多相流量計

多相流量計は、石油生産プロセス中に石油、水、ガスの混合物が最初に混合される特定の流れ（たとえば、石油およびガス産業）内の構成相の個々の相流量を測定するために使用される装置です。

油田生産井の個々の流体流量に関する知識は、貯留層管理、油田開発、操業管理、流量保証、生産割り当てを容易にするために必要です。^[1]

2相および3相計測システムに関する従来のソリューション^{[流行語]では、高価で扱いにくい}テストセパレータが必要であり、それに伴う高いメンテナンス費用と現場担当者の介入が必要になります。これらの従来のソリューション^[流行語]は、継続的な自動監視や計測には適していません。さらに、石油資源の減少に伴い、石油会社は現在、限界的に経済的な貯留層から炭化水素を回収する必要に頻繁に直面しています。^[2]これらの蓄積の経済的実行可能性を確保するには、井戸を海底で完成させるか、複数の井戸からの原油を処理能力が過剰な共通の生産施設に送る必要がある場合があります。このような開発に対する経済的制約により、主要な計測デバイスとして3相セパレータを継続的に展開することはできません。したがって、3相セパレータの実行可能な代替手段が不可欠です。業界の回答は、多相流量計 (MPFM) です。

石油・ガス業界は、計測技術の向上と坑口分離器のコスト高から、1980年代初頭にMPFMの開発に興味を持ち始めました。石油埋蔵量の枯渇（生産された石油に含まれる水とガスの増加）と、より小さく深い坑井で水分含有量の増加により、単相メーターでは正確な値を提供できない多相流がますます頻繁に発生するようになりました。長い準備期間の後、必要な計測を実行できるMPFMが市販されました。初期の研究の多くは、ノルウェーのベルゲンにあるクリスチャン・ミシェルセン研究センターで行われ、^[3]この研究からノルウェーで多くのスピンオフ企業が生まれ、Roxar / Emerson、Schlumberger、Framo、MPMメーターが生まれました。ENIとShellは、イタリアでのPietro Fiorentiniメーターの開発を支援しました。Haimoは、部分的な分離を備えたメーターを導入し、正確な計測をより簡単にしましたが、物理的に大型のデバイスが必要になりました。ノルウェーは MPFM の技術センターであり続け、ノルウェー石油ガス計測協会 (NFOGM) が学術的、教育的役割を果たしています。^[4] 1994 年以降、この分野の技術が進歩するにつれて MPFM の設置数は着実に増加しており、1999 年以降は大幅な増加が見られました。 [5]最近の調査では、2006 年にはフィールド割り当て、生産最適化、移動式井戸テストなど、約 2,700 件の MPFM アプリケーションがあったと推定されています。 ^{[6 ]}

近年、多相計測技術が急速に普及した背景には、メータの性能向上、メータのコスト低下、モバイル システムの導入を可能にするよりコンパクトなメータ、海中計測の必要性、石油価格の上昇、オペレータの多様化など、さまざまな要因があります。多相流量計測に対する当初の関心はオフショア産業から生まれたため、多相流量計測の活動のほとんどは北海に集中していました。しかし、現在、多相流量計の分布ははるかに多様化しています。

最新のメーターは、ベンチュリ流量計とガンマ濃度計を組み合わせたもので、一部のメーターには水の塩分濃度の測定機能も追加されています。メーターは、通常大気圧よりも桁違いに大きいライン圧力での流量を測定しますが、メーターは標準 (大気圧) の圧力と温度での油とガスの量を報告する必要があります。したがって、メーターは油の圧力 / 量 / 温度特性を把握して、ライン圧力での測定ガス量に大気圧で油から放出される追加のガスを加える必要があり、また標準状態に変換する際にそのガスが放出されることで失われる油の量も把握している必要があります。異なる PVT 応答を持つ油域からの混合流、および異なる水の塩分濃度と密度では、この PVT の不確実性が測定における最大の誤差源となる可能性があります。

マルチポート セレクター バルブ (MSV) の導入により、MPFM の使用の自動化も促進されましたが、これは従来の井戸テスト用バルブ設計でも実現できます。MSV は、陸上のパッド掘削や、近隣の多くの井戸の圧力が類似している場合に特に適しており、井戸のグループ間で MPFM を共有できます。海底メーターでは通常、保守性を確保するために従来の海底バルブ設計が使用されます。

2 相および 3 相の多相流の測定と解釈は、SONARなどの代替の流量測定技術を使用して行うこともできます。SONAR メーターは、水中音響の原理を応用して流動状態を測定し、坑口やフロー ラインに固定して混合物全体のバルク (平均) 流体速度を測定します。その後、この速度を後処理して、坑井の組成情報やプロセス条件とともに分析し、各相の流量を推測します。このアプローチは、ブラック オイル、ガス​​ コンデンセート、ウェット ガスなどのさまざまな用途に使用できます。

業界の専門家は、MPFMの資本コストが4万～6万ドル程度に下がれば、油井1本あたりの設置が実現可能になると予測している。現在のMPFMのコストは10万～50万ドルの範囲にとどまっている（陸上/海上、地上/海中、メーターの物理的寸法、発注台数によって異なる）。これらのMPFMの設置にはハードウェアコストの最大25％の費用がかかり、関連する運用コストは年間2万～4万ドルと見積もられている。^[7]

さまざまな技術を採用した、三相分離器の設置の必要性を排除する新しい多相計量技術が数多く開発されています。これらのMPFMは、相分離器を使用する従来のものに比べて、経済的にも運用的にも大きな利点があります。しかし、市場に出回っているMPFMの1つでは、多相計量に関するすべての要件を満たすことができないことは、依然として広く認識されています。^[8]

• NFOGM 2005 多相流計測ハンドブック
• Lex Scheers による MPFM テクノロジーの概要 - 2008 年ですが、現在でも有効です