NO325756B1 - Fremgangsmater for maling av en gassmassefraksjon og en fremgangsmate for maling av en sann gassmassestrom - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for måling av en gassmassefraksjon og en fremgangsmåte for måling av en sann gassmassestrøm.

Den numeriske verdien av den målte gassmassefraksjonen kan anvendes i en beregning for å gi en numerisk verdi av en strømningsverdi for gassmasse i en flerfasestrøm, for eksempel en våtgasstrøm omfattende gass og væske. Typisk omfatter våtgass 90% eller mere gass av en volumetrisk strøm under strømningsforhold.

Den angjeldende våtgassen kan utgjøres av brenngass, for eksempel naturgass, og væske, for eksempel olje og/eller vann, som ledes gjennom rør fra en olje- eller gass-brønn.

Til nå har målingen av fluidstrøm fra en olje- eller gassbrønn vanligvis medført bruken av en prøveseparator for å finne ut en verdi for gassmassefraksjonen, hvilken verdi er forholdet mellom gassmassestrømmen og en samlet fluidstrøm (gass og væske). Prøve-separasjon, som er en batch-prosess, gjennomføres til havs ved olje- og gassproduksjon til havs, og dette kan, dersom behov for prøveseparasjon kan unngås, redusere vekten av plattformen til havs, prosesskompleksiteten og bemanningsbehovet som kreves for prøveseparasjon.

Et alternativ til prøveseparasjon er bruken av kostbare flerfase-strømningsmålere, men disse taper nøyaktighet når gassvolumfraksjonen øker.

Et alternativ til slike flerfase-strømningsmålere er bruken av en venturi for venturi-strømmåling av våtgass, i hvilken en korreksjon ved bruk av enten Murdock- eller Chisholm-formelen anvendes for å gi massestrømningsverdien av gassen. Imidlertid krever både Murdock- og Chisholmformelen en avledet verdi av gassmassefraksjonen påvist ved bruk av prøveseparatoren, som omtalt over, eller ved bruk av en indikator-metode som også er en batch-prosess, eller med gamma-densitometri som er en kontinuerlig prosess.

Som eksempler på skrifter som beskriver kjent teknikk skal nevnes følgende:

US 5421209 beskriver en anordning og en fremgangsmåte for samtidig bestemmelse av dampstrømningsrate og -kvalitet gjennom en ledning som omfatter en plate med hull plassert i serie med en venturi. Midler for avføling av trykk i ledningen avføler trykk for anvendelse i en formel for å frembringe de ønskede dampverdier, og med fremgangsmåten bestemmes både kvaliteten og massestrømningsraten for strømmen av damp gjennom ledningen.

EP 0076882 beskriver en anordning og en fremgangsmåte for bestemmelse av strømningsrater i en tofasestrøm. Anordningen omfatter en måler for trykkfall som indikerer strømningsratene for de enkelte faser i en tofasestrøm som inneholder gass og væske. Det er anordnet midler for å danne og måle et friksjons-trykkfall i tofasestrømmen og midler for å danne og måle et akselerasjons-trykkfall i tofasestrømmen.

Et formål ifølge oppfinnelsen er å fremskaffe fremgangsmåter for måling av en gassmassefraksjon i en masse av væske og gass som strømmer langs en rørledning, hvilken fremgangsmåte kan utgjøres av en kontinuerlig prosess, som når den gjennomføres unnviker behovet for prøveseparasjon eller bruk av en indikator-metode, eller bruk av gamma-densitometri.

I henhold til et første aspekt ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for måling av en gassmassefraksjon X i en masse av væske og gass som strømmer langs en rørledning at en strømforbehandler anordnes i rørledningen, en venturi-strømmåler, nær og nedstrøms for strømforbehandleren, anordnes i serie med rørledningen, slik at fluidstrøm langs rørledningen skjer gjennom strømforbehandleren og venturi-strøm-måleren, målinger av trykkforskjell utføres over flere partier langs kombinasjonen av strømforbehandleren og venturi-strømmåleren, og målingene benyttes til å beregne gassmassefraksjonen X som en funksjon av trykkforskjell.

I henhold til et andre aspekt ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for måling av en gassmassefraksjon X i en masse av væske og gass som strømmer langs en rørledning at: en venturi anordnes, hvilken venturi omfatter en innsnevring, et parti oppstrøms som konvergerer mot innsnevringen og et parti nedstrøms som divergerer bort fra innsnevringen, idet venturien anordnes i serie med rørledningen, slik at strøm langs rørledningen skjer gjennom venturien,

en strømforbehandler anordnes i rørledningen oppstrøms for venturien, idet strømfor-behandleren er nær venturien,

en måling av en trykkforskjell DP1 utføres mellom en posisjon oppstrøms for strøm-forbehandleren og en posisjon mellom strømforbehandleren og venturien,

en måling av en trykkforskjell DP2 utføres mellom innsnevringen og posisjonen mellom strømforbehandleren og venturien,

en måling av en trykkforskjell DP3 utføres mellom en posisjon nedstrøms for venturien og en posisjon mellom strømforbehandleren og venturien,

måling av temperatur og trykk, og

beregning av gassmassefraksjonen X ved bruk av en formel av typen:

X = fn (DP1, DP2, DP3...),

av hvilken

i hvilken a, b, c, d, e og f er konstanter, er et eksempel.

I henhold til en utførelse av fremgangsmåtene anordnes strømforbehandleren for å bevirke blanding av gass- og væskefaser, slik at i venturi-strømmåleren eller venturielementet nedstrøms for strømforbehandleren reduseres glidning mellom gass- og væskefasene sammenlignet med den oppstrøms for strømforbehandleren.

Fremgangsmåtene kan utføres slik at i venturi-strømmåleren eller i venturielementet skjer det hovedsakelig ingen glidning mellom gass- og væskefasene.

I henhold til et tredje aspekt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for måling av en sann gassmassestrøm Qg, og fremgangsmåten kjennetegnes ved anvendelse av den følgende versjon av Murdock-korrelasjonen tilpasset for bruk i venturi-strømmåling av våtgass, idet forannevnte versjon uttrykkes med formelen:

i hvilken X er gassmassefraksjon målt med en fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 - 4, lg er gassdensiteten, lL er væskedensiteten, Qgj er en

indikert gassmassestrøm avledet av en metode for venturi-strømmåling av våtgass, og M er Murdock-konstanten avledet for en venturi anvendt for venturi-strømmålingen av våtgass.

Denne fremgangsmåten kan utføres slik at den indikerte gassmassestrømmen Qgi avledes fra en metode for venturi-strømmåling av våtgass ved bruk av venturielementet (8) i venturi-strømmåleren anvendt i fremgangsmåten ifølge krav 1.

Hvert aspekt ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere, ved hjelp av eksempel, med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: fig. 1 viser skjematisk og delvis i snitt en anordning som kan utføre fremgangsmåten i

henhold til hvert aspekt ifølge oppfinnelsen; og

fig. 2 er et planriss av en strømforbehandler som kan anvendes i anordningen ifølge

figur 1.

Med henvisning til tegningene vises et hovedsakelig horisontalt parti av rørledningen i fig. 1, hvilken rørledning transporterer en våtgass som er en flerfaseblanding av gass og væske. Gassen kan utgjøres av brenngass, for eksempel naturgass, og væsken kan utgjøres av olje og/eller vann, i hvilket tilfellet rørledningen kan overføre flerfase-blandingen fra en olje- eller gassbrønn.

Rørledningavsnittet 2 omfatter et røravsnitt 4 oppstrøms, et røravsnitt 6 nedstrøms og et venturielement 8 som kan tilpasses fra en kjent type hittil anvendt ved tidligere kjent venturi-strømmåling av våtgass. Venturielementet 8 omfatter en innsnevring 10, et parti 12 oppstrøms som konvergerer mot innsnevringen, og et parti 14 nedstrøms som divergerer bort fra innsnevringen. Venturielementet 8 omfatter dessuten to sylindriske endepartier 16 og 18, respektive dannet med endeflenser 20 og 22, hvilke endepartier kan festes med bolter (ikke vist) til en endeflens 24 eller 26 på røravsnittene 4 eller 6.

En fluidstrømforbehandler 28 i form av en sirkulær plate 30 strekker seg over det innvendige av rørledningen oppstrøms for venturielementet 8 og er festet mellom flensene 20 og 24 med bolter (ikke vist) som passerer gjennom boltehull 32. Fluid-strømmen er i retning A langs rørledningen, og strømforbehandleren 28 er hovedsakelig i en rett vinkel med strømmen. Platen 30 til strømforbehandleren har flere hull 34 som muliggjør passasje av fluidet gjennom platen. Hullene 34 kan utgjøres av en gjennom-gående sylindrisk form som hver har en avrettet kant ved deres ende oppstrøms og ned-strøms. Hullene 34 kan anordnes slik at de i hovedsakelig opptar det innvendige tverr-snittet av rørledningen, som antydet med en streklinje 36 som utgjør den innvendige veggen til røravsnittet 4 eller venturi-endepartiet 16. Strømforbehandleren 28 er nær venturien nøye tilformet etter innsnevringen 10 og de konvergerende og divergerende partiene 12 og 14.

Ett formål med strømforbehandleren 28 er å bevirke at væske- og gassfasen av flerfase-fluidet hovedsakelig blandes ensartet og homogeniseres, slik at nedstrøms for strøm-forbehandleren strømmer, ved enhver gitt posisjon langs venturielementet, væske- og gassfasen hovedsakelig med den samme hastighet, dvs. at det forekommer hovedsakelig ingen glidning mellom væsken og gassen gjennom venturielementet.

Et annet formål med strømforbehandleren 28 er å bevirke et trykkfall over denne.

Åpninger 38, 40, 42 og 44 er tilformet gjennom rørledningsveggen ved venturielementet 8 og benyttes for å fremskaffe et signal representativt for dette i en ledning 48 til en computer 50. Signalet kan f.eks. være informasjon om trykket i åpningene.

En trykktransduser 52 overvåker en trykkforskjell DP1 oppstrøms for venturien 12, 10, 14 og over strømforbehandleren 28 og sender et representativt signal i en ledning 54 til computeren 50. En annen transduser 56 overvåker en trykkforskjell DP2 mellom enden oppstrøms for venturiapparatet 8 og innsnevringen 10 og sender signaler til computeren via en ledning 58. En trykkforskjell DP3 over venturien overvåkes med en trykktransduser 60 og signaler betegnende for trykkforskjellen DP3 sendes til en computer 50 via en ledning 62.

En temperatursensor 64 overvåker temperaturen til fluidet i rørledningen 2 og signalerer avlesningen til computeren 50 via en ledning 66.

Gassmassefraksjon X er forholdet mellom gassmassestrøm langs rørledningen 2 og samlet massestrøm (væske + gass) langs rørledningen.

For å bestemme gassmassefraksjonen X gjør computeren 50 en beregning ved bruk av formelen:

i hvilken a,b,c,d,e og f er konstanter.

Den beregnede verdien X av massefraksjonen kan innlastes i en anordning 68 for indikasjon/registrering.

Verdiene av a, b, c ,d ,e og f kan beregnes med enhver egnet matematisk metode, for eksempel regresjonsanalyse, ved hvilken forskjellige kjente blandinger av gass og væske, som gir forskjellige kjente verdier for X, mates til et rørledningsarrangement, slik som ifølge figur 1, og de overvåkede verdiene av DP1, DP2 og DP3 anvendes i formelen I for å avlede verdier for a, b, c, d, e og f som passer.

Ved bruk av kjente metoder for venturi-strømmåling av våtgass anvendes venturiapparatet 8 for å gi en verdi for indikert gassmengdestrøm Qgi langs rørledningen 2. Den sanne gassmengdestrømmen Qg kan oppnås ved bruk av Murdock-korrelasjonen i en form av formelen tilpasset for bruk med venturi-strømmålere

I formelen II er X gassmassefraksjonen, M er Murdock-konstanten bestemt på kjent måte for venturien, CDG er tilsvarende koeffisienten av gassutstrømning gjennom en måle-skive, CpL er tilsvarende koeffisienten av væskeutstrømning gjennom denne måleskiven

og Q*! har en verdi hovedsakelig lik én. Følgelig, når formelen II omarbeides, ;<O>dl ;avledes ;den sanne gassmassestrømmen Qg fra formelen: ;;i hvilken lL er densitetsverdien av væsken enten målt og tilført computeren 50 eller korrigert i computeren for den målte temperaturen med sensoren 64, og lg er gassdensiteten beregnet med computeren med trykket og temperaturen overvåket med en transduser 46 og sensoren 64. ;Computeren 50 benytter formelen III for å beregne den sanne gassmassestrømmen Qg som kan indikeres og registreres med innretningen 68. ;Den forannevnte fremgangsmåte og systemet fremskaffer en fremgangsmåte for kontinuerlig beregning av gassmassefraksjonen X ved bruk av formel I og måling av den sanne gasstrømmen Qg med formel III, hvilken sanne gassmassestrøm kan integreres med hensyn til tid for å gi samlet gassmasse tilført over en gitt tidsperiode. ;Enhver egnet form av strømforbehandler 28 kan anvendes i den hensikt å redusere eller hindre glidning mellom gass- og væskefasene i venturien. For forskjellige diametere av rørledning kan antallet fluidpassasjehull i strømforbehandleren variere, likeledes deres størrelse. ;Det vil forstås at andre ligninger forefinnes for avledning av Qg fra Qgi og X, for eksempel Chisholm. *

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for måling av en gassmassefraksjon X i en masse av væske og gass som strømmer langs en rørledning (2), karakterisert ved at en strømforbehandler (28) anordnes i rørledningen, en venturi-strømmåler (8) anordnes i serie med rørledningen nær og nedstrøms for strømforbehandleren, slik at fluidstrømning gjennom rørledningen (2) skjer gjennom strømforbehandleren (28) og venturi-strømmåleren (8), målinger av trykkforskjell utføres over flere partier langs kombinasjonen av strømforbehandleren og venturi-strømmåleren, og målingene benyttes for å beregne gassmassefraksjonen X som en funksjon av trykkforskjell.

2. Fremgangsmåte for måling av gassmassefraksjon X i en masse av væske og gass som strømmer langs en rørledning (2), karakterisert ved at en venturi (8) anordnes, hvilken venturi omfatter en innsnevring (10), et parti (12) oppstrøms som konvergerer mot innsnevringen og et parti (14) nedstrøms som divergerer bort fra innsnevringen, idet venturien (8) anordnes i serie med rørledningen (2), slik at fluidstrøm langs rørledningen skjer gjennom venturien, en strømforbehandler (28) anordnes i rørledningen (2) oppstrøms for venturien (8), idet strømforbehandleren er nær venturien, en måling av en trykkforskjell (DP1) utføres mellom en posisjon oppstrøms for strømforbehandleren og en posisjon mellom strømfor-behandleren og venturien, en måling av et trykkforskjell (DP2) utføres mellom innsnevringen og en posisjon mellom strømforbehandleren og venturien, en måling av en trykkforskjell (DP3) utføres mellom en posisjon nedstrøms for venturien og en posisjon mellom strømforbehandleren og venturien, og en måling av temperatur (T) og trykk (P) utføres, idet gassmassefraksjonen X beregnes ved en formel av typen: av hvilken X = a • (DP1)b • (DP2)<C> • (DP3)<d> ■ (DP2-DP3)e ■ (DP1+DP3)<f>, i hvilken a,b,c,d,e og f er konstanter, er et eksempel.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømforbehandleren (28) anordnes for å bevirke blanding av gass- og væskefaser, slik at i venturi-strømmåleren eller venturielementet (8) nedstrøms for strømforbehandleren reduseres glidning mellom gass- og væskefasene sammenlignet med den oppstrøms for strømforbehandleren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at i venturi-strømmåleren eller i venturielementet (8) skjer det hovedsakelig ingen glidning mellom gass- og væskefasene.

5. Fremgangsmåte for måling av en sann gassmassestrøm Qg, karakterisert ved anvendelse av den følgende versjon av Murdock-korrelasjonen tilpasset for bruk i venturi-strømmåling av våtgass, idet forannevnte versjon uttrykkes med formelen: i hvilken X er gassmassefraksjon målt med en fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 - 4, lg er gassdensiteten, lL er væskedensiteten, Qgi er en indikert gassmassestrøm avledet av en metode for venturi-strømmåling av våtgass, og M er Murdock-konstanten avledet for en venturi anvendt for venturi-strømmålingen av våtgass.

6. Fremgangsmåte for måling av en sann gassmassestrøm Qg ifølge krav 5, karakterisert ved at den indikerte gassmassestrømmen Qgi avledes fra en metode for venturi-strømmåling av våtgass ved bruk av venturielementet (8) i venturi-strømmåleren anvendt i fremgangsmåten ifølge krav 1.