NO178206B - Framgangsmåte og apparat for måling av tetthet og trykktap i en strömmende væske - Google Patents

Abstract

Framgangsmåte og apparat for måling av tetthet og trykktap pr. lengdeenhet i en strømmende væske, hvor væsken bringes til å strømme gjennom en rør-sløyfe (1) med to grener (2, 3) som er koplet sammen i et punkt (4) i vertikal avstand fra sløyfens (1) innløp (5) og utløp (6). Trykkfølere (7, 8) er koplet til gren (2) og innrettet til å måle en trykkdifferanse (dp) over en avstand U^). Trykkfølere (9, 10) er koplet til gren (2) og innrettet til å måle en trykkdifferanse (dp) over en avstand O2). Væskens tetthet settes lik {ldi - l-|dp) / QhW sin(v) - sin(v) ), og trykktapet pr lengdeenhet settes lik (lsin(v)dp- l2Sin(v2)dp1) /l^t sin(v-) - sin(v) )•

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte og et apparat for måling av tetthet og trykktap i en strømmende væske.

Ved boring etter olje sirkuleres borevæske gjennom borestrengen ned til borkronen og tilbake på utsiden av borestrengen. Borevæskens hoved-oppgaver er å transportere borkaks til overflaten og å gi et hydrostatisk trykk som balanserer væsketrykket i formasjonen som det bores i. Det hydrostatiske trykk reguleres ved å justere borevæskens tetthet.

Borevæskens tetthet bestemmes ved at det jevnlig tas prøver som veies og volum-måles. Det er kjent å bestemme væskers tetthet ved å måle en hydrostatisk trykkdifferanse mellom to punkt med kjent høydeforskjell. Væsken må være i ro mens trykkforskjellen avleses. Ved eventuell anvendeise av denne kjente framgangsmåte, må derfor boringen avbrytes, og pumpene for boreslam må stoppes. Deretter må man vente til all væskestrøm er sanset før målingen kan utføres.

Under boring er pumpetrykket en viktig indikator for forholdene nede i brøn-nen, og pumpetrykket overvåkes kontinuerlig for å fange opp situasjoner som for eksempel krever sikkerhetsmessige tiltak. Det er nødvendig å vite hvilket pumpetrykk som må ansees for normalt til enhver tid, og på grunn av trykktapet i borestrengen, endrer normalverdien seg etter hvert som lengden av borestrengen øker. Normalverdien avhenger også av væskehastigheten, det vil si av mengden av sirkulert væske pr. tidsenhet, og det er nødvendig å relatere trykk til væskestrøm og lengden av borestrengen for å utlede normalt forventet pumpetrykk. Dette krever beregninger eller oppslag i flerdimen-sjonale tabeller.

Et formål med oppfinnelsen er å framskaffe en framgangsmåte og et apparat for enkel og kontinuerlig måling av tetthet og trykktap i strømmende væske, særlig borevæske. Det er også et formål at målingene skal kunne skje under naturlige sirkulasjons- og trykkforhold, og videre at trykktap pr. lengdeenhet skal kunne utledes uten å gå veien om reologiske parametre som for eksempel viskositet.

Formålet oppnås ved trekk som angitt i etterfølgende patentkrav.

Et utførelseseksempel av oppfinnelsen beskrives i det følgende med henvisning til vedføyde tegning hvor henvisningstallet 1 angir en rørsløyfe med to grener 2, 3 som møtes i et punkt 4 som har høyere beliggenhet enn et innløp 5 i gren 2 og et utløp 6 i gren 3. Rørsløyfen 1 koples i serie med bore-slampumpen og borestrengen, og den har samme eller nær samme indre geometri som borerørene brukt i borestrengen. Gren 2 og gren 3 er skråstilt med vinkler v-| henholdsvis v2. Mellom innløpet 5 og punkt 4 i gren 2 er det montert to trykkfølere 7 og 8 med en innbyrdes avstand l-| og tilsvarende en vertikal avstand h-] gitt av sinus til vinkelen v-]. Mellom punkt 4 og utløpet 6 er det tilsvarende montert to trykkfølere 9 og 10 med en innbyrdes avstand I2 tilsvarende en vertikal avstand h2 gitt av sinus til vinkelen v2. Avstanden h2 kan med fordel være den samme som avstanden h-j.

Når rørsløyfen 1 er fylt med en væske som står i ro, vil forskjellen i målt trykk mellom trykkfølerne 7 og 8 tilsvare trykkforskjellen mellom følerne 9 og 10 pr. avstandsenhet i vertikal retning. Hvis h-| er lik h2, vil trykkforskjellen målt i gren 1 være den samme som i gren 2. Denne hydrostatiske trykkforskjell vil være proporsjonal med væskens tetthet. Om væsken bringes til å strømme gjennom rørsløyfen 1 ved hjelp av en ikke vist pumpe, vil trykktapet mellom trykkfølerne 7 og 8 føre til økt avlest trykkforskjell mellom dem, idet både trykktap og hydrostatisk trykk gir høyere trykk ved trykkføler 7 enn ved trykkføler 8. Samtidig vil trykktap mellom trykkfølerne 9 og 10 føre til redusert avlest trykkforskjell mellom disse to trykkfølere, idet trykktapet tilsier at det leses av et høyere trykk ved trykkføler 9 enn ved trykkføler 10, mens det hydrostatiske trykk virker motsatt. Når væske strømmer i rørsløyfen 1, avleses summen av hydrostatisk trykk og trykktap over den vertikale avstand h-i som trykkforskjell mellom trykkfølerne 7 og 8, og differansen mellom hydrostatisk trykk og trykktap over den vertikale avstand h2 avleses som trykkforskjell mellom trykkfølerne 9 og 10. Det avleses altså ulik trykkforskjell i gren 2 og gren 3 når væsken strømmer, og samme trykkforskjell når væsken står i ro. Ved enkel analyse av differansen og summen av trykkforskjellen i de to grenene, kan henholdsvis væskens tetthet og trykktapet pr lengdeenhet bestemmes.

Ved å sette trykk målt ved trykkfølerne 7, 8, 9 og 10 til henholdsvis py, pq, P9 °9 Pio ' trykkdifferanse P7 - ps til dp-j og trykkdifferanse Pg - P10 *'' dp2 - og tyngdens aksellerasjon til g, kan følgende formler oppstilles:

Trykktap pr lengdeenhet =

( l-|Sin(vi)d<p>2 - l2sin(v2)d<p->i ) / l-jl2( sin(v-|) - sin(v2) )

Ved vertikale grener 2 og 3 og lik avstand mellom trykkføleren 7, 8 og 9, 10, forenkles dette, idet vinkel v-j = 90 grader, vinkel v2 = -90 grader og I-l = l2. Avstanden I-| = l2 er i det etterfølgende kalt I, og ovenstående formler reduseres til:

Trykktap pr lengdeenhet = (dp2 + dp-|) / 21

Trykkfølerne 7 og 8 kan selvsagt erstattes av en differansetrykkføler som gir verdien dp-|direkte. Det samme gjelder for følerne 9 og 10. Hvis det nyttes differansetrykkfølere med væskefylte rørforbindelser til målepunktene i gren 2 og 3, må det på kjent måte tas hensyn til tettheten av denne væsken i ovenstående formler.

Claims (4)

1. Framgangsmåte for måling av væsketetthet og trykktap pr lengdeenhet i en lukket kanal hvori væsken strømmer, karakterisert ved at den lukkede kanal seriekoples med en rørsløyfe (1) hvor rørgrener (2, 3) har tilsvarende hydrauliske egenskaper som den lukkede kanal og er anbrakt slik at de danner vinkler (v1, v2) med horisontalplanet, hvoretter væsken bringes til å strømme gjennom rørsløyfen (1) samtidig som trykkforskjeller (dpl7 dp2) over avstander (l-p l2) måles i rørgrenene (2, 3); og idet (g) betegner tyngdens aksellerasjon, settes væskens tetthet lik (l2dpi - l-|dp2) / gl-|l2( sin(v-j) - sin(v2) ), og trykktap pr lengdeenhet settes lik (l1sin(v-|)dp2 - l2sin(v2)d<p>i) /l-]l2( sin(v-|) - sin(v2) ).

2. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved en rørsløyfe (1) som omfatter en gren (2) og en gren (3) som er koplet sammen i et punkt (4) lokalisert i en vertikal avstand fra rør-sløyfens (1) innløp (5) og utløp (6); og hvor rørsløyfen (1) er innrettet til å seriekoples med den lukkede kanal; og videre ved trykkfølere (7, 8) som er innrettet til å måle trykkforskjell (dpi) over avstanden (l2) i gren (2), og ved trykkfølere (9, 10) som er innrettet til å måle trykkforskjell (dp2) over avstanden (l2) i gren (2).

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at rørsløyfens (1) grener (2, 3) er vertikale.

4. Apparat ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at avstandene (I-l, l2) er like.