NO321678B1 - Fremgangsmåte og apparat ved måling av nivå - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å indikere nivået av et materiale, særlig materialet i en separator for a overvåke dens profilnivå.

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for å indikere nivået av materialet, særlig nivået av materialet i en separator for å overvåke dens profilnivå.

Kjent teknikk

Tidligere kjente fremgangsmåter for måling av nivå av materiale har blitt beskrevet i US 5,142,209 (Bougham),

GB 2 207 210 (Bozidar Matic et al./Energio-invest) og

EP 0 152 644 (Mensen/Molder).

GB-patent 1,545,326 beskriver en detektor for å detektere tilstedeværelsen av eller nivået av en metallsmelte som passerer forbi detektoren i et transportrør og dets anven-delse ved støping og behandling av metallsmelten. Ifølge kolonne 2, linje 104-115 dannes det en elektrisk ledende sløyfe rundt grenen 3 (Fig. 2) av den magnetiske kretsen 4 når metallsmelten ledes inn i røret og fyller dette til et visst terskelnivå. Således oppstår en kortslutningssløyfe i metallsmelten rundt grenen 3, og det induseres en sterk elektrisk strøm i kortslutningssløyfen, hvilket resulterer i en plutselig forandring av primærspolens 6 matningsstrøm. Det plutselige strømstøtet detekteres i viklingen 8 og er opphav til en måle- eller styrepuls i en krets 12. I Fig. 4 vises et antall detektorer 44, 45 og 46 for nivåmåling av en metallsmelte i et cylindrisk kar. Denne detektoren gir bare en av/på-indikasjon når en sterkt ledende smelte har nådd et visst nivå, hvor deteksjonen er avhengig av en enkelt parameter. Den er følgelig ikke egnet for måling i fluider som omfatter flere faser, og hvor overgangen mellom fasene kan være gradvis.

US-patent 5,417,107 beskriver en fremgangsmåte for å bestemme fluidfasefraksjoner av fluider med ulik permittivitet, så som gass, olje og vann, og olje-vann-emulsjon i en fluidstrøm fra en oljebrønn. Fluidene ledes inn i et verti-kalt anordnet prøvekammer eller -tank for separasjon. I kammeret utføres et antall kapasitansmålinger på ulike vertikale nivåer for derved å kunne tilveiebringe nøyaktig informasjon om fasefraksjoner og emulsjonsgrensesnitt, se særlig kolonne 5, linje 7 til 21. Ved bare å anvende kapasitansmålinger, vil det være vanskelig å oppnå fullstendig informasjon om fraksjonene i prøvekammeret, og følgelig være vanskelig å skille mellom de forskjellige materialene.

DE Auslegeschrift 2,550,522 beskriver en elektrisk nivåre-gulator og indikator. Med regulatoren kan nivået av elektrisk ledende og ikke elektrisk ledende væsker i f.eks. en dampkjel, detekteres og reguleres vha. en målesonde. Sonden består av et rør med midtelektrode. Den er trykktett inn-skruet i væskebeholderen og elektrisk forbundet med en fer-rittspole utenfor væskebeholderen. Spolen er berøringsfritt (gjennom induktiv kobling) koblet til en induktiv initia-tor. Kapasitansen eller ledningsevnen (konduktansen) til sonden endres når væskenivået i beholderen stiger opp til sonden og renner inn i røret. Det oppstår en strøm gjennom sonden og spolen som resulterer i et koblingssignal som ut-løser den induktive initiatoren. Koblingssignalet kan derved direkte styre en ventil. Også denne konstruksjonen gir bare en av/på-indikasjon av nivå basert på kapasitive para-metre for væsken. Den "induktive Nåherungsschalter" som er nevnt i skriftet, er en vanlig elektromekanisk handelskom-ponent som her brukes som bryter. Denne sonden kan derfor ikke brukes til å oppnå nøyaktige målinger av hver parameter slik at man kan skille mellom flere faser, slik som olje-emulsjon-vann.

Hensikter med oppfinnelsen

En hensikt med oppfinnelsen er å kombinere to måleprinsipper for å overvåke grenseflaten olje-emulsjon-vann i en separator.

En nærmere spesifisert hensikt med foreliggende oppfinnelse er å kombinere målinger av relativ elektrisk permittivitet og relativ elektrisk konduktivitet av det aktuelle materiale.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Hensiktene ovenfor oppnås i en fremgangsmåte og et apparat som angitt i innledningen, som ifølge foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved trekkene ifølge de medfølgende patentkrav.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer

Figur 1 er en skjematisk skisse av en tyngdeseparator. Figur 2 illustrerer virkeområdet for kapasitive og induktive følere. Figur 1' er en skjematisk tyngdeseparator inkludert dens hovedlag. Figurene 2' og 3' illustrerer forskjellige utførelser av sensorene. Figurene 4' ag 6' illustrerer enda flere utførelser av sen-soroppsett.

Overvåking av separatorofyllenivå ved kombinasjon av kapasitans og induktansmålinger

Tyngdeseparatorer brukes til vanlig i oljeindustrien for å separere olje, gass og produsert vannblanding som stammer fra oljereservoaret. En skjematisk tegning av en typisk tyngdeseparator for hydrokarbonproduksjonsformål er vist i figur 1.

For kontroll- og optimaliseringsformål, i forhold til be-traktninger vedrørende reservoar, økonomi og miljø, er det av interesse å overvåke de forskjellige grenselag, det vil si gasslaget, skumlaget, oljelaget, emulsjonslaget og vann-laget, så nøyaktig og pålitelig som mulig. Selve separa-sjonsprosessen er styrt av strupeventiler og/eller pumper på innløp/utløp og spesiell utforming av separatorens ind-re, i tillegg til å addere kjemikaler som fremmer separasjon, for eksempel emulsjonsbrytere.

Idéen bak patentsøknaden er å bruke to måleprinsipper kombinert for å overvåke grenseflaten olje-emulsjon-vann. Må-leprinsippene er basert på innstikkende kapasitans- og in-duktanssensorer. Kapasitansmålerprinsippet er følsomt for permittiviteten av det målte volum. Typiske permittiviteter av de nevnte hydrokarbonproduksjonsbestanddeler er listet i tabell 1.

Tabell 1- Typiske verdier for relativ permittivitet og konduktivitet av hydrokarbonproduksjonskonstituentene

På grunn av kortslutningseffekten som vil oppstå for kapa-sitansføleren i perkulasjonspunktet (kontinuerlig vannfase) på grunn av konduktivitetsegenskapene til vannet, kan kapa-sitansmåleprinsippet bare benyttes til det punkt hvor vann-oljeblandingen, det vil si emulsjonen, er oljekontinuerlig som vist i figur 2. Punktet hvor den vannkontinuerlige fase oppstår vil variere betraktelig basert på faktorer som ty-pen av produsert vann og olje, inkludert forholdene av mil-jøfaktorene som trykk og vann. Imidlertid oppstår typisk den vannkontinuerlige fase rundt en vannandel, det vil si vannfraksjonen av det totale væskefraksjon (vann og olje), på omtrent 70 %. For å overvåke hele grensesnittet produsert vann-emulsjon-olje, kreves det andre måleprinsipp som er i stand til å overvåke volumandelen vann fra perkulasjonspunktet opp til 100 % vann i oljen.

Idéen er, som vist i figur 2, å bruke et induksjonsmåle-prinsipp til å oppnå dette mål. Induksjonsmåleprinsippet er følsomt for konduktiviteten av det målte volum. Som det kan sees fra tabell. 1 er konduktivitetene av produsert vann og olje betydelig forskjellige. Det induktive sensorprinsipp er mest følsomt for væsken med den høyeste konduktivitet, det vil si vann. Imidlertid, ved det punkt hvor den oljekontinuerlige fase blir nådd, minsker følsomheten betraktelig.

Følgelig er patentidéen å bruke en kombinasjon av de kapasitive og induktive måleprinsipper, hvilket gir informasjon om omradet for nivåovervåking fra bare produsert vann til bare olje, inkludert overgangen via emulsjonslaget.

Patentidéen vedrører ethvert opplegg av målesensorer, hvor de to sensorprinsipper er brukt i kombinasjon for å oppnå nivåprofilinformasjon, det vil si som én fysisk kombinert kapasitans og induktansinstrumentenhet eller som to fysisk separate instrumentenheter, det vil si ett kapasitans- og ett induktansinstrument, plassert i separatoren, men funksjonelt koblet. Videre vedrører patentidéen enhver geometrisk plassering innen separatoren. Til slutt vedrører patentidéen enhver separasjonsprosess hvor måling av permittivitet og konduktivitet i kombinasjon bestemmer separa-sjonsprofilgrensesnitt.

Vedrørende implementering av sensorprinsippet, som beskrevet i det ovenstående, er det følgende ment å dokumentere implementeringstilpasning.

T ypisk plassering av sensor

En skjematisk bilde av en typisk tyngdeseparator, som viser de forskjellige grenselag er gitt i figur 1'.

I forhold til dette patent har forfatteren foreslått at en kombinasjon av et permittivitets- og konduktivitetsfølsomt måleprinsipp, for eksempel respektivt kapasitans- og induktansmålinger, kan implementeres for å overvåke separasjons-profilen til en tyngdeseparator. De to målefølsomheter kan implementeres som separate vertikale stenger, som vist i figur 2'.

Legg merke tit at den horisontale plassering av instru-mentene kan være tilfeldig mellom prosessflytinnløpet og demningsplaten.

Ellers kan de to målefølsomhetsprinsipper kombineres i én stang, som vist i figur 3'.

Legg merke til at den horisontale plassering av instrumen-tet kan være tilfeldig mellom prosessflytinnløpet og demningsplaten .

T ypisk utforming av sensor

Et eksempel på en implementering av det konduktivitets-følsomme måleprinsipp er vist i figur 4'.

To mulige implementeringseksempler for det permittivitets-følsomme måleprinsipp er vist i figur 5'.

Et implementeringseksempel vedrørende kombinasjonen av permittivitets- og konduktivitetsfølsom måleprinsipp er vist i figur 6'.

Generelt

Som presentert i det ovenstående, vedrører patentidéen ethvert målesensoropplegg, hvor de to nevnte sensorfølsom-hetsprinsipper er bruk i kombinasjon, for å oppnå nivåprofilinformasjon, det vil si som én fysisk kombinert permit-tivitetsfølsom- og en konduktivitetsfølsom instrumentenhet eller som to fysisk separate instrumentenheter, det vil si ett permittivitetsfølsomt og ett konduktivitetsfølsomt in-strument, plassert i den samme separator, men sammenknyttet funksjonelt. Videre vedrører patentidéen enhver geometrisk plassering innen separatoren. Til slutt vedrører patentidéen enhver separasjonsprosess hvor måling av permittivitet og konduktivitet i kombinasjon bestemmer separasjons-profilgrensesnitt.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å indikere nivå av materialer i en separator, hvor materialene omfatter olje og vann, karakterisert ved å kombinere separate kapasitansbaserte målinger av permittivitet og separate induktansbaserte målinger av konduktivitet, idet de kombinerte målinger utføres i forskjellige lokasjoner i separatoren, for å detektere nivåer av materialer og grensen eller grensene derimellom.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en kapasitiv sensor brukes i et første væskekontinuerlig område av blandingen og en induktiv sensor brukes i et andre væskekontinuerlig område i blandingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kapasitansmålingen brukes i det oljekontinuerlige området av blandingen, og at induktansmålingen brukes i det vannkontinuerlige område av nevnte blanding.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved å bruke en første vesentlig vertikal stabel av passende arrangerte kapasitanselektroder og en andre vesentlig vertikal stabel av passende arrangerte spoler (induktorer).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte kapasitanselektroder er koblet i par, og at nevnte spoler også er koblet i par.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at en første kåpasi-tanselektrode eller et første par av kapasitanselektroder på et første nivå og en første spole eller et første par av spoler på vesentlig det samme nivå brukes i kombinasjon for å bestemme et første nivå av materiale og, om mulig en grense ved dette nivå, en andre enkelt eller par av kåpasi-tanselektroder og en andre enkelt eller par av spoler brukes i kombinasjon for å bestemme et andre nivå av materiale og en grense ved nevnte andre nivå.

7. Apparat for å indikere nivå av materiale, spesielt nivået av en blanding av olje og vann i en separator for å overvåke dennes profilnivå, karakterisert ved at apparatet omfatter separate innretninger for måling av permittivitet og separate innretninger for måling av konduktivitet, i form av en kapasitansbasert måleinnretning og en induktansmåleinnret-ning, og at en rekke funksjonelt kombinerte kapasitansmåle-innretninger og induktansmåleinnretninger er arrangert i separatoren for å bestemme nivåer av materiale og grensene derimellom.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at en kapasitiv sensorinnretning brukes i et første væskekontinuerlig område av nevnte blanding og en induktiv sensorinnretning brukes i et andre væskekontinuerlig område av nevnte blanding.

9. Apparat ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at de kapasitive måleinnretninger er innrettet til å måle på det oljekontinuerlige område av blandingen, og at de induktive måleinnretninger er tilpasset til å måle på det vannkontinuerlige område av nevnte blanding.

10. Apparat ifølge et av kravene 7-9, karakterisert ved at hver av de kapasitive måleinnretninger og de induktive måleinnretninger er re-alisert som en fysisk kombinert kapasitans- og induktansmå-leenhet, eller som to fysisk separate instrumentenheter, men sammenknyttet når det gjelder funksjonalitet.

11. Apparat ifølge et av de foregående kravene 7-10, karakterisert ved at nevnte kapasitansbaserte måleinnretninger og nevnte induktansmåleinnretninger omfatter en første vesentlig vertikal stabel av passende arrangerte kapasitanselektroder og en andre vesentlig vertikal stabel av passende arrangerte spoler.

12. Apparat ifølge krav 11, karakterisert ved at nevnte kapasitanselektroder er koblet i par, og at nevnte spoler også er koblet i par.

13. Apparat ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at en første kapasi-tanselektrode eller et første par av kapasitanselektroder på et første nivå og en første spole eller et første par av spoler på vesentlig det samme nivå kombineres funksjonelt for å bestemme et første nivå av materiale og en grense på dette nivå, en andre enkelt eller par av kapasitanselektroder og en andre enkel eller par av spoler kombineres funksjonelt for å bestemme et andre nivå av materiale og en grense ved dette andre nivå.