NO175332B

NO175332B - Fremgangsmåte og anordning for å overvåke en flerfase petroleumsström

Info

Publication number: NO175332B
Application number: NO883802A
Authority: NO
Inventors: Gregory John Hatton
Original assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-08-25
Publication date: 1994-06-20
Also published as: NO175332C; DK543288D0; GB8819488D0; NO883802D0; CA1329271C; BR8804831A; NO883802L; GB2210461A; DK543288A; GB2210461B

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte og anordning for å overvåke en fler-fase petroleumsstrøm som flyter i et rør, og som inneholder bl.a. gass og væske.

Ved fremgangsmåten blir tettheten av petroleumsstrømmen avfølt på to steder adskilt med en forutbestemt distanse fra hverandre og tilsvarende avfølte tetthetssignaler tilveiebringes, temperaturen i petroleumstrømen avføles og et temperatursignal tilveiebringes som er representativt for den avfølte temperatur, og trykket i petroleumsstrømmen avføles og et trykksignal tilveiebringes som er representativt for det avfølte trykket.

Anordningen omfatter første og andre tetthetsfølende midler for å avføle tettheten av petroleumsstrømmen på to steder som er adskilt med en forutbestemt distanse fra hverandre og som gir tilsvarende avfølte tetthetssignaler,

en temperaturføler for å avføle temperaturen i petroleums-strømmen og gi et temperatursignal som er representativt for den avfølte temperaturen,

en trykkføler for å avføle trykket i petroleumsstrømmen og tilveiebringe et trykksignal som er representativt for det avfølte trykket.

Til belysning av den kjente teknikk kan det vises til norsk patent 172011 som beskriver en overvåkningsanordning i hvilket et vesentlig trekk er å bevirke en endring i strømningskarakteristikkene. Denne endring kan utføres på forskjellige måter som alle involverer fysisk inngrep med rørledningen og strømmen i denne, f.eks. ved bruk av en strupeventil.

EP 0225741 vedrører bestemmelsen av typen av strømnings-mønster, samt bestemmelse av strømningstakter for gass og væskekomponentene, men kun i tilfellet av væskeplugg eller intermittent strømning.

US patent 4509366 omhandler måling av massestrømningshastig-het for et pulver som føres av en bæregass, en løsning som imidlertid ikke kan anvendes på overvåkning av fler-fase petroleumsstrøm.

Den innledningsvis nevnte fremgangsmåte kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, ved å tilveiebringe signaler som er representative for en referansetetthet for nevnte væske, for en referansetetthet for nevnte gass og for overflatespenningen hos nevnte gass,

å utlede hastigheten for store gassbobler fra den kjente distansen og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler med hverandre,

å korrigere nevnte referansetetthetssignaler for væske og gass i henhold til nevnte avfølte temperatur og trykksignaler, og

å utlede signaler som er representative for væskestrømnings-takten og gasstrømningstakten i petroleumsstrømmen i henhold til et forutbestemt sett av ligninger som relaterer nevnte væske og gasstrømningstakter til nevnte avfølte tettheter, nevnte korrigerte referansetettheter, nevnte overflatespenning og nevnte utledede hastighet for stor gassboble.

Anordningen, ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved signalmiddel for å tilveiebringe signaler som er representative for en referansetetthet i nevnte væske av nevnte gass og av overflatespenningen i nevnte gass og

strømningstaktmiddel som er koblet til nevnte første og andre tetthetsfølende midler, til temperaturføleren, til trykkføleren, og til signalmidlet, og som er virksom til å utlede hastigheten av store gassbobler fra den kjente distansen og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler med hverandre for å korrigere nevnte tetthetssignaler for væske og gass i henhold til nevnte avfølte temperatur og trykksignaler, og å utlede signaler som er representative for væskestrømningstakten og gasstrømnings-takten for petroleumstrømmen i henhold til et forutbestemt

sett av ligninger som relaterer nevnte væske og gasstrøm-ningstakter til nevnte avfølte tettheter, nevnte korrigerte referansetettheter, nevnte overflatespenning og nevnte utledede hastighet for stor gassboble.

Ifølge ytterligere utførelsesform av anordningen er strøm-ningstaktmidlet virksomt til å utlede et signal som er representativt for gassens overflatehastighet i petroleums-strømmen fra de avfølte tetthetssignaler, de korrigerte referansetetthetssignalene, og hastighetssignalet for stor gassboble.

Strømningstaktmidlet er virksomt til å utlede et signal som er representativt for andelen av gass i en væskeslugseksjon, og et signal som er representativt for fraksjonen av gass i en gassbobleseksjon fra de avfølte tetthetssignaler, og å utlede et signal som er representativt for distansen fra enden av en stor gassboble til enden av den neste store gassboblen og et signal som er representativt for lengden av en stor gassboble fra den kjente distansen og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler med hverandre.

Dessuten kan strømningstaktmidlet være virksomt til å utlede nevnte gassoverflatehastighetsignal fra nevnte hastighetssignal for stor gassboble, nevnte gassfraksjon i et slugsignal, nevnte gassfraksjon i et bobleseksjonsignal, nevnte distansesignal, og nevnte boblelengdesignal.

Som ytterligere fordel ved anordningen, ifølge oppfinnelsen, kan strømningstaktmidlet være operativt til å utlede et signal som er representativt for væskens overflatehastighet i petroleumsstrømmen fra de korrigerte referansetetthetssignalene, hastighetssignalet for stor gassboble, gass-overf latespenningssignalet og gassens overflatehastighetssignal.

I tillegg vil strømningstaktmidlet kunne være virksomt til å utlede nevnte signaler som er representative for væskestrøm-ningstakten og gasstrømningstakten i petroleumsstrømmen fra nevnte overflatehastighetssignal for gass og nevnte overflatehastighet for væske.

En utførelsesform av oppfinnelsen skal nå beskrives i eksempels form, med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et forenkelt blokkskjema over en flerfase petro-leumsstrømmonitor som er konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 representerer bølgeformer av signaler El og E2 tilveiebragt av detektorene vist i figur 1. Fig. 3 er et flytskjema over trinnene som anvender data-maskinmidlene vist i fig. 1 til å fremkomme til strømnings-takter for gassen og væsken i petroleumsstrømmen.

Med henvisning til tegningene, overvåker den viste anordning gasstrømningstakten og væskestrømningstakten for en flerfasepetroleumsstrøm som gjør bruk av bestemte ligninger. Den etterfølgende tabell I relaterer uttrykk i ligningene og deres definisjoner:

Ligningene som er angitt i A.E. Dukler's kurs vedrørende gassvæskestrømning gitt på University of Houston, Houston, Texas, fører til ligning 1:

Ligning 1 kan omskrives som ligning 2 slik:

Ligning 3 skrevet som følger:

Dette gir ligning 4:

Fra overflatehastigheten Ugg og Ulct for henholdsvis gassen og væsken, kan strømningstakten for gassen Qg og strømnings-takten Ql for væsken bestemmes fra ligninger 5 og 6, slik: Således i den vertikale strømning som er vist i fig. 1, er der vist en petroleumstrøm 3 som flyter i et rør 7. Innfor petroleumsstrømmen 3 er der gassbobler 11 og dessuten innenfor væskeslugger er der dispergert gass 14. En væskeslugg er den delen av petroleumsstrømmen som er mellom to bobler.

I dette bestemte eksempel er der vist kilder 20 og 23 som avgir gammastråleenergi til å gi stråler over petroleum-strømmen 3 hvor de detekteres av detektorer, henholdsvis 28 og 30. Selvom det foreliggende eksempel viser en slugg-detektor sammensatt av en gammastrålekilde med en gammastråledetektor, kan andre typer av sluggdetektorer anvendes til å bestemme tettheten av væsken som strømmer forbi et bestemt punkt. Eksempelvis er røntgenkilder og avfølere, ultralydkilder og avfølere noen. Dessuten er kilder 20 og 23 anbragt i en forutbestemt distanse d fra hverandre. Detektorene 28, 30 tilveiebringer tetthetssignaler, henholdsvis El og E2, til datamaskinmiddel 36. Datamaskinmidlet 36 kan være en universell digital data-maskin .

En trykkavføler 40 og en temperaturavføler 42 avføler henholdsvis trykket og temperaturen i petroleumsstrømmen 3, og tilveiebringer henholdsvis et trykksignal p og et temperatursignal T, til datamaskinmidlet 36.

Dessuten er det i fig. 1, i forklarende hensikt angitt lengden & q som er grafisk definert som lengden av en boble og lengden sl som er distansen fra starten av en boble til starten av den neste påfølgende boble.

Fig. 2 viser to plottinger av signaler El og E2 av tetthet relativt tid. I den hensikt å forklare forskjellige tidspunkter som anvendes i beskrivelsen, er At vist som tidsforskjellen mellom den fremre kant av en boble som passerer detektoren 30 og dens påfølgende passering av detektoren 28. Det er åpenbart at At med den kjente distanse d kan anvendes til å utlede hastigheten U-p for gassboblen. Dessuten definerer ti tiden for passeringslengden for en gassboble, mens t2 definerer tiden fra starten av en gassboble til starten av den neste påfølgende gassboble.

Med henvisning til flytskjemaet i fig. 3, blir verdier for den laboratoriebestemte tetthet av gassen, tetthet av væsken og overflatespenning for gassen innført i datamaskinmidlet 36. Datamaskinmidlet 36 avføler så tettheten av petroleums-signalene i henhold til signaler El og E2. Trykket av petroleumsstrømmen i henhold til signal p og temperaturen av petroleumsstrømmen i henhold til signal T. Trykksignalet p og temperatursignalet T anvendes til å korrigere tettheten pl og pg som allerede er innført i datamaskinmidlet 36 som vist med blokken 89. Det neste trinnet er å utlede U-p (pr blokk 93) fra den enkle formålstjenelighet å dele distansen d med At .

I blokk 97 programmeres datamaskinmidlet 36 til å utlede o<ls og cx-j-b • Som anmerket er o^g fraksjonen av gassen i væske-sluggen og a-pB er fraksjonen av gassen i gassboblen. Tetthetssignaler El og E2 anvendes i denne utledning og fremkommer fra tatte kalibreringsdata hvor tettheten av den forskjellige sammensetning av væske og gass i røret bestemmes som lagret i datamaskinmidlets 36 hukommelse.

Blokk 100 muliggjør utledningen av uttrykk & og Æg som gjennomføres ved hjelp av datamaskinmidlet 36. Ved å kjenne verdien for U-p, kan datamaskinmidler 36 så anvende sin interne klokke til å bestemme £g og £. Blokk 110 vedrører utledningen av gassoverflatehastigheten UgCT under anvendelse av ligning 2. Blokk 114 setter datamaskinmidlet 36 i stand til å utlede væskeoverflatehastigheten ULg.

Det siste trinnet i blokk 120 er å utlede gasstrømningstakten Qg og væskestrømningstakten Ql i henhold til henholdsvis ligningene 5 og 6. Selvom figur 1 ikke viser det, kan datamaskinmidlet 36 tilveiebringe en utmatning til regi-strer ingsmidler for ål registrere dataene. Den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for horisontalstrømning hvor ligning 3 omskrives som

hvor C er en konstant som har en verdi i området av 1,2 til 1,3, og Uq er en i alt vesentlig konstant hastighet bestemt ved hjelp av laboratoriestrømningskalibrering.

Claims

1. Fremgangsmåte for å overvåke en flerfase petroleumsstrøm som flyter i et rør, og som inneholder hl.a. gass og væske, der tettheten av petroleumsstrømmen avføles på to steder adskilt med en forutbestemt distanse (d) fra hverandre og tilsvarende avfølte tetthetssignaler (El, E2) tilveiebringes, temperaturen i petroleumstrømen avføles og et temperatursignal (T) tilveiebringes som er representativt for den avfølte temperatur, og trykket i petroleumsstrømmen avføles og et trykksignal (p) tilveiebringes som er representativt for det avfølte trykket, karakterisert ved: å tilveiebringe signaler som er representative for en referansetetthet for nevnte væske (pL), for en referansetetthet for nevnte gass (pG) og for overflatespenningen hos nevnte gass (aG), å utlede hastigheten (UT) for store gassbobler fra den kjente distansen (d) og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler (El, E2) med hverandre, å korrigere nevnte referansetetthetssignaler (<p>L,<p>G) for væske og gass i henhold til nevnte avfølte temperatur og trykksignaler (T,p), og å utlede signaler som er representative for væskestrømnings-takten (0L) og gasstrømningstakten (QG) i petroleumsstrømmen i henhold til et forutbestemt sett av ligninger (ligninger 2, 4, 5 og 6) som relaterer nevnte væske og gasstrømningstakter til nevnte avfølte tettheter (El, E2), nevnte korrigerte referansetettheter (pl»Pg slik som korrigert), nevnte overflatespenning (aG) og nevnte utledede hastighet (UT) for stor gassboble.

2. Anordning for å overvåke en flerfase petroleumsstrøm (3) som flyter i et rør (7) og som inneholder bl.a. gass og væske, omfattende: første og andre tetthetsfølende midler (20, 23, 28, 30) for å avføle tettheten av petroleumsstrømmen på to steder som er adskilt med en forutbestemt distanse (d) fra hverandre og som gir tilsvarende avfølte tetthetssignaler (El, E2), en temperaturføler (42) for å avføle temperaturen i petro-leumsstrømmen og gi et temperatursignal (T) som er representativt for den avfølte temperaturen, en trykkføler (40) for å avføle trykket i petroleumsstrømmen og tilveiebringe et trykksignal (p) som er representativt for det avfølte trykket, karakterisert ved: signalmiddel (75) for å tilveiebringe signaler som er representative for en referansetetthet i nevnte væske (pL) av nevnte gass (pG) og av overflatespenningen i nevnte gass (o-g) og strømningstaktmiddel (36) som er koblet til nevnte første og andre tetthetsfølende midler (20, 23, 28, 30), til tempera-turføleren (42), til trykkføleren (40), og til signalmidlet (75), og som er virksom til å utlede hastigheten (UT) av store gassbobler fra den kjente distansen (d) og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler (El, E2) med hverandre for å korrigere nevnte tetthetssignaler (pl,p<g>) for væske og gass i henhold til nevnte avfølte temperatur og trykksignaler (T, p), og å utlede signaler som er representative for væskestrømningstakten (QL) og gasstrømningstakten (QG) for petroleumstrømmen i henhold til et forutbestemt sett av ligninger (ligninger 2, 4, 5 og 6) som relaterer nevnte væske og gasstrømningstakter til nevnte avfølte tettheter (El, E2), nevnte korrigerte referansetettheter (pL,PG slik som korrigert), nevnte overflatespenning (aG) og nevnte utledede hastighet (TJT) for stor gassboble.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at strømningstaktmidlet (36) er virksomt til å utlede et signal (UGS) som er representativt for gassens overflatehastighet i petroleumsstrømmen fra de avfølte tetthetssignaler (El, E2 ), de korrigerte referansetetthetssignalene (pL,pG slik som korrigert), og hastighetssignalet (UT) for stor gassboble.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at strømningstaktmidlet (36) er virksomt til å utlede et signal (<\s) som er representativt for andelen av gass i en væskeslugseksjon, og et signal (o^) som er representativt for fraksjonen av gass i en gassbobleseksjon fra de avfølte tetthetssignaler (El, E2), og å utlede et signal (Æ)'som er representativt for distansen fra enden av en stor gassboble til enden av den neste store gassboblen og et signal (£G) som er representativt for lengden av en stor gassboble fra den kjente distansen (d) og en sammenligning av nevnte avfølte tetthetssignaler (El, E2) med hverandre.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at strømningstaktmidlet (36) er virksomt til å utlede nevnte gassoverflatehastighetsignal (UGS) fra nevnte hastighetssignal (UT) for stor gassboble, nevnte gassfraksjon i et slugsignal (ocLS), nevnte gassfraksjon i et bobleseksjonsignal (cXjg), nevnte distansesignal (£), og nevnte boblelengdesignal (ÆG).

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at strømningstaktmidlet (36) er operativt til å utlede et signal (ULS) som er representativt for væskens overflatehastighet i petroleumsstrømmen fra de korrigerte referansetetthetssignalene (pl»Pg slik som korrigert), hastighetssignalet (UT) for stor gassboble, gassoverflate-spenningssignalet (ae) og gassens overflatehastighetssignal nu).

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at strømningstaktmidlet (36) er virksomt til å utlede nevnte signaler (QL,QG) som er representativ for væskestrøm-ningstakten og gasstrømningstakten i petroleumsstrømmen fra nevnte overflatehastighetssignal (UGS) for gass og nevnte overflatehastighet (ULS) for væske.