JP2000515240A - 自動油井試験システムおよび同システムを動作させる方法 - Google Patents

自動油井試験システムおよび同システムを動作させる方法

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Abstract

(57)【要約】 自動坑井試験システム20は、含水率モニター66との組合わせた質量流量計と濃度計として機能するコリオリ流量計68を用いて、試験分離器24から排出する合成された又は2相の産出物流において材料の体積流量および密度を計算する。油相密度値は、その水分の作用を除去するよう補正され、正味の油流量を得るため質量流量の読みに分けられる。システム動作は、ガス・ブランケット・システム28を用いて低圧により試験分離器内部の液体からガスが解放されないようにする自動化されたコントローラ86によって制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 自動油井試験システムおよび同システムを動作させる方法 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、油、ガスおよび水の諸成分の混合物を含む産出量の計測に用いられ る自動油田分離システムの分野に関する。特に、この分離システムはコリオリ流 量計、濃度計および含水率プローブを用いて、産出混合物の各成分即ち相の産出 量を計測する。 2.問題の記述 油井および天然ガス井は、産出可能な量の油およびガスが捕捉されるようにな った岩層(rock formations)を排出するため地層面下方に達す る。油、ガスおよび水は、1つの産出層から坑井内へ同時に流入する。油、ガス および水のこのような多相流は、その各成分に分離される産出混合物を結果とし て生じる。商業的市場が通常は油および天然ガスに対してのみ存在するので、油 、ガスおよび水の成分を含む産出混合物をその各成分へ分離することが望ましい 。水については、これが典型的に廃棄問題を生じ得る塩水であるゆえに、市場は 存在しない。汲み出しコストと塩水廃棄コストの合計が油およびガスの販売から 得られる収入を上回るまで、かかる坑井の生成が商業的に可能であるゆえに、油 およびガスの生産は大量の水の産出としばしば関連する。 油田は、典型的に、複数の採掘権契約にわたる。各契約あるいは契約群は、典 型的に、特定の坑井群を生成する作業を監視する管理者を有する。この管理者は 、管理者が契約を適正に管理できる前に、坑井の試験データを取得しなければな らない。坑井試験データは、1つの坑井から生じる産出混合物の油、ガスおよび 水の各成分に対する坑口圧力データならびに体積流量(volumetric flow rate)を含んでいる。契約管理者は、各生産井における種々の所 有権の利害の中で当該井から得る収入を適正に割当てるために坑井試験情報を要 求 する。更に、契約管理者は、全体として油田の産出能力を最適化しようとする技 術研究を行うため坑井試験情報を要求する。例えば、技術者は、過大な含水率を 有する坑井からの油産出を止め、進行中の水の圧入を助けるようこの坑井を注水 井に切換えるように選択することができる。 1つの油田における生産井あるいは1つの油田の一部は、主産出物分離器、坑 井試験分離器、パイプライン輸送アクセス、塩水廃棄井、および安全制御手段を 含む生産施設をしばしば共有する。共通のまたは共用の生産施設の使用は、管理 者が冗長な施設に対して余計な資本を費やす必要をなくす。 試験分離器は、1つの坑井から得る産出物からの体積流量情報の計測を容易に するために用いられる。かかる計測は、油、ガスおよび水の各相の体積流量、例 えば、95バーレル/日の水、5バーレル/日の油および6MCF/日のガスを 含んでいる。別の有用な計測は、「含水率」の計測である。用語「含水率」とは 、ここでは、油と水の混合物における油の体積と水の体積との間の関係を表わす 比率として定義される。用語「含水率」の最も一般的な使用によれば、合計10 0バーレルの油と水からなる液体の95バーレルは水からなるので、上例におけ る坑井産出流体は95%の含水率を有する。用語「含水率」は、時に、産出水の 全体積に対する産出油の全体積量の比率を示すためにも用いられる。用語「含油 率」は、油と水の合計体積で除された油の体積を意味し得る。本文において定義 されたように、用語「含水率」は前記の代替的定義の全てを包含する。 主産出物分離器および坑井試験分離器は、それぞれ、油、ガスおよび水の各相 即ち各成分の混合物として生産施設に到達するこれら油、ガスおよび水の各成分 を分離するために用いられる。主産出物分離器は、多数の坑井から組合わされた 量の産出物を受取り、これら産出物を最終的な販売のため調製する。試験分離器 は、典型的に、主産出物分離器に比較して少ない処理能力を持ち、1つの坑井か ら得る産出量の計測での使用に供される。ここで用いられるように、用語「相」 は、他の流体と接触して存在する1つの種類の流体を指し、例えば、油と水の混 合物は別個の油相と別個の水相とを含む。同様に、油、ガスおよび水の混合物は 、別個のガス相と別個の液相とを含み、この液相は油相と水相とを含む。業界用 語では、「2相」分離器は、油および水を含む液相からガス相を分離するために 用 いられるものを指す。「3相」分離器は、ガスを液相から分離し、液相を油相と 水相とに分離するため用いられる。 2相分離器と対比して、3相分離器は付加的な弁と堰の組立体を必要とし、ま た典型的に、油、ガスおよび水の各成分への産出物の重力分離のため、産出物の より長い滞在時間を許容するより大きな体積を有する。3相試験分離器の使用に より、分離される成分の直接的な計測が可能になる。生産施設においては、分離 された油成分から水を完全に除去することはほとんどないので、かかる直接的な 計測においても誤差が存在する。分離器を用いて大半の水を油成分から除去した 後でさえ、典型的に約10%までの残留水分が分離された油成分中に残る。 2相分離器は、コストが安く、設計が非常に簡単であり、3相分離器よりも保 守が少なくて済む。2相分離器の使用は、実際の生産条件下での分離された液体 (油および水)成分からの直接的な体積計測を得ることができない。有利なこと に、2相分離器と組合わせてコリオリ流量計を使用すると、試験分離器から出た 液体相における油および水の各成分の計測が可能になる。 産出流体中の含水率を計測するためのキャパシタンス・プローブまたは抵抗形 プローブの使用は、当業界では公知である。これらの含水率モニターは、油およ び水が大きく異なる誘電率を有するという原理に基いて動作する。このように、 含水率プローブは、油と水の組合わさった流の中の水の体積率を計測することが できる。しかし、これらモニターは、水の体積が全流量の約20%ないし30% より小さい場合にのみ、充分に正確な含水率の計測を提供する。30%の精度上 限は、多くの生産井において観察される水準より非常に低い。例えば、1つの油 田の全液体産出量は水が99%であり得る。従って、含水率モニターには、低い 水分を有する油成分における含水率の決定が任せられる。全液体成分は30%の 精度上限を越える水分を有するので、含水率モニターは、ほとんどの場合、2相 分離器から出る原料中の水分を決定するためには用いることができない。 これまで油田製品は質量ではなく体積で販売されるので、コリオリに基く質量 流量を体積に変換することが必要である。従来のコリオリ流量計は、質量流量計 測の実施能力に加えて、様々な能力を有する。質量流量計はばね・質量系として 作用する振動管の原理で働くので、従来のコリオリ質量流量計の構造は、振動管 濃度計としても使用することができる。これらの密度値は、全質量流量計測値を 体積値へ変換するため用いられる。それにも拘わらず、体積計測は、全混成流と 関連する。 全混成流の中の油、ガスおよび水の各質量率を識別するためにコリオリ流量計 を使用することには、多くの困難が存在する。コリオリ質量流量計は、全質量流 量を決定して、全質量流量を混成流における各成分即ち各相に割当てるために用 いることができる。この計算法は、2相(例えば、油および水)の流れの質量分 布の決定に特に有効である。それにも拘わらず、この手法は、現在、体積流量お よび含水率の計算に使用される密度データを提供するためマニュアルで得たサン プルの研究室分析を必要とする。 米国特許第5,029,482号は、ガスおよび液体の各成分の既知の質量率 を有するガスおよび液体の混成流をコリオリ流量計に流すことにより得られる経 験的に得た相関関係を用いることを教示している。経験的に得た相関関係は、全 質量流量の直接的なコリオリ計測に基いて、未知のガスおよび液体の比率のガス および液体の混成流におけるガスの比率と液体の比率とを計算するため使用され る。 米国特許第4,773,257号は、油と水の全流量中の水分が 式(1) XW=(De−Do,T)/(Dw,T−Do,T) として計算されることを教示している。但し、XWは油と水の全混成流における 水の質量分、Deは計測温度Tにおける油と水の全混成流の密度、Do,Tは計測温 度Tにおける全混成流における純油成分の既知の密度、およびDw,Tは計測温度 Tにおける全混成流における水の既知の密度である。値Do,Tおよび値Dw,Tは、 式(2)および式(3)により温度の影響が補正される。 (2) Do,T=Do#*−Co(T−Tr) (3) Dw,T=Dw#*−Cw(T−Tr) 但し、Do#*は基準温度Tr(これまで、60°Fとして選定)における油の密 度、Dw#*は基準温度Trにおける水の密度、Coは油に対する熱膨張係数、Cw は水に対する熱膨張係数であり、残りの変数は先に定義されている。当業者は、 熱膨張係数CoおよびCw、ならびに温度に対する密度を補正する他の相関関係が 米国石油協会の出版物を含む種々の情報源から得られることを理解されよう。 全体積流量は、式(4)により計算される。 (4) Qe=Me/De 但し、Qeは、油と水の全混成流から得るコリオリに基く質量流量計測値であり 、残りの項は先に定義されている。 油の体積流量は、式(5)により計算される。 (5) Qo=Qe(1−XW) 但し、Qoは油の体積流量であり、残りの変数は先に定義されている。 水の体積流量は、式(6)により計算される。 (6) Qw=Qe#*Xw 但し、Qwは水の体積流量であり、残りの変数は先に定義されている。 体積流量値QoおよびQwは、例えば式(7)におけるように、計測温度におけ る密度を体積流量値に乗算し、基準温度における密度により除算することにより 、標準基準温度Trに補正することができる。 (7) Qo#*=Qo,T#*Do,T/Do#* 但し、Qoは標準基準温度Trにおける油の体積流量、Qo,Tは温度Tで計測され 式(5)により計算された油の体積流量であり、残りの変数は先に定義されてい る。 密度値Do,TおよびDw,Tは特定の生産井からマニュアルで得たサンプルから計 測されねばならないので、式(1)〜(7)の使用には重大な問題が存在する。 研究室での計測が存在しない場合は、混成流の直接計測ではコリオリ流量計が油 の密度および水の密度値を生成できないので、相調整された質量流量情報を油お よび水の体積へ変換することができないままである。サンプルが採取される状況 は、サンプルが大気圧に曝されているため、研究室の計測において誤差の発生源 となることが多い。大気圧への露呈により溶液からガスが除去され、結果として 得るサンプルは、前述の加圧サンプルと比較して、やや増加した密度を呈する。 更に、油田条件を模写する研究室計測条件を提供することはほぼ不可能である。 産出流体の密度値は、生産井の寿命と共にしばしば変化する。従って、産出流体 の周期的なサンプル採取が必要である。このゆえに、研究室の計測は、流体の採 取に適時性を欠く場合、固有の誤差を生じ勝ちであり、研究室においては生産ラ イン条件を模写し得ない。 個々の油成分から良好な直接的な密度計測を得ることはほとんど不可能である ので、コリオリ流量計から得る直接的な密度計測は体積計算において用いること ができない。油成分を水成分から分離するのに分離器が用いられても、分離され る油相は体積で約10%までの水を保有する。残留水は直接密度計測における誤 差を生じる。 坑井試験計測における体積の不正確さの別の発生源は、減圧下で解放される溶 解ガスに関係する。産出流体の圧力/体積/温度の挙動は、産出混合物から得ら れる分離された油およびガスの計測量にかなりの差異を生じ得る。減圧は、油相 からガスを解放する。加圧は、ガスを溶液中に押し戻す。従って、試験分離器の 条件は主産出物分離器の条件と近似することが望ましい。 坑井試験分離器内の圧力は、主産出物分離器における圧力とは異なり得る。2 相坑井分離器は、液体が分離器から排出される時に減圧下で流体からガスを解放 することにより産出流体をしばしば気化させる。分離された産出成分は最終的な 販売のために主産出物分離器で再合成されると一般に考えられているため、液体 が排出される間に試験分離器圧力を制御する努力はなされていない。減じられた ガス圧力が溶解ガスを油相から解放させるため、試験圧力を制御できないことは 、誤差のある体積計測をもたらす結果となる。従って、液体の体積が減少し、液 体はより大きな密度を呈する。 各成分に対する密度値を生じるため産出流のハンド・サンプル(hand s amples)の研究室計測を必要とすることなく、全産出流における各相即ち 成分に対する体積流量を計測することができるコリオリ形流量計に対する真の必 要が生じる。更に、体積試験計測の完全性を保持するため全計測サイクルにわた り販売ラインあるいは主産出物分離器の条件を用いる試験分離器システムに対す る必要が存在する。 解決法 本発明は、油成分およびガス成分の密度を決定するため産出流体のマニュアル ・ サンプリングあるいは研究室の分析を必要としない完全に自動化されたコリオリ 形坑井試験システムを提供することにより、先に概略を述べた諸問題を克服する 。更に、この試験システムは、減圧下の溶解ガスの解放から生じる体積計測誤差 を除去する。 本発明の坑井試験システムは、2つの動作モードを有する。この試験システム は、成分混合物、即ち油、ガスおよび水成分を含む坑口産出物から分離される各 成分の体積を計測するため、通常の坑井試験システムとして動作する。坑井試験 システムは、密度計測のため産出流体のハンド・サンプルを得る必要を避ける特 殊な密度決定モードをも有する。当該システムから得られる現場密度計測は、流 体がライン条件で計測されるので、研究室計測よりも更に正確である。 当該システムは、坑口産出物を受取り該混合物をその個々の成分へ分離する試 験分離器を含んでいる。試験分離器を1つの坑井の産出物で選択的に充填するた めに、弁マニフォールドが用いられる。この試験分離器は、重力が油、ガスおよ び水の諸相即ち諸成分をその混合物から分離する間これら成分の混合物を保持す るために用いられる。各成分の分離後に試験分離器から産出成分混合物の液体成 分を少なくとも部分的に排出するため、ダンプ弁が開かれる。油および水の各成 分が試験分離器から出る時に各成分の質量流量を計測するため、コリオリ流量計 (質量流量計および濃度計を含む)が用いられる。濃度計は、試験分離器内部の 分離された油成分の密度の読みを得るために用いられる。含水率モニターは、分 離された油相の含水率の読みを得るために用いられる。産出流中の油および水の 成分の体積流量を計算するため、流体密度、温度、質量流量および含水率の計測 が一緒に用いられる。かかる補正が、油の体積流量に対する更に正確な計算をも たらす。 望ましい実施の形態において、加圧ガス源を試験分離器に接続することにより 、体積試験誤差もまた最小化される。加圧ガス源は、分離器のダンプ弁が試験分 離器内からの液体の流出を許容している時でも、実質的に一定の分離器圧力を維 持するために用いられる。 当業者には、添付図面に関して以下の論述を読めば、他の顕著な特徴、目的お よび利点は明らかであろう。 図面の簡単な説明 図1は、本発明による自動坑井試験システムの概略レイアウトを示し、 図2は、図1のシステムの動作を制御するフロー図を示す。 望ましい実施の形態の詳細な記述 図1は、自動坑井試験システム20を示している。システム20の主要な構成 要素は、個々の坑井を選択的に流動させる際に用いられる弁マニフォールド22 と、試験分離器24と、試験分離器24からの産出成分の体積流量を計測する際 に用いられる流量計器排出ライン26と、試験分離器24内を一定圧力に維持す る際に用いられるガス・ブランケット・システム28と、自動化システム30と を含む。坑井試験システム20の個々の構成要素は、種々の商業的供給源から購 入され図1に示される形態に組立てられる。 弁マニフォールド22は、複数の弁、例えば、弁32を含んでいる。各弁は、 1つの産出坑井(図示せず)まで伸びる坑口供給ライン、例えば供給ライン34 と結合される。各弁は、試験分離器採集ライン38に伸びる試験分離器供給ライ ン、例えばライン36と結合される。各弁は、従来の主産出物分離器42まで伸 びる主産出物分離採集ライン40とも結合されている。弁32の如き弁は、試験 分離器採集ライン38および主産出物分離器採集ライン40に対するアクセスを 制御する、望ましくは3路の電子的に始動される空圧作動弁である。弁32は、 個々の坑井の産出物を主産出物分離器42あるいは試験分離器24のいずれかに 向かわせるため用いられる。かかる用途に用いられる特に望ましい3路弁は、M ATRYX MX200アクチュエータを備えたXomoxのTUFFLINE 037AX WCB/316坑井切換え弁である。弁は、対応する個々の坑井 から産出流体をそれぞれ受取るような形態を有することが望ましい。弁は、産出 流体を主産出物分離器採集ライン40へ選択的に転じさせることができ、主産出 物分離器42へ送るため流体は他の弁からの流体と組合わされる。試験分離器2 4へ送るため、産出流体をその関連する坑井から試験分離器採集ライン38へ向 けるように、1つの弁を選択することができる。 試験分離器24は、坑井試験圧力に耐える充分な強度の長円体外壁面44を持 つ周知の重力型坑井試験分離器である。試験分離器24には、自動化システム3 0に対して水48、水中油の乳濁液50および油52を含む全液体のレベルを表 示する際に用いられる電子的な液体レベル表示器46が設けられている。ガス5 4は、試験分離器24内部で全液体レベルより高く存在する。レベル表示器46 の形態例は、覗きガラスを持つフィッシャのモデル249B−2390アナログ 浮きシステム・レベル伝達器である。試験分離器24は、ゲージ圧力伝達器58 、例えばミネソタ州エデン・プレーリーのローズマウント製のモデル2088圧 力伝達器を含むことが望ましい通気管ガス排出ライン56に接続される。通気管 ガス排出ライン56もまた、ミネソタ州エデン・プレーリーのローズマウント製 のスマート渦流計モデル8800の如きガス流量計60、あるいはミネソタ州エ デン・プレーリーのローズマウント製のモデル3051の如きオリフィス差圧伝 達器を含むことが望ましい。電子的に制御されるガス流制御絞り弁62は、通気 管ガス排出ライン56内のガス流を制御する。弁62は、例えば、アイオア州マ ーシャル・タウンのフィッシャ製のモデルV2001066−ASCO弁として 購入することができる。ガス排出ライン56は、主産出物分離器42で終る。 流量計器排出ライン26は、試験分離器24における排出点64と接続してい る。流量計器排出ライン26は、この流量計器排出ライン26に流れる流体の含 水率を計量するため電気的な測定値を用いる含水率モニター66を含んでいる。 水および油は、含水率を計量するため電気的な測定値の使用を可能にする大きく 異なる誘電率を有する。このように、含水率モニター66は、含水率を計量する ためキャパシタンス、抵抗値あるいは他の測定値を用いることができる。他の市 販される装置は、含水率を検出するためマイクロ波放射の使用を含む。含水率モ ニター66の形態例は、ドレクセルブルックのモデルCM−2キャパシタンス・ モニターである。流量計器排出ライン26は、含水率モニター66から液体流量 計68まで伸びている。液体流量計68は、流量計器排出ライン26に流れる産 出物の質量流量、密度および流量計温度の測定値を得るコリオリ流量計(質量流 量計、濃度計および温度計を含む)を含むことが望ましい。液体流量計68の形 態例は、コロラド州ボールダーのマイクロモーションから入手可能なELITE モデルCMF300356NUおよびモデルCMF300H551NUを含む。 流量計器排出ライン26内部の流体温度を計測するため、温度センサ69が設け られている。温度センサ69の形態例は、ミネソタ州エデン・プレーリーのロー ズマウント製のモデル68センサである。サンプル・ポート70は、ライン26 内部の流体サンプルを得るために設けられる手動弁である。ポート70を介して ライン26から充分に混合されたサンプルが得られることを保証するため、イン ライン静的ミキサ71が用いられる。 ダンプ弁72は、電気的に制御され空圧作動することが望ましい。ダンプ弁7 2は、流量計器排出ライン26を介して試験分離器24を排出するため動作する ことができ、試験分離器24を弁マニフォールド22からの産出物で充填させる ため閉路することができる。ダンプ弁72の形態例は、フィッシャのレベル制御 弁モデルEZ−667−ASCO弁である。流量計器排出ライン26は、主産出 物分離器42で終る。 ガス・ブランケット・システム28は、産出施設を動作させるため用いられる 圧縮機からのガスあるいは加圧ガス源からの燃料ガスであり得る加圧ガス源74 を含んでいる。ガス源74もまた、主産出物分離器42であり得る。ガス源74 は、ガス・ブランケット弁80まで伸びるガス供給ライン76へ流入する。ガス ・ブランケット弁80の形態例は、フィッシャのモデル357−546である。 弁80は、必要に応じて、ガス供給ライン76の流れを絞ることにより試験分離 器24内部を一定圧力に維持するため働くことが望ましい。ガス供給ライン76 は、試験分離器24に対する上流流入点82で終る。 自動化システム30は、システム20の動作を制御するために用いられる。自 動化システム30は、データ取得およびプログラミング・ソフトウェアでプログ ラムされるコンピュータ84(例えば、IBM 486互換マシン)を含んでい る。このソフトウェアの望ましい形態は、フィッシャ・インダストリーズの子会 社であるインテルーションから入手可能なIntellutionソフトウェア DMACSである。このソフトウエアは、潜在的に危険である機械的故障を表示 する異常な坑井試験条件を示す警報を生成することができるところから、特に望 ましい。コンピュータ84は、このコンピュータ84がシステム20の遠隔構成 要素と対話することを許容する複数のドライバおよびインターフェースを含む遠 隔動作コントローラ86のプログラミングを制御する。遠隔動作コントローラ8 6の望ましい一形態は、フィッシャのモデルROC364である。コントローラ 86はまた、コンピュータ84からの制御命令の実行を容易にするようソフトウ ェアでプログラムされる。弁制御リード88、90、92、94は、弁の選択的 な制御のため、コントローラ86を対応する電子的動作弁32、80、72、6 2とそれそれ接続する。リード96は、コントローラ86を圧力伝達器58と接 続する。リード98は、コントローラ86をガス流量計60と接続する。リード 100は、コントローラ86を含水率計66と接続する。リード102は、コン トローラ86を伝達器104と接続し、この伝達器は更に、コントローラ86へ 情報を送るため液体レベル表示器46、液体流量計68および温度センサ69と 接続している。伝達器104の形態例は、コロラド州ボールダーのマイクロモー ションから入手可能なELITEモデルRFT9739である。 図2は、坑井試験システム20の動作を制御するプロセス制御概略図を示して いる。この図2のプロセスは、コンピュータ84またはコントローラ86におけ る制御ソフトウェアによって制御される。ステップP200は、流動試験分離器 24を介して坑井を流すように弁マニフォールド22を調整することによる選択 された坑井の試験、あるいは、試験が必要でない場合に主産出物分離器42へ全 ての産出物を流すことにより試験分離器24を迂回させることによる弁マニフォ ールドの使用を任意に含む通常の試験モードを示す。 ステップP200において、契約管理者は、式(5)により先に定義された如 き油の体積流量Qoと式(6)により定義された水の体積流量Qwとを正確かつ精 確に知る必要がある。これらの値の計算は、式(1)により定義されたXWの如 き水分の計算を必要とする。式(1)においては、所与の坑井の試験中、液体流 量計68のみが合成密度の読みDeを提供することができる。従って、式(1) は、Do,TおよびDw,Tを提供する研究室の計測に依存している。発明の背景の項 において先に示したように、研究室の条件が坑井試験システム20内の諸条件( 例えば、圧力、温度および溶解ガス含有量)に対応していないため、これらの研 究室の計測は時折正確さおよび精度を欠く。 本発明によれば、式(1)の値Do,TおよびDw,Tは、式(8)による値ρo,T およびρw,Tで置換される。 (8) XW=(De−ρo,T)/(ρw,T−ρo,T) 但し、ρo,Tは分離された油成分の残留水分を除く純油相の密度であり、ρw,Tは 純水相の密度であり、残りの変数は先に定義されている。式(8)の変数Do,T およびDw,Tは、例えば、スピゴット70を介してシステム20から除去された 後に流動実験において人手で得られるサンプルについて行われる研究室の計測に 由来するゆえに、変数ρo,Tおよびρw,Tは、式(1)の変数Do,TおよびDw,Tと 異なる。対照的に、変数ρo,Tおよびρw,Tは、坑井試験システム20内の材料に ついて液体流量計68が行うインライン計測に由来する。 ステップ201〜214に関する以下の論議は、ρo,Tおよびρw,Tのインライ ン計測値を得る方法について記述する。これらの値が重要なのは、式(1)〜( 7)のそれぞれが、式(8)の場合に式(1)について行ったようにDo,Tの代 わりにρo,Tを用い、Dw,Tの代わりにρw,Tを用いることによって、優れた(更 に正確な)計算をもたらすからである。かかる置換は、インライン密度計測がDo,T およびDw,Tの計算における誤差を生じ勝ちな研究室計測の必要を取除くゆえ に、計算において更なる精度をもたらす。対照的に、式(1)は、インライン条 件を時折反映できない誤差を生じ勝ちな研究室計測に依存する。 液体流量計68は、Do,TおよびDw,Tの代わりにρo,Tおよびρw,Tを用いるこ とにより、式(2)〜(8)による計算を行うようプログラムされることが望ま しい。これらの計算もまた、コンピュータ84またはコントローラ86によって 行うことができる。 変数ρo,Tおよびρw,Tは産出坑井の寿命にわたり変化するゆえに、これらの値 を周期的に更新することが必要である。従って、図2のプロセスは、ステップP 201で始まる密度決定モードを含んでいる。ステップP201において、コン ピュータ84は、コントローラ86をして弁マニフォールド22における弁の1 つ(例えば、弁32)を動作させる。この動作が、産出物の流れを選択された坑 井から弁を介して試験分離器24へと転じさせる。この弁は、当該坑井が既に試 験時に試験分離器24へ流れているならば、動作する必要はないが、実際の坑井 試験を実施する前に密度決定モードに入ることが通常は有利である。 ステップP202においては、コントローラ86はダンプ弁72を開いて、材 料が弁32から試験分離器24および流量計器排出ライン26を経て主産出物分 離器42へ流れることを許容する。コントローラ86は、液体流量計68を用い て、試験分離器採集ライン38、試験分離器24および液体流量計68の手前の 流量計器排出ライン26の部分を充填するのに充分な全液体体積を計測する。こ の体積は試験分離器24を通って流れるが、ダンプ弁72は開いたままであるた め試験分離器24を充填しない。弁32を流れない他の坑井からの液体が試験分 離器24から完全に除去されることを保証するため、この体積の倍数を任意に用 いることができる。かかる体積試験分離器の液体除去操作は、分離器の流体除去 時間に依存する従来の分離器除去サイクルに勝る大きな利点を提供する。時間に 依存する除去サイクルは、分離器が完全に排出されない結果を生じ得、結局は間 違った坑井からの流体について試験計測が行われる。体積的な排出は、正しい坑 井からの材料について試験計測が最終的に行われることを保証する。 ステップP204において、コントローラ86はダンプ弁72を閉じて、試験 分離器24を液体で充填する。同時に、試験分離器24内部の液体が充満レベル に達したことをコントローラ86に対して示す信号をレベル表示器46が与える まで、弁32は材料を試験分離器24へ流し続けることを許容される。この充満 レベルは、契約管理者によって決定されることが望ましく、コントローラ86ま たはコンピュータ84は各産出坑井に対して異なるレベルに試験分離器24を充 填するようにプログラムすることができる。各坑井に対して最適な充満レベルは 、現場における実験によって決定される。この充満レベルは、全液体レベルに基 くことが望ましいが、重り付き浮きがレベル表示器46において用いられるなら ば、油または水のレベルに基くようにすることもできる。試験分離器24内の材 料を実質的に一定圧力に維持するため必要なようにガス流制御絞り弁62をコン トローラ86により調整しながら、ガス流量計60は、充填プロセスの間に試験 分離器24から出てくるガスの体積流を計測する。ガス流量計60は、ガス排出 ライン56に流れるガスの体積を示す信号をコントローラ86に与える。 試験分離器24が充分に充満したことの信号をコントローラ86がレベル表示 器46から受取ると、コントローラ86は、弁32にその産出物を主産出物分離 器42へ転じさせる。コントローラ86はまた、ガス・ブランケット弁80とガ ス流制御絞り弁62とを閉じて試験分離器24内に材料を封止する。重力が試験 分離器24内の材料の油、ガスおよび水の各成分を分離する間に、試験分離器2 4内部の材料が沈降させられる。重力分離の待機期間は、現場における経験によ り知られる如き充分な時間、例えば30分に準拠され得る。システム20の初期 設置では、管理者はレベル表示器46の覗き窓から試験分離器24内部の分離を 観察することができる。分離に必要な時間は、プログラム制御データとしてコン ピュータ84へ与えられる。試験分離器24内部の材料は、異なる材料の重力に よる層化に充分な時間が許与される。かかる層化は、分離器が2相(ガスと全液 体)流を計測するようにのみ設計されているため、通常は、2相分離器内部で生 じる必要はない。 重力分離期間での試験分離器24内部の充満レベルは、分離器の内部容積の約 60%ないし約80%の範囲にわたることが望ましい。排出レベルは、分離器の 内部容積の約半分まで低下することが望ましい。試験分離器24に対する充満お よび排出のそれぞれのレベルは、各坑井ごとに異なることが望ましく、コンピュ ータ84へプログラムすることができる。例えば、付随ガスをほとんど含まず高 含水率と低産出率で産出する坑井は、分離器における産出油体積を最適化するよ うに高い充満レベルおよび低い排出レベルと関連付けられることが望ましい。比 較すると、高いガス/油比率および高い油体積率で産出する坑井は、低い充満レ ベルを持ち、かつ、油の下方の分離水相を除去するため非常に大きな排出量を必 要とすることなくガス相の分離を許容するように排出レベルまで極めて少量を排 出することが望ましい。 ステップP206において、試験分離器24内部の材料が充分に分離されたこ とをコントローラ86が判定した後に、コントローラ86はダンプ弁72を開い て試験分離器24内部の材料を流量計器排出ライン26を介して主産出物分離器 42内へ排出する。弁32と62とは閉じたままである。試験分離器24内部か ら排出される材料の量は比較的少なく、即ち分離器の全体積の約5パーセント( 100バーレルの分離器からは5バーレル)より小さく保持されることが望ま しい。以降のステップでは、このような少ない排出量は、坑井における日産量の 正確な坑井試験を得るため必要とされる如き試験分離器24の迅速な再充填を可 能にする。 ステップP208は、ライン26を通って排出する材料の計測値を得ることを 含む。コントローラ66は、ライン26を流れる液体の含水率を示す信号を含水 率計66から受取る。同様に、コントローラ86は、液体流量計68から質量流 量信号および密度信号を受取る。これら信号は、液体流量計68またはコンピュ ータ84のいずれかにおいて体積流量へ変換することができる。コントローラ8 6は、温度モニター69から温度信号を受取る。コントローラ86は、流量計器 排出ライン26へのガスの導入を避ける最小レベルまで液体成分が試験分離器2 4内から排出したことを示す信号を液体レベル表示器46から受取ると、ダンプ 弁72を閉じる。液体流量計68は、試験分離器24から流れる分離された材料 の密度を計測する。水の密度(ρw,T)は水層48から計測され、任意の成分の 中で最大密度を持つことになる。この計測は、水成分が実質的に油を含まないか ら、本質的に純水について行われる。水中油(oil−in−water)乳濁 液50は一般に密度計測において広範な変化を生じ、これらの値は無視される。 水中油乳濁液のスキッピング(skipping)もまた、水より小さいが油よ り大きい密度を特徴とする。水中油乳濁液50の密度計測値は無視される。油層 52は、最小の密度値を有する。油層52の密度計測値(ρt)は、典型的に約 10パーセントまでの水分を含むので、残留水分について補正されなければなら ない。 油の計測密度は、式(9)に従って水分について補正される。 (9) ρo,T= (ρt−ρw,TWC)/(1−WC) 但し、ρo,Tは温度Tにおける水分補正された油の密度、ρtは温度Tで液体流量 計68により計測される含水率油成分の全密度、ρwは温度Tにおいて分離水相 から液体流量計68により計測される如き水成分の密度、およびWCは試験分離 器24からの重力分離された油成分における水の体積分として表わされた油成分 の含水率である。WCは、含水率モニター66により計測される。分離された油 相における含水率は典型的に10%を越えないので、正確な含水率の読みを得る のに含水率モニター66が信頼し得ることが判る。値ρo,Tは式(8)において 用いられ、式(8)からのXW値は、体積量の計算を行うため式(2)〜(7) と組合わせて用いられる。 圧力における異常な変化に応答してガスが分離器の液体により解放されあるい は吸収されるため、過度に高いか低い圧力が体積の試験および密度の計測の誤差 を生じる結果となり得るので、ステップP208の期間に試験分離器24内を一 定圧力に維持することが望ましい。コントローラ86は、圧力伝達器58からの 信号を監視して、これら信号を用いて試験分離器24内部を実質的に一定の圧力 に維持する。コントローラ86は、ガス・ブランケット弁80を調整して、試験 分離器24内部からの液体の除去を補償する膨張ガス体積に付随する圧力低下を 補償するため必要とされる追加的なガスを供給する。試験分離器24内部の圧力 は、主産出物分離器42に対する値に等しいかあるいはこれより僅かに高い値に 維持されることが望ましい。僅かに高い圧力(例えば、+10psi)は、著し い体積誤差を生じることなく、排出ライン26を介して主産出物分離器42に流 入する液体の流れを容易にする。試験分離器24内部の圧力は、典型的に200 ないし1500psi±約20psiの範囲にわたるが、この圧力は状況の要求 する任意の圧力でよい。 ステップP210においては、コンピュータ84が、液体流量計68により計 測される油量が正確な読みを得るため充分な量であったかどうかを判定する。著 しい圧力の低下および増強の期間を有する産出坑井の定常状態流動特性を妨げな いように、非常に短い期間だけ弁32を閉じることが望ましい。従って、ステッ プP208において生じる試験分離器24の排出操作は、全産出量の1ないし3 バーレルという比較的少ない量に制限されることが望ましい。コントローラ86 は、試験が完了する前に、例えば100バーレルの産出量閾値を必要とすること が望ましい。体積計測は、坑井が実際に流れている期間にわたって行われる。坑 井試験流体の累計量が充分でなければ、制御はステップP212へ移り、計測に 充分な量の油が得られるまで充填および排出のサイクルを反復する。この場合、 液体レベル表示器46からの信号は、ステップP202およびP208が計測可 能な油量を得るため充分な回数反復されるまで、試験分離器24内部から油を排 出しない最小レベルへの水の排出を示すため受取られる。かかる処理の特徴は、 計測に充分な油量を得るためだけに管理者が特大の試験分離器を購入する必要を 回避する。計測に充分な量の油が得られると、ステップP210は制御をステッ プP214へ移す。 ステップP214は、制御をステップP201へ戻すことにより密度決定モー ドを終了する。このサイクルは、弁マニフォールド22に接続された全ての流動 中の坑井から密度の計測値が得られるまで反復されることが望ましい。あるいは また、ステップP214は、坑井試験の実施のためステップP200へ制御を戻 すことができる。 上記プロセスから得られる試験情報は、含水率データ、ガスの体積流量、油の 体積流量、水の体積流量、油の密度、水の密度、分離器温度、および分離器圧力 を含んでいる。コンピュータ84は、管理者へ伝送するためこれらの値を格納す る。あるいはまた、このデータは、コントローラ86と結合される無線機を介し て管理者へ送ることができる。当該システムは、有利なことに、生産施設に出向 くポンプ作業者によりマニュアルで得ることができるよりも頻繁かつ正確な坑井 試験を可能にする。液体流量計68としてコリオリ流量計(質量流量計および濃 度計を含む)を使用することが、その固有の精度および信頼度のゆえに特に望ま しい。 先に列記した各材料に対して多くの商業的供給元があることが理解されよう。 例えば、弁32の如き電子的に動作する3路弁、モニター66の如き含水率モニ ター、およびレベル表示器46の如き流体レベル表示器について幾つかの潜在的 な供給元が存在する。当業者は代替的な供給元から実質的に相当する器具を容易 に見出し置換することができるので、出願人が特定の望ましい商業的供給元を指 定した事実は、本発明の実施をこれらの供給元のみから得られる品目に限定する ものではない。更に、試験分離器24は、複数の内部浮きおよび各相を排出する ための排出ポートを備える従来の3相分離器でよい。この場合、各排出ラインに 対して別個の液体流量計68が必要となる。このような用途では、用語「油」は ガス坑井からの凝縮物を含む。坑井が油、水およびガスを産出することは必要と せず、坑口産出物の混合物が複数のこのような異なる相を含むことのみが必要で ある。 当業者は、本文に述べた望ましい実施の形態が発明の範囲および趣旨から逸脱 することなく明瞭な修正を受け得るることを理解されよう。従って、発明者は発 明における全権益を保護するために均等論に拠る完全な意図を宣言するものであ る。

【手続補正書】 【提出日】平成11年7月9日(1999.7.9) 【補正内容】 (1)明細書第17ページ第22行〜第18ページ第5行の「当業者は・・・す るものである。」の記載を下記のとおりに補正する。 記 当業者は代替的な供給元から実質的に相当する器具を容易に見出し置換すること ができるから、出願人が特定の望ましい商業的供給元を指定した事実は、本発明 の実施をこれらの供給元から得られる品目のみに限定するものではない。更に、 試験分離器24は、内部浮きおよび各相を排出するための複数の排出ポートを備 える従来の3相分離器でよい。この場合、各排出ラインに対して別個の液体流量 計68が必要となる。このような用途では、用語「油」はガス坑井からの凝縮物 を含む。坑井が油、水およびガスを産出することは必要とせず、坑口産出物の混 合物が複数のこのような異なる相を含むことのみが必要である。 (2)図1を添付の図面と差し替える。 (3)特許請求の範囲を下記のとおりに補正する。 記 1.坑口産出物を形成する成分混合物から分離される各成分(48、50、52 、54)の量を決定する自動坑井試験システム(20)であって、 坑口産出物成分混合物の受取りに応答して該混合物をその各成分に分離する手 段(24)と、 前記分離手段が前記坑口産出物成分混合物をその各成分(48、50、52、 54)に分離することを許容する充満レベルまで前記分離手段を前記産出物成分 混合物で充填し、前記分離手段からの前記産出物成分混合物の油成分(52)と 水成分(48)とを含む液体成分(48、50、52)を排出レベルまで排出す る手段(46)と、 を含む自動坑井試験システムにおいて、 前記排出する手段が前記分離する手段からの前記液体成分を前記排出レベルに 達するように排出する時、前記油成分と前記水成分のそれぞれの流体密度値と質 量流量値とを計測する手段(68)と、 補正された油成分流体密度値を提供するため、前記油成分の前記計測された流 体密度値を前記油成分中の含水率について調整することにより、前記油成分の前 記計 測された流体密度値を補正するための手段であって、前記水成分の前記流体密度 値を使用して前記油成分の前記計測された流体密度値を補正する手段(84、1 04、106)と、 前記補正された油成分流体密度値を用いて前記油成分に関する体積流量を計算 する手段(84、104、106)と を特徴とする自動坑井試験システム。 2.前記計測する手段が、前記質量流量値と前記流体密度値とを提供するため質 量流量計および濃度計(68)を含む請求項1記載のシステム。 3.前記排出する手段が、前記分離器と前記制御手段とに接続された電子的に動 作可能なダンプ弁(72)を含む請求項1記載のシステム。 4.前記充填する手段が、前記分離器と前記制御手段とに接続されて、前記分離 器内部の前記流体レベルを前記制御手段に対して表示する流体レベル表示器(4 6)を含む請求項3記載のシステム。 5.前記充填する手段が、坑口産出流体の供給源と前記分離する手段とに結合さ れた電子的に動作可能な弁(32)を含む請求項1記載のシステム。 6.前記計測する手段が、コリオリ質量流量計(68)と濃度計(68)と含水 率モニター(66)とを含む請求項1記載のシステム。 7.前記充填する手段と前記排出する手段とが、前記の予め定めた充満レベルに 達するように前記坑口産出物混合物を追加し前記分離手段から前記液体成分を排 出することにより、前記分離手段を反復的に充填する手段(84、72)を含む 請求項1記載のシステム。 8.坑口産出物を形成する成分混合物から分離される各成分の量および密度を計 測するため自動坑井試験システムを動作する方法であって、 水成分(48)と油成分(52)とを含む前記坑口産出物混合物(48、50 、52、54)の前記分離手段による分離のため、充満レベルまで該産出物混合 物で試験システム(20)を充填するステップ(P204)と、 前記分離手段からの前記産出物混台物の液体成分(48、50、52)を排出 レ ベルまで排出するステップ(P206)と を含む方法において、 前記排出する手段が前記分離手段からの前記液体成分を前記排出レベルに達す るように排出した後、前記液体成分の流体密度値と質量流量と含水率値とをそれ ぞれ計測するステップ(P208)と、 補正された油成分の流体密度値を提供するため、前記油成分について計測され た前記液体濃度値を、前記油成分の含水率について前記流体密度値を調整するこ とにより該流体密度値を補正するステップ(P210)と、 前記補正された油成分の流体密度値と前記質量流量とを用いて、前記油成分に 関する体積流量を計算するステップ(P200)と を特徴とする方法。 9.前記油成分について計測された前記流体密度値を補正するステップが、 式 ρo,T=(ρt−ρw'TWC)/(1−WC) を用い、 ρoは温度Tにおける前記補正された油成分の流体密度値、ρtは温度Tにおい て前記濃度計により計測される如き残留水分を含む分離された油成分の全密度、 ρw,Tは分離された水相について前記濃度計におり計測される如き水分の密度、 およびWCは分離された油成分における体積の水分として表わされる残留水を含 む分離された油成分の含水率である 請求項8記載の方法。 10.前記排出するステップが、前記液体成分が前記分離器から排出されている 時に前記産出物のフラッシングを防止するため前記分離器内の産出物に対して加 圧ガス・ブランケット(28)を設けることを特徴とする請求項8記載の自動坑 井試験システムを動作する方法。 11.前記排出する手段が前記分離手段を前記排出レベルまで排出した後に、前 記坑口産出物混合物で前記分離手段を前記充満レベルまで再充填し、前記計測す るステップを生起させるため、充分な量の前記油成分が得られるまで前記排出す るステ ップを反復するステップ(P212)を含む請求項10記載の方法。 【図1】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G B,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP ,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU,LV, MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK ,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.坑口産出物を形成する成分混合物から分離される各成分(48、50、52 、54)の量を決定する自動坑井試験システム(20)であって、 坑口産出物成分混合物の受取りに応答して該混合物をその各成分に分離する手 段(24)と、 前記分離手段が前記坑口産出物成分混合物をその各成分(48、50、52、 54)に分離することを許容する充満レベルまで前記分離手段を前記産出物成分 混合物で充填し、前記分離手段からの前記産出物成分混合物の油成分(52)と 水成分(48)とを含む液体成分(48、50、52)を排出レベルまで排出す る手段(46)と、 を含む自動坑井試験システムにおいて、 前記排出手段が前記分離手段からの前記液体成分を前記排出レベルに達するよ うに排出する時、前記油成分と前記水成分のそれぞれの流体密度値と質量流量値 とを計測する手段(68)と、 補正された油成分流体密度値を提供するため、前記油成分の前記計測された流 体密度値を前記油成分中の含水率について調整することにより、前記油成分の前 記計測された流体密度値を補正するための手段であって、前記水成分の前記流体 密度値を使用して前記油成分の前記計測された流体密度値を補正する手段(84 、104、106)と、 前記補正された油成分流体密度値を用いて前記油成分に関する体積流量を計算 する手段(84、104、106)と を特徴とする自動坑井試験システム。 2.前記計測手段が、前記質量流量値と前記流体密度値とを提供するため質量流 量計および濃度計(68)を含む請求項1記載のシステム。 5.前記排出手段が、前記分離手段と前記制御手段とに接続された電子的に動作 可能なダンプ弁(72)を含む請求項1記載のシステム。 6.前記充填手段が、前記分離手段と前記制御手段とに接続されて、前記分離手 段内部の前記流体レベルを前記制御手段に対して表示する流体レベル表示器(4 6)を含む請求項5記載のシステム。 7.前記充填手段が、坑口産出流体の供給源と前記分離手段とに結合された電子 的に動作可能な弁(32)を含む請求項1記載のシステム。 8.前記計測手段が、コリオリ質量流量計(68)と濃度計(68)と含水率モ ニター(66)とを含む請求項1記載のシステム。 11.前記充填手段と前記排出手段とが、前記の予め定めた充満レベルに達する ように前記坑口産出物混合物を追加し、前記分離手段から前記液体成分を排出す ることにより、前記分離手段を反復的に充填する手段(84、72)を含む請求 項1記載のシステム。 12.坑口産出物を形成する成分混合物から分離される各成分の量および密度を 計測するため自動坑井試験システムを動作する方法であって、 水成分(48)と油成分(52)とを含む前記坑口産出物混合物(48、50 、52、54)の前記分離手段による分離のための充満レベルまで、該産出物混 合物で試験システム(20)を充填するステップ(P204)と、 前記分離手段からの前記産出物混合物の液体成分(48、50、52)を排出 レベルまで排出するステップ(P206)と を含む方法において、 前記排出手段が前記分離手段からの前記液体成分を前記排出レベルに達するよ うに排出した後、前記液体成分の流体密度値と質量流量と含水率値とをそれぞれ 計測するステップ(P208)と、 補正された油成分の流体密度値を提供するため、前記油成分について計測され た前記液体濃度値を、前記油成分の含水率について前記流体密度値を調整するこ とにより補正するステップ(P210)と、 前記補正された油成分の流体密度値と前記質量流量とを用いて、前記油成分に 関する体積流量を計算するステップ(P200)と を特徴とする方法。 13.前記油成分について計測された前記流体密度値を補正するステップが、 式ρo,T=(ρt−ρw,TWC)/(1−WC) を用い、 ρoは温度Tにおける前記補正された油成分の流体密度値、ρtは温度Tにおい て前記濃度計により計測される如き残留水分を含む分離された油成分の全密度、 ρw,Tは分離された水相について前記濃度計により計測された如き水分の密度、 およびWCは分離された油成分における水の体積分として表わされる残留水を含 む分離油成分の含水率である 請求項12記載の方法。 14.前記排出するステップが、前記液体成分が前記分離手段から排出されてい る時、前記産出物のフラッシングを防止するため前記分離手段内の産出物に対し て加圧ガス・ブランケット(28)を設けることを特徴とする請求項12記載の 自動坑井試験システムを動作する方法。 15.前記排出手段が前記分離手段を前記排出レベルまで排出した後に、前記坑 口産出物混合物で前記分離手段を前記充満レベルまで再充填し、前記計測するス テップを生起させるため、充分な量の前記油成分が得られるまで前記排出するス テップを反復するステップ(P212)を含む請求項14記載の方法。
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