bli lagt til den ytre overflaten av en stålstropp som strekker seg rundt og klemmer rundt den ytre overflaten av røret 124. Det piezoelektriske følerelementet er typisk konformt for å tillate fullstendig eller nærmest fullstendig omkretsmåling av indusert stress. Sensorene kan være formet fra PVDF filmer, ko-polymerfilmer eller fleksible PZT sensorer, tilsvarende det som er beskrevet i "Piezo Film Sensors technical Manual" gitt av Measurement Specialties, Inc. of Fairfield, New Jersey, som her er referert til ved referanse. Fordelene med denne teknikken er følgende:

1. Ikke-inntrengende strømningsratemålinger,

2. Lav kostnad,

3. Måleteknikken krever ingen eksitasjonskilde. Omkringliggende strømstøy er brukt som en kilde, 4. Fleksible piezoelektriske sensorer kan bli montert i forskjellige konfigura-sjoner for å forbedre signaldeteksjonsplanene. Disse konfigurasjonene inkluderer a) samlokaliserte sensorer, b) segmenterte sensorer med motsatt polari-tetskonfigurasjoner, c) brede sensorer som forbedrer akustisk signal deteksjon og som minimaliserer virvel støy deteksjon, d) tilpassede sensorgeometrier for å minimalisere følsomhet overfor rørmodus, e) differensiering av sensorer for å eliminere akustisk støy fra virvelsignaler, og

5. Høydetemperatur 8140C) (ko-polymerer).

Strømningslogikk

Hasti ghetsprosessering

Som beskrevet i den felleseide US patent nr. 6.609.069 av Gysling, med tittelen "Method and Apparatus for Determining the Flow Velocity Within a Pipe", som her er referert til ved referanse i sin helhet at ustabile trykk langs et rør 124 forårsaket av koherente strukturer (f.eks. turbulente evjer og virvelforstyrrelser) som har konveksjon med et fluid (dvs. gasstrøm 104) som strømmer i røret 124, inneholder hensiktsmessig informasjon med hensyn til parametere til fluidet.

Med referanse til figur 6 er det vist et eksempel på strømningslogikk 136. Som tidligere beskrevet har matrisen 132 i det minste to sensorer 118 plassert på to steder xi,X2aksielt langs røret 124 som føler respektive stokastiske signaler som brer seg mellom sensorene 118 innenfor røret 124 på deres respektive steder. Hver sensor 118 gir et signal som indikerer et ustabilt trykk på stedet for hver sensor 118, i hver instans i en serie av samplinginstanser. Man vil forstå at matrisen 132 kan inkludere mer enn to sensorer 118 distribuert på steder xi... xN. Trykket generert av konvektive trykkforstyrrelser (dvs. evjer 146, se figur 7) kan bli målt gjennom sensorene 118, som kan være strekkbaserte sensorer og/eller trykksensorer. Sensorene 118 gir analoge trykktidvarier-ende signaler Pi(t), P2O), P3O)... PnO) til signalprosessoren 134, som på sin side anvender disse signalene Pi(t), P2O), P30)...PnO) på strømningslogikken 136. Strømningslogik-ken 136 prosesserer signalene Pi(t), P2O), P30)...PnO) for først å gi utgagnssignaler (parametere) som indikerer trykkforstyrrelsene som har konveksjon med fluidet (gass) 104, og etterfulgt å gi utgangssignaler som svar på trykkforstyrrelser generert av konvektive bølger som brer seg gjennom fluidet 104, slik som hastighet, Mach tall og volumetrisk strømningsrate til fluidet 104.

Signalprosessoren 134 inkluderer dataakkvisisjonsenhet 148 (dvs. A/D konverterer) som konverterer de analoge signalene Pi0)...Pn0) til respektive digitale signaler og gir de digitale signalene Pi(t)...PN(t) til FFT logikk 150. FFT logikken 150 beregner Fourier transformen til de digitaliserte tidsbaserte inngangssignalene Pi(t)...PnO) og gir komplekse frekvensdomener (eller frekvensbaserte) signaler Pi(co),P2(co),P3(co),...Pn(co) som indikerer frekvensinnholdet i inngangssignalene til en dataakkumulator 152. Istedenfor FFT'er kan enhver annen teknikk for å oppnå frekvensdomenekarakteri-stikken av signalene Pi(t)...PN(t) bli brukt. For eksempel, krysspektraltetthet og effekt-spektraltetthet kan bli brukt til å forme en frekvensdomene overføringsfunksjon (eller frekvensrespons eller forhold) som diskutert heretter. En teknikk for å bestemme konveksjonshastigheten til de turbulente evjene 146 innenfor fluidet 104 er ved å karakterisere en konvektiv fure (154 i figur 8) for de resulterende ustabile trykkene ved å bruke en matrise med sensorer eller annen stråleformende teknikk, tilsvarende den som beskrevet i US patentsøknad nr. (Cidra's dokumentnummer CC-0122A) og US patentsøknad nr. 09/729.994 (Cidra's dokument nr. CC-0297), levert 4. desember 200, nå US 6.609.069, som er innarbeidet her ved referanse.

Dataakkumulatoren 152 akkumulerer frekvenssignalene Pi(co)...Pn(co) over et samplingsintervall, og gir dataene til en matriseprosessor 156, som utfører en rommelig-tidsmessig (to-dimensjonal) transform av sensordataene, fra xt domenet til k-co domenet, og så beregnes effekten i k-co planet, som representert av k-co plottet vist i figur 8. Matriseprosessen 156 bruker standard såkalte stråleformende, matriseprosessering eller adaptive matriseprosesseringsalgoritmer, dvs. algoritmer for å prosessere sensorsignalene ved å bruke forskjellige forsinkelser og vekter for å skape passende faserelasjoner mellom signalene gitt av de forskjellige sensorene, for derved å opprette faseantennematrisefunksjonalitet. Med andre ord, stråleformingen eller matriseprosesseringsalgo-ritmene transformerer tidsdomenesignalene fra sensormatrisen til deres rommelige og tidsmessige frekvenskomponenter, dvs. til et sett av bølgetall gitt av k=27tA, hvor X, er bølgelengden til en spektral komponent, og tilsvarende vinkelfrekvenser gitt av co=27t v.

Det bør være forstått at den kjente teknikken lærer bort mange algoritmer for bruk i rommelig og tidsmessig dekomponering av et signal fra en faset matrise med sensorer, og foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til en bestemt algoritme. En særlig adaptiv matriseprosesseringsalgoritme er Capon fremgangsmåten/algoritmen. Mens Capon fremgangsmåten er beskrevet som en fremgangsmåte innbefatter foreliggende oppfinnelse bruken av andre adaptive matriseprosesseringsalgoritmer, slik som MUSIC algoritmen. Foreliggende oppfinnelse gjenkjenner at slike teknikker kan bli brukt for å bestemme strømningsrater, dvs. at signalene forårsaket av en stokastisk parameter som har konveksjon med en strøm er tidsstasjonær og har en koherenslengde lang nok til at det er praktisk å plassere sensorenheter fra hverandre slik at de fremdeles er innenfor koherenslengden. Konvektive karakteristikker eller parametere har en dispersjonsrela-sjon som kan bli tilnærmet av den rette linjelikningen

hvor u er konveksjonshastigheten (strømningshastighet). Et plott av k-co par funnet fra en spektralanalyse av sensor samples assosiert med konvektive parametere viser at energien til forstyrrelsene spektralt samsvarer med parene som kan bli beskrevet som en vesentlig rett fure, en fure som i turbulent grenselagteori blir kalt en konvektiv fure. Det som blir følt er ikke diskrete hendelser i turbulente evjer, men heller et kontinuum av mulige overlappende hendelser som danner en tidsmessig stasjonær, vesentlig hvit prosess over frekvensområdet av interesse. Med andre ord, de konvektive evjene 146 er distribuert over et område av lengdeskalaer og dermed tidsmessige frekvenser.

For å beregne effekten i k-co planet, som representert av et k-co plott (se figur 8) for ett av signalene, bestemmer matriseprosessoren 156 bølgelengden og så det romlige bølge-tallet k, og også den tidsmessige frekvensen og så vinkelfrekvensen co til forskjellige spektralkomponenter for de stokastiske parametrene. Det er også utallige algoritmer tilgjengelig i det offentlige domenet for å utføre romlig/tidsmessig dekomposisjon av matriser med sensorer 118. Foreliggende oppfinnelse kan bruke tidsmessig og romlig filtrering for å forhåndsbetinge signalene for effektivt å filtrere ut felles moduskarakteri-stikker PCOmmonmodeog andre lange bølgelengde (sammenliknet med sensoravstanden) karakteristikker i røret 124 ved å differensiere tilstøtende sensorer 118 og å beholde en vesentlig del av de stokastiske parametrene assosiert med strømfeltet og enhver annen kort bølgelengde (sammenliknet med sensoravstanden) lavfrekvent stokastisk parameter. I tilfellet av passende turbulente evjer 146 (se figur 7) som er tilstede, vil effekten i k-co planet vist i k-co plottet i figur 8 vise en kollektiv fure 154. Den konvektive furen 154 representerer konsentrasjonen av en stokastisk parameter som har konveksjon med strømmen og er en matematisk manifestasjon av relasjonen mellom den romlige variasjonen og tidsmessige variasjonen beskrevet ovenfor. Et slikt plott vil indikere en tendens for k-co par og opptre mer eller mindre langs en linje 154 med en viss helling, der hellingen indikerer strømningshastigheten.

Med en gang effekten i k-co planet er bestemt vil en konvektiv fureidentifikator 158 bruke en eller annen egenskapsuttrekkingsfremgangsmåte for å bestemme lokaliser-ingen og orienteringen (helling) for enhver konvektiv fure 154 tilstede i k-co planet. I en utførelse vil den såkalte skrånestablefremgangsmåten bli brukt, en fremgangsmåte hvor akkumulerte frekvenser til k-co par i k-co plottet langs forskjellige stråler som stammer fra det samme startpunktet blir sammenliknet, hver forskjellige stråle er assosiert med et forskjellig forsøk på konveksjonshastighet (ved at hellingen til en stråle er antatt å være strømningshastigheten eller korrelert til strømningshastigheten på en kjent måte). Den konvektive fureidentifikatoren 158 gir informasjon om forskjellige forsøkskonveksjonshastigheter, informasjon referert til generelt som konvektiv fure-informasjon til en analyserer 160. Analysereren 160 undersøker så den konvektive fureinformasjonen inkludert den konvektive fureorienteringen (hellingen). Ved å anta den rette linje dispersjonsrelasjonen gitt av k=co/u, bestemmer analysereren 160 strøm-ningshastigheten, Mach tallet og/eller volumetrisk strøm, som er sendt ut som signaler 138. Den volumetriske strømmen blir bestemt ved å multiplisere tverrsnittsarealet til innsiden av røret 124 med hastigheten til prosesstrømmen.

Hastighetslvd ( SOS )

Som vist i figur 9 inkluderer SOS logikken 270 en data akkvisisjonsenhet 272 som digitaliserer trykksignalene Pi(t) - PnO) assosiert med de akustiske bølgene 274 som brer seg gjennom røret 124. Tilsvarende FFT logikken 150 i figur 7 beregnet en FFT logikk 276 Fourier transformen til de digitaliserte tidsbaserte inngangssignalene Pi(t) - PnO) og gir komplekse frekvensdomene (eller frekvensbaserte) signaler Pi(co),P2(co),P3(co),Pn(co) som indikerer frekvensinnholdet i inngangssignalene. En data akkumulator 278 akkumulerer signalene Pi(t) - PnO) fra sensorene, og gir dataene akkumulert over et samplingsintervall til en matriseprosessor 280, som utfører en romlig-tidsmessig (to-dimensjonal) transport av sensordataene, fra x-t domenet til k-co domenet, og så beregnes effekten i k-co planet, som representert av et k-co plott, tilsvarende det som er gitt for den konvektive matriseprosessoren 156. For å beregne effekten i k-co planet, som representert av et k-co plott (se figur 10) for ett av signalene eller de differensierte signalene, bestemmer matriseprosessoren 280 bølgelengden og så det romlige bølgetall k, og også de tidsmessige frekvensene og så vinkelfrekvensen co til de forskjellige spektrale komponentene til de stokastiske parametrene. Det er utallige algoritmer tilgjengelig i det offentlige domenet for å utføre den romlige/tidsmessige dekomposisjonen av matrisen av trykksensorer 118.

I tilfellet at det er passende akustiske bølger 274 tilstede i begge aksialretninger, vil effekten i k-co planet vist i k-co plottet i figur 10 bli bestemt så at den utviser en struktur som er kalt en akustisk fure 296, 298 i både det venstre og høyre planet til plottet, hvor en av de akustiske furene 296 indikerer hastigheten til lyden som beveger seg i en akse- retning og den andre akustiske furen 298 indikerer hastigheten til lyden som beveger seg i den andre akseretningen. De akustiske furene 296, 298 representerer konsentrasjonen av en stokastisk parameter som brer seg gjennom strømmen og er en matematisk manifestasjon av relasjonen mellom den romlige variasjonen og tidsmessige variasjonen beskrevet ovenfor. Et slikt plott vil indikere en tendens for k-co par å opptre mer eller mindre langs en linje 297, 299 med en viss helling, der hellingen indikerer hastigheten til lyden. Effekten i k-co planet som er bestemt slik blir så gitt til en akustisk fureidentifikator 282, som bruker en eller annen egenskapsuttrekkingsfremgangsmåte for å bestemme stedet og orientering (helling) til enhver akustisk fure tilstede i det venstre og høyre k-co planet. Hastigheten kan bli bestemt ved å bruke hellingen til én av de to akustiske furene 296, 298 eller ved å ta gjennomsnittet av hellingene til de akustiske furene 296, 298.

Til slutt vil informasjon som inkluderer den akustiske fureorienteringen (hellingen) bli brukt av en analyserer 284 for å bestemme strømningsparametrene 286 som er relatert til målt hastighet til lyden, slik som konsistens eller sammensetning av strømmen, tettheten til strømmen, gjennomsnittlig størrelse av partikler i strømmen, luft/masseforhold til strømmen, gassvolumandel til strømmen, hastigheten til lyden som brer seg gjennom strømmen og/eller prosentvis andel av innblandet luft i strømmen.

Tilsvarende matriseprosessoren 156 bruker matriseprosessoren 280 standard såkalte stråleforming, matriseprosessering eller adaptiv matriseprosesseringsalgoritmer, dvs. algoritmer for å prosessere sensorsignalene ved å bruke forskjellige forsinkelser og vekter for å skape passende faserelasjoner mellom signalene gitt av forskjellige sensorer, som dermed skaper faseantennematrisefunksjonalitet. Med andre ord, stråleforming eller matriseprosesseringsalgoritmer overfører tidsdomenesignaler fra sensormatrisen til deres romlige og tidsmessige frekvenskomponenter, dvs. til et sett av bølgetall gitt av k=27t/X hvor X er bølgelengden til en spektral komponent, og tilsvarende vinkelfrekvens gitt av co =27i v.

En slik teknikk for å bestemme hastigheten til lyd som brer seg gjennom fluidstrømmen 104 er ved å bruke matriseprosesseringsteknikker for å definere en akustisk fure i k-co planet som vist i figur 10. Hellingen til den akustiske furen indikerer hastigheten til tiden som brer seg gjennom fluidstrømmen 104. Hastigheten til lyd (SOS) blir bestemt ved å anvende sonarmatriseprosesseringsteknikker for å bestemme hastigheten med hvilken den én-dimensjonale akustiske bølgen brer seg forbi den aksielle matrisen av ustabile trykkmålinger distribuert langs røret 124.

Sonarstrømningsmetret 116 i henhold til foreliggende oppfinnelse måler hastigheten til lyd (SOS) for én-dimensjonal lyd som brer seg gjennom blandingen for å bestemme den gassvolumetriske andelen av blandingen. Det er kjent at lyden brer seg gjennom forskjellige medier med forskjellige hastigheter i slike felt som SONAR- og RADAR-felt. Hastigheten til lyden som brer seg gjennom røret 124 og flytstrømmen 104 kan bli bestemt ved å bruke et utall av kjente teknikker, slik som de som er satt frem i US patentsøknad nr. 09/344.094, levert 25. juni 1999, nå US 6.354.147, US patentsøknad nr. 10/795.111, levert 4. mars 2004, US patentsøknad nr. 09/997.221, levert 28. november 2001, nå US 6.587.798, US patentsøknad nr. 10/007.749, levert 7. november 2001 og US patentsøknad nr. 10/762.410, levert 21. januar 2004, som her er referert til.

Mens et sonarbasert strømningsmeter bruker en matrise med sensorer 118 for å måle hastigheten til lyd i en akustisk bølge som brer seg gjennom blandingen 104, som er vist og beskrevet, vil en forstå at enhver måte å måle hastigheten til lyd i den akustiske bølgen kan bli brukt for å bestemme innblandet gassvolumandel i blandingen/fluidet eller andre karakteristikker av strømmen beskrevet her.

GVF-meteret kan anvende enhver teknikk som måler lydens hastighet i et fluid. Imidlertid, det er særlig synergi med metre, slik som beskrevet i US patentsøknad nr. 10/007.736 (Cidra's dokument nr. CC-0122A) levert 8.november 2001, nå US patent nr. 6.889.562, og US patentsøknad nr. 09/729.994 (Cidra's dokument nr. CC-0297), levert 4. desember 200, nå US 6.609.069, som her er referert til, ved at lydhastighetsmålingen, og dermed gassvolumandelsmålingen kan bli oppnådd ved å bruke den samme hardware som den som ble brukt for volumetrisk strømningsmåling. Det bør imidlertid legges merke til at gassvolumandel smålingen kan bli utført uavhengig av en volumetrisk strømningsmåling, og vil ha egenskap som en viktig prosessmåling isolert eller i samband med andre prosessmålinger. US patentpublikasjon nr. 2004/0255695 publisert 23. desember 2004, US patentpublikasjonnr. 2005/0044929 publisert 3. mars 2005 og US patentpulbikasjon nr. 2005/0061060 publisert 24. mars 2005, som er her er referert til, beskriver også eksempler på slike metre.

En trykksensor og/eller temperatursensor måler trykk og/eller temperatur i væsken. Alternativt kan trykket og/eller temperaturen bli estimert heller en faktisk å bli målt. Som svar på den målte hastigheten til lyden, og trykket og temperaturen, kan signalprosessoren bestemme GVF i væsken.

Med referanse til figur 11 er det vist et skjematisk diagram over en tilleggsutførelse av et apparat 112 for å måle våthet og volumetrisk strømningsrate i en gasstrøm 104 innenfor et rør 124, hvor sonarmetret 116 er lagt ut oppstrøms i forhold til DP meter 114 i henhold til foreliggende oppfinnelse. Sonarmetret 116 er plassert oppstrøms i forhold til DP meter 114, som fordelaktig gir en godt blandet væskegasstrøm 104 som blir målt av sonarmetret 116. Det bør være forstått at noen eller alle funksjonene innenfor strøm-ningslogikken 136 kan bli implementert i programvare (ved å bruke en mikroprosessor eller datamaskin) og/eller firmware, eller kan bli implementert ved å bruke analoge og/eller digitale hardware, som har tilstrekkelig hukommelse, grensesnitt og kapasitet for å utføre funksjonene beskrevet her.

Som foreslått før vil sonarstrømningsmetret 116 kunne innbefatte et flertall av ultralydsensorer 118 som gir et utgangssignal PnO), for eksempel en hastighetsmåling. Ultralyd - sonarstrømningsmetret 116 er tilsvarende det som er beskrevet i US patentsøknad nr. 10/756.977 (advokatdokument nr. CC-0700) levert 13. januar 2004 og i US patent-søknad nr. 10/96.043 (advoaktdokument nr. CC-0778) levert 12. oktober 2004, som er innarbeidet her ved referanse. Videre bør det være forstått at sonarmetret 116 kan være erstattet med et ultralydsensormeter som bruker enhver av følgende typer metre: Transittids ultralydstrømningsmeter (TTUF), Doppler ultralydstrømningsmeter (DUF) og krysskorrelasjons ultralydstrømningsmeter (CCUF), tilsvarende det som er beskrevet i artikkelen "Guidelines for the Use of Ultrasonic Non-Invasive Metering Techniques" av M.L. Sanderson og H. Yeung, publisert 17. juli 2002, som her er referert til. En slik CCUF er produsert av GE Panametrics DigjtalFlow™ CTF878 strømningsmeter som har et par av ultralydsensorer lagt ut aksielt langs røret 108, som her er referert til.

Mens metret 116 (dvs. sonarmetret og ultralydmetret) kombinert med det differensielle meter 114 inkluderer et sonarmeter eller et ultralydmeter, innbefatter foreliggende oppfinnelse at slike metre kan være ethvert meter som gir en utgangsmåling som gir en repeterbar overrapportert funksjon (eller utgangssignal) med hensyn til våtheten i strømmen, hvorved overrapporteringen er vesentlig mindre enn overrapporteringen til DP meter 114. Jo større forskjellen er mellom overrapporteringen fra metret 116 og DP metret 114, desto større er nøyaktigheten oppløsningen til våthetsmålingen.

Med referanse til figur 12 er en første utførelse av multifasemetret 300 vist som har en separatordel 102 i henhold til foreliggende oppfinnelse som er illustrert i utganger som inkluderer faseandelen av hver av fasene i fluidstrømmen 100 og den volumetriske strømningsraten for hver av fasene. Fasen til fluidet 100 kan innbefatte en gass-væske- blanding eller en væske-væske-gassblanding (slik som olje, gass og vann) i formen av en våt gassblanding. Strømningsmetret 300 inkluderer et forbiføringsrør 302 for å separere den våte gassblandingen til en væskestrøm 106 og en gasstrøm 104, hvor væskedelen 106 i blandingen 100 strømmer gjennom forbiføringsrøret 302 og gassdelen 104 i blandingen 100 (som kan inkludere noen væskedråper eller tåke) strømmer gjennom et primærrør 304. Det bør være forstått at forbiføringsrøret 302 kan inkludere et mindre tverrsnittsområde enn primærrøret 304 for å understøtte mindre mengde av væske i strømmen 100. Tilsvarende det som er beskrevet før vil strømningsmetret 302 kunne inkludere et DP meter 308 og et sonarstrømningsmeter 310 for å gi en volumetrisk strømningsrate og faseandel for hver av fasene som går gjennom primærrøret 304, som beskrevet før. En prosessor 312 legger videre til disse utgangene størrelsen av væske som strømmer gjennom forbiføringsrøret 302. Ved å anta at fluidet som strøm-mer gjennom forbiføringsrøret 302 alltid er væske, og ved å kjenne til at det differensielle trykket tvers over forbiføringsrøret 302 er det samme som det differensielle trykket over DP metret 308, vil strømningsraten og dermed den volumetriske strømningsraten kunne bli bestemte.

Med referanse til figur 13 er den andre utførelse av et strømningsmeter 350 vist, og som er tilsvarende det som er illustrert i figur 12, med det unntak at det andre DP meter 352 er anordnet etter rekombinasjonen av de separerte strømmene 104, 106. Det andre DP metret 352 kan være tilsvarende DP metret 308 i primærrøret 304, slik som en strupeplate, konemeter (dvs. venturi) eller tilsvarende innretning for å gi en trykkforskjell tvers over innretningen. Alternativt kan DP metret 352 være forskjellig som vil gi tilleggsinformasjon for å karakterisere og å måle strømmen 100. Det andre eller tillagte DP metret 352 kan gi en måte å måle og å karakterisere strømmen 106 som går gjennom forbiføringsrøret 302. Som vist i figur 14 vil våtheten til fluidet kunne bli målt i primær-røret 304 og utgangsrøret 124 etter at strømmene 104, 106 er rekombinert. Denne forskjellen i våthet på disse stedene muliggjør måling av faseandelen av fluidstrømmen 100.

Med referanse til figur 15 er det en tredje utførelse av et strømningsmeter 400 illustrert, hvor strømningsmetret 400 inkluderer et strømningsmeter 402 lagt ut for direkte å måle strømraten i væsken som strømmer innenfor forbiføringsrøret 302. Strømningsmetret 402 kan være enhver type strømningsmeter kjent i teknikkens stand. Strømningsmetret 400 gir en mer direkte måling av strømmen 106 gjennom forbiføringsrøret 302.

Med referanse til figur 16 er en fjerde utførelse av et strømningsmeter 450 illustrert, hvor strømningsmetret 450 inkluderer et SOS meter 452 som måler lydhastigheten for en én-dimensjonal lydbølge som brer seg langsgående gjennom forbiføringsrøret 302. SOS-metret 450 kan innbefatte en matrise med sensorer lagt ut langs røret 302, tilsvarende det som er beskrevet i US patent nr. 6.354.147, levert 25. juni 1999, US patent nr. 6.587.798, levert 28. november 2001 og US patentsøknad nr. 10/762.410, levert 21. januar 2004, som her er referert til ved referanse. Ved å kjenne hastigheten til lyden i fluidstrømmen 106 vil sammensetningen av fluidstrømmen som strømmer gjennom forbiføringsrøret 302 kunne bli bestemt. SOS metret 452 kan bestemme når væsken er tilstede. Dersom den er det, vil strømningsmetret 450 kjenne når fluidet strømmer gjennom forbiføringsrøret 302 og funksjonerer eller prosesserer dataene som diskutert for strømningsmetret illustrert ovenfor. Dersom SOS metret 452 detekterer gass vil prosesseringsenheten 454 kunne korrigere eller justere utgangsmålet for luft som går gjennom forbiføringsrøret 302. Alternativt kan SOS metret 452 være en kombinasjon av SOS meter 452 og et strømningsmeter tilsvarende det som er beskrevet i US patent-søknad nr- 10/875.857, levert 24. juni 2004, som er referert til her, for å gi tilleggsinformasjon eller måling av fluidet i forbiføringsrøret 302 for å gi en mer nøyaktig måling. Spesifikt vil kombinasjonen av SOS metret og strømningsmetret innbefatte en matrise av sensorer (dvs. stressbaserte sensorer), som føler parametere som har konveksjon med strømmen og akustiske bølger som brer seg gjennom strømmen. Trykksignalene blir prosessert av prosessoren i henhold til hastigheten og SOS logikken beskrevet her før for å gi hastighet, volumetrisk strømrate, SOS og gassvolumandel.

Med referanse til figur 17 er en femte utførelse av et strømningsmeter 500 illustrert, hvor strømningsmetret 500 kan gi et multifasemål for en væske-væske-gassblanding (dvs. olje-, vann- og gassblanding) som strømmer i røret 124. Strømningsmetret 500 inkluderer et vann/andelsmeter 502 lagt ut i forbiføringsrøret 302 for å bestemme faseandelen av vannet i forbiføringsrøret 302. Ved å anta at røret 302 er fullt med væske vil vannandelsmetret 502 gi en faseandel av vannet og oljeblandingen i forbiføringsrøret 302. Ved å kjenne denne faseandel en til oljen og vannet i forbiføringsrøret 302, vil den volumetriske strømmen og faseandel en for hver av fasene i blandingen 100 kunne bli bestemt. Figur 18 og 19 illustrerer spesifikke innretninger som kan bli brukt for å bestemme vannandel i forbiføringsrøret 302. Figur 18 viser et tetthetsmeter 504 for å bestemme vannandel en. Ved å kjenne tettheten til vann og olje vil den målte tettheten til olje/vannblandingen i forbiføringsrøret 302 kunne bli brukt for å bestemme faseandelen av oljen og vann, som kjent i teknikkens stand. Figur 19 viser en ultralydsensor 506 for

å bestemme vannandelen, som beskrevet i US patentsøknad nr. (advokatdokument nr.

CC-0842), levert 10. januar 2006, som her er referert til.

Spesifikt vil den målte transittiden for ultralydsignalet indikere hastigheten til lyden i væsken. Frekvensen til ultralydsignalet som brer seg gjennom fluidet er større enn bobleresonansfrekvensen, slik at den innblandede gassen ikke blir påvirket av ultralydsignalet. Ved å kjenne SOS til væskeandelen av fluidstrømmen vil faseandel en av vannet kunne bli bestemt. Faseandelen til vannet er en funksjon av SOS i væsken, SOS til oljen, SOS til vannet, tettheten til oljen og tettheten til vannet. Ved å kjenne SOS og tettheten til oljen og vannet, vil relasjonen mellom faseandelen (dvs. vannandelen) i strømmen 12 og SOS i væsken være kjent. Denne relasjonen kan bli illustrert i plottet over SOS i væsken kontra vannandel, og derfor, ved å kjenne SOS i væsken, vil vannandelen kunne bli bestemt.

Mens hver av ultralydsensorene 506 i figur 19 innbefatter et par av ultralydsensorer (sender og mottaker) diametralt motsatt for å gi gjennomtransmisjon, innbefatter foreliggende oppfinnelse at én av ultralydsensorene kan være avvikende aksielt slik at ultralydsignalet fra sendersensoren har en aksial komponent i sin utbredelsesretning.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også ultralydsensoren 506 som kan være konfigurert i en puls/ekko konfigurasjon. I denne utførelsen vil ultralydsensoren innbefatte en ultralydsensor som sender et ultralydsignal gjennom rørveggen og fluid som vesentlig er ortogonalt på retningen av strømmen og som mottar en refleksjon av ultralydsignalet reflektert tilbake fra veggen av røret til ultralydsensoren.

Med referanse til figur 20 er en sjette utførelse av et multifasestrømningsmeter 550 illustrert og er tilsvarende strømningsmetret 500 i figur 17 med det tillegget at det er et strømningsmeter 552 som er lagt ut for å måle strømningsraten i fluidet som strømmer i forbiføringsrøret 302. Denne direkte målingen gir en mer nøyaktig måling av forbifør-ingsfluidet enn bestemmelsen av strømningsraten basert på differensielt trykk tvers over røret, som beskrevet foran. Strømningsmetret 552 og vannandelsmetret 502 kan bli kombinert til en enkel enhet som vist og beskrevet i US patentsøknad nr. (advokatdokument nr. CC-0842), levert 10. januar 2006, som her er referert til. Figur 21 illustrerer et strømningsmeter 600 som kombinerer egenskapene til strøm-ningsmetret 350 i figur 13 og egenskapene til strømningsmetret 500 i figur 17. Figur 22 illustrerer et strømningsmeter 650 som kombinerer egenskapene til strøm-ningsmetret 350 i figur 13 og egenskapene til strømningsmetret 402 i figur 15. Figur 23 illustrerer et strømningsmeter 700 som kombinerer egenskapene til strøm-ningsmetret 350 i figur 13 og egenskapene til strømningsmetret 550 i figur 20. Figur 24 illustrerer et utvidet snitt av skjøten i forbiføringsrøret 302 og DP metret 308 i primærrøret 304. Som vist er skjøten i primærrøret 304 og forbiføringsrøret 302 nær DP metret 308 (dvs. superplaten) hvor fluid bygger seg opp eller kondenseres for å gi effektiv separasjon av væske og gass. Man vil forstå at jo nærmere åpningen av forbiførings-røret 302 DP metret 308 er plasser, desto større vil separasjonen og mindre sannsynlig vil forbiføringsfluidet ha noen gass overført. Figur 24 illustrerer et samlet blokkdiagram 750 over et multifase strømningsmålesystem tilsvarende systemet 700 som vist i figur 23. Som vist inkluderer systemet 750 en strøm - ningsseparatordel 752 som separerer den våte gasstrømmen 100 i en væskedel 106 og

en gassdel 104. Den separerte gassdelen 104 8som har noe væske overført) går gjennom primærrøret 304, og den separerte væskeandelen 106 (som kan ha noe gass overført) går gjennom forbiføringsrøret 302. Separatordelen 752 kan være enhver kjent måte for å separere gass og væske i en multifasestrøm.

Figur 26 er en syvende utførelse 800 av sensordelen av foreliggende oppfinnelse (ekskludert prosesseringsenheten) tilsvarende systemet 600 vist i figur 21. Strømnings-systemet 800 inkluderer et par av DP metret 802 803, et sonarstrømningsmeter 804 og et vannandelsmeter 806. som vist er en del av primærrøret 304 gjort trangere, hvor sonarstrømningsmeter 804 måler en parameter i fluidet som strømmer gjennom den trangere delen. Utstikkende fra inngangsdelen (eller inngangen) i den trangere delen av primærrøret 304 er en kant 305 lagt ut i omkretsen rundt inngangsdelen 306 for å separere væskedelen i strømmen fra gassdelen i strømmen. Kanten og den smalere delen av primærrøret 304 gir en separatordel 307 hvorved væsken, som typisk brer seg langs veggene av røret, blir fanget av kanten 305 og styrt inn i forbiføringsrøret 302. Tverrsnittsarealet til forbiføringsrøret 302 er mindre enn tverrsnittsarealet til primærrøret 304 for å sikre at røret er vesentlig fylt med væske. Tverrsnittsarealet til røret blir bestemt for å sikre at forbiføringsrøret 302 er fylt kontinuerlig med væske med minimal passer-ing gjennom den innsnevrede delen av primærrøret 304. Tverrsnittsarealet er derfor avhengig av hastigheten til fluidet innenfor røret og våtheten til fluidstrømmen. Man vil forstå at forbiføringsrøret 302 og den innsnevrede delen av primærrøret 304 kan ha enhver tverrsnittsform. For eksempel, primær- og forbiføringsrøret kan ha kvadratiske tverrsnittsarealer med flaet oveflate som understøtter montering av ultralydsensorer for vannandelsmetret 806 og sonarstrømningsmetret 804 ved å bruke disse typer av sensorer.

DP metret 802 innbefatter et par av trykksensorer 807, hvor en sensor er lagt ut på kanten 305 og den andre trykksensoren er lagt ut på det innsnevrede primærrøret 304 for å forme et DP meter 802. Det andre DP meter 803 er lagt ut på den ytre kanten som vist som et v-konemeter.

Med referanse til figur 27 er en åttende utførelse 900 av multifasestrømningsmetret vist (ekskludert prosesseringsenheten) tilsvarende systemet 500 vist i figur 17. Meteren 900 inkluderer et DP meter 902 montert på røret 312, mens den andre delen av metret er en spol edel tilsvarende den som er vist i figur 25 og inkluderer et sonarstrømningsmeter 904, og et vannandelsmeter 906. Strømningssystemet 900 inkluderer også tilsvarende egenskaper som de som er vist i figur 26 for å separere væske- og gassdelene i strøm-men. Forbiføringsrøret 302 er vist som et rett rør som strekker seg tvers over den innsnevrede delen av primærrøret 304. Videre, som er sant for alle utførelsene gitt her, kan sensordelen i henhold til foreliggende oppfinnelse være et spolestykke som har et par av kanter lagt ut på motsatte aksielle ender av sensordelene. Et deksel 311 kan være lagt ut over den innsnevrede delen av primærrøret 304 for å beskytte metrene lagt her.

Med referanse til figur 28 er en niende utførelse 950 av foreliggende oppfinnelse tilsvarende systemet 900 vist i figur 27, hvor systemet 950 ikke inkluderer DP metret. Dette systemet 950 gir en gassrate og vannandelsmåling tilsvarende den som er beskrevet her før.

Videre, med referanse til figur 29, er en tiende utførelse 975 av sensordelen i foreliggende oppfinnelse (ekskludert prosesseringsenheten) tilsvarende systemet 550 vist i figur 20 vist, hvor strømningssystemet 975 inkluderer et DP meter 980, et sonarstrøm-ningsmeter 985, et strømningsmeter 990 (på forbiføringsrøret 502) og et vannandelsmeter 995. Strømningssystemet 975 inkluderer også tilsvarende egenskaper som de som er vist i figur 26 og 28 for å separere væske- og gassdeler i strømmen. Systemet 975 måler gassen og væskeraten i den tørre gasstrømmen som strømmer gjennom den innsnevrede delen av primærrøret 304, og strømraten og vannandelen i forbiføringsrøret 302. Disse målingene er kombinert for å bestemme den samlede raten og sammensetningen.

Med referanse til figur 30 er en tolvte utførelse av multifasemetret 1000 i henhold til foreliggende oppfinnelse vist og inkluderer et første rør 1002 og et andre rør 1004, hvor det første røret 1002 inkluderer en første rørdiameter 1006, og det andre røret 1004 inkluderer en andre rørdiameter 1008, den første rørdiameteren 1006 er større enn den andre rørdiameteren 1008. Det første røret 1002 og det andre røret 1004 er assosiert med hverandre slik at i det minste en del 1010 av det andre røret 1004 strekker seg lagt ut innenfor det første røret 1002 for å danne en primærstrømningskanal 1003 som går gjennom det første røret 1002 og det andre røret 1004, som vist i figur 30. Delen 1010 i det andre røret 1004 lagt ut innenfor det første røret 1002 strekker seg tilstrekkelig langt nok i det første røret 1002 til å danne en forbiføringsstrømningskanal 1012 mellom det første røret 1002 og det andre røret 1004. Delen 1010 i det andre røret 1004 inkluderer et gjennomføringshull 1014 som kommuniserer med forbiføringsstrømkanalen 1012 med primærstrømningskanal en 1003. En tømmeutgang eller aksessport 1021 er anordnet som har en plugg 1023 som gir enkel aksess til forbiføringsstrømningskanalen 1012. Sensordelen 1000 inkluderer også et DP meter 1016 (inkludert trykksensorer 1013), et vannandelsmeter 1018 (inkludert en ultralydsensor 1019) og et sonarbasert strømningsmeter 1020.

Som vist i figur 30 er en fluidstrøm 100 (dvs. våtgass) vist å være innført i det første røret 1002. Når fluidstrømmen 100 treffer delen 1010 i det andre røret 1004 vil gassdelen 104 i fluidstrømmen 100 strømme inn i primærstrømningskanalen 1003 mens væskedelen 106 i fluidstrømmen 100 (som har kondensert på den indre veggen i røret eller har falt til ro på bunnen av røret) strømmer inn i den åpne forbiføringsstrømnings-kanalen 1012, som strekker seg gjennom gjennomføringshullet 1014 og tilbake i primærstrømningskanalen 1003. Vannandelsmetret 1018 analyserer væskedelen 106 i fluidstrømmen 100 innenfor forbiføringsstrømningskanalen 1012. Slik sett vil forbi-føringsstrømkanalen 1012 funksjonere som en væskegren som i utførelsene fremlagt ovenfor.

Som vist i figurene 30 og 31, vil vannandel smetret 1018 være en ultralydsensor 1019 som funksjonerer i puls/ekkomodus som beskrevet ovenfor for å bestemme vannandelen av væskedelen 106. Ultralydsensoren kan bli ført inn (eller i kontakt) med røret 1002 eller festet på røret 1002. Ultralydsensoren er lagt ut for å gi et ultralydsignal normalt på retningen av væskestrømmen 106. En reflektor 1028 kan være anordnet eller montert på motsatt ytre vegg av det indre røret 1010, som vist i figur 31.

Figur 32 illustrerer en annen utførelse av et vannandelsmeter 28, tilsvarende det som er vist i figurene 30 og 31. Vannandel smetret inkluderer en ultralydsensor og et mellom-stykke 1025. Mellomstykket er en stav formet av et metallmateriale som har en for-håndsbestemt lengde. Én ende er sveiset eller på annen måte montert gjennom det ytre røret 1002, slik at enden er fuktet. Ultralydsensoren 1019 er montert på den andre enden. Sensoren sender og mottar en ultralyd gjennom mellomstykket 1025 og væsken 106. Foreliggende oppfinnelse av vannandelen er vist uten reflektoren 1028 i figur 31, imidlertid, foreliggende oppfinnelse innbefatter å bruke en slik reflektor i denne utfør-elsen. Mellomstykket 1025 funksjonerer slik at den demper, reduserer eller eliminerer strø- eller aliasrefleksjoner for å gi en ren refleksjon av den ønskede refleksjonen til det sendte signalet for mer nøyaktig å måle sendingstiden til signalet, og dermed hastigheten til lyd i væsken. Den fuktede enden av mellomstykket 1025 inkluderer en sfærisk eller koppformet nedsenkning 1031 for å fokusere ultralyden i den ønskede retningen, så vel som å avvise uønskede refleksjoner eller spredning. Mens nedsenkningen 1031 er vist å være sfærisk formet, vil man forstå at nedsenkningen kan ha enhver ønsket form for å fokusere ultralydsignalet og å dempe uønskede refleksjoner/signaler. Mellomstykket 1025 inkluderer videre ringformede tråder (furer) eller utstikkere 1033 som strekker seg radielt fra mellomstykket. Utstikkerne (eller furene) demper og/eller forsinker uønskede refleksjoner eller spredte signaler for videre å gi en renere retur-refleksjon for å muliggjøre identifikasjon av det returnerte ultralydsignalet. Lengden til mellomstykket er valgt for å redusere eller å eliminere de andre refleksjonene som kan returnere til ultralydsensoren på samme tidspunkt.

Mens vannandel smetret 1018 er blitt beskrevet som å ha en ultralydsensor 1019, bør det være forstått at vannandelen kan bli bestemt via ethvert vannandelsmeter og/eller probe som passer for det ønskede sluttformålet, slik som Redeye System, produsert a Weatherford Corporation, som kan bli ført inn gjennom et hull i den ytre veggen 1002 for innføring i forbiføringskanalen 1012. Det bør også bli forstått at gjennomførings-hullet 1014 kan ha størrelse som er stor nok, og som kan justeres konfigurerbart for bestemte strømmer og/eller anvendelser som ønsket, for å redusere tilstopping og sikre at forbiføringskanalen 1012 er full, slik at nivået av væske er så høy som den lavere delen av det indre røret 1010 for å redusere eller å eliminere gass som går gjennom gjennomføringshullet 1024.

Videre innbefatter foreliggende oppfinnelse at sonarmetret kan bli erstattet med et ultralydsensormeter som bruker enhver av følgende typer av metre: transittid ultralyd-strømningsmeter (TTUF), Doppler ultralydstrømningsmeter (DUF) og krysskorrelasjons ultralydstrømningsmeter (CCUF), tilsvarende de som er beskrevet i artikkelen "Guidelines for the Use of Ultrasonic Non-Invasive Metering Techniques" av M.L. Sanderson og H. Yeung, publisert 17. juli 1002, som her er referert til. Én slik CCUF er produsert av GE Panametrics DigitalFlow™ CTF878 strømningsmeter som har et par av ultralydsensorer lagt ut aksialt langs røret, som her er innarbeidet ved referanse. Det bør også være forstått at mens foreliggende oppfinnelse er diskutert her med referanse til Lockhardt-Martinelle tallet og/eller væskemasserater, kan andre parametere relatert til våthet også bli brukt. Det bør videre være forstått at fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse for måling er svært ufølsom overfor våthet. Slik sett tillater foreliggende oppfinnelse en større forskjell i overrapportering mellom sonarmetre og DP metre som omsettes til målinger som har en større nøyaktighet og oppløsning enn eksisterende fremgangsmåter.

Man vil forstå at mens utførelsene presentert her ikke måler faseandelen til oljen og gassen i den innsnevrede delen av primærrøret for væske som passerer gjennom dette, kan prosesseringsenheten anta at olje/vannforholdet er tilsvarende det som er målt i forbiføringsrøret som bruker vannandel smålingen for å gi en mer nøyaktig måling av faseandelen til strømningsraten for hver av komponentene i et multifasefluid. Videre, mens foreliggende oppfinnelse fremlagt her er diskutert uttrykt med et DP meter, et sonarmeter og/eller et ultralydmeter, innbefatter foreliggende oppfinnelse at ethvert meter og/eller kombinasjon av metre som passer for det ønskede sluttformålet kan bli brukt, slik at metrene gir en utgangsmåling som har en repeterbar overrapporterings-funksjon (eller utgangssignal) med hensyn til våtheten i strømmen, hvor overrapporteringen er vesentlig mindre enn den samlede overrapporteringen til DP metret. Man bør også forstå at metrene (dvs. sonarmetre og ultralydmetre) kan bli kombinert med differensielle metre, og kan også innbefatte ikke-invasive klemmer på sensorer eller fuktede sensorer. Det bør videre være forstått at enhver av egenskapene, karakteristikk-kene, alternativene eller modifikasjonene beskrevet her med hensyn til en bestemt utførelse her også kan bli anvendt, brukt eller være innarbeidet i en annen utførelse beskrevet her. Selv om foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet og illustrert med hensyn til eksempler på utførelser av den, vil de foregående og forskjellige andre tillegg og utelatelser kunne bli gjort her og der uten å avvike fra rekkevidden og ånden i foreliggende oppfinnelse.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan bli utført i formen av en datamaskin eller kontrollerimplementert prosess. Foreliggende oppfinnelse kan også bli utført i formen av datamaskinprogramkode inneholdende instruksjoner lagt på et rørbart medium, slik som floppy disketter, CD-ROM, hard drives og/eller ethvert annet data-maskinlesbart medium, hvor, når datamaskinprogramkoden blir lastet inn og utført i en datamaskin eller kontroller, vil computeren eller kontrolleren bli et apparat for å prakti-sere oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan også bli utført i formen av datamaskinprogramkode, for eksempel, enten lagret i et lagringsmedium, lastet inn og/eller utført i en datamaskin eller kontroller, eller sendt over et sendingsmedium, slik som over elektriske tråder eller kabler, gjennom fiberoptikk eller via elektromagnetisk stråling, hvor, når datamaskinprogramkoden blir lastet inn og utført i en datamaskin eller en kontroller, vil datamaskinen eller kontrolleren bli et apparat for å utøve oppfinnelsen. Når implementert på en generell mikroprosessor vil datamaskinprogramkodesegmentene kunne konfigurere mikroprosessoren til å opprette spesifikke logiske kretser.

Claims

1. Et apparat (400) for å bestemme en karakteristikk i en multifasefluidstrøm innenfor et rør, hvor apparatet innbefatter: en separeringdel for å separere fluidet i en gasskomponent og en væskekomponent og å styre gasskomponenten til å strømme i en gassgrendel (304) av røret og væskekomponenten til å strømme i en væskegrendel (302) av røret, en væskegrendelmeterinnretning (402), hvor væskegrendelmeterinnretningen genererer væskekomponentdata som svar på en væskekomponentkarakteristikk; karakterisert vedat apparatet (400) videre omfatter; i det minste to gassgrenandelsmeterinnretninger (308, 310), hvori gassgrendelmeterinnretningene genererer gasskomponentdata som svar på en gasskomponentkarakteristikk som våtheten til fluidstrømmen kan bestemmes av; og en prosesseringsinnretning (312) kommuniserende med i det minste én av gassgrendelmeterinnretningene (308, 310) og væskegrendelmeterinnretningen (312), hvor prosesseringsinnretningen er konfigurert til å motta og å prosessere i det minste én av gasskomponentdataene og væskekomponentdataene for å generere fluidstrømdata som svar på en fluidstrømkarakteristikk, hvori én av gassgrendelmeterinnretningene (308, 310) er et differensialtrykkbasert strømningsmeter (308) som er posisjonert oppstrøms den andre gassgrendelmeterinnretningen (310), og separeringsdelen er dannet av en skjøt av gassgrendelen (304) og væskegrendelen (302), hvor skjøten er plassert nær det differensialtrykkbaserte strømningsmeteret (308) hvor fluid bygger seg opp eller kondenserer for å frembringe effektiv separasjon av væsken og gassen.

2. Apparatet i henhold til krav 1, hvori gassgrendelmeterinnretningen (112) inkluderer et differensialtrykkbasert strømningsmeter (114) og et sonarbasert strømningsmeter (116).

3. Apparatet i henhold til krav 2, hvori det differensialtrykkbaserte strømningsmetret (114) er i det minste én av et strupebasert strømningsmeter, et venturimeter, et albustrømningsmeter og et v-konemeter.

4. Apparatet i henhold til krav 2, hvori det sonarbaserte strømningsmetret (116) inkluderer et flertall av sonarbaserte strømningsmetre.

5. Apparatet i henhold til krav 1, hvor røret (100) er delt i gassgrendel en (108) og væskegrendel en (110) og rekombinert nedstrøms fra gassgrenmeterinnretningen og væskegrenmeterinnretningen inn i røret.

6. Apparatet i henhold til krav 5, som videre omfatter et differensieltbasert strømningsmeter (352) assosiert med røret nedstrøms fra gassgrendel en og væskegrendelen.

7. Apparatet i henhold til krav 1,hvori det differensialtrykkbaserte strømningsmetret (114) er lagt ut på i det minste et oppstrømssted og et nedstrømssted fra det sonarbaserte strømningsmetret (116).

8. Apparatet i henhold til krav 1, hvori fluidstrømkarakteristikken er i det minste én av en gassvolumandel (GVF), en volumetrisk strømningsrate og en vannandelsverdi.

9. Apparatet i henhold til krav 1, hvori gasskomponentkarakteristikken er svarende til våtheten i gasskomponenten.