NO302432B1 - Fremgangsmåte og anordning for måling av brönnfluidumparametere - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører måling av fluidumparametere i brønner, for eksempel oljebrønner.

Oljebrønner har vanligvis en ytre utforing, hvori det nedsenkes en produksjonsstreng for å føre den fremstilte oljen i brønnen til overflaten. I visse brønner er det nødvendig å ha et kunstig løftesystem for å bringe oljen til overflaten, vanligvis opp til produksjonsrøret, enten fordi det naturlige reservoirtrykket er for lavt til å produsere brønnen, eller for å forbedre produksjonen fra en brønn som produserer under normalt trykk. Et vanlig system for kunstig løfting er å plassere en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP) nede i brønnf6ringen på enden av produksjonsrøret for å pumpe fluidum fra foringen opp i produksjonsrøret. Installasjonen av ESP på enden av produksjonsrøret eliminerer muligheten for å utføre logging og andre operasjoner i brønnen under produk-sjonsrøret med verktøy dersom ikke det brukes et by-pass system for å gjøre det mulig å føre verktøy gjennom produk-sjonsrøret og inn i pumpens by-pass rør ved hjelp av en Y-forbindelse kjent som et Y-verktøy. TTnder Y-verktøyet er det kun to strenger: 1) En pumpestreng som produserer brønnen, som fører fluidum gjennom Y-verktøyet inn i produksjonsrøret til overflaten. 2) Et by-pass rør som gjør det mulig å føre verktøy fra produksjonsrøret ned forbi pumpen og inn i brønnen under pumpen for logging eller andre operasjoner.

Ved operasjon av brønnen er det viktig å kjenne parametere til fluidumet ved innløpet til pumpen, vanligvis trykk, da det gir en idé om fluidumnivået i brønnen og det er vanlig å bestemme verdien av innløpstrykket ved en sensor plassert ved bunnen av pumpe/motoranordningen. Energi til sensoren og signalet fra sensoren føres av en elektrisk kabel som løper til overflaten, som kan være en strømkabel. Andre parametere som temperatur, strømning eller tetthet kan måles på lignende måte.

Det vil også være nyttig å kjenne en tilsvarende parameter på pumpens utløpsside, for eksempel trykket, for å kunne få en indikasjon om pumpens effektivitet.

I henhold til et første trekk ved foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes en fremgangsmåte ved måling av parametere til et fluidum som pumpes fra en brønn, for eksempel en olje-brønn, omfattende måling av fluidumparametere i ringrommet eller på innløpssiden til pumpen og en tilsvarende fluidumparameter på utløpssiden til pumpen eller i produksjonsstrengen, kjennetegnet ved at utløpsparameteren blir målt på utside av strømningsveien til fluider som kommer ut av pumpen. Det vil være meget kostbart å føre en utløpstrykk-sensor ned i brønnen på enden av en separat kabel og innløps-og utløpsparameterne blir fortrinnsvis overført til overflaten på samme måte. Mest foretrukket er det at signaler som gir indikasjoner på innløps- og utløpsparame-terne, frembringes i en felles posisjon.

I henhold til et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes en måleanordning for bruk med en nedihullspumpe i en brønn, for eksempel en oljebrønn, omfattende en sensor anordnet til å måle en fluidumparameter, for eksempel trykk eller temperatur til fluidum i ringrommet eller på innløpssiden til pumpen og en ytterligere sensor anordnet til å måle en tilsvarende f luidumparameter på utløpssiden av pumpen eller i produksjonsstrengen, kjennetegnet ved at sensorene er anordnet på utsiden av strømningsveien til fluider som kommer ut fra pumpen.

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan måleapparatet monteres på Y-verktøyet som fortrinnsvis er forsynt med en ytterligere arm for å gjøre plass til måleanordningen og som dermed får en form av bokstaven H, og et slikt modifisert Y-verktøy vil i det etterfølgende bli betegnet som et H-verktøy. Måleapparatet er dermed plassert i et beskyttet miljø og gir en forbedret levetid. Plasseringen av sensoren på et modifisert Y-verktøy, og fortrinnsvis på et H-verktøy, tillater at ikke kun parametrene til fluidumet i ringrommet måles, men i tillegg kan like parametere til fluidum som kommer inn i verktøyet fra by-pass røret eller fra pumpens utløp, også måles direkte.

Selv om den elektriske tilkoblingen fra måleanordningen plassert på H-verktøyet kan spleises inn i hovedstrømskabelen ved en koblingsboks, også plassert på H-verktøyet, er en slik forbindelse meget komplisert å utføre og i en annen ut-førelsesform av foreliggende oppfinnelse, unngås behovet for en slik spleis inn i hovedkabelen (eller å føre en separat kabel til overflaten).

I henhold til en annen utførelsesform ved foreliggende oppfinnelse, er den elektriske tilkoblingen til overflaten til en sensorenhet plassert på H-verktøyet (eller i en tilsvarende posisjon) via en kabel som løper nedover fra H-verktøyet til en kobling med hovedstrømskabelen som tilfører den elektriske nedsenkbare pumpemotoren (ESP). Fortrinnsvis er tilkoblingen til strømkabelen gjort ved hjelp av en adapter plassert ved bunnen av motorseksjonen. Siden denne plasseringen er en som vanligvis opptas av en sensor, kan anordningen i henhold til foreliggende utførelsesform bruke tilgjengelige koblinger.

Det er fordeler med å ha måleanordningen i henhold til oppfinnelsen plassert nær pumpeinnløpet, for eksempel i den vanlige posisjonen ved bunnen av ESP.

I henhold til en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, er måleanordningen plassert slik at det kan måle direkte en eller flere fluidumparametere i ringrommet, for eksempel på pumpens innløpsside og fjernmåle en eller flere fluidumparametere ved utløpssiden til pumpen eller i produksjonsrøret.

Fortrinnsvis er måleanordningen i henhold til utførelsesfor-men plassert i posisjon ved bunnen av ESP strengen og den fjernmålte parameteren måles ved et H-verktøy som beskrevet over ved et konvensjonelt Y-verktøy eller ved en spesiell underanordning.

Når parameteren som skal måles på utløpssiden er trykk, blir det fortrinnsvis overført fra et trykkreservoir gjennom et kapillarrør fylt med en grensefluidum til en trykkmåler plassert nær innløpstrykkmåleren. Når parameteret er temperatur, kan det måles av en termistor plassert på utløpssiden og elektrisk koblet til måleanordningen. Når parameteren er tetthet, kan parameteren overføres elektrisk til måleanordningen av et passende gradiomanometer plassert i fluidumet på utløpssiden og når parameteren er strøm-ningsvolum og hastighet, kan parameteren overføres elektrisk ved en passende strømningsmåleanordning.

I en spesielt foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen hvor innløps- og utløpstrykkene til fluidumet skal måles, omfatter måleanordningen en innløpstrykkmåler plassert for å måle innløpstrykket direkte og en trykkmåler for utløpssiden, et kapillarrør tilkoblet ved dets nedre ende til utløps-trykkmåleren og ved sin nedre ende til et f luidumreservoir, plassert i området til utløpstrykket og ventiler anordnet for å tilføre innløps- eller utløpstrykk til fluidumreservoiret.

Mens utløpstrykket vanligvis vil måles via kapillarrøret, kan innløpstrykket måles i tilfelle sammenbrudd, med trykkmåleren som vanligvis måler inntakstrykket og gjør derved systemet unødvendig. Evnen til å måle verdien av innløpstrykket ved to forskjellige punkter, gjør at systemet får en ytterligere fordel ved at det er mulig å kalibrere.

Ventilene kan omfatte en nippel i området med utløpsstrømmen, en port som forbinder området til utløpsstrømmen til f luidumreservoiret, et innløpsventilverktøy anordnet til samvirke med nippelen og for å stenge by-passrøret over porten, slik at innløpstrykket kan påføres fluidumreseroiret og et utløpsventilverktøy, også anordnet til samvirke med nippelen, men som forsegler by-passrøret under porten og medfører at utløpstrykket kan påføres fluidumreservoiret.

Selv om innløps- og utløpsventilene fortrinnsvis har form av separate ledningsverktøy, kan de kombineres i et enkelt verktøy.

Selv om oppfinnelsen kan utføres på mange måter, vil en spesiell utførelsesform derav, nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med henvisning til de medfølgende tegninger. Figurene 1 og 2 er snitt fra motsatte retninger av et målesystem i henhold til oppfinnelsen, installert i en brønn (foringen er utelatt) i forbindelse med en ESP installasjon. Figur 3 er et blokkdiagram som viser fluidum og elektriske tilkoblinger til målesystemet. Figur 4 er et snitt langs linjen IV-IV i figurene 1 og 2. Figur 5 er detaljert langsgående snitt langs linjen V-V i figur 4. Figur 6 viser en del av et snitt langs linjen VI-VI i figur 4. Figur 7 er et snitt som generelt tilsvarer figur 5 og som viser utløpsventilverktøyet på plass i by-pass røret. Figur 8 er en lignende figur til figur 7 som viser inn-løpsventilverktøyet.

I figurene 1 og 2 er det vist den nedre enden til et produksjonsrør 10 som er forbundet til et Y-verktøy 12, fra hvilke nedre armer er anordnet en ESP installasjon 14 og et by-pass rør 16. En strømkabel 18 for ESP installasjonen er festet til strengen 10 med en holder 20 til Y-verktøyet 12 ved klips 21 og til by-pass røret 16 ved holdere 22. Kabelen 18 ender i den elektriske koblingen 24.

En multisensor 26 er festet til bunnen av ESP installasjonen 14 som danner en indre elektrisk tilkobling til strømkabelen 18, alternativt er sensoren 26 tilkoblet med en separat kabel direkte til overflaten. Fra multisensoren 26 løper det kapillarrør 28, 30 (30 ikke vist i figur 2), fyllt med et grensefluidum til et reservoir 32 under U-verktøyet 12. Umiddelbart under Y-verktøyet omfatter by-pass røret 16 en nippel som mottar ledningsventilverktøyet og både nippelen og verktøyene blir beskrevet mer detaljert senere.

Anordningen av sensorsystemet i henhold til utførelsesformen er vist skjematisk i figur 3. Multisensoren 26 omfatter en innløpstrykkmåler 34, anordnet til å måle trykket ved innløpet 35 til pumpen 36. Innløpstrykket indikeres av en pil 37. En utløpstrykkmåler 38 er tilkoblet den nedre enden til kapillarrøret 28 og en elektronisk krets 40 omdanner signalene til målerne 34, 38 til signaler for overføring til overflaten via en indre tilkobling 42 til beholdertoppen 24 og motorstrømkabel 18. Ved overflaten vil elektronikk 44 sørge for digitale og analoge utskrifter av signalene fra multisensoren 26. Alternativt kan signalene overføres via en separat kabel 43.

Utløpstrykket fra pumpen 36 vist med en bred pil 46 i figur 3 overføres via et ventilsystem 48 til et trykkreservoir 49 og trykket i reservoiret overføres indirekte til kappilarrøret 26.

I figurene 4, 5 og 6 er det i brønnforingen 50 vist IT-verktøyet 12 med stiplede linjer, hvor det i en av de nedre tilkoblingene er innskrudd en nippel 52 som utgjør den øverste delen av by-pass røret 16 og i den andre tilkoblingen den øvre enden av ESP installasjonen 14.

Fluidumreservoiranordningen 53 omfatter et rørformet legeme 54 som er montert mot nippelen 52 ved hjelp av en indre hylse 56 som omgir nippelen 52 og holdes på denne av en mutter 58.

Åpningen av hylsen 56 er forseglet til nippelen 52 ved sine øvre og nedre ender av 0-ringer 60 og er mellom disse litt forstørret, slik at det dannes et ringformet kammer 62 som kommuniserer ved det indre av nippelen 52 gjennom en port 64 og med reservoiret 53 gjennom en port 66. I åpningen som er dannet i reservoirlegemet 54 er det glidbart anordnet et flytende stempel 68, forseglet til åpningen av 0-ringen 70 og som er anordnet med en begrensning 71. Stemplet 68 oppdeler åpningen i et nedre kammer 72 og et øvre kammer 74, lukket av et gjenget lokk 76. Den øvre enden til det primære kapil-larrøret 28 kommuniserer med den nedre kammeret 72 via åpningen 77 og den øvre enden av kapillarfyllerøret 30 med et radielt innløp 78 som kan lukkes av en plugg 80 via en skrå boring 81. Det andre kapillarrøret 30 muliggjør at både det nedre kammeret 72 og begge kapillarrørene 28, 30 fylles med et fluidum med høy tetthet og lav ekspansjon som sikrer at trykket som erholdes i det nedre kammeret 72, er det samme som det som tilføres til utløpstrykkmåleren 38, plassert i en avstand. Det flytende stemplet 68 overfører nøyaktig trykket som er tilstede i det øvre kammeret 74 til det nedre kammeret 72, men forhindrer forurensning av fluidum i dette dersom borevæske skulle lekke inn i kapillarsystemet. Trykket som oppnås på nippelen 52 og som overføres til det øvre kammeret 74 gjennom åpningene 64, 66, kan enten være innløpstrykk

eller utløpstrykk, hvor byttingen skjer ved hjelp av et ventilsystem som nå vil bli beskrevet. Først med spesiell henvisning til den indre utformingen av nippelen 52 vist i figur 5, som danner et ventilsete.

Som vist i figur 5, omfatter den indre profilen til nippelen 52 en øvre skulder 82 som utgjør en stopp, et øvre for-segl ingsområde 84, en ringformet utsparing 86 i området til åpningen 64, et nedre for segl ingsområde 88 og en forstørret del 90 som avsluttes i en nedre skulder 92.

I figur 7 er det vist en utløpstrykkventil 94 med et legeme 96 og en vanlig hals 98, forsynt med låseanordninger (ikke vist) som gjør at den kan holdes i posisjon på nippelen 52 når en krage 100 plasseres mot skulderen 82. Ved sin nedre ende er legemet 96 forsynt med forseglinger 102 som forsegler mot overflaten 88 og tillater derved at pumpeutløpstrykket i Y-verktøyet 12 kan overføres til porten 64 via indre kanaler 104, fremstilt i legemet 96 og den ringformede utsparingen 68. Dermed overføres utløpstrykket til utløpstrykkmåleren 38 langs den tidligere beskrevne ruten.

Dersom det er ønskelig å bruke utløpstrykkmåleren 38 til å måle innløpstrykket, blir utløpsventil 94 fjernet og innløpstrykkventil 106 (se figur 8) føres ned i brønnen på ledningen på vanlig måte.

Ventilen 106 har et fast legeme 108 som omgis av en hals 98, forsynt med en krage 100 for forsegling mot skulderen 82, og både halsen og kragen er tidligere beskrevet med henvisning til figur 7. Imidlertid er forseglingene 102 anordnet til å forsegle mot den øvre forseglende overflaten 84 og dermed lukker porten 64 for å pumpe utløpstrykk og åpne den for å pumpe innløpstrykk som er tilstede i by-pass røret 16 og i ringrommet. Pumpe innløpstrykket (se pil 37 i figur 3) blir deretter overført til utløpstrykkmåleren 38 som er et anvendelig alternativ i tilfelle det oppstår en feil på innløpstrykkmåleren 34 eller ved behov for kalibrering av systemet.

I en annen utførelsesform kan kapillarkoblingen 28 erstattes av en elektrisk kobling til en sensor, plassert i trykkre-servoiret 49.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte ved måling av parametere til et fluidum som pumpes fra en brønn, for eksempel en oljebrønn, omfattende måling av fluidumparametere i ringrommet eller på innløps-siden til pumpen (36) og en tilsvarende fluidumparameter på utløpssiden til pumpen (36) eller i produksjonsstrengen (10),karakterisert vedat utløpsparameteren blir målt på utsiden av strømningsveien til fluider som kommer ut av pumpen (36).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat innløps- og utløpsparameterne overføres til overflaten på samme måte.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat signalene som indikerer innløps-og utløpsparameterne er generert ved en felles plassering.

4. Måleanordning for bruk med en nedihullspumpe (14) i en brønn, for eksempel en oljebrønn, omfattende en sensor (34) anordnet til å måle en f luidumparameter, for eksempel trykk eller temperatur til fluidum i ringrommet eller på innløpssiden (35) til pumpen (36) og en ytterligere sensor (38) anordnet til å måle en tilsvarende fluidumparameter på utløpssiden av pumpen (36) eller i produksjonsstrengen (10),karakterisert vedat sensorene er anordnet på utsiden av strømningsveien til fluider som kommer ut fra pumpen (36).

5. Måleanordning i henhold til krav 4,karakterisert vedat den er anordnet på et Y-verktøy (12).

6. Måleanordning i henhold til krav 5,karakterisert vedat den er anordnet i en ytterligere arm til Y-verktøyet (12).

7. Måleanordning i henhold til krav 5 til 6,karakterisert vedat den ytterligere omfatter en kabel som løper nedover fra en sensor plassert ved Y-verktøyet (12) eller ved en tilsvarende posisjon til en tilkobling med en hovedstrømskabel (18) som tilfører en elektrisk nedsenkbar pumpe (36).

8. Måleanordning i henhold til krav 4,karakterisert vedat det er plassert slik at det kan måle direkte en eller flere parametere til fluidum i ringrommet eller på innløpssiden til pumpen (36) og fjernmåle en eller flere parametere til fluidumet på utløpssiden til pumpen (36) eller i produksjonsstrengen (10).

9. Måleanordning i henhold til krav 8,karakterisert vedat den ytterligere omfatter ventiler (48) som i en tilstand gjør at den ytterligere sensoren måler en parameter på utløpssiden til pumpen (36) og i en annen tilstand tillater at den ytterligere sensoren måler en parameter på innløpssiden til pumpen.

10. Måleanordning i henhold til krav 8 til 9,karakterisert vedat den er plassert i en posisjon ved bunnen av en elektrisk nedsenkbar pumpe (36) og den fjernmålte parameteren måles ved et Y-verktøy (12) eller ved en tilsvarende posisjon.

11. Måleanordning i henhold til krav 10,karakterisert vedat parameteren som måles på utløpssiden er trykk og den målte verdien er anordnet til å overføres til et trykkreservoir (49) via et kapillarrør (26) fylt med et trykkoverføringsfluidum til en utløpstrykkmåler (38), anordnet nær en innløpstrykkmåler (34).

12. Måleanordning for anvendelse med en nedhullspumpe i en brønn,karakterisert vedat den omfatter en innløpstrykkmåler (34), anordnet til å måle innløpstrykket direkte, en utløpstrykkmåler (38), plassert i området med utløpstrykk og ventiler (48), anordnet til å tilføre innløps- eller utløpstrykket til fluidumreservoiret (49).

13. Måleanordning i henhold til krav 12,karakterisert vedat den ytterligere omfatter et kapillarrør (26) som i sin nedre ende er tilkoblet utløpstrykkmåleren (38) og i sin øvre ende til f luidumreservoiret (49), røret (26) er fylt med et trykkoverførende fluidum for å overføre trykk som oppnås i reservoiret til utløpstrykkmåleren (38).

14. Måleanordning i henhold til krav 13,karakterisert vedat utløpstrykkmåleren (38) er plassert nær innløpstrykkmåleren (34).

15 . Måleanordning i henhold til kravene 12 til 14,karakterisert vedat ventilene (48) omfatter en nippel (52) i området med utløpsstrømning, en port (64, 66) som forbinder området med utløpsstrømning til fluidumreservoiret (53), et innløpsventilverktøy anordnet til samvirke med nippelen (52) og forsegle by-pass røret (28, 30) over porten (64, 66), slik at innløpstrykket påføres fluidumreservoiret (53) og et utløpsventilverktøy, også anordnet til samvirke med nippelen (52), men som forsegler by-pass røret (28, 30) under porten (64, 66) og medfører at utløpstrykket påføres fluidumreservoiret (53).

16. Måleanordning i henhold til krav 15,karakterisert vedat innløps- og utløpsventilverktøyene har form av separate ledningsverktøy.