NO20131033A1

NO20131033A1 - Measuring device

Info

Publication number: NO20131033A1
Application number: NO20131033A
Authority: NO
Inventors: Anders Langseth; Pål A Matre
Original assignee: Ikm Production Technology As
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-01-26
Also published as: NO342056B1

Abstract

Et system og en fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjerate av et fluid i et ringrom er tilveiebragt. Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et forbedret system og en forbedret fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjeraten av et fluid i et ringrom. Foreliggende oppfinnelse oppnår det ovennevnte formål ved bruk av en strupeventil for å fastsette en konstant tverrsnittsåpning mens det opereres med strupet strømning og registrering av massestrømning og endring i trykk.A system and method for examining and quantifying leakage rate of a fluid in an annulus are provided. An object of the present invention is to provide an improved system and method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus. The present invention achieves the above object by using a throttle valve to establish a constant cross-sectional opening while operating with throttled flow and recording of mass flow and pressure change.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Teknisk område Technical area

Oppfinnelsen vedrører generelt måling av lekkasjerater, og mer spesielt et system og en fremgangsmåte for undersøkelse og kvantifisering av lekkasjerate for et fluid i et ringrom. The invention generally relates to the measurement of leakage rates, and more particularly to a system and a method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus.

Teknisk bakgrunn Technical background

Fra kjent teknikk kan man referere til Xu, Rong. (2002). ANALYSIS OF From the prior art, one can refer to Xu, Rong. (2002). ANALYSIS OF

DIAGNOSTIC TESTING OF SUSTAINED CASING PRESSURE IN WELLS (Ph.D. DIAGNOSTIC TESTING OF SUSTAINED CASING PRESSURE IN WELLS (Ph.D.

Dissertation, Louisiana State University and Agriculture and Mechanical Collega). Dette dokumentet beskriver egenskaper ved SCP (Sustained Casing Pressure) i brønner, spesielt i forbindelse med oppbygging av gasstrykk. Dissertation, Louisiana State University and Agriculture and Mechanical Collegiate). This document describes characteristics of SCP (Sustained Casing Pressure) in wells, especially in connection with the build-up of gas pressure.

Det skal også vises til SPE 117961: Ali Al-Tamimi m.fl. (2008), «Design and fabrication of a Low rate metering Skid to Measure Internal Leak Rates of Pressurized Annuli for Determining Well Integrity Status.". Reference should also be made to SPE 117961: Ali Al-Tamimi et al. (2008), "Design and fabrication of a Low rate metering Skid to Measure Internal Leak Rates of Pressurized Annuli for Determining Well Integrity Status.".

Denne løsningen har den ulempe at det er nødvendig å kontrollert senke trykket ned til null eller så lavt som et rimelig oppnåbart trykk. This solution has the disadvantage that it is necessary to lower the pressure in a controlled manner to zero or as low as a reasonably achievable pressure.

Det skal også vises til NO 20092445, innvilget som NO 331633 og publisert som WO/2010/151144, som vedrører en fremgangsmåte og en anordning for å undersøke og kvantifisere en lekkasjerate for et fluid mellom et første rør og et andre rør, hvor det første røret er omgitt av i det minste en del av det andre røret, idet rørene er anordnet i en brønn i en undergrunn, og hvor et målearrangement som innbefatter en strømningsmåler og en trykkmåler, er satt i fluidkommunikasjon med et ringrom definert av det første røret og det andre røret, idet fluid i gassfasen blir transportert gjennom målearrangementet når ringrommet blir brukt som et separasjonskammer for gass og væske. Reference should also be made to NO 20092445, granted as NO 331633 and published as WO/2010/151144, which relates to a method and a device for examining and quantifying a leakage rate for a fluid between a first pipe and a second pipe, where the first the pipe is surrounded by at least part of the second pipe, the pipes being arranged in a well in an underground, and where a measuring arrangement including a flow meter and a pressure meter is placed in fluid communication with an annulus defined by the first pipe and the other tube, fluid in the gas phase being transported through the measuring arrangement when the annulus is used as a separation chamber for gas and liquid.

NO 20092445 beskriver et behov for separasjon av gass og væske hvor dette blir oppnådd ved å bruke et ringrom som et separasjonskammer for derved å eliminere behovet for en utpekt separasjonsbeholder i målesystemet. Etter tilsyne-latende å ha eliminert behovet for å ha en spesiell separasjonsbeholder, beskriver dokumentet likevel muligheten for gasskondensering i målesystemet og utfellinger som væske, for eksempel på grunn av temperaturfall. Dette blir kompensert ved å bruke oppvarmede rørledninger. Tester viser at kondensasjon faktisk finner sted og at oppvarmingen av rørledningene ikke er noen enklere eller mer adekvat løsning enn en egen separasjonsbeholder i målesystemet. NO 20092445 describes a need for separation of gas and liquid where this is achieved by using an annulus as a separation chamber to thereby eliminate the need for a designated separation container in the measurement system. Having apparently eliminated the need to have a special separation container, the document nevertheless describes the possibility of gas condensation in the measuring system and precipitation as a liquid, for example due to a drop in temperature. This is compensated by using heated pipelines. Tests show that condensation actually takes place and that the heating of the pipelines is no simpler or more adequate solution than a separate separation container in the measuring system.

Fluidet fra reservoaret omfatter olje, gass og vann når det kommer inn i en separator, og vil være blandet på grunn av de hurtige og turbulente strømnings-forholdene i produksjonsrøret. I separatoren vil strømningshastigheten bli sterkt redusert og dermed også de turbulente kreftene, slik at tyngdekraften vil tillate olje, vann og gass å bli separert. Hastigheten til separasjonen av vann fra olje vil være bestemt av med hvilken hastighet vann faller gjennom oljen. Effektiviteten til et ringrom som separasjonskammer, vil derfor være avhengig av den separasjons-prosessen som gir tilstrekkelig tid før fluid blir ekstrahert fra ringrommet til ytterligere oppstrøms behandling. The fluid from the reservoir includes oil, gas and water when it enters a separator, and will be mixed due to the fast and turbulent flow conditions in the production pipe. In the separator, the flow rate will be greatly reduced and thus also the turbulent forces, so that gravity will allow oil, water and gas to be separated. The rate of separation of water from oil will be determined by the rate at which water falls through the oil. The effectiveness of an annulus as a separation chamber will therefore depend on the separation process which provides sufficient time before fluid is extracted from the annulus for further upstream treatment.

Skumming er et problem, og væskesøylen kan være fylt med skum straks trykket i ringrommet blir redusert kontrollert, og opptar dermed et meget større volum enn rent «upåvirket» fluid. En ekkomåler vil registrere den øvre overflaten av skumfasen og dermed gi ukorrekt informasjon med hensyn til hvor mye fluid som har strømmet inn. Foaming is a problem, and the liquid column can be filled with foam as soon as the pressure in the annulus is reduced and controlled, and thus occupies a much larger volume than pure "unaffected" fluid. An echometer will register the upper surface of the foam phase and thus give incorrect information as to how much fluid has flowed in.

Beskrivelse av oppfinnelsen Description of the invention

Problemer som skal løses ved hjelp av oppfinnelsen Problems to be solved with the help of the invention

Et hovedformål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et forbedret system og en forbedret fremgangsmåte for undersøkelse og kvantifisering av lekkasjerate av et fluid i et ringrom. A main purpose of the present invention is to provide an improved system and an improved method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus.

Man har også innsett at behovet for å kontrollert redusere trykk til lave trykk som nærmer seg atmosfæriske trykk, resulterer i en stor trykkdifferanse mellom et ringrom og produksjonsrøret. Siden produksjonsrøret og ringrommene er lange, betyr dette at det oppstår en stor kraft som kan ødelegge integriteten til strukturen og øke en lekkasje eller også rive i stykker en vegg. Oppfinneren har derfor innsett behovet for en løsning som ikke innebærer en stor trykkdifferanse. It has also been realized that the need to controllably reduce pressure to low pressures approaching atmospheric pressure results in a large pressure differential between an annulus and the production pipe. Since the production pipe and annulus are long, this means that a large force occurs that can destroy the integrity of the structure and increase a leak or even tear apart a wall. The inventor has therefore realized the need for a solution that does not involve a large pressure difference.

Det har også blitt innsett at tidligere kjent teknikk er basert på en stabil tilstand selv om det brukes en ventil til å opprettholde konstant trykkdifferanse. Disse to aspektene er ikke mulige å kombinere, og dermed er kriteriene for den stabile til-standen i virkeligheten ikke til stede. Med en feilaktig forutsetning kan fremgangsmåten ikke være gyldig, og det foreligger en motsetning. It has also been realized that the prior art is based on a steady state although a valve is used to maintain a constant pressure differential. It is not possible to combine these two aspects, and thus the criteria for the stable state are in reality not present. With an incorrect assumption, the procedure cannot be valid, and a contradiction exists.

Selve ringrommet representerer et stort volum og er i stand til å lagre og avgi fluider. Volumet kan være omkring 30 m<3>. Volumet varierer, og det er kjent tilfeller med volumer opp til 130 m<3>. Dette betyr at den strømningsraten som måles ved overflaten, ikke nødvendigvis behøver å være lik strømningsraten gjennom et lekkasjepunkt dypt nede i ringrommet. Når et ringrom først blir åpnet for strømning, kan den innledende produksjonen på overflaten komme ene og alene fra fluider som føres ut fra ringrommet, og det kan ta en betydelig tid før strømningsraten på overflaten er lik strømningsraten ved lekkpunktet. Uttrykket «betydelig tid» innebærer lenger enn man normalt kan tillate testen å vare. The annulus itself represents a large volume and is able to store and release fluids. The volume can be around 30 m<3>. The volume varies, and there are known cases with volumes up to 130 m<3>. This means that the flow rate measured at the surface does not necessarily have to be equal to the flow rate through a leakage point deep down in the annulus. When an annulus is first opened to flow, the initial production at the surface may come solely from fluids discharged from the annulus, and it may take a considerable time for the flow rate at the surface to equal the flow rate at the leak point. The term "significant time" implies longer than one would normally allow the test to last.

Når et ringrom er lukket ved overflaten, kan fluider fortsette å strømme gjennom lekkpunktet inn i ringrommet over like lang tid som ringrommet lagrer fluid, en prosess som er vanlig kjent som etterstrømning. When an annulus is closed at the surface, fluids can continue to flow through the leak point into the annulus for as long as the annulus stores fluid, a process commonly known as backflow.

Disse effektene skyldes hovedsakelig det samme fenomenet og blir kollektivt referert til i brønntestlitteraturen som brønnlagringseffekter. These effects are mainly due to the same phenomenon and are collectively referred to in the well test literature as well storage effects.

Hvis en test blir fullstendig dominert av ringromslagring, så vil disse dataene være unyttige som en kilde til lekkasjeanalyse. Ringromslagringseffekter må derfor tas i betraktning ved utformingen og analysen i forbindelse med en lekkasjetest i ringrom. If a test is completely dominated by annulus storage, then this data will be useless as a source of leakage analysis. Annular space storage effects must therefore be taken into account in the design and analysis in connection with a leakage test in an annular space.

På grunnlag av disse premissene har oppfinnerne oppdaget et behov for å finne gyldige fremgangsmåter som ikke krever stor trykkdifferensial for: A: å bestemme om en lekkasje inn i et ringrom er gjennom sement eller On the basis of these premises, the inventors have discovered a need to find valid methods that do not require a large pressure differential for: A: determining whether a leak into an annulus is through cement or

produksjonsrør, production pipe,

B: å bestemme lekkasjerate inn i ringrom gjennom sement, og B: to determine leakage rate into annulus through cement, and

C: å bestemme lekkasjerate inn i ringrom fra produksjonsrør eller ringrom C: to determine leakage rate into annulus from production pipe or annulus

til ringrom to ring room

Det primære behovet for oppfinnelsen The primary need for the invention

En operatør (et oljeselskap) av en olje/gass-brønn har plikt til å utføre planlagt vedlikehold for å verifisere at alle sperreelementer i brønnen virker som de skal. Dette omfatter lekkasjetesting av ventiler som er installert ved visse dybder i en brønn for det formål å føre gass fra A-ringrommet og inn i produksjonsrøret for å sikre at olje strømmer fra reservoaret til overflaten. Slike ventiler er kjent som GLV (Gassløftventiler). Slike ventiler skal være lukket når det ikke er noen trykkdifferanse mellom A-ringrommet og produksjonerøret, eller det er et høyere trykk i produksjons-røret enn i A-ringrommet. En lukket ventil skal være forseglet for å tette. Det vil likevel være en viss sannsynlighet for en lekkasje. Én grunn til dette er at produk-sjonsrør og foringsrør blir trykktestet ved å bruke væske hvor en mindre lekkasje ikke behøver å bli oppdaget. Senere kan dette føre til det stedet hvor lekkasje oppstår når det blir utsatt for en gasstrykkdifferanse. An operator (an oil company) of an oil/gas well has a duty to carry out planned maintenance to verify that all blocking elements in the well work as they should. This includes leak testing of valves installed at certain depths in a well for the purpose of passing gas from the A annulus into the production pipe to ensure that oil flows from the reservoir to the surface. Such valves are known as GLV (Gas lift valves). Such valves must be closed when there is no pressure difference between the A annulus and the production pipe, or there is a higher pressure in the production pipe than in the A annulus. A closed valve must be sealed to seal. There will still be a certain probability of a leak. One reason for this is that production pipes and casings are pressure tested using liquid where a minor leak does not need to be detected. Later, this can lead to the location where leakage occurs when exposed to a gas pressure difference.

Midler for løsning av problemene Means for solving the problems

Formålet blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved According to the invention, the purpose is achieved by

en fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjerater av et fluid i et ringrom som angitt i ingressen til krav 1, og som har de trekk som er avgitt i karakteristikken til krav 1, a method for examining and quantifying leakage rates of a fluid in an annulus as stated in the preamble of claim 1, and which has the features given in the characteristic of claim 1,

en fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjerate av et fluid i et ringrom som angitt i ingressen til krav 2, og som har de trekk som er angitt i karakteristikken til krav 2, og a method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus as stated in the preamble of claim 2, and which has the features stated in the characteristic of claim 2, and

en anordning for å undersøke og kvantifisere lekkasjerate av et fluid i et ringrom som angitt i ingressen til krav 8, og som har de trekk som er angitt i karakteristikken til krav 8. a device for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus as stated in the preamble to claim 8, and which has the features stated in the characteristic of claim 8.

Foreliggende oppfinnelse oppnår de formålene som er beskrevet ovenfor ved bruk av en strupeventil for å fastsette en konstant tverrsnittsåpning under drift i en strupet strømning og registrere massestrømning og endring i trykk. The present invention achieves the purposes described above by using a throttle valve to establish a constant cross-sectional opening during operation in a throttled flow and record mass flow and change in pressure.

Ifølge et første aspekt er det tilveiebragt en fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjerate av et fluid i et ringrom mellom et første rør og et andre rør, der det første røret er omgitt av det andre røret, hvor fremgangsmåten omfatter: a: å lekke fluid i gassfasen fra det andre røret gjennom en første strupeventil til en første rate, mens det opereres i strupet strømning According to a first aspect, a method is provided for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus between a first pipe and a second pipe, where the first pipe is surrounded by the second pipe, where the method comprises: a: leaking fluid in the gas phase from the second pipe through a first throttle valve to a first rate, while operating in throttled flow

b: å registrere trykk- og raterespons gjennom en første strupeventil over et forutbestemt tidsrom, b: recording pressure and rate response through a first throttle valve over a predetermined period of time,

c: å bestemme rate (Q) og endring i trykk (dp/dt), c: to determine rate (Q) and change in pressure (dp/dt),

å gjenta trinnene a - c for å oppnå minst én avlesning mer. to repeat steps a - c to obtain at least one more reading.

Ifølge et andre aspekt er det tilveiebragt en fremgangsmåte for å undersøke og kvantifisere lekkasjeraten av et fluid i et ringrom mellom et første rør og et andre rør, der det første røret er omgitt av det andre røret, hvor fremgangsmåten omfatter: According to another aspect, there is provided a method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus between a first pipe and a second pipe, where the first pipe is surrounded by the second pipe, the method comprising:

x: å lukke en strupeventil, x: to close a tracheal valve,

y: å måle en resulterende trykkoppbygging når Q=0. y: to measure a resulting pressure build-up when Q=0.

Det blir foretrukket at fremgangsmåten ifølge det andre aspektet blir utført etter å ha utført fremgangsmåten ifølge det første aspektet. It is preferred that the method according to the second aspect is carried out after having carried out the method according to the first aspect.

I en foretrukket utførelsesform blir det brukt et eksternt separasjonskammer som er integrert med måleanordningen. In a preferred embodiment, an external separation chamber is used which is integrated with the measuring device.

Effekter av oppfinnelsen Effects of the invention

De tekniske forskjellene i forhold til den teknikk som er kjent fra NO 331633, er bruken av en ekstern separator som er integrert i måleanordningen. Den tekniske virkningen av dette er muligheten til samtidig og på en pålitelig måte å bestemme fluidstrømningen av gass og fluidstrømningen av væske, hvor fluidfasene er rene faser, noe som er viktig for å få massestrømning av den lekkede gassen til å virke. The technical differences compared to the technique known from NO 331633 are the use of an external separator which is integrated into the measuring device. The technical effect of this is the ability to simultaneously and reliably determine the fluid flow of gas and the fluid flow of liquid, where the fluid phases are pure phases, which is important to make mass flow of the leaked gas work.

Disse effektene tilveiebringer i sin tur flere ytterligere fordelaktige effekter: det blir mulig å unngå å kontrollert redusere ringromstrykket ned til null, noe som igjen fører til reduserte påkjenninger på produksjonsrøret og miljøet, These effects in turn provide several additional beneficial effects: it becomes possible to avoid controlled reduction of annulus pressure down to zero, which in turn leads to reduced stresses on the production pipe and the environment,

det sparer tid siden det tar lang tid å kontrollert redusere trykket ned til null, mens foreliggende oppfinnelse krever mindre tid til å nå strupet strømning, it saves time since it takes a long time to controllably reduce the pressure down to zero, while the present invention requires less time to reach choked flow,

det er ikke nødvendig å anta at prosessen er i stabil tilstand. it is not necessary to assume that the process is in steady state.

Det skal også påpekes at den tidligere kjente teknikk er basert på antagelsen at strømning gjennom et målesystem på overflaten er den samme som strømningen gjennom lekkasjen. Svakheten i argumentet som foreliggende oppfinnelse overvinner, er at det er en betydelig avstand mellom de to posisjonene for kritisk strømning ved lekkasjen og målingene ved overflaten. Mellom disse er det lagret en stor gassmengde sammenlignet med den raten det er ment å måle. It should also be pointed out that the previously known technique is based on the assumption that flow through a measuring system on the surface is the same as the flow through the leak. The weakness in the argument which the present invention overcomes is that there is a considerable distance between the two positions of critical flow at the leak and the measurements at the surface. Between these, a large amount of gas is stored compared to the rate it is intended to measure.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

De ovennevnte og ytterligere trekk ved oppfinnelsen er spesielt angitt i de vedføyde patentkravene og vil sammen med deres fordeler fremgå tydeligere av den etterfølgende, detaljerte beskrivelse av et utførelseseksempel av oppfinnelsen gitt under henvisning til de vedføyde tegningene. The above-mentioned and further features of the invention are specifically stated in the appended patent claims and, together with their advantages, will appear more clearly from the subsequent, detailed description of an embodiment of the invention given with reference to the appended drawings.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet nedenfor i forbindelse med utførelses-eksempler som er skjematisk vist på tegningene, hvor: The invention will be described in more detail below in connection with execution examples that are schematically shown in the drawings, where:

Figur 1 viser en typisk utførelsesform av oppfinnelsen Figure 1 shows a typical embodiment of the invention

Figur 2 viser et diagram av Q som funksjon av dp/dt Figure 2 shows a diagram of Q as a function of dp/dt

Figur 3 viser et diagram av P og Q som funksjon av t Figure 3 shows a diagram of P and Q as a function of t

Figur 4 viser en utførelsesform av en separator Figure 4 shows an embodiment of a separator

Beskrivelse av henvisningstegn Description of reference characters

De følgende henvisningstall og henvisningstegn refererer til tegningene: The following reference numbers and reference signs refer to the drawings:

Detaljert beskrivelse Detailed description

Forskjellige aspekter ved oppfinnelsen blir beskrevet mer fullstendig i det etterfølgende under henvisning til de vedføyde tegningene. Denne oppfinnelsen kan imidlertid utføres på mange forskjellige måter og skal ikke anses begrenset til noen spesiell struktur eller funksjon som er presentert i denne beskrivelsen. Disse aspektene er heller tilveiebragt slik at oppfinnelsen skal bli grundig og fullstendig forstått, og vil gi fagkyndige på området full forståelse av oppfinnelsens omfang. Basert på det som beskrives her, vil en fagkyndig på området forstå at omfanget av beskrivelsen er ment å dekke alle aspekter ved oppfinnelsen som er beskrevet her, uansett om de er implementert uavhengig eller i kombinasjon med andre aspekter ved oppfinnelsen. En anordning kan for eksempel være implementert eller en fremgangsmåte kan praktiseres ved å bruke et hvilket som helst antall av de aspekter som er angitt her. Omfanget av beskrivelsen er dessuten ment å dekke en slik anordning eller en slik fremgangsmåte som blir praktisert ved å bruke en annen struktur, funksjonalitet, eller struktur og funksjonalitet i tillegg til eller i stedet for de forskjellige aspektene ved oppfinnelsen som er angitt her. Det skal bemerkes at ethvert aspekt ved oppfinnelsen som er beskrevet her, kan utføres ved hjelp av ett eller flere elementer i et patentkrav. Various aspects of the invention are described more fully hereinafter with reference to the attached drawings. However, this invention may be embodied in many different ways and should not be considered limited to any particular structure or function presented in this specification. Rather, these aspects are provided so that the invention will be thoroughly and completely understood, and will give experts in the field a full understanding of the scope of the invention. Based on what is described here, a person skilled in the art will understand that the scope of the description is intended to cover all aspects of the invention described here, regardless of whether they are implemented independently or in combination with other aspects of the invention. For example, a device may be implemented or a method may be practiced using any number of the aspects set forth herein. Furthermore, the scope of the description is intended to cover such a device or such a method which is practiced using a different structure, functionality, or structure and functionality in addition to or instead of the various aspects of the invention set forth herein. It should be noted that any aspect of the invention described herein may be embodied by one or more elements of a patent claim.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet med utførelseseksempler som er skjematisk vist på tegningene, hvor figur 1 viser en typisk utførelsesform av oppfinnelsen så vel som brønnen og valgte anordninger slik som foringsrør. The invention will be described in more detail with exemplary embodiments which are schematically shown in the drawings, where Figure 1 shows a typical embodiment of the invention as well as the well and selected devices such as casing.

Prinsipper som utgjør grunnlaget for oppfinnelsen Principles that form the basis of the invention

Oppfinnerne har funnet at ved å bruke en strupeventil i stedet for en konstant trykkdifferanse-ventil kan systemet modelleres som et trykkreservoar som svarer til produksjonsrøret, forbundet med en tank som har et visst volum, svarende til ringrommet. Fluid under trykk strømmer fra trykkreservoaret gjennom en strupe-forbindelse mellom trykkreservoaret og tanken, hvor den strupede forbindelsen representerer lekkasjen. Tanken er også forbundet med et utløp som er anordningen ifølge oppfinnelsen, som har en strupeventil og midler for måling av masse-strømningen. The inventors have found that by using a throttle valve instead of a constant pressure differential valve, the system can be modeled as a pressure reservoir corresponding to the production pipe, connected to a tank having a certain volume, corresponding to the annulus. Fluid under pressure flows from the pressure reservoir through a throat connection between the pressure reservoir and the tank, where the throat connection represents the leak. The tank is also connected to an outlet which is the device according to the invention, which has a throttle valve and means for measuring the mass flow.

Det underliggende prinsippet for oppfinnelsen er å bestemme lekkasjeraten Qieakved å bestemme en massestrømningsrate Q for en tilsvarende hastighetsendring i trykk dp/dt når det opereres med en strupet strømning. Datapunktene kan tilpasses en rett linje som skjærer Y-aksen som representerer lekkasjeraten Q gjennom lekkasjen 12, som vist på figur 1 ved dp/dt=0. The underlying principle of the invention is to determine the leakage rate Qieak by determining a mass flow rate Q for a corresponding rate change in pressure dp/dt when operating with a throttled flow. The data points can be fitted to a straight line intersecting the Y-axis representing the leakage rate Q through the leak 12, as shown in Figure 1 at dp/dt=0.

Figur 2 viser et slikt diagram. Figure 2 shows such a diagram.

Det skal bemerkes at det er nødvendig med minst 2 datapunkter for å plotte den linjen som gir skjæringen. Likevel er det god praksis å måle flere datapunkter for å sikre at systemet opererer i den forventede, strupte strømningsraten og å sørge for annen ordens ledd eller høyere for å ta hensyn til en ikke-perfekt gass. Signifikante utslag fra den forventede oppførselen indikerer avvik fra de grunnleggende antakelsene, for eksempel at lekkasjeraten endrer seg betydelig over en tidsperiode for måling av datapunktene. It should be noted that at least 2 data points are required to plot the line that gives the intercept. Nevertheless, it is good practice to measure multiple data points to ensure that the system is operating at the expected throttled flow rate and to provide a second-order term or higher to account for a non-perfect gas. Significant deviations from the expected behavior indicate deviations from the basic assumptions, for example, that the leakage rate changes significantly over a time period for measuring the data points.

Med dette i mente er det blitt innsett at reduksjonen i praksis vil resultere i to betydelig forskjellige målemetoder som likevel er utførelsesformer av det samme oppfinneriske konseptet. With this in mind, it has been realized that the reduction in practice will result in two significantly different measurement methods which are nevertheless embodiments of the same inventive concept.

I en første utførelsesform blir trykket redusert over tid ved å lekke trykket gjennom en strupeventil inntil innføring av den strupede massestrømningen og så måle et antall datapunkter Q for en tilsvarende verdi av dp/dt. In a first embodiment, the pressure is reduced over time by leaking the pressure through a throttle valve until introduction of the throttled mass flow and then measuring a number of data points Q for a corresponding value of dp/dt.

I en andre utførelsesform blir trykket p økt over tid ved å lukke strupeventilen, å måle trykkoppbygningen når Q=0, å beregne Dp/Dt for Q=0. In a second embodiment, the pressure p is increased over time by closing the throttle valve, measuring the pressure build-up when Q=0, calculating Dp/Dt for Q=0.

Beregningen for å bestemme Qieakfra de innsamlede datapunktene, kan gjøres på flere måter. I en første utførelsesform av beregningen blir Qteakrepresentert ved Q ved dp/dt=0, bestemt ved å finne skjæringen med Y-aksen som representerer verdier av Q, mens X-aksen representerer verdier av dp/dt. I en andre utførelsesform av beregningen, blir verdien av Qieakbestemt som den asymptotiske tilnærmelsen av Q. The calculation to determine Qieak from the collected data points can be done in several ways. In a first embodiment of the calculation, Q is represented by Q at dp/dt=0, determined by finding the intercept with the Y-axis representing values of Q, while the X-axis represents values of dp/dt. In another embodiment of the calculation, the value of Qieak is determined as the asymptotic approximation of Q.

Figur 3 viser en plotting av Q som funksjon av tid t. Figure 3 shows a plot of Q as a function of time t.

Denne fremgangsmåten vil avdekke lekkasjeraten med betydelig høyere pålitelighet og nøyaktighet enn hva som tidligere er blitt oppnådd. This method will reveal the leak rate with significantly higher reliability and accuracy than has previously been achieved.

Beste måter å utføre oppfinnelsen på Best ways of carrying out the invention

Den utførelsesformen av anordningen ifølge oppfinnelsen som er vist på figur 1, omfatter 3 ringrom A, B og C atskilt av produksjonsrør 3 og foringsrør 5, 7 og 9, på en slik måte at A-ringrommet er mellom foringsrørene 3 og 5, og B-ringrommet er mellom foringsrørene 5 og 7, og C-ringrommet er mellom foringsrørene 7 og 9. The embodiment of the device according to the invention shown in figure 1 comprises 3 annulus A, B and C separated by production pipe 3 and casing pipes 5, 7 and 9, in such a way that the A annulus is between the casing pipes 3 and 5, and B -the annulus is between casings 5 and 7, and the C annulus is between casings 7 and 9.

Alle foringsrørene er forseglet ved bunnen ved å bruke et tetningsmedium 11 eller sement 13. All the casings are sealed at the bottom using a sealing medium 11 or cement 13.

I de utførelsesformene som er vist, er B-ringrommet fluidforbundet med målearrangementet 20 ved å bruke en ledning 22 som omfatter et rør som leder fluidet fra ringrommet til målearrangementet. Signalkabler 27 er forbundet med en første trykksensor 25 festet til A-ringrommet, og en andre trykksensor 26 festet til B-ringrommet. Disse er forbundet med tilsvarende trykkmålere 25' og 26' og er innrettet for å måle trykk i henholdsvis A- og B-ringrommene. Nedstrøms for målearrangementet er det i tillegg tilveiebragt en strupeventil 28 for gass-strømning og en strupeventil 29 for væskestrømning ut av separatoren. In the embodiments shown, the B annulus is fluidly connected to the measuring arrangement 20 by using a line 22 which comprises a pipe which conducts the fluid from the annulus to the measuring arrangement. Signal cables 27 are connected to a first pressure sensor 25 attached to the A annulus, and a second pressure sensor 26 attached to the B annulus. These are connected to corresponding pressure gauges 25' and 26' and are designed to measure pressure in the A and B annulus, respectively. Downstream of the measuring arrangement, a throttle valve 28 for gas flow and a throttle valve 29 for liquid flow out of the separator are also provided.

Figuren viser et lekkasjehull 12 dannet i en del av det første foringsrøret 5 over væskenivå LLA. Hullet er uønsket og får fluid til å strømme fra A-ringrommet til B-ringrommet på grunn av trykkdifferansen mellom de to. Et væskenivå LLBfor en væske FL i B-ringrommet danner en separasjon mellom væsken FL og gassen FG. The figure shows a leakage hole 12 formed in part of the first casing pipe 5 above liquid level LLA. The hole is undesirable and causes fluid to flow from the A annulus to the B annulus due to the pressure difference between the two. A liquid level LLB for a liquid FL in the B annulus forms a separation between the liquid FL and the gas FG.

En del av gassen som strømmer gjennom målearrangementet, kan konden-sere. Kondenseringen avhenger av trykk- og temperaturforhold i ringrommene og PVT-karakteristikkene til fluidet. Målearrangementet er forsynt med et separasjonskammer for gass og væske slik at bare gass blir ført gjennom coriolis-massemålings-enheten 23. Dermed er det ikke nødvendig å bruke et ringrom som separasjonskammer. Part of the gas that flows through the measuring arrangement can condense. The condensation depends on the pressure and temperature conditions in the annulus and the PVT characteristics of the fluid. The measuring arrangement is provided with a separation chamber for gas and liquid so that only gas is passed through the coriolis mass measurement unit 23. Thus, it is not necessary to use an annulus as a separation chamber.

Ved å bruke strupeventilen 28 kan strupetverrsnittet holdes konstant under måling av trykket i B-ringrommet og gassraten Q gjennom målearrangementet. Det antas at trykken nedstrøms for lekkasjen er mindre enn, eller lik halvparten av trykket oppstrøms for lekkasjen, såkalt kritisk strømning. By using the throat valve 28, the throat cross-section can be kept constant while measuring the pressure in the B annulus and the gas rate Q through the measuring arrangement. It is assumed that the pressure downstream of the leak is less than, or equal to half of the pressure upstream of the leak, so-called critical flow.

Dermed vil lekkasjeraten Q uttrykt ved masse per tidsenhet av fluid gjennom lekkasjen 12, være konstant. Det skal bemerkes at Q representerer masseraten av gass, men bruken av en separator kan likevel medføre noe væske i massestrømningen. Thus, the leakage rate Q expressed in terms of mass per time unit of fluid through the leakage 12 will be constant. It should be noted that Q represents the mass rate of gas, but the use of a separator may still involve some liquid in the mass flow.

På figur 1 er fluidet en gass. Ved å bestemme dp/dt ved forskjellige rater Q, kan man plotte verdier av Q som en funksjon av dp/dt. Punktene kan tilpasses en rett linje som skjærer Y-aksen som representerer lekkasjeraten gjennom lekkasjen 12 ved dp/dt=0. In Figure 1, the fluid is a gas. By determining dp/dt at different rates Q, one can plot values of Q as a function of dp/dt. The points can be fitted to a straight line intersecting the Y-axis which represents the leakage rate through the leak 12 at dp/dt=0.

Denne fremgangsmåten vil avdekke lekkasjeraten med en betydelig høyere pålitelighet og nøyaktighet enn hva som er oppnådd ved hjelp av kjent teknikk. This method will reveal the leakage rate with a significantly higher reliability and accuracy than what is achieved by means of known techniques.

Det blir foretrukket at egenskapene til gassen er kjent. Ved å ha en enkelt avløsning er det mulig å bestemme volumetrisk gasslekkasjerate ved standard tilstander. Dette kan bestemmes ved å ha egenvekten til gassen som en del av beregningene av en volumetrisk hastighet ved standardtilstander. It is preferred that the properties of the gas are known. By having a single solution, it is possible to determine the volumetric gas leakage rate at standard conditions. This can be determined by having the specific gravity of the gas as part of the calculations of a volumetric velocity at standard conditions.

Målearrangementet omfatter fortrinnsvis også et akustisk måleinstrument 30 som omfatter en signalanalysator 31 forbundet med en akustisk kilde GUN 35 med en kabel 33, som vist på figur 1. Sammen blir dette referert til som en ekkomåler, eller EM. The measuring arrangement preferably also comprises an acoustic measuring instrument 30 which comprises a signal analyzer 31 connected to an acoustic source GUN 35 with a cable 33, as shown in figure 1. Together this is referred to as an echo meter, or EM.

Formålet med EM er å tilveiebringe informasjon angående endringer i væskenivået LL i B-ringrommet. Dette kan brukes til å oppdage endringer i det innbyrdes forholdet mellom gas og væske i B-ringrommet og dermed også eventuell væskelekkasje gjennom lekkasjen 12. The purpose of the EM is to provide information regarding changes in the liquid level LL in the B annulus. This can be used to detect changes in the mutual relationship between gas and liquid in the B annulus and thus also any liquid leakage through the leak 12.

Væske FL strømmer gjennom lekkasjen 12 fra A til B på grunn av trykkdifferansen mellom de to. Trykkdifferansen kan også forårsake at noe av væsken kommer inn i gassfasen i B-ringrommet. Liquid FL flows through the leak 12 from A to B due to the pressure difference between the two. The pressure difference can also cause some of the liquid to enter the gas phase in the B annulus.

Ved å bruke strupeventilen 28 kan strupetverrsnittet holdes på et konstant nivå eller ha en konstant åpning under måling av trykket i B-ringrommet og gassraten Q som strømmer gjennom måleapparatet. Gasslekkasjeraten kan bestemmes som beskrevet ovenfor. Væskelakkasjeraten kan dessuten måles samtidig ved å bruke ekkomåleren EM. By using the throat valve 28, the throat cross section can be kept at a constant level or have a constant opening while measuring the pressure in the B annulus and the gas rate Q flowing through the measuring device. The gas leakage rate can be determined as described above. The liquid coating rate can also be measured at the same time using the echo meter EM.

Alternative utførelsesformer Alternative embodiments

Et antall varianter av det ovennevnte kan tenkes. Det kan for eksempel oppstå behov for å bestemme væskenivået i separatoren. I en første utførelsesform kan væskenivået bestemmes ved hjelp av en ekkomåler eller ekkometer. A number of variations of the above can be imagined. For example, there may be a need to determine the liquid level in the separator. In a first embodiment, the liquid level can be determined using an echometer or echometer.

I en andre utførelsesform som er vist på figur 4, blir væskenivået bestemt ved spesifikke mellomrom ved å bruke trykkmålerne. Ved å starte med en separator som innledningsvis er fylt med gass, og ved å ha en nedre og en øvre trykkmåler forbundet med separatoren ved et laveste og et høyeste nivå, avleser de to trykkmålerne hovedsakelig samme trykk. Når separatoren er fylt med væske, vil væske-trykket øke inntil det når forbindelsen til den nedre trykkmåleren og den nedre trykkmåleren begynner å lese av et høyere trykk sammenlignet med det som avleses av den øvre måleren. Når væskenivået øker ytterligere blir også den øvre forbindelsen nådd, og ved dette punktet vil de to trykkmålerne avlese hovedsakelig den samme differansen i trykk. Når væsken blir drenert fra separatoren, blir avlesnings-prosessen reversert på tilsvarende måte. In a second embodiment shown in Figure 4, the liquid level is determined at specific intervals using the pressure gauges. By starting with a separator initially filled with gas, and by having a lower and an upper pressure gauge connected to the separator at a lowest and a highest level, the two pressure gauges read essentially the same pressure. When the separator is filled with liquid, the liquid pressure will increase until it reaches the connection to the lower pressure gauge and the lower pressure gauge begins to read a higher pressure compared to that read by the upper gauge. When the liquid level increases further, the upper connection is also reached, and at this point the two pressure gauges will read essentially the same difference in pressure. When the liquid is drained from the separator, the reading process is reversed in a corresponding manner.

Industriell anvendbarhet Industrial applicability

Oppfinnelsen ifølge søknaden kan anvendes til bestemmelse av lekkasjer i forbindelse med vedvarende foringsrørtrykk (SCP). The invention according to the application can be used to determine leaks in connection with sustained casing pressure (SCP).

Claims

1. Method for investigating and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus between a first pipe (3, 5) and a second pipe (5, 7), where the first pipe (3, 5) is surrounded by the second pipe ( 5, 7), characterized in that the method comprises: a: leaking fluid in the gas phase from the second pipe through a first throttle valve to a first massrate while operating with throttled flow, b: recording pressure and massrate response through the first throttle valve over a predetermined time period, c: to determine mass rate (Q) and change in pressure (dp/dt), repeating steps a - c to obtain at least one more reading.

2. Method for examining and quantifying the leakage rate of a fluid in an annular space between a first pipe (3, 5) and a second pipe (5, 7), where the first pipe (3, 5) is surrounded by the second pipe ( 5, 7), characterized in that the method comprises: x: closing a throttle valve, y: measuring a resulting pressure buildup when Q=0.

3. Method according to claim 2, where the method is carried out after carrying out the method according to claim 1.

4. Method according to claims 1-3, where the leakage rate is determined by determining the pressure response dp/dt for different mass rates Q, to curve fit a line through the plot of mass rate Q along the Y axis as a function of the pressure response dp/dt, and to determine the intercept of the line with the Y-axis, where the intercept represents the leakage rate for dp/dt=0.

5. Method according to claims 1-3, where the leakage rate is determined by determining an asymptotic approximation of the mass rate.

6. Method according to claims 1 - 5, where the first tube is an A annulus and the second tube is a B annulus.

7. Method according to claims 1-5, where the first pipe is a production pipe and the second pipe is the A annulus.

8. System for investigating and quantifying the leakage rate of a fluid in an annulus between a first pipe (5) and a second pipe (7), where the first pipe (5) is surrounded by the second pipe (7), comprising: a separation chamber (40) to be able to separate the fluid into a gas phase (FG) and a liquid phase (FL), a measuring arrangement (20) which is in fluid communication with the separation chamber (40), where the measuring arrangement (20) comprises a flow meter (23) for gas, two pressure gauges (25', 26') connected to two pressure sensors (25, 26) arranged to measure a pressure difference between each side of a leak point (12), and a valve (28) arranged downstream of the measuring arrangement (20), characterized in that the valve (28) is a throttle valve.