NO20130780A1

NO20130780A1 - Omkalibrering av instrumenter

Info

Publication number: NO20130780A1
Application number: NO20130780A
Authority: NO
Inventors: Christian Robert Maurice Singfield
Original assignee: Mezurx Pty Ltd
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-08-05
Also published as: US20160341594A1; US20130291620A1; BR112013011457A2; GB2499943A; AU2011326332A1; SG190195A1; GB201309998D0; WO2012061876A1

Abstract

En trykkdifferensialmåler (13) måler og volumstrømningsraten av en væske (6) og en coriolismåler (14) overvåker tettheten av væsken (6). Når tettheten som overvåket ved coriolismåleren (14) indikerer at tetthet når områdegrensen for trykkdifferensialmåleren (13), blir trykkdifferensialmåleren (13) omkalibrert.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse omhandler feltet fluidhåndtering, og er spesielt anvendbart for håndteringen av slurryer så som boreslam. Selv om foreliggende oppfinnelse er beskrevet med referanse til boreslam anvendt i løpet av boring av borehull så som olje- og gassbrønner, skal det bli forstått at oppfinnelsen ikke er begrenset til boreslamfeltet.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Boreslam er vanligvis vannbaserte, men de kan være basert på andre væs-ker så som syntetiske oljer. Additiver blir blandet med den flytende basisen. Vanli-ge additiver til vannbaserte boreslam inkluderer faststoffer så som barytt, kalk (kalsiumkarbonat) og hematitt. Det er krevet at disse tilsatte faststoffene blir ho-mogent blandet med den flytende basisen, og at homogeniteten blir opprettholdt.

De fysiske og kjemiske karakteristikkene av boreslam varierer også i løpet av boreprosessen. Avhengig av geologien ved dybden for borkronen, kan det være nødvendig at boreren aktivt varierer hvilken som helst ene eller flere av tettheten, viskositeten, pH-en eller annen kjemisk eller fysisk egenskap for boreslammet. I oljeindustrien, når en borer et borehull, kunne boreslammene anvendt i løpet av livssyklusen for et enkelt borehull begynne med vann, så gå til et vannba-sert slam, så gå fra det vannbaserte slammet til et slam basert på syntetisk olje. Disse boreslammene har et komplekst område av fysiske karakteristikker og karakteristikkene krevet ved et hvilket som helst spesielt stadium av boreprosessen varierer i løpet av bore-livssyklusen. Fysiske eller kjemiske karakteristikker av slammet kan også variere avhengig av hendelser som ikke er under borerens kontroll. Inntrengningen av petroleumsprodukter i borehullet er en slik hendelse, og vil forårsake et "spark" eller impulsendring i karakteristikkene for boreslammet, noe som forårsaker plutselige variasjoner i, for eksempel, tettheten og/eller viskositeten av slammet.

Moderne prosessinstrumentering er generelt pre-kalibrert for å fungere nøyaktig over et verdiområde. For eksempel, i prosesser som håndterer vann som har noen få oppløste stoffer med lav tetthet, vil en tetthetsmåler være kalibrert for å måle nøyaktig tettheter som er litt over tettheten av vann. På den annen side, for å måle tettheter av forskjellige boreslam nøyaktig, vil en tetthetsmåler være kalibrert for å måle høyere tettheter nøyaktig.

Figur 1 er en blokk-skjematisk representasjon av apparatur 1 som for tiden typisk er i bruk for å overvåke volumetriske strømninger av boreslam. Det er en tilførsel av boreslam 6 i overflatetanker 2. Slammet 6 i tanken 2 blir holdt i en relativt homogen tilstand ved anvendelse av en mikser 3 som blir drevet ved en elektrisk motor 4. Slam 6 blir trukket av fra tanken 2 ved pumpen 8 som er knyttet til tanken 2 ved rør 7. Slam strømmer fra utløpet 9 av pumpen 8 inn i borehullet (som ikke er illustrert i tegningen). Slam som strømmer ut av borehullet blir utsatt for ulike behandlinger (som ikke er illustrert i tegningen) og så returnert til tanken 2.

Pumpen 8 er en fortrengningspumpe. Slike pumper omfatter generelt flere sylindere med frem- og tilbakegående stempler for å jevne ut fluktuasjoner i trykk og strømning. Det er nødvendig å anvende en fortrengningspumpe fordi sentrifu-galpumper ikke kan levere det høye trykket som er krevet men fortrengningspum-per kan det.

Strømningen av slam 6 inn i pumpen 8 blir kontrollert ved innløps- og ut-løpsventiler (som ikke er illustrert i tegningene.) For å overvåke volumet av 6 som blir flyttet ved pumpen 8, telles antallet stempelslag. Denne tellingen blir generelt gjort ved å montere en berøringsfri endebryter på pumpehuset og den berørings-frie endebryteren detekterer magnetfeltet av stempelet i bevegelse. På den basis at tverrsnittsarealet og slaglengden for stempelpumpen 8 er kjent, er strømnings-raten fra pumpen 8 produktet av slagraten, slaglengden og pumpens tverrsnitts-areal. Denne beregningen er imidlertid også basert på den antagelsen at det ikke er noen tilbakelekkasje forbi innløpsventilene på pumpen og at det er perfekt for-segling mellom stempelet og pumpesylinderen. Disse antagelsene kan godt være riktige når pumpen er ny eller utstyrt med nye deler, men trenger ikke være riktige når pumpen er slitt eller har behov for reparasjon. Disse pumpene har høyt vedlikehold og krever hyppige gjenoppbygninger av slitedelene.

Selv om det ikke er illustrert i figur 1, blir strømningen av slam 6 i et slik ar-rangement generelt målt ved anvendelse av en trykkdifferensialstrømningsmåler.

(En trykkdifferensialstrømningsmåler er også kjent som en venturimåler.) Det vil si, det er en anordning som utnytter trykkdifferensialet på tvers av en strømningsinn-snevring for å bestemme strømningsraten av fluid. Kilemålere (wedge meters) er en spesielt egnet form av trykkdifferensialmåler for slitende slurryer så som boreslam fordi innsnevringen er i form av en kileformet innskjæring i veggen av røret som fører fluidet. En slik innsnevring er mindre utsatt for slitasje og skade enn

blende-i-en-plate typen innsnevring som tradisjonelt blir anvendt i venturi-effekt strømningsmålere. Slik slitasje og skade påvirker nøyaktigheten av måleren. Som et praktisk spørsmål, hvis en kilemåler er designet for å arbeide på tvers av hele verdiområdet av tettheter for boreslam, så ville den ha dårlig nøyaktighet.

Oppsummering av oppfinnelsen

På den annen side, i ett aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse, i et system som anvender minst to måleinstrumenter for å måle størrelsesordenen av en fysisk variabel, en prosess som omfatter å: anvende minst ett av de minst to måleinstrumentene for å overvåke endringer i størrelsesordenen av den fysiske variabelen; og svarende til graden av endring i størrelsesordenen av den fysiske variabelen, automatisk omkalibrere minst et annet av de minst to måleinstrumentene.

Det er foretrukket at overvåkningen av endringer i den fysiske variabelen blir utført hovedsakelig kontinuerlig.

Det er foretrukket at:

den fysiske variabelen er tettheten av et fluid;

det minst ene av de minst to måleinstrumentene er en coriolismåler, og det minst andre av de minst to måleinstrumentene er en trykkdifferensialmåler.

I et annet aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse apparatur for å måle størrelsesordenen av en fysisk variabel, som omfatter: et første måleinstrument for å måle størrelsesordenen av den fysiske variabelen;

et andre måleinstrument for å måle størrelsesordenen av den fysiske variabelen; og

innretninger som reagerer på endringer i størrelsesordenen av den fysiske variabelen som målt ved det første måleinstrumentet for å omkalibrere det andre måleinstrumentet.

Det er foretrukket at

den fysiske variabelen er tettheten av et fluid;

Kort beskrivelse av tegningene

For at foreliggende oppfinnelse kan bli enklere forstått, er foretrukne utfø-relsesformer av den beskrevet i sammenheng med de ledsagende tegningene i hvilke: figur 1 er blokk-skjematisk tegning av apparatur som typisk blir anvendt i måling av den volumetriske strømningen av boreslam; og figur 2 er en blokk-skjematisk tegning av apparatur i henhold til foretrukne

utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen

Struktur

I utførelsesformen 11 av oppfinnelsen som er illustrert i figur 2, er en tank 2 for tilførselen av boreslam 6 eller lignende knyttet ved rør 7 til innløpssiden av en trykkdifferensialstrømningsmåler 13.

Utløpssiden av trykkdifferensialstrømningsmåleren 13 er i sin tur knyttet gjennom rør 10 til innløpet av en ladningspumpe 18. Den foretrukne pumpeformen for ladningspumpen 18 er en sentrifugalpumpe.

Utløpet fra ladningspumpen 18 er knyttet gjennom en T-forgrening som omfatter rørene 19 og 12 til henholdsvis en fortrengningspumpe 8 og til en coriolismåler 14. Den foretrukne formen for fortrengningspumpe er en stempelpumpe. Coriolismåleren 14 er en type måler som kan bli anvendt for å måle alle av tettheten, massestrømningsraten og den volumetriske strømningsraten for væske som strømmer gjennom den. En coriolismåler er imidlertid ikke egnet for å måle de svært høye strømningene som er involvert i tilførselen av boreslam 6 til et borehull.

Utløpet av fortrengningspumpen 8 er knyttet til rør 9 for formål som er beskrevet under. Utløpet fra coriolismåleren 14 er knyttet til rør 16 som knyttes som et innløp til tanken 2. En mikser 3 er montert innen tanken 2 og er drevet ved en elektrisk motor 4.

Data og styringsledninger 21, 22 og 23 kobler sammen en digital prosessor 17 med henholdsvis trykkdifferensialmåleren 13, fortrengningspumpen 8 og coriolismåleren 14. For formål som er beskrevet under, er styringssignaler over led-ningen 21 og 23 mellom prosessoren 17 og målerene 13 og 14 i henhold til "HART Field Communication Protocol Specifications" som er tilgjengelig fra HART Com munication Foundation, 9390 Research Boulevard, Suite 1-350, Austin, Texas,

USA.

Drift

Utførelsesformen 11 av oppfinnelsen som er illustrert i figur 2 utnytter en til-førsel av boreslam 6 i overflatetanker 2. Slammet 6 i tanken 2 blir holdt i en relativt homogen tilstand ved anvendelse av mikseren 3 som blir drevet ved den elektriske motoren 4. Drift av ladningspumpen 18 trekker slam 6 av fra tank 2 gjennom rør 7, gjennom trykkdifferensialmåleren 13, gjennom ladningspumpen 18, til T-forgreningen omfattet ved rørene 12 og 19. Når det strømmer gjennom trykkdifferensialmåleren 13, genererer slammet 6 et trykkdifferensial som blir overvåket ved den digitale prosessoren 17.

Den største andelen av strømningen ut av ladningspumpen 18 strømmer gjennom rør 19 inn i innløpet av fortrengningspumpen 8 og fra utløpet av fortrengningspumpen inn i borehullet (som ikke er illustrert i tegningene). En liten andel av strømningen ut av ladningspumpen 18 strømmer gjennom rør 12 til innløpet av coriolismåleren 14 og fra utløpet av coriolismåleren 14 gjennom røret 16 tilbake til tanken 2.

En trykkdifferensialmåler (eller venturi) måler stoler på Bernoullis ligning, nemlig:

p+pgh1/4pv<2>= en konstant

hvor

"p" er trykket av en væske;

"p" er tettheten av væsken;

"g" er akselerasjonen på grunn av gravitasjon;

"h" er høyden av væsken; og

"v" er hastigheten av væsken.

Imidlertid, som forklart over, i tilfellet av boreslam varierer tettheten "p" av væsken og slik er det nødvendig å kjenne den (variable) tettheten av slammet 6 som strømmer gjennom venturimåleren 13 for å beregne den volumetriske strøm-ningen av slam 6 gjennom den måleren.

Coriolismåleren 14 tar følgelig en liten andel av den totale strømningen av boreslam 6 fra utløpet av ladningspumpen 18 og måler tettheten og strømningsra-ten av den lille strømningen. Tettheten av slammet 6 som målt ved coriolismåleren

14 blir anvendt, sammen med trykkdifferensial på tvers av kilen som målt i venturimåleren 13, for å beregne den ene eller begge av massestrømningsraten og tett-hetsstrømningsraten gjennom venturimåleren 13. I henhold til noen foretrukne ut-førelsesformer av oppfinnelsen, blir disse beregningene utført ved den digitale prosessoren 17. Den digitale prosessoren 17 kompenserer også for forskjeller i tidene tatt for at slam 6 skal strømme fra tanken 2 til hver av: venturimåleren 13;

fortrengningspumpen 8; og

coriolismåleren 14.

Strømningsraten gjennom fortrengningspumpen 8 er lik den (beregnede) strømningsraten gjennom venturimåleren 13 minus den målte strømningsraten gjennom coriolismåleren 14. Den digitale prosessoren 17 beregner også denne strømningsraten.

Den digitale prosessoren 17 overvåker også den volumetriske strømnings-raten gjennom fortrengningspumpen 8 som beregnet fra talte pumpeslag. Denne strømningsraten som målt ved å telle pumpeslag skulle være den samme som den beregnede strømningsraten gjennom fortrengningspumpen 8. Imidlertid, kan forskjeller i:

strømning som beregnet ved å telle pumpeslag; og

strømning som beregnet ved forskjellen mellom strømning gjennom venturimåleren og strømning gjennom coriolismåleren,

indikere at vedlikehold står for tur på én eller flere av de målerene. Spesielt vil variasjoner i disse forskjellene som viser at strømningen som beregnet ved å måle pumpeslag er større enn den beregnede strømningen gjennom fortrengningspumpen 8 være en indikator på at fortrengningspumpen 8 kan stå for tur for vedlikehold.

I henhold til andre foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen som ikke er illustrert i tegningene, blir slamtetthet som målt ved coriolismåleren 14 ført direkte til elektronisk kretsteknikk som er assosiert med venturimåleren 13.

Prosessoren 17 overvåker tettheten av slammet 6 for å bestemme om den tettheten når verdiområdets grense for trykkdifferensialmåleren 13 eller coriolismåleren 14 eller ikke. Når tettheten når den grensen, anvender prosessoren HART protokollen for å ta den aktuelle måleren 13 eller 14 offline. Prosessoren 17 under-trykker enhver alarm som ville vise at måleren er offline eller stoppet og laster opp nye kalibreringsdata til det instrumentet. Disse nye kalibreringsdataene tillater instrumentet å håndtere et forskjellig tetthetsområde. Prosessoren 17 setter så måleren 13 eller 14 tilbake online.

Selv om foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet med referanse til noen få spesifikke utførelsesformer, er beskrivelsen illustrerende for oppfinnelsen og skal ikke bli betraktet som begrensende for oppfinnelsen. Ulike modifikasjoner kan forekomme for fagpersonene uten å avvike fra den faktiske ånden og omfanget av oppfinnelsen som definert ved de medfølgende kravene.

"Omfatter/omfattende" når anvendt i denne spesifikasjonen er tatt for å spe-sifisere nærværet av angitte trekk, enheter, trinn eller komponenter men utelukker ikke nærværet eller tilleggelsen av ett eller flere andre trekk, enheter, trinn, komponenter eller grupper derav.

I kravene, skal hvert avhengige krav leses som å være innen omfanget av dets ene eller flere opphavskrav, i den betydning at et avhengig krav ikke skal bli tolket som krenket med mindre dets opphavskrav også er krenket.

Claims

1. I et system som anvender minst to måleinstrumenter for å måle størrelses-ordenen av en fysisk variabel, en prosess som omfatter å: anvende minst ett av de minst to måleinstrumentene for å overvåke endringer i størrelsesordenen av den fysiske variabelen; og svarende til graden av endring i størrelsesordenen av den fysiske variabelen, automatisk omkalibrere minst et annet av de minst to måleinstrumentene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori overvåkningen av endringer i den fysiske variabelen blir utført hovedsakelig kontinuerlig.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2, hvori den fysiske variabelen er tettheten av et fluid; det minst ene av de minst to måleinstrumentene er en coriolismåler; og det minst andre av de minst to måleinstrumentene er en trykkdifferensialmåler.

4. Apparatur for å måle størrelsesordenen av en fysisk variabel, som omfatter: et første måleinstrument for å måle størrelsesordenen av den fysiske variabelen; et andre måleinstrument for å måle størrelsesordenen av den fysiske variabelen; og innretninger som reagerer på endringer i størrelsesordenen av den fysiske variabelen som målt ved det første måleinstrumentet for å omkalibrere det andre måleinstrumentet.

5. Apparatur for å måle størrelsesordenen av en fysisk variabel ifølge krav 4 hvori den fysiske variabelen er tettheten av et fluid; det minst ene av de minst to måleinstrumentene er en coriolismåler, og det minst andre av de minst to måleinstrumentene er en trykkdifferensialmåler.

6. Apparatur ifølge krav 4 eller krav 5, hovedsakelig som beskrevet med referanse til figur 2.

7. Apparatur hovedsakelig som beskrevet med referanse til figur 2.