NO329654B1 - Deteksjon av bestanddeler i vann - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører deteksjon av bestanddeler i vann og særlig måling av vannsalinitet, særlig i en strøm som omfatter en blanding av olje, vann og gass.

En strømmende fluidblanding av olje, vann og gass er en vanlig hendelse i oljeindustrien i form av et produkt av en ubehandlet brønnstrøm. En slik strømningsblanding betegnes som en flerfasestrømning hvor oljen, vannet og gassen betraktes som forskjellige faser. Det er ofte nødvendig å kjenne egenskapene til de enkelte faser i en slik flerfase-fluidstrømning, for eksempel saliniteten i vannfasen, og å måle disse egenskapene uten at fasene separeres.

Vannfasens salinitet kan påvirke nøyaktigheten til sensorer og målemetoder som anvendes for gjennomføring av flerfasemålinger. Det er derfor nødvendig å nøyaktig kunne bestemme vannfase-saliniteten og anvende målingene til å kalibrere de andre sensorer eller måleutstyret. Alternativt er vannsaliniteten ofte interessant for brønnoperatørene som en absolutt verdi som så kan sammenlignes med andre brønner eller overvåkes over et tidsrom.

Vannfasesalinitet kan beregnes ifølge den fremgangsmåte som er beskrevet i europeisk patentskrift EP 0 236 623. Denne tidligere kjente teknikk foreslår bestråling av flerfase-fluidstrømningen med stråler ved fire distinkte energinivåer og målingene av den innfallende og transmitterte stråling benyttes til å foreta beregninger som innebærer i det minste strålingsmålinger av de fire distinkte energinivåer. Denne kjente fremgangsmåte krever minst to forskjellige bestrålingsisotoper og har den ulempe at den er svært sensitiv overfor feil i de målte olje-, vann- og gass-ganglengder og densiteter. Det er også kostbart å anvende to isotoper og, ved denne teknikk kan det egentlig ikke frembringes en tilfredsstillende fremgangsmåte til å måle saliniteten i vannfasen i en praktisk situasjon. Den er kun nøyaktig og hensiktsmessig for kontrollerte laboratoriebetingelser.

Fra den kjente teknikk skal det videre vises til US 4 490 609 Al, NO 169 030 B og GB 2 088 050 A.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en fremgangsmåte til å beregne saltinnholdet i vann i en flerfasestrømning, idet fremgangsmåten omfatter: at et legeme av flerfasestrømningen bestråles med stråler med tre distinkte energinivåer,

at intensiteten til den transmitterte stråling måles ved hvert av de tre energinivåer,

at en anvender målingene for transmittert strålingsintensitet fra kun tre energinivåer av strålingens utstråling, sammen med innfallende strålingsintensitet og strålingsmasse-dempingskoeffisienter for hydrokarboner for hvert av energinivåene, for

å beregne en unik funksjon som representerer saltinnholdet i vann, faseuavhengig av andelene og densitetene til olje-, vann- og gassfasene.

De tre energinivåene kan eksempelvis frembringes av den radioaktive isotopen Barium 133.

Ifølge en foretrukket utførelse kan strålingsmassedempningskoeffisientene for hydrokarboner beregnes teoretisk eller avledes fra statiske kalibreringsmålinger.

Det skal nå beskrives et eksempel på hvordan oppfinnelsen kan gjennomføres.

Det er velkjent at stråling som treffer et materiale svekkes etter hvert som det paserer gjennom med en mengde som er avhengig av intensiteten til den transmitterte stråle, materialets densitet, distansen strålingen har gått, og av materialtypen, dvs. av dens strålingsmasse-dempningskoeffisient. Dette kan uttrykkes i lignings form som:

Likning ( 1) :

hvor

N er intensiteten til den transmitterte stråling,

N0 er intensiteten til den innfallende stråling,

p materialets densitet,

u er strålingsmasse-dempningskoefifsienten,

X banelengden i materialet.

For en flerfasefluidstrøm må de forskjellige faser tas i betraktning og likningen (1) blir da:

Likning ( 2) :

hvor indekseen "i" betegner en fluidfase (olje, vann eller gass),

h, er fasebanelengdens fraksjon

D er den indre rørdiameter eller den totale banelengde,

0,W og G indikerer olje, vann og gass respektive.

Strålingsmasse-dempningskoeffisienten (u) til et materiale er avhengig av energinivået til den inngående stråle, men for et enkelt bestemt energinivå, er den karakteristisk for materialet selv.

For et bestemt energinivå kan man skrive:

Likning ( 3) :

hvor

k indikerer et element,

mK er massefraksjonen til elementet k

uK er massedempingskoeffisienten til elementet k.

Anvendelse av indeksene 1,2 og 3 for å betegne de tre sstrålingsenerginivåer, gir:

Likning ( 4) :

Likning ( 5 ) :

Likning ( 6) :

For et gitt materiale endres ikke strålingsmasse-dempningskoeffisienten. Koeffisienten for hydrokarbonolje og gass kan derfor betraktes som lik og konstant over et langt tidsrom. For vann varierer koeffisienten imidlertid avhengig av saltinnholdet. Følgelig:

Likning ( 7) :

Ved å anvende disse på en flerfasefluidstrøm av hydrokarboner (olje og gass) med vann i et lukket system så som det ensartede rør, er det åpenbart at summen av de tre fasebanelengdefraksjoner er lik enheten og dette er kjent som den såkalte "closure law" og kan representeres ved:

Likning ( 8) :

hvor

h, er banelengdefraksjonen for hver av oljen (0), vann (W) og gass (G).

Ved å kombinere likningene (4), (5), (6), (7) og (8) er det mulig å avlede tre uavhengige uttrykk for vannbanelengdefraksjonen hw. Ved å velge to slike uttrykk basert på kombinasjonene av energinivåene 1 og 3 og energinivåene 2 og 3 respektive, kan man skrive:

Likning ( 9) :

Likning ( 10 ) :

Disse to uttrykk vil ha forskjellig sensitivitet overfor vannets saltinnhold som følge av nivået på strålingsmassedempningen avhenger av det aktuelle strålingsenerginivå. En unik løsning både for vannbanelengdefraksjonen og vann-saltinnholdet kan derfor frembringes ved å løse disse to uttrykkene. Således:

Likning ( 11) :

som gir

Likning ( 12) :

Den høyre side av denne likningen (12) er en unik funksjon for saltinnholdet i vann. Relasjonen kan utledes teoretisk fra likning (3) eller frembringes fra statisk kalibrering.

Den venstre side av likningen (12) kan beregnes basert på målinger av de transmitterte strålingsintensiteter når de innfallende strålingsintensiteter og strålingsmasse-dempingskoefifsienten for hydrokarbon er kjent.

Dette forhold er illustrert på kurven på fig. 1. Således kan vannsaliniteten beregnes uavhengig av banelengdefraksjoner eller densiteter av hver av de tre fasene.

De tre strålingsenerginivåer kan avledes fra en enkelt kilde så som den radioaktive Barium isotop 133. Barium 133-kilden frembringer simultan bestråling ved 32 keV, 80 keV og 356 keV og er ideelt hensiktsmessig. Imidlertid kunne andre isotoper anvendes likeverdig, eller enhver kombinasjon av isotoper under forutsetning av at det genereres minst tre strålingsenerginivåer.

Salinitetsverdien som således frembringes kan skrives ut eller vises som en absolutt verdi og/eller kan anvendes for å frembringe kalibreringsdata eller mates som et direkte signal for autokalibrering av sensorer og målearrangementer for således å redusere eller eliminere effekten av vannsaliniteten på disse sensorer eller arrangementer. Eksempler innbefatter målinger basert på dempingen av k- og y-strålinger, absorpsjon av mikrobølger, kapasitans eller induktans eller enhver annen måling som influeres av vannsaliniteten.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til å beregne saltinnholdet i vann i en flerfasestrømning omfattende olje-, vann- og gass-faser, karakterisert ved at et legeme av flerfasestrømningen bestråles med stråler med minst tre distinkte energinivåer, at intensiteten til den transmitterte stråling måles på hvert av de tre distinkte energinivåer, at en anvender målingene for transmittert strålingsintensitet fra kun tre energinivåer av strålingens utstråling, sammen med innfallende strålingsintensitet og strålingsmasse-dempingskoeffisienter for hydrokarboner for hvert av energinivåene, for å beregne en unik funksjon som representerer saltinnholdet i vann, faseuavhengig av andelene og densitetene til olje-, vann- og gassfasene.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at de tre energinivåene frembringes ved hjelp av den radioaktive isotop Barium 133.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at strålingsmasse-dempingskoeffisientene frembringes ved statisk kalibrering.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det beregnede saltinnhold fremvises som en verdi.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at det beregnede saltinnhold av vannfasen anvendes til å kalibrere andre sensorer og måleanordninger.