NO168133B - Fremgangsmaate og innretning for bestemmelse av mengdene av olje og vann i en raaolje-utstroemning fra en hydrokarbonbroenn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning for bestemmelse av mengdene av en første og en andre komponent i en strømmende blanding som inneholder de første og andre komponenter. Spesielt angår oppfinnelsen et stasjonært eller bærbart instrument for prøving, enten på stedet for et brønnhode eller ved et produksjonstankaggregat, av produksjonen av rå-hydrokarboner fra en brønn. I denne forbindelse tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte og en innretning for kontinuerlig bestemmelse av mengdene av flytende olje og vann i en råolje-blandingsutstrømning fra en brønn.

Det å kjenne til mengdene av olje og vann i den produserte fluidumutstrømning fra hydrokarbonbrønner, er av stor kommersiell betydning i dagens petroleumsindustri. Problemer oppstår ved at råolje inneholder mange urenheter, såsom gass i oppløsning og parafin, kan være et meget tykt, melasseliknende materiale, inneholder sand og vann, og oppviser mange andre hindringer for nøyaktig prøving eller testing av olje- og vanninnholdet. Feil i området 10% eller også så høyt som 200% ved bestemmelse av mengden av olje i brønnproduksjonsfluidum eller råolje har vært kjent å forekomme ved benyttelse av konvensjonell prøveutrustning og konvensjonelle metoder.

På grunn av beskaffenheten av råolje og alle urenhetene i denne, er det ikke alltid mulig å benytte vanlige målerblender, turbinmålere og liknende. Konvensjonelle systemer innebærer oppvarming av råoljen for å oppløse eventuell parafin, da parafinavsetninger vil være skadelige for utrustningen, Oppvar-mingen bidrar videre ved frigjøring av oppløste gasser som kan frembringe unøyaktigheter i resultatene. Deretter separeres den oppvarmede og således avgassede olje, og vannet, sanden og andre fremmede materialer fjernes. Den gjenværende olje føres videre gjennom konvensjonelle målere for å måle mengden av olje. En separasjon av gravi tas jons type, som vanligvis omfatter en demning eller overløpskant, utfører den egentlige olje/vann-separasjon.

De fleste råoljer inneholder både oppløst og fri gass. Tilstedeværelsen av denne gass over visse prosentandeler er et problem ved frembringelse av nøyaktige data i henhold til oppfinnelsen. Det er av denne grunn nødvendig at den frie gass fjernes før brønnfluidumene måles med hensyn til tetthet og masse. I den uvanlige situasjon hvor en brønn produserer fluida som ikke har noen fri gass, er det i det tilfelle mulig å lede det produserte brønnfluidum direkte inn i innretningen ifølge oppfinnelsen.

Råolje produseres sammen med varierende mengder av vann, og i virkeligheten kan vannet variere fra null til 99% av den totale utstrømning fra brønnen. Dette vann kan være i form av fritt vann eller kan være i form av en emulsjon sammen med hydrokarbonene. Videre kan emulsjonen inneholde vannet ganske løst kombinert med hydrokarbonmaterialene, eller ganske intimt kombinert. I virkeligheten er det mulig at kombinasjonen av vannet og råoljen kan være så "tett" emulgert at det er ytterst vanskelig å separere emulsjonen.

Den kjente teknikk utnytter et system som er avhengig av et innviklet "rørleggings"-arrangement hvor en gruppe brønner mater fluidum inn i et felles produksjonstankaggregat. Det innviklede rørarrangement tillater at hvilken som helst brønn som mater dette aggregat, i virkeligheten kan fraskilles eller isoleres og få sin produksjon tilført til en prøveanordning. Faste emulsjoner er særlig et problem for konvensjonell brønntes-ting. I visse situasjoner er videre meget kostbart utstyr som omfatter varmeelementer og liknende, nødvendig for på fyl-lestgjørende måte å prøve alle brønner som mater inn i det felles aggregat. Tilstedeværelsen av parafin i hydrokarbonutstrømningen skaper ytterligere problemer, tilsmussing av ventiler og målere, vanskeligheter ved måling av oljeinnhold, og liknende.

Enda et problem ligger i tilstedeværelsen av oppløst gass i råoljeutstrømningen fra brønnen. Denne oppløsningsgass kan utvikle seg fra råoljen på hvilket som helst tidspunkt under prosessen, og denne tilfeldige faktor har en alvorlig, skadelig virkning på nøyaktigheten av konvensjonelle systemer. Et trykkfall på ett eller annet sted i de konvensjonelle systemer vil selvsagt forårsake en utvikling av gassen.

Avhengig av den spesielle brønn og råoljen og gassen som den produserer, krever separasjonen iblant trefase- og iblant tofase-separasjon. Oppfinnelsen kan virke i forbindelse med begge separasj onstyper.

Oppfinnelsen tillater også ned-dimensjonering av det benyttede utstyr, hvilket er en fordel ved frembringelse av en transportabel innretning, dvs. en innretning omfattende oppfinnelsen som kan monteres på en enkel oppsamlingsvogn for å bringes ut til brønnhodet og benyttes direkte ved brønnen. Denne transporterbarhet forekommer på grunn av at det ofte er forholdsvis enkelt å separere gass fra brønnfluida, men forholdsvis mer tidkrevende å bryte fra hverandre brønnfluidumene i de forskjellige komponenter. Da oppfinnelsen kan virke på gassfri væske uansett hvilke væskekomponenter som er inneholdt i denne, tillater dette ned-dimensjoneringen og fordelen med transporterbarhet .

Uttrykket "fri gass" slik det benyttes her, skal forstås å bety hvilket som helst stoff som er eller vil være i en gassformig tilstand ved det tidspunkt da det passerer gjennom innretningen ifølge oppfinnelsen.

Å kjenne til mengdene av olje og vann i den produserte fluidumutstrømning fra hydrokarbonbrønner, er som nevnt av stor kommersiell betydning i dagens petroleumsindustri. Ved den konvensjonelle kapasitansføler-målemetode forringes målenøyaktig-heten for mengdene av olje og vann etter hvert som mengden av vann øker, særlig ved vanninnhold over området 25-30%. Benyttelse av vanlige målerblender, turbinmålere og liknende er ikke ønsket på grunn av at målerne som sådanne ikke er altfor nøyaktige, og på grunn av at målerne, særlig turbinmålerne, har en tendens til å kreve mye vedlikehold.

Produksjonsbrønnfluida er vanligvis frie for faste stoffer, såsom sand, og har et flytepunkt som ligger under den temperatur ved hvilken mengden av olje og vann måles. Dersom det er til stede faste stoffer, såsom sand, må det være sørget for en anordning for å fjerne sanden før målinger utføres for å bestemme olje- og vanninnholdet i fluidumene. Dette gjelder for tidligere kjente innretninger, og det gjelder også for anvendelsen av innretningen ifølge oppfinnelsen for å oppnå et nøyaktig tetthetssignal. Råoljer med høyt flytepunkt har videre en tendens til å avsette parafin på hvilken som helst måleanordning, og dette forringer nøyaktigheten og effektiviteten av sådanne anordninger. Konvensjonelle systemer omfatter oppvarming av råoljen til en temperatur over dens flytepunkt, for å hindre avsetningen av parafiner i måleinnretningen. Et sådant oppvar-mingstrinn ville også være nødvendig ved benyttelse av fremgangsmåten og innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse,

for å oppnå et nøyaktig tetthetssignal.

Den kjente teknikk omfatter metoder og innretninger som leder prøveblandingen gjennom en strømmåler og en indirekte tetthetsmåleanordning i serie. De tilveiebrakte data kan behandles for å frembringe vann- og oljeavlesninger i volumen-heter. Resultatene er imidlertid mindre nøyaktige enn de som frembringes ved hjelp av oppfinnelsen. De primære forskjeller som antas å frembringe disse fordeler, omfatter at oppfinnelsen benytter en masse-måleanordning i stedet for en strømmåler, og at det samme element (et vibrerende rør) benyttes ved oppfinnelsen til å måle masse og tetthet, sammenliknet med to separate anordninger for å gjøre dette i hver av de tidligere kjente anordninger.

Den kjente teknikk omfatter mange anordninger som uten hell søker å løse de problemer som løses ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse. Anordningen av typen ITT Barton Model 1200 sies å bestemme prosenten av olje og vann i et to-komponent-fluidum under strømningsledningsforhold. En datamaskin fremviser total oljemengde og total vannmengde på to separate summerere, pluss en indikasjon på total fluidumsstrømningshastighet. Prosentandelene av olje og vann bestemmes ved å måle egenvekten av det strømmende fluidum ved benyttelse av et spesialkonstruert "forholdsrør" og tilknyttet elektronikk. Væskestrømningshastighet måles ved benyttelse av en turbinmåler eller en måler for positiv fortrengning.

Prøving har vist at resultatene ved benyttelse av denne ITT Barton-anordning ikke er så nøyaktige som resultatene ved benyttelse av innretningen ifølge oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelse løser alle de foran omtalte problemer og tilveiebringer en måleanordning som frembringer meget nøyaktige resultater.

Ifølge en første side ved oppfinnelsen er det tilveie-brakt en fremgangsmåte for bestemmelse av mengdene av en første og en andre komponent i en strømmende blanding som inneholder de første og andre komponenter, idet de første og andre komponenter normalt er væsker og har forskjellige tettheter, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn (i) å måle massestrømningshastigheten av blandingen,

(ii) å måle tettheten av blandingen, og

(iii) å innmate på forhånd kjente verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, for å beregne mengdene av de første og andre komponenter i blandingen, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved

at trinnene (i) og (ii) utføres på et eneste sted med en massetetthetsmåler som virker etter Coriolis-prinsippet,

at mengdene av de første og andre komponenter av blandingen beregnes basert på den målte blandingsmassestrømnings-hastighet, den målte blandingstetthet, og de kjente innmatingsverdier for de første og andre komponenters tettheter, og

at de beregnede mengder av de første og andre komponenter i blandingen fremvises.

Ifølge en andre side ved oppfinnelsen er det tilveie-brakt en innretning for bestemmelse av mengdene av en første og en andre komponent i en strømmende blanding som inneholder de første og andre komponenter, idet de første og andre komponenter normalt er væsker og har forskjellige tettheter, hvilken innretning omfatter en anordning for strømning av blandingen gjennom innretningen, en anordning for måling på et eneste sted av massestrømmen og tettheten av blandingen, og en anordning for innmating av på forhånd kjente verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, hvilken innretning er kjennetegnet ved at anordningen for måling av massestrømmen og tettheten av blandingen er en massetetthetsmåler som virker etter Coriolis-prinsippet, og at innretningen videre omfatter en anordning for beregning av mengdene av de første og andre komponenter i blandingen basert på den målte blandingsmassestrøm, den målte blandingstetthet, og de kjente innmatingsverdier for de første og andre komponenters tettheter, og en anordning for fremvisning av de beregnede mengder av de første og andre komponenter i blandingen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer både en fremgangsmåte og en innretning for bestemmelse av den individuelle strømningshastighet og den individuelle mengde, enten uttrykt ved volum eller masse, av de individuelle komponenter som utgjør en fluidumstrøm. Tidligere kjente innretninger som utnytter Coriolis-prinsippet til å bestemme totale masseendringer i en gitt fluidumstrøm, erkjenner ikke anvendelsen av dette prinsipp som et middel til å analysere de individuelle komponenter i fluidumstrømmen. Ved å erkjenne dette og måle endringen i resonansfrekvens som oppleves av en flytende fluidummasse som avbøyes av de vibrasjonskrefter som overføres til Coriolis-målerens U-rør, tilveiebringer oppfinnelsen både en fremgangsmåte og en innretning for bestemmelse av egenskapene til de individuelle komponenter i et flerfasefluidum.

I sin mest generelle anvendelse kan oppfinnelsen benyttes til å bestemme mengdene av to væsker som har forskjellige tettheter. Den kan for eksempel anvendes til å bestemme mengden av alkohol og vann i øl eller vin, mengdene av olje og vann slik som i det miljø for hvilket oppfinnelsen ble utviklet, og i andre miljøer som vil presentere seg for fagfolk på de forskjellige områder hvor oppfinnelsen kan benyttes. Oljefeltanvendelse av innretningen ifølge oppfinnelsen krever at tetthetsmålingene korrigeres til en tetthet ved en referansetemperatur, på grunn av variasjonene i de felttemperaturer ved hvilke tettheten av oljen i virkeligheten måles. Denne korreksjon av tetthet tillater anvendelse av en standardisert korrelasjon av tetthet som funksjon av prosentandelen av komponentene i blandingen. I for eksempel et bryggeri eller en vinkjeller, hvor hele systemet er på én temperatur, er imidlertid ingen sådan temperaturkorreksjon med hensyn til tetthet nødvendig, da det kan benyttes en standardisert, eneste temperatur som korrelerer med tetthet som funksjon av prosentandel av komponentene i blandingen. Således krever oppfinnelsen stort sett ikke dette tempera-turkorreksjonstrekk, selv om det er nødvendig for det spesielle oljefeltmiljø for hvilket oppfinnelsen ble utviklet.

Oppfinnelsen avhenger av anvendelse av nylig utviklet, forbedret utstyr som har evne til nøyaktig måling av massestrøm-ningshastigheten av råoljen, dens temperatur (valgfritt) og dens tetthet ved brønnhodet. Dette utstyr er lite, og meget pålitelig ved bruk. Tettheten avledes ut fra et sekundært signal i massestrømmåleren ved benyttelse av en tetthetsprosessor.

Innretningen ifølge oppfinnelsen slik den benyttes ved oljefeltanvendelse, korrigerer tetthetsmålingen til en referansetemperatur som vanligvis er 15,5°C. Denne side ved oppfinnelsen er viktig på grunn av at det er nødvendig å vite ved hvilken temperatur olje/vann-"kuttet" ble tatt. Med andre ord, slik som beskrevet nærmere nedenfor, utfører oppfinnelsen en matematisk analyse av olje- og vannfraksjonene, og det er nødvendig å vite den temperatur ved hvilken dette ble gjort, dvs. hva tetthetene av vannet og av oljen var ved det tidspunkt da dette ble gjort. Innretningen ifølge oppfinnelsen sørger automatisk for korreksjon til denne referansetemperatur.

Oppfinnelsen tilveiebringer en kombinasjon av program-vare og andre særtrekk for å tilveiebringe en transportabel eller stasjonær, meget pålitelig, enkel, elektronisk innretning for å tilveiebringe et kontinuerlig utgangssignal med en meget høy grad av nøyaktighet av mengdene av olje og vann i produksjonsflui-dumet.

En vesentlig fordel ved oppfinnelsen er at den faktisk utelukkende benytter prøvet, tidligere kjent oljebehandlingsut-styr såvel som prøvede, elektroniske komponenter. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter programmering av et sett likninger for å frembringe de fordelaktige, kontinuerlige, nøyaktige olje-og vann-utgangssignaler uttrykt ved volum.

Oppfinnelsen er basert på meget enkle tekniske prinsip-per som er anvendt på en unik måte. Mer spesielt utnytter oppfinnelsen det faktum at man, ved å benytte utgangssignalene fra de nye, forbedrede måleanordninger, i virkeligheten kan "tilbake-konstruere" ("back engineer"), ut fra kjente størrelser av tettheten og massestrømmen av råoljen, og ved å benytte lærebok-kjente størrelser for tetthetene av vannfri olje og av vann, og deretter utføre noen forholdsvis enkle beregninger og foreta temperaturkorreksjoner, for deretter å frembringe nøyaktige utgangsavlesninger av mengdene av olje og vann korrigert for temperaturen av råoljen ved en referansetemperatur.

Råolje kan inneholde forskjellige mengder av ikke-flytende materialer, såsom gass og faste stoffer, f.eks. sand og voks. Nøyaktigheten av resultatene av målingene ved benyttelse av fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen kan forbedres ved hjelp av den foretrukne, tidligere fjerning av de gassformige og faste materialer, eller, når det dreier seg om voksmaterialer, ved oppvarming av råoljen for i realiteten å oppløse voksen inn i den flytende hydrokarbonolje. Med "væske" menes i denne beskrivelse væske under de tilstander i hvilke fluidumet eller blandingen prøves. På grunn av anvendelsen av moderne elektronikk og beregningskraft frembringer oppfinnelsen videre valgfrie utgangssignaler som kan benyttes i automatiserte prosesser, for sikkerhetsavstengninger og liknende.

I forbindelse med anvendelsen av moderne elektronikk og datamaskinkraft slik som her beskrevet, tilveiebringer oppfinnelsen også en anordning for automatisk å gjøre operatøren oppmerksom på muligheten til at det finnes fri gass som passerer gjennom innretningen ifølge oppfinnelsen. Dette gjøres ved å programmere inn i innretningen verdier som forventes for den spesielle olje som måles. Med andre ord, dersom tettheten av blandingen er mindre enn den minimale, forventede verdi, er dette en sterk indikasjon på at det kan være usedvanlig mye fri gass i blandingen. Denne frie gass må fjernes eller korrigeres for, da ellers feilaktige avlesninger vil oppstå.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er en skjematisk fremstilling som viser oppfinnelsen omfattende råoljebehandlings-delen og elektronikkdelen, og fig. 2 er et detaljert, logisk skjema som viser den måte på hvilken oppfinnelsen arbeider.

FORENKLET FORKLARING AV VIRKEMÅTEN AV OPPFINNELSEN

De følgende to underavsnitt under denne hovedoverskrift vil være nyttige som bidrag til å forstå fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og vil bidra til forståelse av fig. 2, metoden ifølge oppfinnelsen slik den anvendes i virkelig praksis.

Standard blandinqstetthetsbereqning

I den vanlige situasjon søkes blandingstettheten, og detaljene ved komponentene er kjente.

Gitt;

Finn; tetthet av blanding (Dolx)

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen - Beregningseksempel

Dette eksempel benytter de samme tall og verdier som benyttet ovenfor.

Ved måling, som kjente størrelser, og ved beregning har oppfinnelsen tilgjengelig (svarende til "gitte størrelser") Dmlx (som er råolje/vannemulsjonstettheten som målt), Dx (som er den kjente tetthet for vann), Dy (som er råoljetettheten som målt), og total strøm X pluss Y (som er den totale volumstrøm).

Oppfinnelsen utfører tallrike volum- og temperaturkorreksjoner som skal angis nærmere nedenfor: Oppfinnelsen søker å bestemme (finne) X og Y, vann- og olj emengdene.

Utregning av ovenstående eksempel, i virkeligheten bakover, gir følgende:

NÆRMERE BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSE

Idet det nå henvises til fig. 1, er det der vist en skjematisk fremstilling, med mange deler fjernet, av en foretruk-ket utførelse av oppfinnelsen, både med hensyn til dens fluidum-behandlingsdeler og elektronikkdelene som behandler dataene og frembringer de kontinuerlige avlesninger av olje- og vannvolum-produksjonen fra brønnen.

Henvisningstallet 10 betegner en separator som tradisjonelt benyttes ved petroleumsoperasjoner for å separere hydrokarbonvæsker, såsom gasskondensat, olje og liknende, fra vann, og fra eventuell gass som er til stede i de produserte fluida. Sådanne separatorer kan være enten tofase- eller trefaseseparatorer. Tofaseseparatorer separerer bare gass og væske, idet væsken ofte er olje og vann som en emulsjon. Trefaseseparatorer separerer dessuten fritt vann. Begge typer av anordninger er velkjente og godt utviklet, de kan være enten horisontale eller vertikale, og mange forskjellige typer er tilgjengelige. Oppfinnelsen kan arbeide med alle sådanne separatorer.

Som et eksempel er det vist en trefaseseparator i hvilken en gassfraksjon, en olje/vann-blandingsfraksjon og en vannfraksjon frembringes. De tre fraksjoner kombineres på nytt inn i en ledning 12. Oppfinnelsen kan benyttes i et konvensjonelt produksjonstankaggregat som betjener et antall brønner. Sådanne aggregater og disses rørarrangementer er velkjente. I prinsipp sørger de for at produksjonen fra mange brønner føres sammen, mens på samme tid produksjonen fra hver brønn individuelt kan dirigeres til prøveutstyr, f.eks. ifølge den foreliggende oppfinnelse, for å utføre forskjellige funksjoner på produksjonen, som for eksempel, slik det er tilfelle ved den foreliggende oppfinnelse, bestemmelse av mengdene av hydrokarbonvæsker og av vann i de produserte fluida. Vannfraksjonen fra bunnen av separatoren dirigeres til en strømningsmåler 14 hvor den måles og deretter kombineres inn i ledningen 12.

Gassfraksjonen kan dirigeres gjennom en ledning 16 direkte til utgangsledningen 12, eller den kan avbrennes eller underkastes gassbehandling og deretter selges. Forskjellige målere og liknende kan valgfritt benyttes i ledningen 16 dersom det ønskes, slik det er velkjent for fagfolk på området. I tilfelle en tofaseseparator benyttes, vil måleren 14 og dennes ledning være utelatt:.

Olje/vann-blandingen som er av interesse, og som kan være en blanding av vann og en olje/vann-emulsjon, eller forskjellige kombinasjoner av disse, dirigeres inn i en ledning 18 til en statisk blander 20 som i virkeligheten homogeniserer olje/vann-blandingen for å forbedre de endelige utgangsprøve-resultater. Denne statiske blander 20 er valgfri og kan være, nødvendig eller ikke nødvendig, avhengig av den spesielle anvendelse.

Etter blanderen 20 ledes olje/vann-blandingen videre gjennom et instrument 22 som måler blandingens tetthet, dens masse og dens temperatur, og sender disse data videre gjennom et sett ledninger 24 til en mikroprosessor 26.

Måleren 22 er en anordning som vil frembringe de tett-hets-, massestrøm- og temperaturdata som kreves av de gjenværende deler av innretningen ifølge oppfinnelsen, slik som beskrevet nedenfor. Med "massestrøm"-data menes et ubearbeidet signal som kan være representert enten ved total masse over en adskilt tidsperiode (et pulssignal), eller en massestrømningshastighet (et analogt signal). Masse/tetthets-måleren skal være en måler som arbeider ifølge Coriolis-prinsippet, såsom en kommersiell anordning som selges av det amerikanske firma Micro Motion, Boulder, Colorado. Deres modell D måler utstyrt med modell DT7 væskedensimeter har vist seg å være særlig fordelaktig.

Denne spesielle Micro Motion modell D måler frembringer to utgangssignaler, et analogt signal og et frekvens- eller pulssignal som begge er korrelert med den totale massestrøm gjennom måleren. Oppfinnelsen kan arbeide med det ene eller det andre av disse to signaler som frembringes av denne modell D måler.

Ovenstående er en meget forenklet beskrivelse av fluidumbehandlingsdelen av innretningen ifølge oppfinnelsen. Slik det vil være klart for fagfolk på området, er mange ventiler, målere og andre komponenter utelatt for klarhetens skyld.

Mikroprosessoren 26 kan være av hvilken som helst passende type, og er ganske enkelt programmert for å ta hensyn til den logikk som er angitt på fig. 2 og beskrevet nedenfor med hensyn til de spesielle likninger som det opereres på slik som vist på fig. 2.

Utgangssignalet fra mikroprosessoren 26 ledes til en fremvisnings- eller displayanordning 28 som også skal beskrives nærmere nedenfor med hensyn til fig. 2, og også til en alarm-anordning 30.

Alarm- eller varslingsahordningen 30 er et vesentlig skritt fremover på dette område. Et viktig problem som alarmanordningen 30 tar seg av, er tilstedeværelsen av fri gass i hydrokarbonvæskene. Sådan gass vil forårsake en reduksjon i tetthet og vil på samme tid ha en alvorlig, skadelig virkning på nøyaktigheten av de resultater som frembringes ved hjelp av oppfinnelsen. Alarmanordningen 30 kan være programmert inn i mikroprosessoren 26, slik at den vil gjøre operatøren oppmerksom på en sådan reduksjon av tettheten under den laveste tetthet som man forventer å treffe på ved de fluida som prøves, f.eks. blandingen av olje og vann, en emulsjon av olje og vann eller de individuelle komponenter. Slik som foran angitt, vil en sådan senkning av tettheten være en indikasjon på tilstedeværelse av fri gass i væskene.

Den spesielle måler med hvilken oppfinnelsen arbeider, er forholdsvis følsom overfor fri gass i råoljen. Det er nødvendig at denne frie gass fjernes for å få de nøyaktige resultater som oppfinnelsen er rettet på. Et av hovedformålene med separatoren 10 er følgelig å fjerne gassen fra råoljen før emulsjonen går videre gjennom ledningen 18 til måleanordningen 22. Når denne logikk følges ytterligere, i tilfelle man skulle påtreffe en brønn som faktisk ikke har noen fri gass i sin råolje, ville det være mulig å eliminere separatoren 10 og dirigere de ubearbeidede brønnfluida direkte inn i de gjenværende deler av den kretsanordning som er vist på fig. 1. Mer spesielt trenger den frie gass å fjernes på grunn av at tetthetsdataene, som følge av den spesielle måler med hvilken den på vellykket måte konstruerte utførelse av oppfinnelsen er blitt bygget, påvirkes på ugunstig måte med hensyn til nøyaktighet, selv om massestrømdataene, interessant nok, er forholdsvis upåvirkede.

Utstrakt prøving er blitt utført for å godtgjøre den forbedring som er forårsaket av oppfinnelsen i forhold til den kjente teknikk.

Den etterfølgende Tabell 1 oppsummerer et antall tester som ble kjørt basert på standardprøver. To forskjellige typer av standard-separatorer ble benyttet, og tre normale, tidligere kjente innretninger ble sammenliknet med innretningen ifølge oppfinnelsen. Alle tester ble kjørt under de samme forhold for å sikre nøyaktigheten av sammenlikningsresultatene som er angitt i den etterfølgende Tabell 1.

Slik det er klart, frembrakte innretningen ifølge oppfinnelsen gjennomgående mer nøyaktige resultater enn noen av de tidligere kjente standardinnretninger, og det kan videre innses at feilen ved innretningen ifølge oppfinnelsen iblant var under og iblant over den riktige vannprosent for standardprøven. På den annen side viste standard-innretningene konsekvent altfor høyt med hensyn til prosent vann, hvilket betyr en tilsvarende konsekvent, lav avlesning men hensyn til prosenten av olje. De data som frembringes ved hjelp av prøveutstyr, såsom standardut-styret ifølge denne tabell og innretningen ifølge oppfinnelsen, er meget viktige, og således er unøyaktige data meget uønsket. Sådanne unøyaktige data kan ha juridiske implikasjoner med hensyn til royalty-betalinger for produsert olje, og de kan, kanskje mer viktig, være det grunnlag på hvilket reservoaringeniører kan ta feilaktige beslutninger på grunn av unøyaktige data.

Idet det nå henvises til fig. 2, er det der vist et logisk flytskjema av den måte på hvilken elektronikkdelene ifølge oppfinnelsen utnytter de data som frembringes av måleren 22 på fig. 1, for å frembringe de kontinuerlige avlesninger av olje-og vannprosenter i den råolje som er under prøving..

Blokken 32 som er merket "Tidsgjennomsnitt", tar gjennomsnittet av rå-emulsjonstetthetsdataene for å frembringe mer nøyaktige resultater. Denne tidsgjennomsnittstagningsfunksjon kan utføres enten direkte i maskinvaren i beregningsanordningen 26, eller den kan ellers utføres i programvaren. Prøving har vist at nøyaktigheten av de endelige resultater forbedres i vesentlig grad når denne tidsgjennomsnittstagning utføres. Behovet for tidsgjennomsnittet antas å skyldes densimeterets iboende natur.

De fleste av de individuelle blokker som er vist på fig. 2, utfører en spesiell beregning, og betegnelsen "EQ" etterfulgt av et tall er nøkkelen til den etterfølgende forklaring hvor hver av disse likninger (EQ) skal forklares nærmere.

En stjerne som er skrevet over en parameter, angir at parameteren gir verdien ved referansetemperaturen Tr. Indeksene "o" og "w" står for henholdsvis olje og vann.

A. Kjente parametere

For en gitt produksjonsbrønn er tetthetene av "ren olje" og "rent vann" konstante og kan betraktes som gitt for beregningene. I tillegg er selvsagt deres varmeutvidelseskoef-fisienter kjente.

D0<*>: Tetthet (kg/l) av olje ved referansetemperatur Tr.

Dw<*>: Tetthet (kg/l) av vann ved referansetemperatur Tr.

CG: Varmeutvidelseskoeffisient (kg/l/°C) for olje.

Cw: Varmeutvidelseskoeffisient (kg/l/°C) for vann.

Tr: Referansetemperatur (tradisjonelt valgt som 15,5°C).

B. Målinger ved hjelp av måleren 22

Tre størrelser tilveiebringes ved hjelp av måleren 22: De: Tetthet (kg/l) av olje/vann-emulsjon ved målingstempe- ratur T.

Me: Massestrømningshastighet (kg/min) av olje/vann-emulsjon.

T: Temperatur (°C) av olje/vann-emulsjon ved måleren.

C. Bereqninqsprosedvre

1. Beregn tettheter av olje og vann ved temperatur T.

I ovenstående likninger er DQ T og Dw T tetthetene av olje og vann ved temperatur T.

Likning EQ. 1 t j ener bare som et eksempel. Andre likninger som er velkjente for fagfolk på området, såsom de som er utviklet ved API (American Petroleum- Institute), kan også benyttes. 2. Beregn fraksjonen av vann i olje/vann-emulsjonen. 3. Beregn volumetrisk strømningshastighet av olj e/vann-emulsj onen. 4. Beregn volumetrisk strømningshastighet av olje ved temperatur T. 5. Beregn volumetrisk strømningshastighet av vann ved temperatur T. 6. Beregn volumetrisk strømningshastighet av olje ved referansetemperatur. 7. Beregn volumetrisk strømningshastighet av vann ved referansetemperatur. 8. Integrer de momentane strømningshastigheter av olje og vann beregnet ut fra Likningene 6 og 7 med hensyn til tid, for å oppnå kumulative, totale mengder av olje og vann innenfor det tidsintervall som er av interesse.

I ovenstående betegner At et vilkårlig tidsintervall under hvilket målingene av rå-data tas.

En separat logikkblokk for å utføre denne summasjon (EQ. 8) er ikke spesielt vist på tegningene, da en sådan anordning kan være inkludert i displayet 28 eller et annet sted i kretsanordningen. I alle tilfeller er det en enkel sak å utføre en sådan akkumulasjon eller samling av data.

D. Beregningseksempel

Gitt:

Målt:

Beregninger:

1. Tetthet av ren olje ved 95°F (35°C) (Likning 1)

DoT <=><D>c<*> - CD (T - <T>r)

= 291,4 - 0,17175 (95 - 60)

= 285,4 lb/BBL

<D>w.t <=><D>w<*> " <C>w<*> (T - <T>r)

= 362,0 - 0,06046 (95 - 60)

Dw T <=> 359,9 lb/BBL

3. Volumetrisk strømningshastighet av emulsjon (Likning 3) 4. Volumetrisk strømningshastighet av olje (Likning 4) 5. Volumetrisk strømningshastighet av vann (Likning 5) 6. Volumetrisk strømningshastighet av olje ved 60°F (15,5°C) (Likning 6) 7. Volumetrisk strømningshastighet av vann ved 60° F (15,5°C) (Likning 7) 8. Kumulative, totale mengder av olje og vann under en periode på 1 time véd konstante olje- og vann-strømningshastig-heter (Likning 8)

Slik det er klart for fagfolk på området, tillater styrken av beregningsanordningen 26 og displayet 28 på fig. 2 oppfangning av utgangssignalet for hvilken som helst av disse forskjellige Likninger fra de forskjellige blokker som er vist på fig. 2, og tilførsel av disse direkte til displayet 28. De stiplede linjer 40 og 42 på fig. 2 fra de blokker som beregner Likningene 4 hhv. 5, og som går direkte inn i displayanordningen 28, er en indikasjon på at displayanordningen også kan benyttes til å fremvise olje- og vanndata som ikke er korrigert for temperatur. Sådanne ukorrigerte data kan være av interesse av forskjellige grunner som er kjent for fagfolk på området.

Ledningene 44 som kommer ut av displayanordningen 28 og er merket "valgfrie utganger", er en indikasjon på at de resultater som frembringes ved hjelp av oppfinnelsen, kan benyttes til å drive andre innretninger, og i andre omgivelser, utenfor innretningen ifølge oppfinnelsen. Det ville for eksempel være en enkel sak å omarbeide Likning 2 slik at det på disse valgfrie utgangsledninger 44 frembringes data som svarer til vektinnholdet i stedet for voluminnholdet av oljen og vannet som måles. Sådanne signaler kan benyttes til å drive andre prosesser eller andre innretninger. Mange andre sådanne eksempler vil presentere seg selv for fagfolk på området.

Claims (28)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av mengdene av en første og en andre komponent i en strømmende blanding som inneholder de første og andre komponenter, idet de første og andre komponenter normalt er væsker og har forskjellige tettheter, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn

(i) å måle massestrømningshastigheten av blandingen, (ii) å måle tettheten av blandingen, og (iii) å innmate på forhånd kjente verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, for å beregne mengdene av de første og andre komponenter i blandingen, KARAKTERISERT VED at trinnene (i) og (ii) utføres på et eneste sted med en massetetthetsmåler som virker etter Coriolis-prinsippet, at mengdene av de første og andre komponenter av blandingen beregnes basert på den målte blandingsmassestrømnings-hastighet, den målte blandingstetthet, og de kjente innmatingsverdier for de første og andre komponenters tettheter, og at de beregnede mengder av de første og andre komponenter i blandingen fremvises.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter de trinn å måle temperaturen av blandingen på det nevnte, eneste sted, å innmate verdier for varmeutvidelseskoeffisientene for de første og andre komponenter, og å utføre det nevnte mengdeberegningstrinn for å inkludere den målte blan-dingstemperatur og varmeutvidelseskoeffisientverdiene for å korrigere de mengder som fremvises i mengdefremvisningstrinnet, for forskjellen i temperatur mellom den målte temperatur av blandingen og en forutbestemt referansetemperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at innmatingsverdiene for varmeutvidelseskoeffisientene angår en referansetemperatur som er forskjellig fra den temperatur ved hvilken blandingen måles, og at beregningstrinnet omfatter undertrinn for å utføre den nevnte korreksjon av de fremviste utgangsmengder.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at volummengdene av de første og andre komponenter bestemmes.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, KARAKTERISERT VED at blandingen er råolje som produseres fra en brønn, den første komponent er flytende olje og den andre komponent er vann.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at den utføres ved benyttelse av en transportabel innretning ved brønnhodet på en hydrokarbonbrønn.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at den utføres ved benyttelse av en fast innretning.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at gass som er til stede i den produserte råolje, fjernes forut for det nevnte, første trinn med måling av massestrømningshastighet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at den utføres ved et produksjonstankaggregat som betjener et antall av de nevnte brønner.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at beregningstrinnet inneholder de undertrinn først å beregne tettheten av de første og andre komponenter ved den målte temperatur ved utnyttelse av den målte temperatur og de nevnte verdier for tetthetene og varmeutvidelseskoeffisientene av de første og andre komponenter, deretter det undertrinn å beregne prosentandelen av den ene av de første og andre komponenter i blandingen ved utnyttelse av den målte blandingstetthet og de tidligere beregnede verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, idet volumstrømningshastigheten av blandingen beregnes ved utnyttelse av den målte verdi av blandingsmassestrøm og blandingstetthet, de undertrinn å beregne strømningshastig-heter av de første og andre komponenter ved utnyttelse av utgangssignalet fra det sistnevnte undertrinn med beregning av prosentandelen av den ene av komponentene i blandingen, og fra undertrinnet med beregning av blandingens volumstrømningshastig-het, og deretter det undertrinn å temperaturkorrigere til den forutbestemte referansetemperatur utgangssignalene fra de sistnevnte to undertrinn med beregning av de første og andre komponentstrømningshastigheter.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at den omfatter det trinn å ta tidsgjennomsnittet av den målte verdi av blandingens tetthet.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-11, KARAKTERISERT VED at en varslingsanordning påvirkes i tilfelle den målte blandingstetthet faller under forutbestemte minimumsverdier for tetthetene av de første og andre komponenter.

13. Innretning for bestemmelse av mengdene av en første og en andre komponent i en strømmende blanding som inneholder de første og andre komponenter, idet de første og andre komponenter normalt er væsker og har forskjellige tettheter, hvilken innretning omfatter en anordning for strømning av blandingen gjennom innretningen, en anordning for måling på et eneste sted av massestrømmen og tettheten av blandingen, og en anordning for innmating av på forhånd kjente verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, KARAKTERISERT VED at anordningen for måling av massestrømmen og tettheten av blandingen er en massetetthetsmåler som virker etter Coriolis-prinsippet, og at innretningen videre omfatter en anordning for beregning av mengdene av de første og andre komponenter i blandingen basert på den målte blandingsmassestrøm, den målte blandingstetthet, og de kjente innmatingsverdier for de første og andre komponenters tettheter, og en anordning for fremvisning av de beregnede mengder av de første og andre komponenter i blandingen.

14. Innretning ifølge krav 13, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for måling av blandingens temperatur på det sted hvor massestrømmen og tettheten også måles.

15. Innretning ifølge krav 13 eller 14, KARAKTERISERT VED at fremvisningsanordningen omfatter en anordning for kontinuerlig å fremvise verdier som svarer til voluminnholdene av de første og andre komponenter i blandingen, og en anordning for utmating fra fremvisningsanordningen av signaler som kan utnyttes utenfor innretningen.

16. Innretning ifølge ett av kravene 13-15, KARAKTERISERT VED at beregningsanordningen omfatter en mikroprosessor.

17. Innretning ifølge ett av kravene 13-16, KARAKTERISERT VED at den er innbygget i en transportabel anordning som er egnet for anvendelse ved brønnhodet på en hydrokarbonbrønn.

18. Innretning ifølge ett av kravene 13-16, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for tilpasning av innretningen for anvendelse ved et produksjonsaggregat som betjener et antall hydrokarbonbrønner.

19. Innretning ifølge ett av kravene 13-18, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for innmating av verdier for varmeutvidelseskoef fisientene for de første og andre komponenter.

20. Innretning ifølge ett av kravene 15-19 i avhengighet av krav 14, KARAKTERISERT VED at beregningsanordningen omfatter en anordning for først å beregne tettheten av de første og andre komponenter ved den målte temperatur, under utnyttelse av den målte temperatur og de nevnte verdier for tetthetene og varmeutvidelseskoef fisientene for de første og andre komponenter, en anordning for beregning av prosentandelen av den ene av de første og andre komponenter i blandingen under utnyttelse av den målte blandingstetthet og de tidligere beregnede verdier for tetthetene av de første og andre komponenter, en anordning for beregning av volumstrømningshastigheten av blandingen under utnyttelse av den målte verdi av blandings-massestrøm og blandingstetthet, en anordning for beregning av strømningshastigheter av de første og andre komponenter under utnyttelse av utgangssignalet fra den sistnevnte anordning for beregning av prosentinnholdet av den ene av komponentene i blandingen og blandingens volumstrømningshas-tighet, og en anordning for temperaturkorreksjon av de første og andre komponenters beregnede strømningshastigheter.

21. Innretning ifølge krav 20, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for korrigering av prosent-voluminnholdene av de første og andre komponenter til en referansetemperatur som er forskjellig fra den temperatur ved hvilken blandingen måles.

22. Innretning ifølge ett av kravene 13-21, KARAKTERISERT VED at den omfatter en anordning for tidsgjennomsnittstagning av den målte verdi av blandingens tetthet.

23. Innretning ifølge ett av kravene 13-22, KARAKTERISERT VED at den omfatter en varslingsanordning og en anordning for å forbinde varslingsanordningen og beregningsanordningen med hverandre, slik at varslingsanordningen påvirkes dersom den målte blandingstetthet faller under en forutbestemt verdi.

24. Innretning ifølge ett av kravene 13-23, KARAKTERISERT VED at den omfatter en- separatoranordning for separasjon av eventuell gass som kan være til stede i blandingen, idet separatoranordningen er anbrakt før det punkt hvor blandingen strømmer gjennom innretningen.

25. Innretning ifølge krav 24, KARAKTERISERT VED at separatoranordningen består av en vertikal trefaseseparator.

26. Innretning ifølge krav 24, KARAKTERISERT VED at separatoranordningen består av en vertikal tofaseseparator.

27. Innretning ifølge krav 24, KARAKTERISERT VED at separatoranordningen består av en horisontal trefaseseparator.

28. Innretning ifølge krav 24, KARAKTERISERT VED at separatoranordningen består av en horisontal tofaseseparator.