NO327558B1

NO327558B1 - Stromningsmaler for flerfasefluid

Info

Publication number: NO327558B1
Application number: NO20075305A
Authority: NO
Inventors: Johnny Jakobsen
Original assignee: Roxar Flow Measurement As
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-08-10
Also published as: EP2201338A4; US20100206420A1; WO2009051492A1; EP2201338A1; NO20075305L

Abstract

Det er vist et strømningsrør (10) av metall for bruk i en strømningsmåler for fluid, spesielt flerfasefluid. Strømningsrøret har et hovedløp (7) med forutbestemt strømningstverrsnitt over en viss strekning, og en eller flere sideveis forløpende kanaler (t) av liten diameter i forhold til hovedløpet (7). Hovedløpets (7) innvendige overflate, som definerer strømningstverrsnittet, er belagt med et korrosjons- og slitasjemotstandig metallisk materiale forskjellig fra det metalliske materialet i resten av strømningsrøret. Materialet som omslutter og definerer de sideveis forløpende kanaler (t) er av samme metalliske materiale som strømningsrørets innvendige overflate og er smeltet sammen. Dermed dannes et kontinuerlig og integrert innvendig belegg i hovedløpet og kanalene slik at et fluid som befinner seg i strømningsrøret (10) kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et strømningsrør av metall til bruk i en strømningsmåler for fluid, også flerfasefluid, hvilket strømningsrør har et hovedløp med forutbestemt strømningstverrsnitt over en viss strekning, og en eller flere sideveis forløpende kanaler av liten diameter i forhold til hovedløpet, der hovedløpets innvendige overflate, som definerer strømningstverrsnittet, er belagt med et korrosjons-og slitasjemotstandig metallisk materiale forskjellig fra det metalliske materialet i resten av strømningsrøret.

Strømningsrør av denne typen er kjent fra "Thermocouple Instruments Limited" - se produktblad FM-VN/VENA om "Venturi Tubes and Venturi Nozzles" fra 1999. Ytterligere eksempler på teknikkens stand er representert ved US 4,556,240; WO 99/43974 og GB 313549.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til preparering og bearbeiding av et metallisk strømningsrør til bruk i en strømningsmåler av den innledningsvis nevnte art.

Denne type strømningsmåler er egnet til bruk både som ren strømningsmåler og til prøvetaking av produksjonsfluidet i en olje- og/eller gassbrønn. Den brukes til testing av brønnen for kontinuerlig overvåking av reservoaret og utviklingen i hver enkelt brønn under dens produksjonslevetid. En korrekt test vil derfor bestemme det riktige tidspunkt for endringer i brønnstrømmen og overvåke gjennombrytning av vann eller gass.

Levedyktigheten til mange av de marginale felter på dypt vann avhenger av flerfasetransport av den ubehandlede brønnstrøm over lange distanser. En nøkkelfaktor i slike prosjekter er tilgjengligheten av en måler som kan måle fraksjonsandelene og mengdene av olje, gass og vann uten behov om separering i de enkelte fraksjoner. Store kostnader kan spares inn dersom marginale felter blir utviklet som minimumsanlegg eller satellitter, med flerfasetransport av den ubehandlede brønnstrøm. Den foreliggende strømningsmåler gir oljeindustrien et unikt instrument for å understøtte slik utvikling.

Imidlertid er det en kjensgjerning at slike strømningsmålere må være robuste, vedlikeholdsfrie og motstandsdyktige mot korrosjon, spesielt mot H2S og CO2. For å få dette til har målerne så langt vært tilvirket av materialet Inconel, som har de nødvendige styrke- og korrosjonsegenskaper. Inconel er et materiale med høyt innhold av krom-nikkel. Men dette materialet er særdeles kostbart. For eksempel kan kvaliteten Inconel 625 variere i pris mellom kr. 350-500 per kg, alt etter størrelse på gjenstanden. Et vanlig Duplex stålmateriale vil ligge på ca. kr. 45-50 per kg.

Problemstillingen har således vært hvordan få til en løsning som bruker en stor andel rimeligere Duplex materiale og en mindre andel korrosjonsmotstandig kostbart Inconel materiale? Duplex materiale alene vil ikke være godt nok med tanke på korrosjonsbestandighet.

Uttrykt på en annen måte har oppgaven vært å få til en løsning der bare de innvendige deler som kommer i direkte kontakt med strømningsfluidet er av det mer kostbare korrosjonsmotstandig materiale. I praksis betyr dette materialet rundt det som avgrenser eller definerer hovedstrømningsbanen, samt sideavgreningene for trykkuttak eller trykkavtapning. Det skal forstås at hovedstrømningsbanen og hver sideavgrening må integreres slik at de danner en kontinuitet uten skjøter slik at fluidet som befinner seg i strømningsrøret kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

Videre har det faktisk vært et problem med å kunne levere høylegerte materialer, og spesielt når dimensjonene begynner å bli store. Med den foreliggende løsning vil man være i stand til å korte ned tiden på leveransene.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et strømningsrør av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at materialet som omslutter og definerer de sideveis forløpende kanaler er av samme metalliske materiale som strømningsrørets innvendige overflate og at dette metalliske materialet er smeltet sammen med det metalliske materialet i strømningsrørets innvendige overflate for dannelse av et kontinuerlig og integrert innvendig belegg i hovedløpet og kanalene slik at fluidet som befinner seg i strømningsrøret kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

I en hensiktsmessig utførelse kan strømningsrørets innvendige overflate være en overflatebearbeidet påleggssveis sveist på det metalliske materialet i resten av strømningsrøret, oftest i flere lag, så som tre lag.

I en annen utførelse kan strømningsrørets innvendige overflate være i form av et hylseliknende legeme innsatt i hovedløpet i strømningsrøret.

Det korrosjons- og slitasjemotstandige materiale kan være høylegert metall så som Inconel, Hastalloy og 6Mo.

Med fordel kan det resterende metalliske materiale i strømningsrøret være et Duplex materiale eller annet lavere legert materiale, også karbonstål.

Hver kanal kan være i form av en åpning som er foret med Inconel i forseglet forlengelse av påleggssveisen på strømningsrørets innvendige overflate.

Som et alternativ kan en kanal være i form av en aksialboring gjennom en bolt av materialet Inconel, der bolten er på forseglet måte sveist til påleggssveisen på strømningsrørets innvendige overflate.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en framgangsmåte av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at for hver kanal tildannes det en boring gjennom godset i strømningsrøret og gjennom det belagte korrosjons- og slitasjemotstandige laget, at en massiv plugg eller bolt av samme korrosjons- og slitasjemotstandig metallisk materiale tilveiebringes i boringen, at pluggen eller bolten sveises innvendig på sammensmeltende, forseglende og integrerende måte til strømningsrørets korrosjons- og slitasjemotstandig beleggsmateriale og at pluggen eller bolten bores aksialt for dannelse av nevnte kanal slik at fluidet som måtte befinne seg i strømningsrøret kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

Med fordel blir pluggen eller bolten i tillegg sveist utvendig på sammensmeltende måte til strømningsrørets resterende gods før pluggen eller bolten bores aksialt for dannelse av nevnte integrerte kanal.

I en hensiktsmessig utførelse bygges pluggen opp i boringen ved hjelp av påleggssveising.

I en annen utførelse benyttes en hul eller massiv bolt der bolten presses eller skrus på plass i boringen, idet boringen er en forboring tilpasset med presspasning til bolten.

Med fordel blir pluggen eller bolten i tillegg slipt innvendig i strømningsrøret slik at den følger den innvendige overflatekontur til hovedløpet.

Typisk vil sveisingen skje ved at relativ bevegelse iverksettes mellom en sveisesonde og strømningsrøret der utgangspunktet for sonden er ved den minste innvendige radius, når det er snakk om et Venturirør.

Anslått kostnadsbesparelse på innkjøp av ferdig produsert strømningsmåler i Inconel kontra Duplex/Inconel vil ligge på ca. NOK 200.000 per måler beregnet på 4" rør. Ytterligere besparelser oppnås på grovere rørdimensjoner.

Andre og ytterlige formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser et aksialsnitt i perspektiv av en strømningsmåler ifølge teknikkens stand, Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom den samme strømningsmåler som den vist i figur 1, med oppfinnelsen inntegnet, og

Fig. 3 viser et aksialsnitt gjennom selve Venturidelen av et strømningsrør.

Det vises først til figur 1 som generelt illustrerer en strømningsmåler 20 ifølge alminnelig kjent teknikk. Strømningsmåleren 20 er satt sammen av en hoveddel 1', en flensdel 2' og en venturi-del 3' som til sammen definerer et hovedløp 7. Hoveddelen 1' har en serie trykkavtapningshull ti-t7 i form kanaler for prøvetaking av en flerfase produksjonsstrøm. Disse kanaler har vesentlig mindre diameter enn hovedløpet.

Flensdelen 2' har et trykkavtapningshull tg for å kunne gi en første trykkreferanse.

Venturi-delen 3' har to trykkavtapninger t9 og tio for å kunne gi et andre og tredje referansetrykk. Trykkavtapningen tio er plassert i Venturiens minste strømningsareal.

De tre hoveddelene er holdt sammen ved hjelp av lange skruer 4' og muttere 5'.

Det vises nå til figur 2 som grunnleggende viser det samme som figur 1, dvs en strømningsmåler 10 som er satt sammen av en hoveddel 1, en flensdel 2 og en venturi-del 3 og er holdt sammen av skruer 4 og muttere 5. Imidlertid er strømningsmåleren 10 nå belagt innvendig med et Inconel materiale og er vist i figur som skravert område merket 6. Andre korrosjons- og slitasjemotstandige materialer som kan tenkes brukt er høy legerte metaller så som nikkellegeringer, Hastalloy og 6Mo. I Venturidelen 3 er det også illustrert en kanal eller trykkavtapning t.

Vanligvis vil dette materiale bli påført med påleggssveis. Påleggssveis er normalt TIG sveis og skjer ved hjelp av en robot. Dette blir utført ved at delene sveises i en karusell. En sveisearm går inn i åpningen og sveiser to til tre lag med Inconel. Deretter blir delen overflatebearbeidet ved dreiing. Det er en vanlig oppfatning at den sveiste delen ikke skal dreies ned i første lag fordi dette laget kan ha for høyt ferrittinnhold.

Åpningen i strømningsrøret skal dimensjonskontrolleres før sveising, Dette må gjøres for at man skal ha kontroll på Inconel tykkelsen etter ferdig dreiing.

Det skal imidlertid forstås at strømningsrørets innvendige overflate i stedet for å være en påleggssveis, kan være i form av et hylseliknende legeme som blir innsatt i det resterende Duplex materialet. Det hylseliknende legemet er som påleggssveisen av et høylegert metall så som Inconel, Hastalloy og 6Mo.

Det hylseliknende legemet sveises tett i topp og bunn. Når det gjelder kanalene/trykkavtapningene t vil man måtte bore et større hull for så og fylle dette med sveisemateriale og deretter bore et hull i senter.

Figur 3 viser selve Venturirøret 3 hvor hovedløpet 7 er innvendig belagt ved hjelp av en påleggssveis 6 i flere lag som nedenfor beskrevet. I tillegg illustrerer den innsettelse av bolter 8 av en nikkellegering som er presset inn i forborede og gjengede hull. Videre vises det også hvordan hver bolt 8 er sveist 9 utvendig rundt hodet (ikke vist) og til resten av godset i Venturirøret 3. Hver bolt 8 er også sveist innvendig i enden mot hovedløpet 7. Tilsvarende er det foretatt utvidede sveisesoner 11 i hver ende av hovedløpet 7.

Når det gjelder fremgangsmåten til preparering og bearbeiding vil det skje som følger. Strømningsrøret er i utgangspunktet av Duplex materiale eller liknende. Røremnet blir først grovdreid innvendig for dannelse av hovedløpet 7 med Venturi 3 før det bores hull for hver sidegren som skal oppta boltene 8 av Inconel eller liknende.

Det 1. trinn i tilpassing er at bolten 8 av Inconel, eller lignende materiale, tilpasses i lengderetningen. Denne skal være i flukt med utvendig og innvendig maskinerte flater. Innvendig blir bolten 8 slipt slik at den følger konturen til hovedløpet 7 innvendig.

Det 2. trinn er at bolten 8 punktsveises utvendig for at denne ikke skal forskyve seg ved senere innvendig sveising med robot.

Det 3. trinn skjer ved at et første lag av sveis starter innvendig ved starten av den kone avtrapping mot minste diameter i Venturidelen 3. Et sveisebord tørner rundt mens sveisesonden beveges utover samtidig som den følger den innvendige konturen av Venturi. Et andre sveiselag begynner 5-10mm lenger inn i lengderetningen av det første sveiselag. Dette for å få et definert plan for andre lag, sveisesonden følger konturen av Venturi. Et tredje sveiselag begynner 5-10mm lenger inn i lengderetningen av det andre sveiselag. Dette for å få en definert plan for tredje lag. Sveisesonden følger konturen av Venturi. Lagtykkelse vil være i størrelsesorden 3mm.

I det 4. trinn blir Venturien snudd, og roten eller starten på foregående tre

sveiselag slipes reint for sveiseslagg. Sveisen starter i roten av foregående sveis og følger konturen til Venturien. Første sveiselag smelter nå sammen Inconel bolt 8 og innvendig sveis. Sveisesonden følger deretter samme prinsipp som i det 3. trinn til alle tre lagene er sveist.

Det 5. trinn er utvendig sveising av nedfrest flate rundt Inconel bolt. Sveisesonden starter i ytre periferi og jobber seg sirkulært innover mot senter av Inconel bolt. Lag på lag av sveis blir lagt til det er oppnådd tilstrekkelig sveisesjikt.

Det 6. trinn omfatter ferdigstilling med avsluttende fresing og dreiing etter mål på tegning.

Materiale av Inconel er en bestemt materialgruppe. "Nicel alloys" dekker flere materi al grupper.

Som sagt er det også et alternativ at bolten av Inconel erstattes av en plugg bygd opp av sveiselag.

Claims

1. Strømningsrør (10) av metall for bruk i en strømningsmåler for fluid, også flerfasefluid, hvilket strømningsrør har et hovedløp (7) med forutbestemt strømningstverrsnitt over en viss strekning, og en eller flere sideveis forløpende kanaler (t) av liten diameter i forhold til hovedløpet, der hovedløpets innvendige overflate, som definerer strømningstverrsnittet, er belagt med et korrosjons- og slitasjemotstandig metallisk materiale (6) forskjellig fra det metalliske materialet i resten av strømningsrøret, karakterisert ved at materialet som omslutter og definerer de sideveis forløpende kanaler er av samme metalliske materiale som strømningsrørets innvendige overflate og at dette metalliske materialet er smeltet sammen med det metalliske materialet i strømningsrørets innvendige overflate for dannelse av et kontinuerlig og integrert innvendig belegg i hovedløpet (7) og kanalene (t) slik at fluidet som befinner seg i strømningsrøret kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

2. Strømningsrør som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innvendige overflate i strømningsrøret er en overflatebearbeidet påleggssveis sveist på det metalliske materialet i resten av strømningsrøret, oftest i flere lag, så som tre lag.

3. Strømningsrør som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innvendige overflate i strømningsrøret er i form av et hylseliknende legeme innsatt i hovedløpet i strømningsrøret.

4. Strømningsrør som angitt i ett av kravene 1-3, karakterisert ved at det korrosjons- og slitasjemotstandige materiale er et høylegert metall så som Inconel, Hastalloy og 6Mo.

5. Strømningsrør som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at det resterende metalliske materiale er et Duplex materiale, eller annet lavere legert materiale, også karbonstål.

6. Strømningsrør som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver kanal er i form av en åpning som er foret med Inconel i forseglet forlengelse av påleggssveisen på strømningsrørets innvendige overflate.

7. Strømningsrør som angitt i krav 6, karakterisert ved at hver kanal er i form av en aksialboring gjennom en bolt av materialet Inconel, der bolten er på forseglet måte sveist til påleggssveisen på strømningsrørets innvendige overflate.

8. Fremgangsmåte til preparering og bearbeiding av et metallisk strømningsrør til bruk i en strømningsmåler for et fluid som strømmer gjennom strømningsrøret, der strømningsrøret har et hovedløp og en eller flere sideveis forløpende kanaler av liten diameter i forhold til hovedløpet, og strømningsrørets innvendige overflate, som definerer hovedløpet og strømningstverrsnittet, blir belagt med et korrosjons- og slitasjemotstandig metallisk materiale forskjellig fra det metalliske materialet i resten av strømningsrøret, karakterisert ved at for hver kanal tildannes det en boring gjennom godset i strømningsrøret og gjennom det belagte korrosjons- og slitasjemotstandige laget, at en massiv plugg eller bolt av samme korrosjons- og slitasjemotstandig metallisk materiale tilveiebringes i boringen, at pluggen eller bolten sveises innvendig på sammensmeltende, forseglende og integrerende måte til strømningsrørets korrosjons-og slitasjemotstandig beleggsmateriale og at pluggen eller bolten bores aksialt for dannelse av nevnte kanal slik at fluidet som måtte befinne seg i strømningsrøret kun er i kontakt med dette korrosjons- og slitasjemotstandige metalliske materialet.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at pluggen eller bolten i tillegg sveises utvendig på sammensmeltende måte til strømningsrørets resterende gods før pluggen eller bolten bores aksialt for dannelse av nevnte integrerte kanal.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at pluggen bygges opp i boringen ved hjelp av påleggssveising.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at bolten presses på plass i boringen, idet boringen er en forboring tilpasset med presspasning til bolten.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at bolten skrus på plass i boringen, idet boringen er en gjenget åpning for samvirke med en gjenget bolt.

13. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 8-12, karakterisert ved at pluggen eller bolten i tillegg slipes innvendig slik at den følger den innvendige overflatekontur til hovedløpet.

14. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 8-13, karakterisert ved at sveisingen skjer ved at relativ bevegelse iverksettes mellom en sveisesonde og strømningsrøret der utgangspunktet for sonden er ved den minste innvendige radius.