BRPI0520415B1 - Método e dispositivo para medir a densidade de um componente em um fluxo de multicomponentes - Google Patents
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Abstract
método e aparelho para medir a densidade de um componente em um fluxo de multicomponentes. um método e aparelho são revelados que determinam a densidade de um componente em um fluxo de multicomponentes através de um conduto. o fluxo de multicomponentes é separado em duas correntes (404), onde uma primeira corrente tem essencialmente todo o fluxo para um primeiro dos componentes. a densidade da segunda corrente é medida (406)
Description
[001] A invenção está relacionada ao campo de medições de fluxo de poço, e em particular, a computadores de fluxo de petróleo.
[002] Poços de gás e petróleo podem ter fluxo multifási- co que sai da cabeça do poço. O fluxo total a partir da ca-beça do poço necessita ser medido. Para medir o fluxo total, o fluxo de gás é tipicamente separado do fluxo líquido e os fluxos de gás e líquido são medidos separadamente. Os fluxos de gás e líquido podem ser medidos por dois medidores de fluxo Coriolis diferentes. O fluxo líquido contém tipicamen-te tanto óleo como água. Para medir precisamente a quantida-de de óleo no fluxo líquido, a quantidade de água no fluxo líquido deve ser determinada. Para determinar a quantidade de água no fluxo, a densidade da água necessita ser determi-nada. Atualmente a densidade de água é determinada tirando periodicamente uma amostra da água que flui a partir da ca-beça de poço e determinando a densidade utilizando um hidrô- metro. Esse método tem diversos problemas. Um problema é que a densidade da água pode mudar como passar do tempo. Se a densidade da água mudar e a medição de densidade antiga for utilizada, o cálculo para a quantidade de óleo no fluxo se torna imprecisa. A imprecisão é um problema maior em fluxos de corte de água elevados do que em fluxos de corte de água baixos. Um modo para minimizar as imprecisões é amostrar freqüentemente a densidade de água. Entretanto, retirar a amostra do sistema e testar a densidade pode ser uma tarefa demorada e de mão-de-obra.
[003] Portanto, há necessidade de um sistema e método melhores para determinar a quantidade de óleo no fluxo.
[004] Um método e aparelho são revelados que determinam a densidade de um componente em um fluxo de multicomponentes através de um conduto. O fluxo de multicomponentes é separa-do em duas correntes quando uma primeira corrente tem essen-cialmente todo fluxo para um primeiro dos componentes. A densidade da segunda corrente é medida.
[005] Um aspecto da invenção inclui um método para de-terminar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes compreendendo orientar um fluxo de um lí-quido para dentro de um conduto onde o líquido é compreendi-do de pelo menos um primeiro material e um segundo material, as etapas do método caracterizadas por: separar o fluxo do líquido em uma primeira corren-te e uma segunda corrente com uma taxa de fluxo na primeira corrente sendo maior do que uma taxa de fluxo na segunda corrente e onde a primeira corrente contém essencialmente todo o primeiro material; medir a densidade do líquido na segunda corrente.
[006] Preferivelmente, o método compreende ainda o pri-meiro material ser óleo.
[007] Preferivelmente, o método compreende ainda o se-gundo material ser água.
[008] Preferivelmente, o método compreende ainda o se-gundo material ser mais denso do que o primeiro material.
[009] Preferivelmente, o método é caracterizado ainda por: medir a temperatura do líquido fluindo na segunda corrente.
[0010] Preferivelmente, o método é caracterizado ainda por: medir o fluxo total de material através do conduto; determinar a quantidade do primeiro material que flui no conduto com base em parte na densidade do líquido na segunda corrente.
[0011] Preferivelmente, o método é caracterizado ainda por gravidade ser utilizada para separar essencialmente todo o primeiro material para dentro da primeira corrente.
[0012] Outro aspecto da invenção compreende um método para determinar a densidade de um dos componentes em um flu-xo de multicomponentes compreendendo orientar um fluxo de um líquido para dentro de um conduto onde o líquido é compreen-dido de pelo menos óleo e água, onde as etapas do método são caracterizadas por: separar continuar uma pequena amostra de água a partir do líquido que flui no conduto e medir a densidade da água.
[0013] Preferivelmente, o método é caracterizado por ter a densidade da água medida utilizando um medidor de fluxo Coriolis.
[0014] Preferivelmente, o método caracterizado por ter a densidade da água continuamente medida.
[0015] Preferivelmente, o método é caracterizado ainda por: determinar a quantidade de óleo que flui no con-duto com base em parte na densidade medida da água.
[0016] Preferivelmente, o método é caracterizado ainda por: utilizar a densidade da água para determinar o corte de água do líquido.
[0017] Outro aspecto da invenção compreende um disposi-tivo para determinar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes, o dispositivo tendo um primeiro conduto configurado para conter um líquido compreendido de pelo menos um primeiro material e um segundo material, o dispositivo sendo caracterizado por: um segundo conduto acoplado ao primeiro conduto e configurado para tirar uma amostra do segundo material a partir do líquido; um primeiro medidor de fluxo Coriolis acoplado ao segundo conduto e configurado para medir a densidade da amostra do segundo material no segundo conduto.
[0018] Preferivelmente, o dispositivo com o segundo con-duto é caracterizado ainda por: um tanque separador tendo uma metade superior e uma metade inferior, onde o primeiro conduto flui para den-tro do tanque separador e o segundo conduto é acoplado à me-tade inferior do tanque separador.
[0019] Preferivelmente, o dispositivo é caracterizado ainda por: um segundo medidor de fluxo Coriolis fixado no primeiro conduto e configurado para medir a densidade do lí-quido que flui no primeiro conduto; um processador conectado aos primeiro e segundo medidores de fluxo Coriolis e configurado para determinar a razão do primeiro material com relação ao segundo material no líquido no conduto baseado, em parte, na medição de den-sidade a partir do primeiro medidor de fluxo Coriolis.
[0020] Preferivelmente, o dispositivo é caracterizado pelo primeiro conduto tendo um primeiro diâmetro e o segundo conduto tendo um segundo diâmetro e o primeiro diâmetro é maior do que o segundo diâmetro.
[0021] Preferivelmente, o dispositivo caracterizado pelo segundo diâmetro ser menor do que 1/10 do primeiro diâmetro.
[0022] Preferivelmente, o dispositivo caracterizado pelo primeiro conduto ter uma primeira taxa de fluxo e o segundo conduto ter uma segunda taxa de fluxo e a primeira taxa de fluxo ser maior do que a segunda taxa de fluxo.
[0023] Outro aspecto da invenção compreende um disposi-tivo para determinar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes, o dispositivo tendo um conduto contendo um líquido em fluxo compreendido de pelo menos um primeiro material e um segundo material, o dispositivo ca-racterizado por: um meio para separar o líquido em fluxo em uma primeira corrente e uma segunda corrente com uma taxa de fluxo na primeira corrente sendo maior do que uma taxa de fluxo na segunda corrente e onde a primeira corrente contém essencialmente todo o primeiro material; um meio para medir a densidade do material na se-gunda corrente.
[0024] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de medição de gás e petróleo 100 em uma modalidade exemplo da invenção.
[0025] A Figura 2 é um desenho de perna de extração uti-lizando um tanque separador em outra modalidade exemplo da invenção.
[0026] A Figura 3 é um desenho de perna de extração em outra modalidade exemplo da invenção.
[0027] A Figura 4 é um fluxograma de um método para de-terminar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes em uma modalidade exemplo da invenção.
[0028] As Figuras 1-3 e a seguinte descrição representam exemplos específicos para ensinar àqueles versados na técni-ca como fazer e utilizar o melhor modo da invenção. Para fins de ensinar princípios inventivos, alguns aspectos con-vencionais foram simplificados ou omitidos. Aqueles versados na técnica reconhecerão variações a partir desses exemplos que estão compreendidas no âmbito da invenção. Aqueles ver-sados na técnica reconhecerão que as características descri-tas abaixo podem ser combinadas de várias maneiras para for-mar múltiplas variações da invenção. Como resultado, a in-venção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, porém somente pelas reivindicações e seus equivalen-tes.
[0029] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de medição de gás e petróleo 100 em uma modalidade exemplo da invenção. O sistema de medição de gás e óleo 100 é conectado a uma ca- beça de poço 102 e compreende: separador 104, tubo de saída de líquido 108, tubo de saída de gás 106, perna de extração de água 110, medidores de fluxo 116, 114 e 112, tubo de saí-da de sistema 118, e computador de óleo 120.
[0030] Em operação a cabeça de poço 102 produz um fluxo multifásico que pode conter gás, óleo, água e resíduos, por exemplo, silte ou areia. O fluxo multifásico é enviado para o separador 104 onde o gás é separado do líquido. O separa-dor 104 pode ser qualquer tipo de separador incluindo um se-parador de Ciclone Cilíndrico gás-líquido (GLCC). O tubo de saída de gás 106 retira gás do topo do separador 104. O me-didor de fluxo 112 mede a quantidade de gás que flui através do tubo de saída de gás 106. O medidor de fluxo 112 pode ser qualquer tipo de medidor de fluxo, incluindo um medidor de fluxo de turbina, um medidor de fluxo Coriolis, ou similar. O líquido é retirado do separador 104 por tubo de saída de líquido 108. O líquido que flui no tubo de saída de líquido 108 pode conter óleo e água. A perna de extração de água 110 é configurada para separar uma pequena corrente de água a partir do tubo de saída de líquido 108. O medidor de fluxo 114 mede o fluxo de líquido no tubo de saída de líquido 108. Em uma modalidade exemplo da invenção, o medidor de fluxo 114 é um medidor de fluxo Coriolis. Quando o medidor de flu-xo 114 é um medidor de fluxo Coriolis, o medidor de fluxo 114 pode ser utilizado para medir a densidade do líquido que flui através do tubo de saída de líquido 108. O valor de corte de água do líquido que flui no tubo de saída de líqui- do 108 pode ser determinado utilizando a densidade medida do líquidoeaequação1.
[0031] Onde p(mix) é a densidade do líquido, p(óleo) é a densidade do óleo no líquido, e p (água) é a densidade da água no líquido. A densidade de óleo pode ser entrada pelo usuário ou medida separadamente. A equação 1 depende da den-sidade da água que flui no líquido. A densidade da água pode variar como uma função da salinidade.
[0032] O medidor de fluxo 116 mede o fluxo de água na perna de extração de água 110. O medidor de fluxo 116 é um medidor de fluxo Coriolis. O medidor de fluxo 116 também me-de a densidade de água que flui na perna de extração de água 110. O fluxo da perna de extração de água 110 pode ser rein- serido novamente no tubo de saída de líquido 108 após o me-didor de fluxo 114 (como mostrado) ou pode ser reinserido antes do medidor de fluxo 114 (não mostrado). Quando o fluxo a partir da perna de extração de água 110 entra novamente no tubo de saída de líquido 108 antes do medidor de fluxo 114, então o medidor de fluxo 116 não necessita ser utilizado pa-ra medir o fluxo, seus usos podem ser dedicados para medir a densidade do material que flui no tubo de extração de água 110. O computador de óleo 120 monitora medidores de fluxo 112, 114, e 116 para determinar o fluxo total através do sistema. Em uma modalidade exemplo as saídas de gás e líqui-do podem ser recombinadas em um tubo de saída de sistema 118. Em outras modalidades exemplo da invenção o gás e lí- quidos podem ser enviados para destinos separados através de sistemas de tubulação separados (não mostrados).
[0033] O computador de óleo 120 monitora o fluxo através dos medidores de fluxo 112, 114 e 118. O líquido que flui no tubo de saída de líquido 108 compreende uma mistura de óleo e água. Para determinar a quantidade de óleo que flui atra-vés do tubo de saída de líquido 108, a quantidade de água deve ser determinada. Para determinar a quantidade de água que flui através do tubo de saída de líquido 108, a densida-de da água deve ser determinada. Medidores de fluxo Coriolis podem ser utilizados para medir a densidade do material que flui através do medidor bem como a quantidade de material que flui através do medidor. A perna de extração de água 110 é configurada para separar um fluxo de fluido essencialmente livre de óleo ou outros hidrocarbonetos a partir da corrente principal de fluidos que fluem no tubo de saída de líquido 108. A corrente de fluido que flui na perna de extração de água pode ser compreendida de água, sedimento, e outro mate-rial solúvel em água, por exemplo, sal. Uma alteração na sa-linidade da água pode alterar a densidade da água. O medidor de fluxo Coriolis 116 é utilizado para medir a densidade do fluido que flui na perna de extração de água 110. A densida-de medida é então realimentada para o cálculo para a quanti-dade de óleo que flui no tubo de saída 108 determinada pela equação de corte de água.
[0034] A perna de extração de água 110 pode ser configu-rada de diversos modos para permitir que uma corrente de fluido essencialmente livre de óleo ou líquidos mais leves seja separada do fluxo de fluido principal no tubo de saída 108. Em uma modalidade exemplo da invenção, o tubo de saída 108 seria um tubo horizontal tendo um comprimento suficiente com relação à taxa de fluxo para permitir que os hidrocarbo- netos se elevem até o topo do tubo de saída. A perna de ex-tração de água 110 seria conectada ao fundo do tubo de saída 108, tirando somente um pouco do fluido mais pesado a partir do tubo de saída. A perna de extração de água 110 pode ser de diâmetro menor do que o tubo de saída 108 de tal modo que o fluxo para dentro da perna de extração de água é restrito. Em uma modalidade exemplo da invenção, a perna de extração de água 110 é 1/10 do diâmetro do tubo de saída 108. Somente uma pequena corrente ou amostra do fluido mais pesado que flui no tubo de saída 108 necessita ser puxado para dentro da perna de extração de água 110. Em alguns casos grande parte do fluido mais pesado permanece fluindo no tubo de sa-ída 108.
[0035] A Figura 2 é outra configuração para perna de ex-tração em outra modalidade exemplo da invenção. A perna de extração compreende tanque separador 222 e tubo de extração 210. O tubo de saída 208 flui para dentro do tanque separa-dor 222. O tubo de saída sai do tanque separador 222 próximo ao topo do tanque separador 222. O tubo de extração 210 sai em ou próximo ao fundo do tanque separador 222. O tanque se-parador tem um volume que permite um tempo de retenção para o líquido suficiente para que o líquido estratifique dentro do tanque. O tubo de extração 210 pode ser também de diâme-tro menor do que o tubo de saída 208 de tal modo que o fluxo para dentro da perna de extração 210 seja restrito. Somente uma pequena corrente ou amostra do fluido mais pesado que flui para dentro do tanque separador 222 necessita ser aspi-rada para dentro da perna de extração 210. Em muitos casos grande parte do fluido mais pesado sai do tanque separador 222 através do tubo de saída 208.
[0036] A Figura 3 mostra outra configuração para uma perna de extração em uma modalidade exemplo da invenção. A perna de extração compreende o tubo separador 334 e tubo ex-tração 310. O tubo de saída 308 tem o tubo separador 334 se estendendo a partir da parte inferior do tubo de saída 308. O tubo separador 334 pode ser de diâmetro menor do que o tu-bo de saída 308. O tubo separador 334 se estende abaixo do tubo de saída 308 por uma distância curta antes de se reunir ao tubo de saída 308. O tubo de extração 310 é unido ao tubo separador 334 na parte inferior do tubo separador 334. So-mente uma pequena corrente ou amostra do fluido mais pesado fluindo no tubo separador 334 necessita ser aspirada para dentro da perna extração 310. O tubo de extração 310 pode ser do mesmo tamanho que o tubo separador 334, ou pode ser de um tamanho menor do que o tubo separador 334. Outras con-figurações podem ser utilizadas para separar uma pequena amostra a partir do líquido multifásico que flui no tubo de saída para tirar proveito dessa invenção.
[0037] Como a densidade da água que flui em um fluxo multifásico pode ser medida continuamente, as alterações de salinidade na água podem ser compensadas por uma base de tempo real. Isso deve ajudar a reduzir a incerteza em medi- ções de corte de água. A presente invenção não é limitada à medição da densidade de água em um fluxo de água e óleo. A invenção pode ser utilizada em qualquer fluxo medido onde os componentes podem ser separados durante fluxo. A perna de extração pode ser projetada para separar qualquer líquido mais pesado de um líquido mais leve.
[0038] A Figura 4 é um fluxograma de um método para de-terminar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes. Na etapa 402, um fluxo compreendendo pelo menos um primeiro material e um segundo material é orientado para dentro de um conduto. Na etapa 404 o fluxo do líquido é separado em uma primeira corrente e uma segunda corrente on-de a primeira corrente contém essencialmente todo o primeiro material. Na etapa 406 a densidade do líquido na segunda corrente é medida.
Claims (18)
1. Método para determinar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes compreendendo orientar um fluxo de um líquido para dentro de um conduto (108, 208, 308) onde o líquido é compreendido de pelo menos um primeiro material líquido e um segundo material líquido (402), o método sendo CARACTERIZADO por compreender as eta-pas de: separar o fluxo do líquido em uma primeira corren-te líquida e uma segunda corrente líquida com uma taxa de fluxo na primeira corrente líquida sendo maior do que uma taxa de fluxo na segunda corrente líquida e onde a primeira corrente líquida contém essencialmente todo o primeiro mate-rial líquido (404); medir a densidade do líquido na segunda corrente líquida (406).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro material líquido é essencialmente óleo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo material líquido é água.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo material líquido é mais denso do que o primeiro material líquido.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente por: medir a temperatura do líquido que flui na segunda corrente líquida.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente por: medir o fluxo total de material através do conduto; determinar a quantidade do primeiro material lí-quido que flui no conduto com base em parte na densidade do líquido na segunda corrente líquida.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que gravidade é utilizada para separar essencialmente todo o primeiro material líquido na primeira corrente líquida.
8. Método para determinar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes compreendendo orientar um fluxo de um líquido para dentro de um conduto onde o líquido é compreendido de pelo menos óleo e água, o método sendo CARACTERIZADO pelas etapas de: separar continuamente uma pequena amostra de água a partir do líquido que flui no conduto e medir a densidade da água.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por ter a densidade da água medida utilizando um medidor de fluxo Coriolis.
10. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por ter a densidade da água continuamente me-dida.
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO adicionalmente por: determinar a quantidade de óleo que flui no condu-to com base em parte na densidade medida da água.
12. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO adicionalmente por: utilizar a densidade da água para determinar o corte de água do líquido.
13. Dispositivo para determinar a densidade de um dos componentes em um fluxo de multicomponentes, o disposi-tivo tendo um primeiro conduto (108) configurado para conter um líquido compreendido de pelo menos um primeiro material e um segundo material, o dispositivo sendo CARACTERIZADO por: um segundo conduto (110) acoplado ao primeiro con-duto (108) e configurado para retirar uma amostra do segundo material a partir do líquido; um primeiro medidor de fluxo Coriolis (116) aco-plado ao segundo conduto (110) e configurado para medir a densidade da amostra do segundo material no segundo conduto.
14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato do segundo conduto adicionalmente consistindo: um tanque separador (222) tendo uma metade superi-or e uma metade inferior, onde o primeiro conduto (208) flui para dentro do tanque separador (222) e o segundo conduto (210) é acoplado à metade inferior do tanque separador.
15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO adicionalmente por: um segundo medidor de fluxo Coriolis (114) fixado no primeiro conduto (110) e configurado para medir a densi-dade do líquido que flui no primeiro conduto; um processador (120) conectado aos primeiro e se-gundo medidores de fluxo Coriolis e configurado para deter-minar a razão do primeiro material com relação ao segundo material no líquido no conduto com base em parte, na medição de densidade do primeiro medidor de fluxo Coriolis.
16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo primeiro conduto ter um primeiro diâmetro e o segundo conduto ter um segundo diâmetro e o primeiro di-âmetro ser maior do que o segundo diâmetro.
17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo segundo diâmetro ser menor do que 1/10 do primeiro diâmetro.
18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro conduto tem uma primeira taxa de fluxo e o segundo conduto tem uma segunda taxa de fluxo e a primeira taxa de fluxo é maior do que a segunda taxa de fluxo.
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