NO160884B - Stroemningsregulator for bruk i et system for hoeytrykksinjisering av en viskoes skjaerfoelsom vaeske med en valgt stroemningsmengde mot et varierbart bergtrykk i en underjordisk formasjon. - Google Patents

Abstract

Det vises og beskrives utførelseseksempler av en strømningshastighetsregulator for skjær-følsomme væsker. Reguleringen oppnås ved direkte strømningsstyring av en separat kontrollvæske (4). Regulatoren har to fortrengningskammere (8 og 12) med en respektiv sperre(36, 40} anordnet i hvert kammer. Disse sperrene avgrenser kammeravdelinger hvor kontrollvæsken (4) befinner seg, og disse kammeravdelinger er forbundne med hverandre ved hjelp av en ledning (16, 20) med en innlagt ventil (32). Kammerrommene på de respektive sperr.esider står gjennom ledninger (52, 56) i forbindelse med en ventil (60) som også er forbindelse med en tilførselsledning (64) for den væske som skal reguleres, samt har forbindelse med entømme-ledning (68) for den væske som skal reguleres eller kontrolleres.Ved bruk av regulatoren føres den trykksatte væske som skal kontrolleres inn i kammeret (8) gjennom ledningen (52). Sperren (36) vil da overføre trykket til kontrollvæsken (4). I ventilen (32) skjer det et trykkfall og det reduserte trykk overføres via sperren (40) i kammeret (12) til den væske (72) som befinner seg på den andre siden av sperren. Denne væske (72), som er den væske som skal reguleres eller kontrolleres, tømmes ut gjennom tømmerøret (68) via ventilen(60). I regulatoren er det således bare kontrollvæsken som utsettes for skjærpåkjenninger i ventilen (32). Ved omstilling av ventilen(60) oppnås en tilnærmet kontinuerlig strøm av den trykksatte væske(72). I tilknytning til regulatoren kan det benyttes utstyr for telling og måling av sperrenes forskyvningsbevegelser, slik at man derved kan få en indikasjon på strømningsmengde og strømningshastighet for den regulerte væske som levert gjennom tømmerøret (68).Sperrene kan ha ulike utførelser og istedenfor kuler (36, 40) kan det eksempelvis benyttes belger, blærer eller stempler. ** # f

Description

Oppfinnelsen vedrører en strømningsregulator for bruk i et system for høytrykksinjisering av en viskøs skjærfølsom væske med en valgt strømningsmengde mot et varierbart bergtrykk i en underjordisk formasjon.

Polymerere løsninger er antagelig de mest vanlig<1> brukte skjærfølsomme væsker. Noen væsker så som polyakrylamid - løsninger, som benyttes ved supplementerende oljeutvinningsoperasjoner, er meget følsomme overfor skjærkraftpåvirk-ninger. Mange andre væsker er også utsatt for ødeleggelser ved skjærkraftpåvirkning, f.eks. CMC (karboksymetyl-cellulose)- løsninger som benyttes ved oljebrønnboringer, HEC (hydrooksyetyl-cellulose) i næringsmiddelindustrien, lateks-polymerer som benyttes for fremstilling av malinger, løsning-er av biopolymerer så som guargummi og polysakkarider som benyttes i supplementær oljeutvinning, visse smøreoljer, og noen lotions og salver som benyttes i kosmetikk.

Skjærfølsomme polymerløsninger benyttes ofte i kjemiske pro-sesser og i ulike faser ved oljeproduksjon for tilveiebring-else av en væske med ønskede høye viskositetsegenskaper. Eksempelvis blir en polymerløsning så som polyakrylamid sprøy-tet inn i brønner ved visse typer sekundær og tertiær utvinn-ing av olje. Innsprøytningen skjer for å forskyve olje som er fanget opp i den nærliggende geologiske formasjon. Høyviskøse polymerløsninger har en tendens til strømning på en kohesiv måte, dvs. at den polymere løsning har en tendens til jevn volumstrømming gjennom den geologiske formasjon, slik at det ikke skjer noen separat og uavhengig kanalisering av den polymere løsning gjennom den geologiske formasjon. Som følge herav vil fylling med høyviskøse polymere fluider ofte benyttes for å påskynde oljeutvinningen ved fortrengning av en i hovedsaken større mengde innesperret olje enn den som ellers fortrenges under utnyttelse av en væske med en relativ lav viskositet.

For tiden pumpes polymere løsninger ned i brønnen ved hjelp av en eller flere store pumper med positiv fortrengning. Tilfør-selstrykket ved hver brønn kan være sa høyt som 175 kp/cm 2, mens det ønskede strømningstrykk i brønnen kan være så lavt som 0 kp/cm (overtrykk), avhengig av formasjonstrykket og den ønskede strømningshastighet for den polymere løsning. Dersom den polymere løsning er skjærfølsom, vil det være nødvendig med adekvate- midler for strømningshastighetregu-lering med et stort trykkfall og uten viskositet-degradering av væsken. Det er også ønskelig å ha adekvate midler for strømningshastighetsmåling ved eller nær hver brønn.

Skjærkraftspenninger skyldes en høytrykk-gradient som kan virke på en væske i vanlige strømningsregulatorer eller-målere. Skjærkraftspenninger ødelegger skjærfølsomme poly-merløsninger som følge av et fenomen som betegnes som fysisk degradering. En signifikant fysisk eller skjærdegradering vil skje i slike væsker ved en hvilken som helst vesentlig trykk-reduksjon gjennom en vanlig strømningsregulator. Trykkfallet over en ventil eller en strømningsregulator, som her anses å

gi et vesentlig eller signifikant trykkdifferensial, vil variere avhengig av komposisjonen til den skjærfølsomme væske, strømningshastigheten gjennom, ventilen, og andre variabler-For de fleste skjærfølsomme væsker vil et trykkdifferensial

på rundt 1,7 kp/cm over en reguleringsventil eller et måle-organ være et vesentlig trykkfall som vil resultere i en signifikant degradering av væsken. Et trykkdifferensial på rundt 1,7 kp/cm betraktes således som et vesentlig trykkdifferensial med hensyn til de skjærfølsomme væsker det her er tale om.

Fysisk degradering av skjærfølsomme polymere løsninger som benyttes ved sekundær og tertiær oljeutvinning er meget uønsket fordi den vanligvis gir en drastisk senkning av den polymere løsnings viskositet.Som nevnt foran bør et egnet utvinningsmiddel for sekundær og tertiær oljeutvinning ha en høy viskositet. Viskositettapet for polymere løsninger ved bruk av vanlige strømningsregulatorer og- turbinmålere er imidlertid ofte så stort at den polymere løsnings virkning som utvinningsmiddel reduseres eller til og med går tapt.

Eksempelvis ble det gjennomført en strupeventil-skjærprøve under utnyttelse av en.vanlig dyse- strupeventil og en 800-ppm-konsentrasjon polyakrylamid-polymerløsning. Trykket i løsningen på strupeventilens høytrykkside ble holdt på ca.

160 kp/cm og løsningens strømningshastighet ble variert ved innstilling av strupeventilen. Ca. 50% av løsningens viskositet gikk permanent tapt når løsningen ble utsatt for et trykkfall på 42 kp/cm 2 over strupeventilen.

Skjærdegraderingen medfører at vanlige midler for regulering av strømningshastigheter med høyt trykkfall, så som vanlige dyse- strupeventiler eller strømningshastighetsregu-latorer (som holder konstant strøm med variabelt trykkfall over ventilen), og vanlige midler for måling av strømnings-hastighet, så som turbinmålere som kobles rett inn i ledningen, er utilfredsstillende for bruk i forbindelse med polymere løsninger hvis anvendelse krever høy viskositet. De nevnte midler er klart utilfredsstillende for bruk ved brønn-hoder under sekundære og tertiære oljeutvinningsoperasjoner. Grunnen til dette er at de kan gi vesentlige skjærspenninger i de polymere løsninger.

Det har vært foreslått å benytte en polymer løsning som har en polymer konsentrasjon høy nok til å kompensere for visko-sitetstapet ved bruk av vanlige strømningshastighetsregula-torer. Imidlertid vil et trykkfall som nevnt foran, på 42 kp/ cm 2 , kreve ca. 30% mer polymer for å holde løsningen på • 60 cp istedenfor på 30 cp. Slike tiltak er derfor dyre og uønskede.

Det foreligger således et klart behov for en innretning og en fremgangsmåte hvormed det kan oppnås en vesentlig reduksjon av trykket i en væske under regulering og måling av strømnings-hastigheten, uten at væsken derved underkastes signifikante skjærspenninger. Av ulike grunner har de tidligere forslag om slike innretninger vist seg å være inadekvate og/eller meget dyre.

Noen av de tidligere kjente strømningregulatorer som har

vært utviklet for å unngå skader på polymere løsninger, er uhåndterlige og krever demontering av rørledningen eller utbytting av komponenter for innstilling av strømningshastig-heten.

En slik kjent innretning benytter flere kobberrørviklinger. Kobberrør i ulike lengder og med ulike innvendige diametere tilformes som viklinger. Disse viklinger seriekobles med strøm-ningsledningen mellom pumpen og brønnhodet, slik at den polymere løsning må gå gjennom viklingene. Når den polymere løs-ning går gjennom viklingene vil den underkastes et trykkfall med en lav gradient, og man unngår derved høye skjærspenninger som ellers ville kunne ødelegge løsningen.

Kobberrør-anordningen er imidlertid dyr. Dessuten kan trykk-dif fer ensialet og strømningshastigheten gjennom viklingene bare reguleres ved å variere kobberrørene lengder og innvendige diametere, og dette skjer ved at man bytter ut viklingene. Riktig dimensjonering av viklingen vil være avhengig av andre variabler, så som løsningstrykk på oppstrømssiden og nedstrøms-siden av viklingene og løsningens viskositet. Utbytting av viklingene er naturligvis uhensiktsmessig og tidskrevende. Dessuten bryter man derved nødvendigvis også løsningsstrømmen til brønnhodet, med tilhørende vesentlig forsinkelser av ut-vinningsoperasjonen, særlig ved gjentatte utbyttinger av viklinger når de foran nevnte variabler oppviser signifikante fluktuasjoner.

En annen reguleringsanordning for polymere løsninger benytter et røravsnitt som er pakket med sfæriske glasskuler som vil gi et lavgradient-trykkfall når løsningen strømmer forbi glass-kulene. I tillegg til det problem som består i at det er nød-vendig med gjentatte utbyttinger som følge av strømningshastig-hetens avhengighet av oppstrømtrykk, nedstrømtrykk og løsning-ens viskositet, kommer ved denne anordning dessuten det problem at dimensjonering av anordningen må bestemmes eksperimen-telt, hvilket betyr en ytterligere forsinkelse av utvinnings-operasjonen.

En mer fullstendig beskrivelse av de overfor nevnte kjente innretninger kan man finne i : "Operational Problems in North Burbank Unit Surfactant/ Polymer Project", Journal of Petroleum Technology, (Jan., 1980), sidene 11-17, "Micellar-Polymer Injection System Has Spesial Features", The Oil and Gas Journal, (Oet.3, 1977), sidene 79-85, og i SPE/DOE 9826, "Polymer Aug-mented Waterflooding at the West Yellow Creek Field:

Recavery and Cost Experience".

De kjente strømningshastighetsregulatorer for polymere løs-ninger kan ikke avføle og registrere strømningshastighetene til de polymere løsninger. De idag forekommende sekundære og tertiære oljeutvinningsoperasjoner krever derfor ekstra måleinnretninger som ikke i vesentlig grad skader de skjærfølsomme polymere løsninger.

Med oppfinnelsen tar man sikte på å fjerne de ulemper som hefter ved den hittil anvendte teknikk. Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en strømningsregulator som nevnt innled-ningsvis, kjennetegnet ved de trekk som er angitt i det selv-stendige krav's karakteristikk. Med en slik strømningsregu-lator oppnås det mulighet for regulering og måling av strøm-ningshastigheten til en væske med et vesentlig trykkfall, uten at dette vil gi årsak til signifikante skjærspenninger i væsken. Regulatoren kan altså arbeide med et vesentlig trykkdifferensial uten at væsken utsettes for signifikante skjærspenninger .

Innretningen gir mulighet for nøyaktig måling av væske-strømmen uten å utsette den for signifikante skjærspenninger, og hastigheten til væsken kan også reguleres på

en skjærkraftfri måte.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det etterfølgende

under henvisning til tegningene, hvor:

fig. 1 skjematisk viser en foretrukken utførelsesform

av en regulator ifølge oppfinnelsen,

fig. IA viser et snitt etter linjen IA-IA i fig. 1,

fig. 2 viser en skjematisk utførelse av en regulator ifølge oppfinnelsen, hvor det brukes belger som væskesperrer,

fig. 3 en skjematisk utførelse av nok en regulator ifølge oppfinnelsen, hvor det brukes fleksible blærer som væskesperrer,

fig. 4 viser nok en skjematisk utførelsesform av oppfinnelsen, hvor det benyttes stempler som væskesperrer,

fig. 5 viser nok en skjematisk utførelse ifølge oppfinnelsen, med utstyr for automatisk regulering og måling, og

fig. 6 viser skjematisk en mulig anvendelse av oppfinnelsen

i forbindelse med sekundær eller tertiær oljeutvinning.

I fig. 1 er væsken 4 en kontrollvæske så som vann, hydraulisk olje el.lign. ikke komprimerbar væske. Kontrollvæsken bør være ikke- korrosiv og kompatibel med tetninger og sperrer den får kontakt med. Det foretrekkes også at væsken er skjærkraft-stabil og har en relativ lav viskositet.

I fig. 1 er væsken 4 anordnet inne i en kontrolledning som består av de sylindriske fortrengningskammere 8 og 12 samt røret 16, ventilen 32 og røret 20. Røret 16 er tilknyttet kammeret 8 ved kammerenden 24, og røret 20 er tilknyttet kammeret 12 ved kammerenden 28. Rørene 16 og 20 står i forbindelse med hverandre gjennom ventilen 32. Væsken 4 kan derfor strømme ut av kammeret 8 ved kammerenden 24, og gå gjennom røret 16, ventilen 32 og røret 20 og inn i kammeret 12

ved kammerenden 28.

Ventilen 32 er fortrinnsvis en vanlig strømningshastighets-regulator som kan opprettholde en konstant strømningshastig-het med variable trykkdifferensialer over ventilen, men an-

dre midler som kan benyttes for regulering av strømningshast-igheten til kontrollvæsken kan naturligvis benyttes. Eksempelvis kan det benyttes en dyseplate, ulike typer manuelt inn-stillbare strupeventiler og lign.

Kulene 36 og 40 virker som bevegelige sperrer for væsken 4.

I fig. 1 er fortrengningskammerne 8 og 12 sylindriske og hvert av dem har en i hovedsaken konstant innerdiameter som er til-passet et glidesamvirke med de respektive kuler 36 og 40. Klaringen mellom kulen 36 og.kammeret 8 og klaringen mellom kulen 40 og kammeret 12 dimensjoneres slik at det blir en tett omkretskontakt mellom kuler og de hosliggende inner-vegger i de respektive kammere, slik at en signifikant væske-lekkasje forbi kulene hindres, samtidig som kulene tillates å gli i kammerne 8 og 12.

Selv om de bevegelige sperrer i fig. 1 er reelle kuler så kan det også benyttes sfæroidale legemer. Slike sfæroider kan fordelaktig fremstilles av et materiale så som VITON (varemerke) som er en syntetisk gummi utviklet av en kombinasjon av vinyl-idinfluorid og hexafluoropropylen, fremstilt av E.I. DuPont De-Nemours & Co., men mange egnede naturlige og syntetiske mate-rialer kan benyttes for disse sfæriske legemer. Egnede mate-rialer er deformerbare og elastiske slik at sfæroidene kan gi en bedre avtetting i de respektive fortrengningskammere.

Utførelsen i fig. 1 innbefatter videre en strømningsstyre-anordning som kan veksle mellom en første stilling, i hvilken et trykksatt fluidum føres inn gjennom kammerets 8 ende 44, med samtidig fluidumutstrømning gjennom enden 48 i kammeret 12, og en andre stilling hvori et trykksatt fluidum føres inn i kammerets 12 ende 48, med samtidig utstrømming av fluidum fra kammerets 8 ende 44. Strømningsstyreanordningen innbefatter et rør 52 som står i forbindelse med en ventil 60 og med kammerets 8 ende 44, et rør 56 som står i forbindelse med ventilen 60 og kammerets 12 ende 48, et tilførselsrør 64 som står i forbindelse med en trykkvæskekilde og med ventilen 60 og en tømmeledning 68 som går ut fra ventilen 60. Andre konvensjonelle utførelser av strømningsstyreanordninger som kan omstilles er kjent og kan også benyttes. En foretrukken ut-førelse av ventilen 60 er en vanlig 4-veis ventil som er vist i en av sine to driftsstillinger i fig. 1. I den viste stilling vil trykkfluidum gå gjennom ventilen fra tilførselsled-ningen 64 og inn i røret 52 og videre inn i kammeret 8. Trykk-fluidet er betegnet med 72. Samtidig vil en væskemengde i kammeret 12 gå ut gjennom ventilen 60 og ut til tømming gjennom tømmerøret 68. I den andre driftsstillingen vil ventilen 60 styre trykkfluidum fra ledningen 64 inn i røret 56, samtidig som fluidum tillates å strømme fra røret 52 og ut i tømme-røret 68. Ventilen 60 kan styres manuelt eller automatisk, ved hjelp av hydrauliske, -pneumatiske, elektriske eller andre ak-tuatorer.

Utførelsen i fig. 1 er beregnet for strømningshastighetsregu-lering under forhold som kan gi relativt store fluidumtrykk-fall, utep at dette utsetter det regulerte fluidum for signifikante skjærspenninger. Høytrykksvæsken 72 innføres i kammeret 8 gjennom røret 52. Trykket til væsken 72 presser kulen 36 mot væsken 4 i kammeret 8, slik at væsken 4 i kammeret 8 og i røret 16 trykksettes slik at den får omtrent samme trykk som væsken 72. Kulen 36 kan gli fra sin utgangsstilling 37

i kammeret 8 og tjener under dette som en sperre som skiller væsken 72 fra væsken 4. Ventilen 32 benyttes for styring av væskestrømmen 4 (som virker som kontrollvæske) inn i kammeret 12 gjennom røret 20.

Som tidligere nevnt benyttes konvensjonelle strømningshastig-hetregulatorer ofte under forhold som gir et relativt stort og plutselig trykkfall i fluidumstrømmen, og et slikt trykkfall, som ofte kalles for en høytrykksgradient, vil utsette fluidet for vesentlige skjærspenninger. Væsken 4 i fig. 1 ei-det eneste fluidum i regulatoren ifølge oppfinnelsen som direkte påvirkes av ventilen 32, og det er derfor bare væsken 4 som utsettes for en høytrykksgradient eller skjærkraftpåvirkning.

Trykket til væsken 4 i fortrengningskammeret 12, hvilket trykk kan være vesentlig lavere enn trykket til væsken i kammeret 8,

virker på kulen 40 og presser denne mot lavtrykk-væsken 72, som kan gå ut gjennom tømmerøret 68. Væsken 72 i kammeret 12 trykksettes til i hovedsaken samme trykk som fluidet 4 i kammeret 12. Kulen 4 kan gli i kammeret 12 og virker som et skilleorgan mellom væsken 4 og væsken 72, slik at væsken 72 vil strømme ut av kammerets 12 ende 48, gjennom ledningen 56, ventilen 60 og ut i tømmerøret 68.

Væsken 72 i fig. 1 representerer volumer av væske som innføres

i fortrengningskammerne 8 og 12 fra tilførselsledningen 64, og denne væske benevnes derfor også som den kontrollerte væske. Man vil merke seg at væsken 72 vil gå ut gjennom tømmerøret 68 med i hovedsaken samme strømningshastighet som væsken 4 har i fra kammeret 8 til kammeret 12. Derfor vil strømningshastig-heten til væsken 4 bestemme eller styre strømningshastigheten til væsken 72 gjennom tømmerøret 68. Samtidig er det bare væsken 4 som direkte styres av ventilen 32, slik at altså den kon-

trollerte væske 72 ikke utsettes for skærspenninger i ventilen 32.

Når kontrollvæsken 4 strømmer fra kammeret 8 inn i kammeret

12 vil kulene 36 og 40 bevege seg fra sine respektive ut-gangsstillinger 36 og 39 og til de respektive stillinger 76 henholdsvis 80. Disse stillinger er vist med stiplede linjer i henholdsvis kammeret 8 og kammeret 12. På dette tidspunkt vil ventilen 60 vanligvis bringes til sin andre stilling, i hvilken tilførselsledningen 64 får forbindelse med røret 56 mens røret 52 får forbindelse med tømmerøret 68. Trykkvæsken fra tilførselsledningen 64 kan da føres inn i kammeret 12, og væske 4 bringes da til å strømme ut ved kammerets 8 ende 24, med en hastighet som styres av ventilen 32. Som følge herav får man en styrt strøm av væske 72 fra kammeret 8 og ut i tømmerøret 68. Denne strømmen fortsetter helt til kulene 36 og 40 er gått tilbake til utgangsstillingene 37 og 39. På dette tidspunkt kan ventilen 60 bringes tilbake til sin første stilling,, som vist i fig. 1. Ved å stille om ventilen 60 i riktig rekkefølge, som foran nevnt, kan det opprettholdes en i hovedsaken kontinuerlig tømmestrøm gjennom røret 68, med ønsket hastighet.

Verdier for den positive fortrengning kan utnyttes ved å an-ordne midler for indikering av forskyvningen av de bevegelige sperrer, dvs. midler for indikering av kulenes 36 og 40 forskyvning i fig. 1. Slike indikeringsmidler er vist i fig. 1. De innbefatter indikatorer 84 og 88 for indikering av akti-veringen av følerelementer 82 og 86. Indikatorene 84 og 88

er plassert på et synlig sted på utsiden av de respektive kammere 8 og 12, ved kammerendene 24 og 28. Følerelementene eller tappene 82 og 86 går fra de respektive indikatorer 84, 88 og gjennom vegge i de respektive kammere og inn i kammerrommene. Når kulen 36 eller 40 nærmer seg en indikator 84 eller 88 vil kulens overflate påvirke følertappene 82 eller 86 og derved tilveiebringe en visuell, elektrisk eller hydraulisk indikering ved hjelp av indikatorene 84 eller 88. Andre

indikeringsmidler er kjent og kan naturligvis også benyttes.

I fig. 1 er følertappen 82 vist fullt utskjøvet, med kulen

36 beliggende ved kammerets 8 ende 44. Når kulen 36 når den viste stilling 76 i kammeret 8 vil imidlertid følertappen 82 trykkes inn på samme måte som vist for følertappen 86, som påvirkes av kulen 40 i kammeret 12, slik det er vist i fig. 1.

Indikatorene 84, 88 kan benyttes for fastslåing av strømnings-hastigheten for væsken 72 i innretningen. Det væskevolum som er innesperret mellom kulene 36 og 40 vil være i hovedsaken konstant ved normal drift av innretningen, slik at hver gang følertappen 86 trykkes inn av kulen 40, som vist i fig. 1, vil kulen 36 befinne seg i sin stilling 37 i fig. 1. På lignende måte vil kulen 40 befinne seg i sin stilling 80 når følertappen 82 er trykket inn under påvirkning av kulen 36 i denne kules stilling 76.

De sylindriske kammere 8 og 12 har hver en i hovedsaken jevn diameter. Det volum av væsken 4 som går inn i eller ut av kammerne 8 og 12 for hver fullstendig forskyvning av sperren 36 og 40, kan således beregnes ved at man bestemmer den nevnte forskyvning av kulene 36 og 40 i de respektive kammere 8 og 12. Væskestrømmen som skyldes kulenes bevegelser kan således fast-slås ved en direkte volumetrisk kalibrering av innretningen i korrelasjon med forskyvningen, av kulene 36 og 40.

Kulenes36 og 40 forskyvning kan bestemmes nøyaktig for bruk ved målinger ved kontinuerlig drift, under utnyttelse av indikatorene 84 og 8 8 etter kalibrering av innretningen. En slik kalibrering skjer vanligvis ved at man ved utprøving eller på annen måte bestemmer volumet av den væske 72 som går ut fra kammeret 8 gjennom enden 44 når kulen 36 beveger seg fra stillingen 76 til stillingen 37, og det volum av væsken 72 som går ut fra kammeret 12 gjennom enden 48 når kulen 40 beveger seg fra stillingen 39 og til stillingen 80. Etter kalibrering av innretningen kan man få en nøyaktig fastslåing av det væskevolum som går til tømmerøret 68 ved et antall fullstendige forskyvninger av kulene 36 og 40 iløpet av en bestemt tidsperiode. Kjente kalibreringsteknikker som kan anvendes for måleinnretninger med positiv fortrengning, kan anvendes her.

Omstillingen av ventilen 60 ettersom kulene 36 og 40 når sine respektive stillinger 76 og 39, som bestemt av indikasjoner fra indikatorne 84 og 88, koordineres fordelaktig med utnyt-telsen av den målingsmulighet som foreligger ifølge oppfinnelsen. Når indikatoren 88 indikerer nærværet av kulen 40 i den stilling som er vist i fig. 1, omstilles ventilen 60 slik at væske 72 fra tilførselsledningen 74 omstyres til kammeret 8 og væske 72 styres fra kammeret 12 og over i tømmerøret 68. Når indikatoren 84 indikerer at kulen 36 er stillingen 76, skal kulen 40 være i stillingen 80 i kammeret 12, og et volum av væsken 72, hvilket volum kan bestemmes med den forannevnte kalibrering, er tømt ut fra kammeret 12 gjennom tømmerøret 68. Omtrent på dette tidspunkt kobles ventilen 60 om, slik at væske fra tilførselsledningen 64 nå styres inn i kammeret 12 og væske styres ut fra kammeret 8 og til tømmerøret 68. Når indikatoren 78 indikerer at kulen 40 er kommet tilbake til den i fig. 1 viste stilling, vil kulen 36 også ha gått tilbake til den i fig. 1 viste stilling, og et kalibrert volum av væske 72 er derfor tømt fra kammeret 8 og ut gjennom tømmerøret 68. Denne prosedyre kan gjentas så lenge man ønsker, slik at man får en i hovedsaken kontinuerlig fluidumstrøm. Det væskevolum som går ut gjennom tømmerøret 68 i løpet av en bestemt tidsperiode kan béstemmes ved å summere det kjente væskevolum som går ut fra kammerne 8 og 12 for hver fullstendig forskyvningsbevegelse av sperrene. Den volumsummeringen kan fordelaktig skje ved at man teller antall stillings- eller kontaktindika-sjoner fra indikatorene 84 og 88 ved hjelp av mekaniske eller elektroniske midler.

Den gjentatte skjærpåvirkning av væsken 4 i ventilen 32 vil kunne gi eh vesentlig temperaturøkning i væsken 4. Forskjell-ige typer konvensjonelle varmevekslere kan tilknyttes kontroll-ledningen. I fig. 1 er det for å lette varmevekslingen fra væsken 4 anordnet flere varmeveksleribber 92 langs utsiden av kammerne 8 og 12. På denne måten kan varme fra væsken 4 overføres gjennom veggene i kammeret 8 og 12, gjennom varme-veksleribbene 92 og til den omgivne atmosfære. Varmeveksle-ribbene 92 fremstilles fortrinnsvis av et materiale med høy termi s k 1edn i ng s evne.

Fig. 1-A viser et snitt gjennom kammeret 12 med varmeveksleribber 92. Ribbene er av konvensjonell type. Varmevekslerib-bene 92 kan benyttes for begge kammere. Fordelaktig strekker ribbene 92 seg radielt ut fra kammerets yttervegg. De viste ribber er bare ment som et eksempel på hvordan varmevekslingen kan økes og de kan også benyttes i forbindelse med kammerne eller andre ledningselementer i de andre utførelseseksemplene av oppfinnelsen, med egnet tilpassing med hensyn til,dimensjon, antall og utforming.

I fig. 2 er det vist en utførelse ifølge oppfinnelsen som i hovedsaken er lik utførelsen i fig. 1, med unntagelse av at de bevegelige sperrer her er utført som belger 136 og 140. Videre er indikeringsmidlene utført i form av indikatorer 184 og 188, med følerbrytere 182 og 186 og utløsere 116 og 120.

De øvrige elementer er i hovedsaken de samme som i fig. 1,

og det er derfor benyttet de samme henvisningstall for slike elementer.

De sylindriske belger 136 og 140 er festet til en respektiv kammerende 24 og 28 inne i kammerne 8, henholdsvis 12, slik at rørene 16 og 20 kommuniserer med det indre av de respektive belger 136 og 140. Belgendene 102 og 106 er frie og kan bevege seg i kammeret når belgen ekspanderer. Belgene 136,140 er fortrinnsvis dimensjonert slik at de i sammentrukket tilstand bare opptar en relativ liten volumandel av kammeret, mens de i ekspandert tilstand utfyller et relativt stort volum i kammeret.

Belgene 136, 140 er alternativ utførelser av de bevegelige sperrer og virker på samme måte som kulene 36, 40 i fig. 1. Med ventilen 60 i den i fig. 2 viste stilling føres trykkfluidum 72 fra ledningen 64 inn i kammeret 12, mens væske 72 i kammeret 8 kan gå ut gjennom tømmerøret 68. Væsken 4, som befinner seg i de respektive belger 136 og 140, kan gå fra kammeret 12 og over i kammeret 8, som følge av trykk-settingen av kammeret 12 med væsken 72, og overføringen styres av ventilen 32. Belgen 140 trekker seg sammen, hvorved dens belgende 106 nærmer seg kammerenden 28. Samtidig vil belgen 136 ekspandere, slik at belgenden 102 nærmer seg kammerenden 44. Væske 72 presses derved inn i tømmerøret 68 med i hovedsaken samme hastighet som væsken går gjennom ventilen 32. Utstrømmingen av væske 72 fra kammeret 8 til tømme-røret 68 styres således av ventilen 32, da denne ventil på-virker væskestrømmen 4 direkte.

Den positive fortrengning kan utnyttes også her,,på samme måte som omtalt foran. Forskyvningen av belgendene 102 og 106 vil korrelere direkte med det volum av væske 72 som fortrenges i kammerne 8 eller 12 ved normal drifta av. innretningen. Det kan benyttes konvensjonell kalibreringsteknikk, som forklart foran i forbindelse med fig. 1, for oppnåelse av slik korrelasjon.

Indikatorene 184, 188 tjener som midler for indikering av forskyvningen til de tilhørende belgender 102 og 106. Utløs-erne 116, 120, som befinner seg på den respektive belgende 102, 106, for kontakt med bryterne 182, 186, hvorved indika-torerne 184, 188 kan 'avgi tilsvarende signaler. Som nevnt foran vil volumet av væske 4 holde seg i hovedsaken ved normal drift av innretningen, slik at når enten indikatoren 18 4 eller 188 indikerer full tilbaketrekking av belger 136 eller 140, vil et visst væskevolum gå ut gjennom tømmerøret 68, og dette væskevolum kan man bestemme ved hjelp av den forannevnte kalibreringsteknikk. Det totale væskevolum som går ut gjennom røret 68 iløpet av en tidsperiode kan bestemmes ved å telle antall indikasjoner fra indikatorene 184 og 188, idet slike indikasjoner er representative for bestemte væskevolumer som går fra kammerne 8 og 12 iløpet av tidsperioden.

Utførelsen i fig. 3 er i prinsippet lik utførelsen i fig. 1,

men de bevegelige sperrer er her utført som blærer 236 og 240. Indikeringsanordningen innbefatter her indikatorer 284 og 288

og følerbrytere 282 og 286. Kontrolledningen innbefatter her sfæriske fortrengningskammere 124 og 128. Forøvrig er element-ene som tidligere, og det er benyttet de samme henvisningstall som i fig. 1.

Blærene 236 og 240, som er plassert inne i de respektive sfæriske kammere 124 og 128, står i forbindelse med de respektive rør 16 og 20. Blærene er fleksible og dimensjonert slik at de i hovedsaken fyller ut kammerne 124, 128 når de fyllt med væske 4. Væsken 4 kan strømmen mellom kammerne 124 og 128, men er helt adskilt fra den kontrollerte væske 72 i disse kammere.

Indikatorne 284 og 288 kan benyttes for bestemmelse av strøm-ningshastigheten til væsken i tømmerøret 68 under en tidsperiode. Følertappene 282, 286 avføler den fulle ekspandering av de respektive blærer 236 og 240, og aktiverer indikatorene 284 og 288. Når blærene 236, 240 er fullt ekspandert kan man bestemme væskevolumet som tømmes ut gjennom røret 68, under utnyttelse av den foran nevnte kalibreringsteknikken.

Fig. 4 viser en utførelse hvor de bevegelige sperrer er stempler 336 og 340. Stemplene 336 og 340 danner sperrer for væske 4 i kontrolledningen, men væsken 4 har fri anledning til å strømme mellom kammerne 8 og 12, styrt av ventilen 32. O-ringer 360, 364 tjener som glidbare omkretstetninger mellom de respektive stempler 336 og 340. Stemplene 336 og 340 danner sperrer for væsken 4 i kontrolledningen, men væsken 4 har fri anledning til å strømmen mellom kammerne 8 og 12, styrt av ventilen 32. O-ringer 360, 364 tjener som glidbare omkretstetninger mellom de respektive stempler 336, 340 og det respektive kammer 8, 12. Stemplene 336, 340 kan således gli fritt i kammerne 8, 12 og holder væsken 72 adskilt fra væsken 4.

Strømningshastigheten for fluidet som går ut gjennom tømme-røret 68 kan bestemmes under utnyttelse av indikatorne 84 og 88 i kombinasjon med de respektive følertapper 82 og 86. Virkemåten ér i hovedsaken den samme som beskrevet foran i forbindelse med fig. 1.

Fig. 5 viser en forbedret utførelse av den i fig. 1 viste. Forbedringene går ut på midler 402 for automatisk omstilling av ventilen 60 ved aktivering av en bryteranordning 402 ved hjelp av en kontrollanordning 406. Kontrollanordningen 406 kan være en hvilken som helst konvensjonell kontrollanordning, så som en egnet programert mikroprosessor. Ventilen 60 kan således stilles om fra den ene stilling til den andre i sekvens med forskyvningen av kulene 36 og 40. Anordningen 406 samvirker med føleranordningene 82 og 86 og med bryteranord-ningen 402 for beregning av og registrering av det volum av kontrollert væske 72 som går ut gjennom tømmerøret 68 ved en total fortrengning (eller en annen ønsket fortrengning) av væsken 4 i innretningen. Anordningen 406 kan også utnyttes for aktivering og styring av ventilstyreanordingen 40 8 for opprettholdelse av en konstant ønsket strømningshastighet for væsken 4 gjennom ventilen 32.

Som tidligere nevnt benyttes det en væske 4 som er kompatibel med innretningen. Fra tid til annen vil det være nød-vendig å justere væskevolumet i kontrolledningen. Dette kan skje ved innsprøyting av en delmengde av væsken 4 i ledningen, eller ved uttrekking av en delmengde. Denne funksjon kan in-korporeres i den automatiske styreanording 406, idet følerne 410 og 412 gir en indikasjon på den fullstendige forskyvning av kulene 36 og 40. Midler sammenkoblet med følerne 82 og 86 kan bygges inn i anordingen 406 og gi automatisk indikasjon på at det foreligger et behov for justering av væsken 4 i ledningen når det registreres for tidlig kontakt med kulene 36 eller 40. Hvis f.eks. i fig. 5 kulen 36 var i den viste stilling, mens kulen 40 ennå ikke var kommet til føleren 86, ville det i et slikt tilfelle gå frem at ekspansjone, lekkasje eller andre forhold har medført at volumet av væske 4 må reduseres , tilstrekkelig til at kulen 40 kan fullføre sin bevegelse slik at den får kontakt med føleren 86. Når en slik tilstand avføles kan anordningen 406 benyttes for å aktivere toveis-ventilen 422, hvorved væsken 4 tømmes ut gjennom ledningen 424, helt til den ønskede kontakt mellom kulen 40 og føleren 86 er oppnådd. Når så er skjedd bringes ventilen 422 automatisk tilbake til den i fig. 5 viste stengestilling.

Dersom kulen 40 får kontakt med føleren før kulen 36 får kontakt med sin føler 410, vil det være klart at det ekstra væske 4 må tilføres for å oppnå samtidig kontakt. Dette skjer automatisk under styring av anordningen 406, idet denne er programert til å omstille ventilen 424 slik at tilstrekkelig væske kan tilføres fra ledningen 34 og inn i ledningen 20, helt til kulen 36 får kontakt med føleren 410.

Den automatiske justering av kontrollvæskevolumet er ikke avhengig av den viste stilling for ventilen 60. Volumjusteringen kan også skje med ventilen 60 i den stilling som er vist i fig. 1, men bevegelsen av sperrene 36 og 40 vil reverseres, og for denne alternative stilling av ventilen 60 vil følertappen 412 virke til å bestemme den fullstendige bevegelse av sperren 40 i kammeret 12, mens følertappen 82 indikerer den fulle bevegelse av sperren 36 i kammeret 8.

For å hindre en fortsatt strøm av fluidum 72 under den nevnte kontrollvæskejustering kan en stengeventil monteres i ledningen 64, eller fortrinnsvis kan fireveisventilen 60 automatisk bringes til en stengestilling under påvirkning av anordningen 406, under alle de automatiske volumjusteringer av væsken 4 i ledningen.

Fig. 6 viser en spesifikk anvendelse av oppfinnelsen for strøm-ningshastighetsregulering av en polymer løsning ved senkundære og tertiære oljeutvinningsoperasjoner. Pumper 500, som arbeider med positiv fortrengning, tilfører en trykksats polymerløsning til ledningene 50 8 gjennom manifolden 50 4. Ledningen 50 8 lev-erer den trykksatte polymere løsning til de ønskede oljefelt hvor brønnhodene 520 er plassert. Tilførselsledninger 512 grener av og bringer den polymere løsning til respektive strøm-ningshastighetsregulatorer og - målere 514 som er utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Disse innretninger 514 gir i hovedsaken kontinuerlig, regulerbar strømningshastighets-regulering og- måling med høyt trykkfall uten at den polymere løsning utsettes for vesentlige skjærspenninger. Den polymere løsning kan tømmes fra innretningene 514 med ønsket hastighet gjennom tømmeledningene 516, som fører den polymere løsning inn i brønnhodene 520.

Claims (15)

1. Strømningsregulator for bruk i et system for høytrykkinjiser-ing av en viskøs skjærfølsom væske med en valgt strømnings-mengde mot et varierbart bergtrykk i en underjordisk formasjon, karakterisert ved at den innbefatter et første kammer med en første port og andre port og inneholdende en kontrollvæske og den skjærfølsomme væske adskilt av en første sperreanordning (36), hvilken sperreanordning (36) også skiller kontrollvæsken fra den nevnte første port, et andre kammer (12) med en tredje og fjerde port og inneholdende en kontrollvæske og den skjærfølsomme væsken adskilt av en andre sperreanordning (40), hvilken sperreanordning (40) også skiller kontrollvæsken fra den nevnte fjerde port, en regulerbar ventil (32) anordnet i en ledning (16,20) mellom kammerne (8,12) for selektiv struping av kontrollvæskestrømmen mellom kammerne gjennom henholdsvis andre og tredje port som en funksjon av bergtrykket, og en omstillbar ventil (60) mellom høytrykkskilden og formasjonen for levering av den viskøse væske til det første kammer (8) gjennom nevnte første port og fra det andre kammer (12) til formasjonen gjennom den nevnte fjerde port, henholdsvis for levering av den viskøse væske til det andre kammer (12) gjennom den fjerde port og fra det første kammer (8) til formasjonen gjennom den første port.

2 . Regulator ifølge krav 1, karakterisert ved at sperreanordningene er i form av sfæroider (36,40).

3 . Regulator ifølge krav 1, karakterisert ved at sperreanordningene er i form av belger (136,140).

4 . Regulator ifølge krav 1, karakterisert ved at sperreanordningene er i form av blærer (236,240).

5. Regulator ifølge krav 1,karakterisert ved at sperreanordningene er i form av stempler (336,340).

6. Regulator ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at den nevnte regulerbare ventil (32) er en innstillbar styreventil (32) med konstant strømningshastighet.

7. Regulator ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den regulerbare ventil (32) er en strupeventil.

8. Regulator ifølge et av kravene 2,3 eller 5, karakterisert ved at den er kombinert med en føleranordning (84,88) beregnet for avføling av en bestemt forskyvningsgrense for sperreanordningene (36,40) mot den regulerbare ventil (32), idet drivmidler (402) er forbundet med avfølingsanordningen for automatisk endring av strømmen fra et av de nevnte kammere (8,12) og til det andre når den bestemte forskyvningsgrense er nådd.

9. Regulator ifølge krav 2, 3 eller 5, karakterisert v e d at den innbefatter en føleranordning (416,414) beregnet for avføling av en bestemt forskyvningsgrense for sperreanordningene (36,40) ved bevegelse av disse vekk fra den regulerbare ventil (32), idet drivmidler (402) er tilknyttet føleran-ordningen for automatisk endring av strømmen fra et av kamm - erne til det andre når den nevnte bestemte forskyvningsgrense er nådd.

10. Regulator ifølge krav 9,karakterisert ved at det er anordnet en kontrollanordning (406) som bestemmer volumet av kontrollvæske som går mellom kammerne (8,12) for hver forskyvningsbevegelse av hver av de nevnte sperreanordninger (36,40), og ved at en telleanordning i kontrollanordningen (406) er tilknyttet de nevnte føleranordninger (414,416) for telling av antall ganger hver av de nevnte sperreanordninger (36,40) når føleranordningene som et resultat av forskyvnings-bevegelsen fra den regulerbare ventil (32), for måling av væskestrømmen.

11. Regulator ifølge krav 10, karakterisert ved en tidsstyreanordning i kontrollanordningen (406) for registrering av antall avfølte bevegelser i en bestemt periode, for derved å registrere strømningshastigheten til den skjær-følsomme væske gjennom regulatoren.

12 . Regulator ifølge krav 8,karakterisert ved at en telleanordning i kontrollanordningen (406) er tilknyttet føleranordningen (84,88) for telling av de gangene hver av de nevnte sperreanordninger når føleranordningen ved en forskyvningsbevegelse mot den regulerbare ventil (32) for derved å bestemme volumet av skjærfølsom væske inn i formasjonen.

13. Regulator ifølge krav 12, karakterisert ved en tidsstyreanordning i kontrollanordningen (406) for registrering av antall talte bevegelser i en bestemt periode, for derved å få frem strømningshastigheten til den skjærfølsomme væske fra regulatoren.

14 . Regulator ifølge et av kravene 2,3 eller 5, karakterisert ved en justeringsanordning for opprettholdelse av et konstant volum av kontrollvæske i kammerne (8,12) og i den regulerbare ventil (32), hvilken justeringsanordning innbefatter en føleranordning (84,414) for avføling av full bevegelsesstilling for den første sperreanordning (36) i det første kammer (8), en andre føleranordning (88,416) for av-føling av en korresponderende full bevegelsesstilling for den andre sperreanordning (40) i det andre kammer (12), en anordning (422) for innføring av kontrollvæske i kammerne når den nevnte andre sperranordning ikke når sin fulle bevegelsesposisjon samtidig med at den første sperreanordning når sin, samt en anordning (422) for uttrekking av kontrollvæske fra kammerne når den nevnte andre sperreanordning når sin fulle bevegelsesposisjon "før den første sperreanordning har nådd sin.

15. Regulator ifølge et av kravene 2,3,4 eller 5, karakterisert ved varmeavgivende kjøleribber (92) på hvert av de nevnte kammere (8,12).