NO300437B1 - Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström - Google Patents

Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström Download PDF

Info

Publication number
NO300437B1
NO300437B1 NO944264A NO944264A NO300437B1 NO 300437 B1 NO300437 B1 NO 300437B1 NO 944264 A NO944264 A NO 944264A NO 944264 A NO944264 A NO 944264A NO 300437 B1 NO300437 B1 NO 300437B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
valve
pressure
medium
time
flow rate
Prior art date
Application number
NO944264A
Other languages
English (en)
Other versions
NO944264D0 (no
NO944264L (no
Inventor
Jon Steinar Gudmundsson
Original Assignee
Jon Steinar Gudmundsson
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jon Steinar Gudmundsson filed Critical Jon Steinar Gudmundsson
Priority to NO944264A priority Critical patent/NO300437B1/no
Publication of NO944264D0 publication Critical patent/NO944264D0/no
Priority to EP95938073A priority patent/EP0805959B1/en
Priority to DE1995632768 priority patent/DE69532768T2/de
Priority to DK95938073T priority patent/DK0805959T3/da
Priority to BR9509724A priority patent/BR9509724A/pt
Priority to US08/817,829 priority patent/US5741978A/en
Priority to PCT/NO1995/000211 priority patent/WO1996015427A1/en
Priority to AT95938073T priority patent/ATE262675T1/de
Priority to AU38839/95A priority patent/AU703826B2/en
Priority to RU97108971/28A priority patent/RU2160888C2/ru
Publication of NO944264L publication Critical patent/NO944264L/no
Priority to MX9703437A priority patent/MX9703437A/es
Publication of NO300437B1 publication Critical patent/NO300437B1/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for bestemmelse av strømningsrate i en fiuidstrøm, særlig en tofasestrøm omfattende olje/vann/gass fra en produksjonsbrønn til havs.
Bakgrunn
Måling av flerfasestrømmer i oljebrønner og rørledninger samt ulike andre strømningssystemer er et vesentlig uløst problem innen petroleumsindustrien. En fullstendig måling av en flerfasestrøm i f.eks. en oljebrønn omfatter de tre fasene gass, olje og vann.
Ved måling av gass/væske må en bestemme blandingens gjennomsnittlige strømningsrate samt midlere densitet. Når disse to parametrene er kjent kan en bestemme den totale strømningsrate.
Med de kjente målemetodene for gass/væske som er under utvikling og i kommersiell bruk er det generelt lettere å bestemme blandingens densitet enn dens strømningshastighet. Densiteten blir ifølge disse metodene vanligvis bestemt ved bruk av en gammastrålemåler. I metodene som er under utvikling for måling av flerfase og gass/væske er måling av vannfraksjonen generelt basert på dielektriske egenskaper ved hydrokarbon/vann-blandingen.
Når en har målt flerfaseblandingens totale densitet ved bruk av en gammastrålemåler og vannfraksjonen i en flerfaset hydrokarbon/vann-blanding, kan en estimere oljefraksjon og vannfraksjon. Apparatene for måling av vannfraksjon har vanligvis en enkel og robust konstruksjon, og de kan derfor bygges for drift på produksjonsplattformer til havs, og eventuelt i undersjøiske installasjoner.
Gammastrålemålere er imidlertid kostbare og kan ikke modifiseres til en lav kostnad for å sette dem i stand til å fungere pålitelig i de strenge betingelsene som råder på produksjonsplattformer til havs og i undersjøiske installasjoner for kommersiell måling av brønnhodefluider eller fluider i rørledninger. Det stilles dessuten strenge krav til sikkerhet av hensyn til den radioaktive gammastrålekilden.
Kapasitans-metoder er under utvikling for å detektere mengde hydrokarboner og mengde vann som strømmer i et rør. Denne metoden er imidlertid følsom overfor vann; det vil si at metoden måler hvor mye vann som strømmer, hvor det antas at resten som strømmer er hydrokarboner. En kan imidlertid ikke skille væskeformige hydrokarboner fra gassformige hydrokarboner. Kapasitansmetoden er også påvirket av gass/væske-forholdet, noe som krever en korreksjon av måleresultatene i lys av et uavhengig måleresultat for gass/væske-fraksjon, framskaffet fra f.eks. en gammastråle-måler.
Teknikker som gjør bruk av mikrobølger er under utvikling. Mikrobølger blir som kjent absorbert av vann, og i likhet med kapasitansmåleren, er det antatt at resten av mediet består av hydrokarboner. Mikrobølgeteknikken (og kapasitansmetoden) påvirkes også av gass/væske-forholdet, slik at en kalibrering er nødvendig. Det er på den annen side mulig at mikrobølgeteknikken kan anvendes for kryss-korrelasjon, men på grunn av at teknikken har et stort målevolum, kan den kun detektere særtrekk ved flerfasestrøm i stor skala.
Kapasitansmetoden og mikrobølgeteknikken har hovedsakelig samme anvendelsesområde men også de samme begrensningene.
I forskningssammenheng og i kommersiell sammenheng foregår det nå en utvikling av måleutstyr bestående av to målere: en gamma-strålemåler og en kapasitans- eller mikrobølge-måler. Den ene gir gass/væske-forholdet og den andre gir mengde vann. Slike metoder er imidlertid begrenset til snevre gass/væske-fraksjoner, spesielle strømningsregimer eller andre spesielle betingelser. De kan derfor ikke gi pålitelige målinger for strømningshastigheten i flerfase-systemer over et bredt spekter av betingelser.
En alternativ målemetode til bruk i flerfasestrømmer er beskrevet i NO patentskrift 174643. Dette patentet beskriver en framgangsmåte for måling av strømningshastighet og mengdeforhold mellom ulike faser i rør og brønner der det strømmende mediet består av flere faser, særlig for to-fase-systemer av typen naturgass/olje. En trykkpulsgenerator lokalisert i eller inntil røret eller brønnen genererer en lavfrekvent trykkpuls (< 100 Hz) som forplanter seg gjennom det strømmende mediet både nedstrøms og oppstrøms. Trykkpulsen registreres av to trykk-transduktorer henholdsvis oppstrøms og nedstrøms for trykkpulsgeneratoren, hver lokalisert i en kjent avstand fra trykkpulsgeneratoren.
Ut fra differansen i tid mellom trykkpulsens forplantningstid gjennom mediet fra trykkpulsgeneratoren til de respektive trykk-trandsuktorene kan en beregne mediets strømningshastighet, og mengdeforholdet mellom de ulike fasene i mediet bestemmes ved å subtrahere mediets absolutte strømningshastighet fra den målte forplantnings-hastighet, for deretter å sammenlikne den virkelige forplantningshastighet med teoretiske eller eksperimentelle verdier. Den lavfrekvente trykkpulsen vil absorberes i langt mindre grad enn pulser med høyere frekvens, for slik å muliggjøre en forholdsvis nøyaktig mengdemåling av en tofasestrøm.
Formål
Hovedformålet med oppfinnelsen er å anvise en framgangsmåte for å måle strømningsrate i en fiuidstrøm, særlig flerfasestrømmer i oljebrønner og tilhørende rørledninger, ved bruk av et minimum av måleutstyr.
Oppfinnelsen
Dette oppnås med en framgangsmåte ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1 og 4. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige krav.
I henhold til oppfinnelsen kan en framskaffe verdier for masseflyt av gass og væske i en fiuidstrøm ved å foreta en midlertidig men fullstendig avstengning av fluidstrømmen med en relativt hurtigstengende ventil og registrere forandringer i fluidtrykk ved hjelp av minst en trykksensor lokalisert umiddelbart oppstrøms for avstengningsventilen. Som beskrevet i nærmere detalj nedenfor, sendes de registrerte trykksignalene til en prosesseirngsenhet som foretar de nødvendige beregninger.
På denne måten kan en oppnå verdier for strømningsrate på tidspunktet umiddelbart før avstengning av fluidstrømmen ved hjelp av kun én trykksensor og en tilknyttet signalprosesseringsenhet, med andre ord med et minimum av ekstra utstyr. Dette forutsetter at fluidets densitet og spesifikke akustiske lydhastighet er kjent. Dersom mediets spesifikke akustiske hastighet og densitet er ukjent, kan det foretas en samtidig måling av disse parametre ved hjelp av ytterligere to trykksensorer, hvorav den ene (referansesensor) er lokalisert umiddelbart nedstrøms for avstengningsventilen og den andre lokalisert i en kjent avstand nedstrøms for referansesensoren.
Ved måling av flerfasestrømmer er den foreliggende framgangsmåten best egnet til måling av relativt stabile og homogene sådanne, slik som en finner i oljebrønner i Nordsjøen, og i systemer der det tillates korte midlertidige stopp i fluidstrømmen.
For å lette beskrivelsen og forståelsen av oppfinnelsen er det i det etterfølgende brukt en undersjøisk oljebrønn som eksempel. En fagmann vil imidlertid med støtte i sin fagkunnskap og den foreliggende beskrivelse lett innse at målemetoden kan overføres til andre flerfasestrømmer uten vesentlige modifikasjoner.
Definisjoner
Med " hurtigstengende ventil" menes her en avstengningsventil som lukker i løpet av kort tid, f. eks. mindre enn 10 sekunder. I måling av en flerfasestrøm fra en oljeproduksjonsbrønn kan en anvende den hydraulisk aktuerte vingventilen lokalisert ved brønnhodet. Vanlige vingventiler kan stenges i løpet av mindre enn 5 sekunder. Begrepet hurtigstengende er i denne sammenheng ikke ment å omfatte de spesialiserte hurtigstengende ventilene som anvendes i flerfaselaboratorier som lukker på under ett sekund. Dette tillater bruk av eksisterende utstyr.
Med " trykksensor" menes her en trykktransduktor som tillater et relativt stort antall trykkmålinger av fluidtrykket pr. tidsenhet over et tidsrom på i størrelsesorden et titalls sekunder. En trykksensor som kan gi 100 målinger pr. sekund vil i de fleste situasjoner være tilfredsstillende. Det viktigste er at sensoren gir et tilstrekkelig stort antall målinger pr. tidsenhet til å gjengi trykkforløpet med en tilstrekkelig nøyaktighet.
Figurbeskrivelse
Figur 1 er en skjematisk framstilling av et oppsett for måling av massefluks i en flerfasestrøm fra en oljebrønn der mediets spesifikke akustiske hastighet og densitet er kjent. Figur 2 er et diagram som illustrerer det generelle trykkforløpet under avstengning av en ventil. Figur 3 viser en alternativ utførelse av oppsettet i figur 1 for i tillegg å bestemme mediets spesifikke akustiske hastighet. Figur 4 viser skjematisk en alternativ anvendelse av den foreliggende framgangsmtåen i tilknytning til NO-C-174643. Figur 5 viser et alternativt oppsett for utøvelse av den foreliggende framgangsmåten. Figur 6 er en grafisk framstilling av trykkforløpet som funksjon av tid i henhold til eksemplet.
Detaljert beskrivelse
Framgangsmåten er basert på fluidets trykk-karakteristikk som funksjon av tid i et tidsrom umiddelbart før avstengning til et valgt tidspunkt etter fullstendig avstengning av fluidstrømmen.
Figur 1 viser et forenklet oppsett for bestemmelse av massefluks i en undersjøisk oljebrønn, der en trykksensor 17 er lokalisert umiddelbart oppstrøms for brønnens vingventil 13. Brønnhodeventil-arrangementet er vist forenklet ved 11 lokalisert ved havbunnen 14. Ventilarrangementet 11 forutsettes å være åpent.
Ved avstengning av olje- og gassbrønner kan en uttrykke den totale trykkøkningen som en sum av følgende ledd: henholdsvis trykktap grunnet trykkstøt (heretter omtalt som trykkstøttrykk), friksjonstap og hydrostatisk trykktap:
Ved avstengning av olje- og gass-brønner i løpet av et kort tidsrom (noen sekunder) vil det alt vesentlige av disse trykkfall-elementene bli tilgjengelig som statisk trykk under avstengningsventilen. Trykkoppbyggingen finner sted over tid og med forskjellig innbyrdes karakteristikk, og den foreliggende framgangsmåten drar nytte av disse karakteirstikkene for å bestemme flerfasestrømmens strømningsrate.
Når en stenger av en vingventil 13 vil en observere et trykkstøt under (oppstrøms) ventilen, målt med trykksensor 17 i figur 1, som varer helt til ventilen er fullstendig lukket. Dersom ventilen stenger momentant vil en oppleve en tilsvarende momentan økning i trykk ved ventilen. Denne effekten er kjent som vannslag-effekten (jfr. G.Z. Watters "Analysis and Control of Unsteady Flow in pipelines", Butterworths, 1984 og J.A. Fox "Transient Flow in Pipes, Open Channels and Sewers", Ellis Horwood Ltd. ,1989):
der p = fluidets densitet, a = fluidets akustiske hastighet og Au = endringen i fluidets strømningshastighet. Når ventilen er fullstendig stengt tilsvarer Au mediets strømningshastighet umiddelbart før ventilen ble lukket.
Praktisk talt samtidig med at ventilen begynner å stenge vil en oppleve en gradvis trykkøkning under avstengningsventilen 13 fra friksjonstrykktapet, målt ved trykksensor 17. Denne trykkøkningen er generelt lineær med tiden og forløper også etter at ventilen er helt lukket, forutsatt at ventilen oppviser en lineær lukkekarakteristikk. I reelle systemer vil en imidlertid måtte korrelere for ventilens karakteristikk. Trykkbidraget fra friksjonstapet kan uttrykkes som følger:
der f er rørets friksjonsfaktor, L er aktuell rørlengde, d er rørdiameter, p er mediets densitet og u er mediets strømningshastighet.
Siden u i likning 3 og Au i likning 2 er like kan en substituere densiteten p i likning 3 med densiteten i likning 2:
Denne likning danner utgangspunkt for bestemmelse av flerfasestrømmens massefluks umiddelbart før avstengning av ventilen; friksjonsfaktoren f er kjent og rørets diameter d er kjent, mediets akustiske hastighet er kjent eller måles, som beskrevet i nærmere detalj nedenfor, og trykkstøt-trykket Apa finnes ved å måle trykkendringen mellom tidspunktet ventilen begynner å lukke til tidspunktet der ventilen er helt lukket. Trykkbidraget fra friksjon samt aktuell rørlengde L bestemmes som følger: Når ventilen 13 begynner å lukke vil en trykkpuls forplante seg i begge retninger fra ventilen, dvs. oppstrøms og nedstrøms. En trykkpuls som forplanter seg oppstrøms i en oljebrønn (ned i brønnen) vil skje med blandingens lydhastighet, dvs. akustiske hastighet. Dersom lydhastigheten er 200 m/s vil trykkpulsen forplantes 200 meter i løpet av ett sekund. Trykkpulsen som vandrer ned gjennom brønnen med akustisk hastighet vil stanse flyten, slik at friksjonstrykket blir tilgjengelig. Dette skjer gradvis under pulsens vandring i røret, og på et vilkårlig valgt tidspunkt under stengning av ventilen vil trykkbidraget fra friksjon ved en rørlengde L fra avstengningsventilen bli tilgjengelig ved avstengningsventilen (målt ved trykksensor 17) etter tiden t og bidra til en trykkøkning der:
hvor a er mediets akustiske hastighet. Ved å erstatte L i likning 4 med t-a/2 for L i likning 5 vil vi få mediets strømningshastighet: der Ap*f er friksjonstap-bidraget målt ved tidspunkt t<*>. Ved å måle Ap<*>f ved et tidsintervall t<*> etter at ventilen 13 har lukket vil en ved bruk av likning 6 over finne fram til mediets strømningshastighet. Forutsatt at mediets densitet er kjent, kan en finne mediets massefluks G i henhold til følgende likning:
Figur 2 illustrerer grunnprinsippet for oppførselen av trykkendringen som finner sted ved avstengning av en oljebrønn, der trykkforløpet p er vist som funksjon av tid t, målt med f.eks. trykksensor 17 i figur 1. Som det går fram av figur 2 begynner ventilen å stenge ved tidspunkt t,, og trykket stiger generelt lineært med en første stigningskoeffisient fram til tidspunkt t2, hvorved ventilen er fullstendig lukket. Trykkforskjellen mellom tidspunkt t2 og t, representerer trykkstøt-trykket Apa pluss friksjonstap-bidraget over samme tidsperiode. Etter tidspunktet t2 er trykkøkningen representert ved bidraget fra friksjonstrykktapet Apf alene, som målt ved tidspunkt t<*> har en stigningskoeffisient dp/dt som er forskjellig fra stigningskoeffisienten dp^dt i tidsrommet tt til t2. Ved tidspunkt t3 er hovedsakelig alt friksjonstrykktap (Apf) omdannet til statisk trykk. I oljebrønner vil det imidlertid finne sted en gradvis trykkøkning over tid grunnet hydrostatisk bidrag fra formasjonen.
Som nevnt foran vil en finne Apa ved å måle trykkøkningen som finner sted i løpet av den tid ventilen er under avstengning, eller analysere trykkendringens stigningskoeffisient i etterhånd og substituere mediets start-trykk fra absolutt-trykket der trykkendringens stigningskoeffisient endres, dvs. når bidraget fra friksjonstrykktapet begynner å ta over. Som nevnt ovenfor vil trykket øke også som resultat av frigjort friksjonstrykktap allerede fra tidspunkt tl5 og Apa må korrigeres for dette bidraget. Dette bidraget er vanligvis vesentlig mindre enn frigjort friksjonstap etter tiden t2. Deretter velges et tidspunkt t<* >etter at ventilen er lukket og bestemmer bidraget fra friksjonstrykktapet dp/dt. Denne verdien for endring i trykk ved tidspunkt t<*> settes inn i likning 6 foran sammen med f, t\ d og Apa, etter at Apa er korrigert for friksjonstap-bidraget: Apa = Apa(målt) - Ap^tj-t,), der Apa er den målte trykkøkning i tidsperioden tj til t2, og Apf (t2-tj) er trykkbidraget fra friksjonstapet utregnet for tidsperioden t, til t2. Bidraget fra frisksjonstrykktapet er relativt lav, og den målte Apa er ofte tilstrekkelig til å bestemme mediets massefluks.
Ukjent akustisk hastighet og densitet
Som nevnt foran vil en for ustabile eller ukjente flerfasemedier måtte bestemme dets densitet og akustiske hastighet ut fra samtidige målinger. Som illustrert i figur 3 kan dette utføres ved å anvende to ekstra trykksensorer 35 og 36, hvorav den ene, referansesensoren 35 er lokalisert umiddelbart nedstrøms for avstengningsventilen 33 og den andre sensoren 36 lokalisert i en kjent avstand nedstrøms for referansesensoren 35, f.eks. i en avstand på 20 meter. Ved å måle forplantningstiden t for en karakteristisk trykkpuls fra referansesensoren 35 til sensoren 36 nedstrøms over en distanse L, vil en finne mediets akustiske lydhastighet a:
Den målte a' er summen av mediets spesifikke akustiske lydhastighet a og mediets strømningshastighet u. I typiske flerfasestrømmer fra f.eks. en oljebrønn vil mediets strømningshastighet ligge i området 1-10 m/s mens den spesifikke akustiske lydhastighet er i størrelsesorden 200 m/s. Med en flythastighet på 10 m/s vil en ved å sette a' inn for a i likning 6 få en strømningshastighet u med maksimalt 5% feil. Friksjonsfaktoren f er riktignok også en funksjon av mediets strømningshastighet u, men da friksjonsfaktoren f endres svært lite med endringer i mediets strømningshastighet u, og u « a, vil en antatt konstant friksjonsfaktor f være en god tilnærming og den beregnede strømningshastighet u ihht. likning 6 vil være svært nær den reelle verdi. Nøyaktigheten av den beregnede u kan økes ved f.eks. å foreta gjentatte iterasjoner med likning 6 og 8, eller korreleres ihht. akustiske modeller ut fra mediets fysikalske egenskaper.
Når mediets spesifikke akustiske hastighet a og mediets strømningshastighet u er bestemt ihht. likning 8 og 6 foran, kan en bestemme mediets densitet fra likning 2 foran og følgelig mediets massefluks.
Avstanden L mellom referansesensor og målesensor vil generelt velges av hensyn til mediets akustiske karakteristikk og måleutstyrets nøyaktighet, dvs. hvor mange registreringer som kan utføres pr. tidsenhet. Dess lavere prøvetakingsfrekvens, dess lengre må avstanden L være, og på den andre siden dess høyere prøvetakingsfrekvens, dess kortere avstand L er påkrevet. En typisk avstand L for måling av oljebrønner vil ligge i området 20-50 meter.
Rene gassmedier
For måling av gassflyt i brønner og rørledninger er det kun påkrevet å måle trykkstøtt-trykket Apa. Da en lett kan bestemme gassers densitet og akustiske hastighet ut fra trykk, temperatur og kjemisk sammensetning, forutsatt, naturligvis, at også disse parametrene er kjent, vil en finne fram til massefluks i henhold til likning 2 og 7 foran.
Alternativ utførelse
I rørledninger som tillater installasjon av flere trykksensorer og der mediets karakteristikk er mindre forutsigbart, kan det være en fordel å anvende to referanse-trykksensorer 47 og 45 (figur 4) lokalisert henholdsvis oppstrøms og nedstrøms på hver side av avstengningsventilen 43, samt to målesensorer 48 og 46 lokalisert i kjente avstander hhv. oppstrøms og nedstrøms for de respektive referansesensorene 47 og 45. Virkemåten for denne utførelsen er den samme som beskrevet foran, med den forskjell at mediets akustiske hastighet a kan finnes direkte ved å måle summen av trykkpulsenes forplantningshastighet nedstrøms og oppstrøms fra avstengningsventilen 43 målt ved 45 og 47 til hhv. målesensorene 46 og 48.
der uN er trykkpulsens forplantningshastighet nedstrøms og uQ er trykkpulsens forplantningshastighet oppstrøms. Mediets strømningshastighet u finnes fra likningen u = 0.5 ■ (uN-u0) eller ved å subtrahere mediets spesifikke akustiske hastighet a fra den målte pulsforplantningshastighet: u = uN - a, og mediets densitet kan beregnes direkte fra likning 2 foran. Avstengningsventilen 43 vil i dette tilfellet erstatte trykkpulsgeneratoren beskrevet i NO patentskrift 174643.
I nok en alternativ utførelse, som illustrert i figur 5, kan en anvende to trykksensorer 57 og 58 som begge er lokalisert oppstrøms for brønnens vingventil 51 ved brønnhodet. Sensoren 57 tjener som en referansesensor og er lokalisert umiddelbart oppstrøms for ventilen 51, mens sensoren 58 er lokalisert i en kjent avstand (a) fra referansesensoren 57. Dette oppsettet vil fungere generelt på samme vis som utførelsen illustrert i figur 3 med den forskjell at referansesensoren 57 tjener både som referanse for bestemmelse av mediets spesifikke akustiske hastighet og trykkforløp ved avstengningsventilen.
Det skal bemerkes at beskrivelsen foran er henført til et ideelt homogent strømningsregime og at avstengningsventilen oppviser en lineær karakteristikk. Reguleringsventiler vil imidlertid ikke begynne å strupe strømmen før mot slutten av stengesyklusen, og bidraget fra friksjonstrykktapet vil i ventilens lukkefase variere med f.eks. ventilkarakteristikken. Framgangsmåten må i praktiske situasjoner korrigere for slike momenter.
Eksempel
Det ble utført praktiske måleforsøk på en brønn i Nordsjøen for å bekrefte framgangsmåtens gyldighet. Forsøket ble utført i tilknytning til en trykk-oppbyggingstest. Etter uttrekking av strengen ble en kvarts-trykksensor (quartz crystal gauge) fra Hewlett Packard montert i smørenippelen ved brønnhodet i et punkt mellom brønnhodeventilen og vingventilen, i henhold til det skjematiske oppsettet i figur 1.
Referansedata ble framskaffet ved hjelp av simuleringsprogrammet PROSPER som ble forsynt med reelle trykk/temperaturdata og produksjonsdata fra separasjonstrinnet.
Det ble foretatt en fortløpende registrering av brønntrykket ved hjelp av trykksensoren i en periode på omlag 3 minutter fra full produksjonsflyt, under avstengning av vingventilen og til et tidspunkt der stabilt brønntrykk var oppnådd. Trykkforløpet under forsøket er gjengitt i figur 6. Som det framgår av figuren steg trykket med omlag 3.0 bar 1 løpet av 3.6 sekunder, som var tiden det tok å stenge ventilen, og dette trykket representerer trykkstøt-trykket Apa. Den fullstendige lukking av ventilen framgår ved trykk-kurvens knekkpunkt ved tidspunkt B i figur 6, hvoretter trykkøkningen var forårsaket av bidrag fra friksjonstap Apf alene. Trykktapsbidraget Apf til det målte trykkstøt-trykket Apa er for enkelhets skyld utelatt. Figuren viser videre at trykket økte generelt lineært etter tidspunkt B til tidspunkt C hvorved generelt alt friksjonstrykktap var gjort tilgjengelig som statisk trykk ved vingventilen, dvs. i løpet av omlag 25 sekunder. Den resterende trykkoppbygging etter tidspunkt C skyldes hydrostatisk trykk fra formasjonen. PROSPER-simuleringer med bl.a. et reelt brønnhodetrykk på 102.8 bara viser en midlere densitet i området under brønnhodet på omlag 500 kg/m<3>, og fra likning 2 foran ble mediets strømningshastighet funnet å være 3.0 m/s.
PROSPER-simuleringen viste en strømningshastighet på 3.7 m/s, som må sies å være i godt samsvar med strømningshastigheten målt med den foreliggende framgangsmåten.

Claims (4)

1. Framgangsmåte for måling av strømningsrate i en fiuidstrøm (30), særlig en tofasestrøm omfattende olje/vann/gass fra en produksjonsbrønn til havs, karakterisert ved at det foretas en midlertidig kortvarig avstengning av fluidstrømmen med en ventil (33), idet mediets trykk registreres ved et punkt (37) umiddelbart oppstrøms for ventilen (33) fra et tidspunkt der ventilen begynner å stenge til et valgt tidspunkt etter at ventilen er fullstendig stengt, hvoretter ventilen åpnes for å gjenopprette fluidstrømmen, idet mediets massefluks G bestemmes ifølge forholdet der p = mediets densitet, f = friksjonsfaktor, d = rørdiameter, t<*> = et gitt tidspunkt etter stengning av ventilen, Ap*f er friksjonstrykktap registrert ved tidspunkt t<*> og Apa er trykkstøt-trykk representert ved registrert trykkøkning på det tidspunkt ventilen er fullstendig lukket.
2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten for forplantning av akustisk puls i mediet bestemmes ved å måle trykk som funksjon av tid under stengning av ventilen med et referansemåleorgan (35) og et måleorgan (36) lokalisert i en kjent avstand L nedstrøms for referansemåleorganet (35), hvorved hastigheten a for forplantning av akustiske pulser i mediet bestemmes ifølge likningen der t er forplantningstiden for den akustiske puls over avstanden L.
3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningsraten og hastigheten for forplantning av akustisk puls i et strømmende flerfasemedium fra en produksjonsbrønn bestemmes ved hjelp av et referansemåleorgan (57) lokalisert umiddelbart oppstrøms for avstengningsventilen (51) og et måleorgan (58) lokalisert i en kjent avstand oppstrøms for referansemåleorganet (57).
4. Framgangsmåte for måling av strømningsrate i en fiuidstrøm (40) omfattende to eller flere faser, hvorved det anvendes trykksensorer (45,46) nedstrøms og trykksensorer (47,48) oppstrøms for et pulsgenererende organ (43), karakterisert ved at det som pulsgenererende organ (43) anvendes en hurtigstengende ventil, hvorved ventilens (43) posisjon endres fra generelt åpen til fullstendig lukket, mediets trykk registreres med trykksensorene (47,48) og (45,46) fra et tidspunkt der ventilen begynner å stenge til et valgt tidspunkt etter at ventilen er fullstendig stengt, hvoretter ventilen åpnes for å gjenopprette fluidstrømmen, mediets strømningshastighet og spesifikke akustiske hastighet bestemmes ifølge forholdet der uN er trykkpulsens forplantningshastighet nedstrøms og uQ er trykkpulsens forplantningshastighet oppstrøms, hvorved mediets strømningshastighet u følger fra formelen u = 0.5 • (uN-uQ) eller ved å subtrahere mediets spesifikke akustiske hastighet a fra den målte pulsforplantningshastighet: u = uN - a, og mediets densitet p bestemmes ifølge forholdet der Apa er trykkstøt-trykk representert ved registrert trykkøkning på det tidspunkt ventilen er fullstendig lukket, Au er endring i fluidets strømningshastighet, a er hastighet for forplantning av akustisk puls i mediet, for slik å bestemme mediets massefluks G i henhold til formelen der u er mediets strømningshastighet umiddelbart før ventilen begynner å stenge.
NO944264A 1994-11-09 1994-11-09 Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström NO300437B1 (no)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO944264A NO300437B1 (no) 1994-11-09 1994-11-09 Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström
RU97108971/28A RU2160888C2 (ru) 1994-11-09 1995-11-09 Способ определения расхода потока текучей среды
BR9509724A BR9509724A (pt) 1994-11-09 1995-11-09 Processo para medir a taxa de escoamento de um fludio
DE1995632768 DE69532768T2 (de) 1994-11-09 1995-11-09 Verfahren zur bestimmung des durchflusses eines fluids
DK95938073T DK0805959T3 (da) 1994-11-09 1995-11-09 Fremgangsmåde til bestemmelse af en strömningsmængde i en væske
EP95938073A EP0805959B1 (en) 1994-11-09 1995-11-09 Method for determination of flow rate in a fluid
US08/817,829 US5741978A (en) 1994-11-09 1995-11-09 Method for determination of flow rate in a fluid
PCT/NO1995/000211 WO1996015427A1 (en) 1994-11-09 1995-11-09 Method for determination of flow rate in a fluid
AT95938073T ATE262675T1 (de) 1994-11-09 1995-11-09 Verfahren zur bestimmung des durchflusses eines fluids
AU38839/95A AU703826B2 (en) 1994-11-09 1995-11-09 Method for determination of flow rate in a fluid
MX9703437A MX9703437A (es) 1994-11-09 1997-05-09 Metodo para determinar la proporcion de flujo de un fluido.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO944264A NO300437B1 (no) 1994-11-09 1994-11-09 Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO944264D0 NO944264D0 (no) 1994-11-09
NO944264L NO944264L (no) 1996-05-10
NO300437B1 true NO300437B1 (no) 1997-05-26

Family

ID=19897614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO944264A NO300437B1 (no) 1994-11-09 1994-11-09 Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5741978A (no)
EP (1) EP0805959B1 (no)
AT (1) ATE262675T1 (no)
AU (1) AU703826B2 (no)
BR (1) BR9509724A (no)
DE (1) DE69532768T2 (no)
DK (1) DK0805959T3 (no)
MX (1) MX9703437A (no)
NO (1) NO300437B1 (no)
RU (1) RU2160888C2 (no)
WO (1) WO1996015427A1 (no)

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7562392B1 (en) * 1999-05-19 2009-07-14 Digimarc Corporation Methods of interacting with audio and ambient music
AU7834000A (en) 1999-09-27 2001-04-30 Ohio University Determining gas and liquid flow rates in a multi-phase flow
US6347519B1 (en) 2000-03-31 2002-02-19 Detroit Diesel Corporation System and method for measuring recirculated exhaust gas flow in a compression-ignition engine
US6993963B1 (en) * 2000-09-22 2006-02-07 Jon Steinar Gudmundsson Method for determining pressure profiles in wellbores, flowlines and pipelines, and use of such method
WO2004065915A1 (de) * 2003-01-23 2004-08-05 Ems-Patent Ag Gasenergiemeter mit erhöhter genauigkeit
US7290450B2 (en) * 2003-07-18 2007-11-06 Rosemount Inc. Process diagnostics
US6874361B1 (en) 2004-01-08 2005-04-05 Halliburton Energy Services, Inc. Distributed flow properties wellbore measurement system
US7866211B2 (en) * 2004-07-16 2011-01-11 Rosemount Inc. Fouling and corrosion detector for process control industries
US8065923B2 (en) * 2005-03-04 2011-11-29 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for measuring the flow rates of the individual phases of a multiphase fluid mixture
CN102587869A (zh) * 2005-05-25 2012-07-18 地质力学国际公司 分析和控制在钻孔中水锤产生的波传播的方法和装置
US7664610B2 (en) * 2005-09-28 2010-02-16 Rosemount Inc. Steam trap monitoring
US8050875B2 (en) * 2006-12-26 2011-11-01 Rosemount Inc. Steam trap monitoring
RU2344286C2 (ru) * 2006-12-28 2009-01-20 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ и устройство акустического мониторинга свойств пены и аэрированных жидкостей в реальном времени
CN101408103B (zh) * 2008-11-26 2012-11-14 济南学智节能技术有限公司 油田采油输油状态监测方法及装置
US8620611B2 (en) * 2009-08-13 2013-12-31 Baker Hughes Incorporated Method of measuring multi-phase fluid flow downhole
DE102010022223B4 (de) * 2010-05-20 2012-02-02 Brandschutztechnik Müller GmbH Verfahren zur Überprüfung der Durchflussmenge an Flüssigkeit einer Trockensteigleitung in einem Gebäude
US9500506B2 (en) 2011-03-21 2016-11-22 Watersign Ltd Method and system for stamping and marking fluid in a pipe network for smart monitoring systems
EP2522997B1 (en) * 2011-05-13 2014-01-29 Vetco Gray Controls Limited Monitoring hydrocarbon fluid flow
EP2726827B1 (en) * 2011-06-30 2019-12-11 University of Canterbury Flow rate determination method and apparatus
EP2760976A1 (en) * 2011-09-30 2014-08-06 Saudi Arabian Oil Company Tank dewatering sensing and valve control method and apparatus
EP2780674A2 (en) 2011-11-14 2014-09-24 Paradigm Flow Services Limited Method of assessing and condition monitoring of fluid conduits and apparatus therefor
US9835265B2 (en) 2011-12-15 2017-12-05 Honeywell International Inc. Valve with actuator diagnostics
US8905063B2 (en) 2011-12-15 2014-12-09 Honeywell International Inc. Gas valve with fuel rate monitor
US9851103B2 (en) 2011-12-15 2017-12-26 Honeywell International Inc. Gas valve with overpressure diagnostics
US9846440B2 (en) 2011-12-15 2017-12-19 Honeywell International Inc. Valve controller configured to estimate fuel comsumption
US8947242B2 (en) 2011-12-15 2015-02-03 Honeywell International Inc. Gas valve with valve leakage test
US9074770B2 (en) 2011-12-15 2015-07-07 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic valve proving system
US9995486B2 (en) 2011-12-15 2018-06-12 Honeywell International Inc. Gas valve with high/low gas pressure detection
US8839815B2 (en) 2011-12-15 2014-09-23 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic cycle counter
US8899264B2 (en) 2011-12-15 2014-12-02 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic proof of closure system
US9557059B2 (en) 2011-12-15 2017-01-31 Honeywell International Inc Gas valve with communication link
ES2812507T3 (es) * 2012-03-20 2021-03-17 Watersign Ltd Método y sistema para estampar y marcar un fluido en una red de tuberías para sistemas de monitorización inteligente
US9840904B2 (en) 2012-05-11 2017-12-12 Vetco Gray Controls Limited Monitoring hydrocarbon fluid flow
US10422531B2 (en) 2012-09-15 2019-09-24 Honeywell International Inc. System and approach for controlling a combustion chamber
US9234661B2 (en) 2012-09-15 2016-01-12 Honeywell International Inc. Burner control system
US10641412B2 (en) 2012-09-28 2020-05-05 Rosemount Inc. Steam trap monitor with diagnostics
CN103364044A (zh) * 2013-06-26 2013-10-23 宁波钢铁有限公司 一种煤气柜放散量全量程测量方法和装置
EP2868970B1 (en) 2013-10-29 2020-04-22 Honeywell Technologies Sarl Regulating device
US10024439B2 (en) 2013-12-16 2018-07-17 Honeywell International Inc. Valve over-travel mechanism
CN104977037B (zh) * 2014-04-14 2017-10-20 沈阳芯源微电子设备有限公司 一种管路一致性校验器及其使用方法
US9909413B2 (en) 2014-05-14 2018-03-06 Board Of Regents, The University Of Texas System Systems and methods for determining a rheological parameter
CN104236640B (zh) * 2014-08-22 2018-05-04 承德承钢工程技术有限公司 利用安装在管道中的流量调节阀间接测量气体流量方法
US9841122B2 (en) 2014-09-09 2017-12-12 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic valve proving system
US9645584B2 (en) 2014-09-17 2017-05-09 Honeywell International Inc. Gas valve with electronic health monitoring
RU2610548C1 (ru) * 2015-10-20 2017-02-13 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ определения расходов фаз двухфазной смеси в трубопроводе
US10503181B2 (en) 2016-01-13 2019-12-10 Honeywell International Inc. Pressure regulator
US10859481B2 (en) 2016-08-31 2020-12-08 Board Of Regents, The University Of Texas System Systems and methods for determining a fluid characteristic
US10564062B2 (en) 2016-10-19 2020-02-18 Honeywell International Inc. Human-machine interface for gas valve
RU2649992C1 (ru) * 2016-12-07 2018-04-06 Рауф Рахимович Сафаров Способ измерения дебита нефтяных скважин на групповых замерных установках
US11073281B2 (en) 2017-12-29 2021-07-27 Honeywell International Inc. Closed-loop programming and control of a combustion appliance
WO2019209270A1 (en) 2018-04-24 2019-10-31 Halliburton Energy Services, Inc. Depth and distance profiling with fiber optic cables and fluid hammer
US10697815B2 (en) 2018-06-09 2020-06-30 Honeywell International Inc. System and methods for mitigating condensation in a sensor module
RU2742672C1 (ru) * 2020-07-24 2021-02-09 Николай Алексеевич Миронов Способ измерения углеводородных газов при сбросе через запорно-регулирующую арматуру на установках нефтегазоперерабатывающих предприятий

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3523454A (en) * 1968-01-02 1970-08-11 Honeywell Inc Control apparatus
US4312234A (en) * 1980-05-12 1982-01-26 Alberta Oil Sands Technology And Research Authority Two-phase flowmeter
US4364413A (en) * 1981-01-07 1982-12-21 The Perkin-Elmer Corporation Molar gas-flow controller
FI853631L (fi) * 1985-09-20 1987-03-21 Raimo Parkkinen Oy Foerfarande och system foer bestaemning av vaesentligt momentant stroemningsvaerde hos tryckluft eller annan gas i ett roersystem.
SE467552B (sv) * 1988-10-31 1992-08-03 Jerker Delsing Saett och anordning foer maetning av massfloedet m av ett fluidium
US5099697A (en) * 1990-04-02 1992-03-31 Agar Corporation Ltd. Two and three-phase flow measurement
NO174643C (no) * 1992-01-13 1994-06-08 Jon Steinar Gudmundsson Apparat og framgangsmåte for bestemmelse av strömningshastighet og gass/væske-forhold i flerefase-strömmer

Also Published As

Publication number Publication date
AU3883995A (en) 1996-06-06
DK0805959T3 (da) 2004-07-26
US5741978A (en) 1998-04-21
ATE262675T1 (de) 2004-04-15
AU703826B2 (en) 1999-04-01
NO944264D0 (no) 1994-11-09
DE69532768D1 (de) 2004-04-29
EP0805959B1 (en) 2004-03-24
MX9703437A (es) 1998-07-31
WO1996015427A1 (en) 1996-05-23
BR9509724A (pt) 1997-10-21
EP0805959A1 (en) 1997-11-12
RU2160888C2 (ru) 2000-12-20
DE69532768T2 (de) 2005-01-13
NO944264L (no) 1996-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO300437B1 (no) Framgangsmåte for bestemmelse av strömningsrate i en fluidström, særlig en tofaseström
Lee et al. Experimental verification of the frequency response method for pipeline leak detection
Gong et al. Detection of distributed deterioration in single pipes using transient reflections
US8909479B2 (en) Apparatus and method for detecting and quantifying leakage in a pipe
NO310322B1 (no) Maling av flerfasestromning i ror
NO20101645L (no) Fremgangsmate for maling av flerfasestromning
CN102587869A (zh) 分析和控制在钻孔中水锤产生的波传播的方法和装置
NO324451B1 (no) Fremgangsmate for bestemmelse av trykkprofiler i bronner, produksjonsledninger og rorledninger, samt anvendelse av fremgangsmaten
NO20120763A1 (no) Overvåking av flerlags-reservoarer
Yousef et al. Subsea pipelines leak-modeling using computational fluid dynamics approach
Roumazeilles et al. An experimental study on downward slug flow in inclined pipes
US7506688B2 (en) System and method for breach detection in petroleum wells
Liping et al. Experimental study on the amplitude characteristics and propagation velocity of dynamic pressure wave for the leakage of gas-liquid two-phase intermittent flow in pipelines
Gudmundsson et al. Gas-liquid metering using pressure-pulse technology
Collins et al. Evolution of wet gas Venturi metering and wet gas correction algorithms
US7240537B2 (en) Method for the determination of the wall friction profile along pipes by pressure transients measurements
Ranjith An experimental study of single and two-phase fluid flow through fractured granite specimens
Zhao et al. Hydrate plug remediation in deepwater well testing: a quick method to assess the plugging position and severity
Scott et al. Detection of critical flow leaks in deepwater gas flowlines
Edrisi et al. Mechanistic leak-detection modeling for single gas-phase pipelines: lessons learned from fit to field-scale experimental data
BÓDI et al. Measurement of porosity and gas permeability of tight rocks by the pulse decay method
Gudmundsson et al. Pressure pulse analysis of flow in tubing and casing of gas lift wells
Andsager et al. Acoustic determination of liquid levels in gas wells
Gudmundsson et al. Detection and monitoring of deposits in multiphase flow pipelines using pressure pulse technology
Garcia-Hernandez et al. Leak detectability in an off-shore multiphase production system

Legal Events

Date Code Title Description
MK1K Patent expired