NO336313B1

NO336313B1 - Online sanntids-avlesing og kontrollering av mineralbeleggavsetninger for formasjonsfluider

Info

Publication number: NO336313B1
Application number: NO20041622A
Authority: NO
Inventors: John L Przybylinski; Mitch C Means; Kevyn J Smith; Mingdong Yuan; Thomas H Lopez
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2015-07-27
Also published as: CA2463276C; CA2463276A1; EP1434980A1; EP1434980B1; DE60238427D1; BRPI0212913B8; US20030071988A1; WO2003031950A1; US6891606B2; BR0212913A; ATE489616T1; EA200400522A1; BRPI0212913B1; EA005707B1; MXPA04003271A; NO20041622L

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for bruk i oljefelt-og rørledningsoperasjoner til å overvåke og styre mineralskall-utfellinger fra formasjonsfluider. Oppfinnelsen angår spesielt en fremgangsmåte for å overvåke og regulere avsetningen av mineralskall som stammer fra formasjonsfluider i borehull, rørledninger og beslektet utstyr.

Teknisk bakgrunn

Petroleumsfluider består hovedsakelig av olje og vann og blir her kalt formasjonsfluider. Et formasjonsfluid kan også inneholde olje- og vann-uløselige forbindelser slik som leire, silisiumoksid, voks og asfalt som kolloidale suspensjoner.

I tillegg til de allerede nevnte komponenter kan formasjonsfluider også innbefatte uorganiske komponenter som kan felles ut og danne mineralavleiringer. Prosessen med mineralskallutfelling er kjent som avleiring. De vanligste avleiringsdannende ioner er kalsium og barium, men natrium, karbonat, bikarbonat, klor, sulfat og strontium blir også ansett som avleiringstyper. Den vanligste typeinndeling av disse kombinerte avleiringsionene er kalsiumkarbonat (CaCOa) , kalsiumsulfat (CaSO-j) , bariumsulfat (BaSO-j) og strontiumsulfat (SrSO,j) I tillegg er det mindre vanlige avleiringstyper, slik som kalsiumfluorid (CaF2) , jernsulfid (FexSx+i) , sinksulfid (ZnS), blysulfid (PbS) og natriumklorid (NaCl).

Utfelling av avleiringer blir hovedsakelig påvirket av sammenblandingen av uforenelige produserte vanntyper og/eller endringer i fysiske egenskaper som er iboende i brønnsystemet, slik som temperatur, trykk, fluidturbulens, fluidstrømningshastighet og pH. Brønnutstyr i posisjoner hvor uforenelige vannsammenblandinger og/eller endringer i disse iboende fysiske egenskapene inntreffer, er spesielt sårbart for avleiringer. Det har også vist seg at brønnutstyr og dekksutstyr nedstrøms for disse stedene også er mottakelige for avleiringer i brønnsystemet. Enhver mineralavleiring som setter seg fast på overflater i brønnsystemet kan gjøre rørledninger smalere og tilstoppe brønnhullsperforeringer, forskjellige strømningsventiler og annet utstyr på brønnstedet og nede i brønnen, som resulterer i svikt av brønnutstyr. Det kan også bremse, redusere eller endog totalt hindre strømningen av formasjonsfluid inn i brønnhullet og/eller ut av brønnhodet. Disse virkningene gjelder også lagringsanlegg for råolje som medfører vedlikeholds- eller kapasitetsproblemer når mineralavleiringer forblir uoppdaget over lengre tidsperioder.

Som et resultat av disse forannevnte problemene under oljeproduksjon i produksjonsbrønner, boring av nye brønner eller overhaling av eksisterende brønner, blir ofte mange kjemikalier, her kalt "additiver", som innbefatter avleiringshemmere, injisert fra en overflatekilde og inn i brønnene for å behandle formasjonsfluidene som strømmer gjennom slike brønner for å hindre eller styre utfellingen av mineralavleiringer. I tillegg til å styre mineralavleiringene blir additiver også injisert i produksjonsbrønner for blant annet å forbedre produksjonen gjennom brønnhullet, smøre brønnhullsutstyr eller regulere korrosjon og dannelse av utfellinger av asfalter, parafiner, emulsjoner og hydrater.

Alle disse kjemikaliene eller additivene blir vanligvis injisert gjennom en ledning eller et rør som blir ført fra overflaten til en kjent dybde inne i formasjonen. Overflaterørledninger og utstyr kan også beskyttes ved kontinuerlig injeksjon av eller satsvis behandling med additiver direkte inn i systemet, vanligvis oppstrøms for problemstedet. I tillegg kan et additiv injiseres i en formasjon nær brønn-hullet via en teknikk som vanligvis kalles trykkbehandling, hvorfra additivet langsomt kan frigjøres inn i formasjonsfluidet. Kjemikalier blir også innført i forbindelse med elektriske nedsenkbare pumper, som f.eks. vist i US-patent nr. 4,582,131, eller gjennom en hjelpeledning i forbindelse med en kabel som brukes til den elektriske, nedsenkbare pumpen som vist i US-patent nr. 5,528,824.

US-patent 5,396,325 beskriver en optisk sonde eller sensor i stand til å detektere, identifisere og måle en egenskap av et faststoff, væske eller gass som er i kontakt med dens måleflate.

For effektivt å injisere additiver i et formasjonsfluid for å regulere avleiring, er det nødvendig å vite hvor meget av additivene som er nødvendig. På det nåværende tidspunkt blir avleiringstendens og avleiringsforekomst vanligvis vurdert ved å bruke en avleiringskupong på stedet eller ved hjelp av vannprøver utledet fra produksjons- eller injeksjons-kilder. Off line feltvannprøver blir vanligvis analysert med hensyn på ionekonsentrasjoner enten på feltet eller ved at disse prøvene blir sendt til et laboratorium hvor instrumentanalyse blir benyttet til å bestemme de relative konsentrasjoner av avleiringsioner i en gitt vannprøve. En annen off line løsning for å forutse og overvåke avleiringstendens og forekomst er bruk av kuponger som krever at de fjernes fra brønnsystemet for inspeksjon enten på feltet eller i et anlegg som befinner seg på et annet sted. Enkelt sagt er det behov for en sanntids overvåkningsteknikk på stedet for å detektere begynnende avleiring i et produksjons-eller injeksjonssystem hvor det kan finnes høyt trykk, turbulens og/eller flerfasefluider.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge et aspekt er foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for bestemmelse av mineralavleiring i sann tid fra en formasjon, omfattende: A) å plassere en optisk sensor hvor sensoroverflaten kan måle endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten, i kontakt med et formasjonsfluid som er produsert eller blir produsert fra en oljebrønn; B) å måle endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; og C) å bestemme inntredenen og hastigheten, om noen, av mineralavleiring fra formasjonsfluidet som en funksjon av endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; hvor: i) sensoroverflaten som kan overvåkes med hensyn på endringer i brytningsindeks, er i kontakt med formasjonsfluidet;

ii) sensoren som innbefatter sensoroverflaten som kan overvåkes på endringer i brytningsindeks, er laget av et materiale som kan motstå en lang periode med kontakt med formasjonsfluidet ved de temperaturer og trykk som er til stede i oljebrønner; og iii) bestemmelsen av avleiringshastigheten fra formasjonsfluidet finner sted i sann tid.

Ifølge et annet aspekt er foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å styre mineralavleiring fra et formasjonsfluid, omfattende: A) å plassere en optisk sensor med en sensoroverflate som kan måles endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten, i kontakt med et formasjonsfluid som er produsert eller blir produsert fra en oljebrønn; B) å måle endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; C) å bestemme inntredenen og hastigheten, om noen, av mineralavleiring fra formasjonsfluidet som en funksjon av endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; D) å sammenligne hastigheten, om noen, av mineralavleiring til et forutbestemt område av akseptabel mineralavleiring; og E) å bevirke en endring i tilsetningshastigheten, om noen, til formasjonsfluidet av et additiv som er effektivt når det gjelder å hindre mineralavleiring fra et formasjonsfluid; hvor i) sensoroverflaten som kan overvåkes med hensyn på endring i brytningsindeks, er i kontakt med formasjonsfluidet;

ii) sensoren som innbefatter sensoroverflaten som kan overvåkes med hensyn på endringer i brytningsindeks, er laget av et materiale som kan motstå en lang periode med kontakt med formasjonsfluidet ved de temperaturer og trykk som er til stede i oljebrønner; iii) bestemmelsen av mineralavleiringshastigheten fra formasjonsfluidet finner sted i sann tid; og iv) tilsetningshastigheten, om noen, til formasjonsfluidet av additivet som er effektivt når det gjelder å hindre mineralavleiring fra et formasjonsfluid, blir: 1) øket når inntredenen av mineralavleiringen blir detektert eller når mineralavleiringshastigheten er større enn det akseptable området for mineralavleiring; 2) minsket når ingen mineralavleiring blir detektert eller mineralavleiringshastigheten er mindre enn det akseptable området for mineralavleiring; og 3) uendret når ingen mineralavleiring blir detektert eller mineralavleiringshastigheten er innenfor det akseptable området for mineralavleiring.

I nok et annet aspekt er foreliggende oppfinnelse et system for å regulere mineralavleiring fra et formasjonsfluid, som omfatter en fluidstrømningsbane for å føre formasjonsfluid som er utvunnet fra en undergrunnsformasjon; en optisk sensor med en sensoroverflate som kan måle endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten, i tilknytning til formasjonsfluidet i fluidstrømningsbanen for å levere data svarende til avsetningshastigheten for mineralavleiring fra formasjonsfluidet i fluidstrømningsbanen; og en prosessor for å bestemme avsetningshastigheten til mineralavleiringen fra formasjonsfluidet ut fra dataene.

Det vil være ønskelig på det området som gjelder produksjon av formasjonsfluider og transport av disse til raffinerier og/eller lagringssteder, å være i stand til å overvåke avleiring i en oljebrønn, en rørledning og beslektet utstyr hvis overvåkningen kan gjøres i sann tid og på en kostnadseffektiv måte.

Kort beskrivelse av tegningene

For å få en mer detaljert og bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse vises det til den følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen og de foretrukne utførelsesformer, tatt i forbindelse med de vedføyde tegninger. Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et brønnstedsystem for overvåkning av størrelsen av avleiringsforekomst som når et brønnhode, og injeksjon av kjemikalier som reaksjon på de overvåkede størrelser i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er en utvidet skisse av snitt A på fig. 1.

Fig. 3 representerer størrelsen av detektorresponsen for saltvann som inneholder kalsitt- eller baritt-avleiringsioner. Fig. 4 demonstrerer korrelasjonen mellom den tidsavhengige detektorrespons (inntreden) og den respektive tidsavhengige trykkøkning som er et resultat av avleiring i en fluidstrøm hvor saltvannet er blitt behandlet med flere avleiringshemmere ved den samme konsentrasjon. Fig. 5 viser videre korrelasjonen mellom den tidsavhengige detektorresponsen (inntreden) og den respektive trykkøkning som er et resultat av avleiring i en fluidstrøm hvor saltvannet er blitt behandlet med flere konsentrasjoner av den samme avleiringshemmer. Fig. 6 demonstrerer den selektive overvåkningskapasiteten til foreliggende oppfinnelse når det gjelder å detektere inntredenen av forskjellige konsentrasjoner av kalsittavleiring i blandede fluider (olje og vann) i likhet med de som finnes i feltet.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesform

Foreliggende oppfinnelse angår et system og en fremgangsmåte for overvåkning og regulering av avleiring. Systemet kan brukes på et brønnsted, i en rørledning og andre steder hvor formasjonsfluid, olje eller andre komplekse blandinger utsatt for utfelling av mineralavleiringer, blir produsert, transportert, lagret eller brukt.

Ved praktisering av foreliggende oppfinnelse blir en optisk sensor med en sensoroverflate som kan måle endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten, plassert i kontakt med et formasjonsfluid som er produsert eller blir produsert fra en oljebrønn. Hvis formasjonsfluidet som er i kontakt med sensoren, feller ut mineralavleiringer, vil noe av mineralavleiringen felles ut på sensoroverflaten. Avleiringen på sensoroverflaten resulterer i en målt endring i brytningsindeksen ved sensoroverflaten.

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir en første måling av endringen i brytningsindeks ved sensoroverflaten korrelert med størrelsen av avleiringsutfellingen som inntreffer i fluidstrømmen ved måletidspunktet. Denne sanntidsmålingen kan så brukes til å foreta en første beregning vedrørende den mengde med avleiringshemmer som er nødvendig for å redusere avleiringen til et akseptabelt nivå. Selve beregningen kan være eksperimentell eller empirisk og er fortrinnsvis basert på tidligere erfaring med avleiringsgraden for det spesielle formasjonsfluid som overvåkes.

I en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir formasjonsfluidet allerede behandlet med et forutbestemt nivå med avleiringshemmer og det resulterende behandlede formasjonsfluid har et målbart avleiringsnivå. Endringen i brytningsindeks ved sensoroverflaten blir målt og sammenlignet med både et forutbestemt område og de tidligere målinger, om noen. Hvis det ikke er noen forskjell fra den foregående måling eller hvis målingen er innenfor et forutbestemt område, blir et signal eller intet signal sendt til en regulator eller regulatorer som styrer nivået av avleiringshemmer-behandlinger for å opprettholde den nåværende eller eksisterende

behandlingsverdi.

Hvis forskjellen mellom målingene er utenfor det forutbestemte området, indikerer det at en uønsket mengde med mineralavleiring enten har eller vil bli utfelt fra løsningen og bli avsatt et eller annet sted i brønnhullet, rørledningen, transport- eller lagringsanlegget, alt ettersom. Dette er uønsket, så i dette tilfellet blir et signal sendt av styringsenheten eller styringsenhetene for å justere innstillingene eller hastighetene for å regulere, hindre, hemme eller på annen måte mildne avleiring. Justeringene blir foretatt i henhold til beskaffenheten og størrelsen til forskjellen. I de fleste tilfeller er det nødvendig med ytterligere additiver for å redusere eller eliminere ytterligere avleiring.

En annen måte til å bestemme om endringer eller justeringer av en behandling skal foretas, slik som en kjemisk injeksjon, er å sammenligne målingene av endringen i brytningsindeks ved sensoroverflaten i strømningsbanen med et referansemateriale. Referansematerialet er fortrinnsvis en prøve av reservoarfluidene hvor avleiringen er ved et akseptabelt nivå.

Mange forskjellige kjemiske, fysiske og spektroskopiske måter til deteksjon og måling av avleiring i formasjonsfluid blir benyttet i laboratoriet. Sanntids- eller hovedsakelig sanntids-avleiringsmålinger på stedet blir foretrukket og er dermed tilveiebrakt i foreliggende oppfinnelse. For formålene med foreliggende oppfinnelse betyr på stedet nær det forma sjonsfluidet som overvåkes med fremgangsmåtene i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Selv om en hvilken som helst fremgangsmåte som er kjent for vanlige fagkyndige på området til å ta slike målinger av avleiring, kan brukes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse til å bestemme akseptable områder, referansematerialer og lignende, blir fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse praktisert ved å bruke en optisk sensor med en sensoroverflate som kan måle endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten for å detektere avleiringen fra formasjonsfluider. Det blir foretrukket å bruke en fiberoptisk sensor, og spesielt foretrukket å bruke en dempet, totalreflekterende sensor med en lysstyrkemåler for direkte å måle avleirings-størrelsene som finner sted i et formasjonsfluid, ved å måle brytningen i et bølgelengdeområde fra 400 nm til 1500 nm, og så sende resultatene til en datainnsamlings- og behandlings-krets eller -enhet, slik som en mikroprosessorbasert enhet eller en datamaskin for dataanalyse. Lysstyrkemålere som er egnet i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, innbefatter enkeltbølgelengde-lysstyrkemålere, spektrolysstyrkemålere, UV-VIS-NIR-spektrolysstyrkemålere og lignende. For formålene med foreliggende oppfinnelse betyr ATR en dempet total-ref lekterende anordning som innbefatter en sensor og en anordning for å måle brytningsindeksen til et materiale i kontakt med sensoren.

En ATR er en foretrukket optisk sensor for praktisering av foreliggende oppfinnelse fordi den allerede er tilgjengelig og muliggjør målinger både i laboratoriet og direkte sanntidsmålinger av absorpsjonsevnen til meget opake eller fargede fluider eller væsker i en prosess. Formasjonsfluider slik som råolje, er normalt opak og mørk. ATR-sonder som kan benyttes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, kan plasseres på forskjellige steder i strømningsbanene til formasjonsfluidet for å samle inn avleiringsdata, enten i et brønnhull, i en rørledning eller i andre overføringsledninger. Det er nødvendig at sonden er i stand til å motstå tilstandene nede i en oljebrønn. ATR-sensorer som har safirvinduer, er f.eks. spesielt foretrukket for bruk med den foreliggende oppfinnelse.

En foretrukket sensor for bruk i forbindelse med foreliggende oppfinnelse er også ATR-sensorer som har en spesiell geometri for å forbedre følsomheten overfor endringer i brytningsindeksen på grunn av avsetningen av avleiringer på sensoroverflaten. En trapesformet ATR-sensoroverflate blir plassert ved enden av sensoren som er i kontakt med forma-sjons fluidet. Overflatene til den trapesformede ATR-sensorspissen som er eksponert for formasjonsfluidet, er den øvre og de vinklede sidene. Grunnlinjen til den trapesformede ATR-sondespissen er festet til sondelegemet. Lys som kommer fra kilden ved den motsatte ende av detektoren, blir rettet gjennom ATR-sensoren.

Avlesningene av absorpsjonsspektrene til et typisk formasjonsfluid, slik som en brønnstrøm, blir tatt ved en bølgelengde som ligger i området fra 400 nm til 1500 nm, vanligvis kalt det synlige og infrarøde spektralområdet. I forbindelse med foreliggende oppfinnelse er det foretrukne bølgelengdeområdet fra 400 nm til 1500 nm. Helst er bølge-lengdeområdet fra 630 nm til 900 nm, og aller helst fra 650 nm til 670 nm. Et annet foretrukket bølgelengdeområde er fra 800 nm til 900 nm, fortrinnsvis fra 850 nm til 900 nm og helst fra 870 nm til 890 nm.

Ved praktiseringen av foreliggende oppfinnelse blir en prøve analysert med en ATR hvor lys, en form for elektro-magnetisk bølge, fra en kilde blir sendt til en sensor med en eksponert overflate plassert i kontakt med formasjonsfluidet hvor det brutte lys blir sendt tilbake til detektoren. Inne i returbanen tilbake til detektorer kan det være plassert filtre for å eliminere eller isolere unødvendig lys som er et resultat av fluorescens, fosforescens eller refleksjon fra formasjonsfluidet. Med riktige forhold og de tilhørende instrumenter og elektronikk kan signalene for en målt brytning som er et resultat av en endring i brytningsindeksen ved overflaten til sensoren, hensiktsmessig overføres ved å bruke optiske fibere til en styringsenhet for spektraldatalagring, analyse og/eller sammenligninger. Brytningslysintensiteten som oppnås ved å bruke en ATR, blir analysert og sammenlignet ved hjelp av egnede dataprogrammer eller en annen prosesseringsenhet. Veilengden kan variere avhengig av bølgelengden til det anvendte lys.

Det er viktig at ATR-sensoren velges slik at den kan brukes for anvendelse i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. I et brønnhull kan f.eks. en sensor eksponeres for korrosive tilstander og høye temperaturer og/eller trykk. Optikken til sensoren bør være slik at den ikke vil løse seg opp eller bli permanent formørket. Optikken i en sensor som kan benyttes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, vil f.eks. være laget av safir.

Brytningsevnen til avleiringen fra et formasjonsfluid kan uttrykkes på forskjellige måter. Den kan bestemmes som et enkelt punkt ved en valgt bølgelengde, ved et antall bølge-lengder innenfor det området som er beskrevet her, som et helt spektrum mellom to bølgelengder eller en kombinasjon av dette.

For et system ifølge foreliggende oppfinnelse blir det foretrukket at det er minst to sensorer for å fremskaffe minst to direkte ATR-målesignaler. I tilfellet av et system ifølge foreliggende oppfinnelse som blir brukt til å overvåke en oljebrønn, er f.eks. minst en sensor plassert i fluidstrømmen som utvinnes på brønnstedet, i en fluidstrømningsbane før innsamling av formasjonsfluidet for behandling eller transport. Det er typisk en prosessor på stedet for å håndtere dataene. De data som er fremskaffet fra direkte ATR-målinger av avleiringer fra formasjonsfluidet som kommer inn i perforeringene i brønnhullet, som kommer ut fra brønnhodet og i en fluidstrømningsbane blir innsamlet, analysert og sammenlignet. Sensordataene blir fortrinnsvis behandlet på brønnstedet for å bestemme graden av avleiring i formasjonsfluidet, som blir sammenlignet med den forventede mengde.

Sammenligningen av relativ avleiring kan utføres ved å benytte en prosessor. Den forventede mengden og hastigheten til avleiringen kan bestemmes fra analyse av tidligere fluid-prøver og/eller modellering. Hvis avleiringsmengden i formasjonsfluidet som er innsamlet ved brønnhodet, er større enn den forventede mengde, kan det rimeligvis utledes at avleiring er eller snart vil inntreffe. Avhengig av mengden og hastigheten til de utfelte mineralavleiringer, kan det være behov for å endre eller justere forskjellige blandings-, regulerings- eller hemmingshandlinger slik som injeksjoner av additiver eller, noe som er mindre foretrukket, endring av temperaturer eller andre tilstander i formasjonsfluidet. Selv om enhver avleiring ikke er ønsket, kan det være et område innenfor hvilket avleiringer kan tolereres.

For et system som overvåker en rørledning som transpor-terer et formasjonsfluid, blir det foretrukket at det også er minst to ATR-sensorer. Det blir foretrukket at minst en første sensor er plassert på et sted for å måle et første avleiringsnivå oppstrøms i rørledningstransportsystemet. Det blir også foretrukket at det er minst en annen sensor nedstrøms fra den første sensor for å måle et annet avleiringsnivå. Det er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse at et antall sonder blir brukt til å overvåke en lang rørledning og/eller dens tilhørende utstyr for å bestemme (a) om avleiring finner sted; (b) hvor avleiring finner sted; (c) om en behandling er nødvendig eller må endres; og (d) hva som er et riktig behandlingsnivå.

Som diskutert foran kan det være et antall sensorer for å overvåke avleiring i den samme brønn eller rørledning. Det er også innenfor utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse å ha et antall sensorer som overvåker flere brønner eller rørledninger samtidig. De signaler som svarer til brytningsevnen kan sendes til den samme eller en annen databehandlingsenhet, som sammenligner signalene for å bestemme om det finnes en forskjell i avleiring mellom den for formasjonsfluidet som kommer inn i brønnhullet eller rørledningen og den på andre steder i brønnen eller rørledningen.

Hvis det ikke er noen forskjell eller hvis forskjellen er liten og innenfor et forutbestemt område, blir kommandoer sendt til en eller flere styringsenheter som opprettholder den pågående behandling uten endringer. Hvis differansen er større enn det forutbestemte området, blir kommandoer sendt til styringsenheten eller styringsenhetene for å justere deres utmating eller innmating for å endre aktuelle behandlinger i samsvar med forskjellen. Eksempler på behandlinger innbefatter injeksjoner av avleiringshemmende additiver, regulering av temperaturene og trykkene i rørledninger, ventiler og forskjellig annet utstyr, og kombinasjoner av dette.

Det er andre referanser som kan brukes til å bestemme graden av avleiring i formasjonsfluider. En slik referanse er et beregnet tall. Dette tallet kan fremskaffes ved hjelp av fremgangsmåter slik som en teoretisk beregning, ved ekstra-polering eller interpolering av en kalibreringskurve, og andre. En annen og foretrukket referanse er en laboratorie-analyse av avleiringen i det aktuelle fluid som skal overvåkes. Hvis det er vanskelig eller ikke økonomisk å plassere en sensor nede i brønnen, er en intermitterende prøvetakning og analyse av formasjonsfluidet i brønnhullet en akseptabel referanse i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Det er også innenfor utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse å benytte en tidligere analyse fra det samme eller et annet overvåkningssystem som en referanse for å bestemme graden av avleiring som inntreffer i vedkommende formasjonsfluid.

Ved praktisering av foreliggende oppfinnelse blir et forutbestemt område for en endring i den relative avleiring av et fluid, brukt for å utløse eller ikke utløse handlinger for å regulere utfellingen av avleiringer fra et formasjonsfluid. Dette forutbestemte området kan være foreskrevet på mange forskjellige måter eller endog som en kombinasjon av måter fordi det er avhengig av det punkt hvor avleiringer vil utfelles fra et formasjonsfluid som selv er underkastet et antall faktorer. Faktorene som påvirker utfellingen av avleiringer, innbefatter sammensetningen av formasjonsfluidet, avleiringen som forårsaker sammensetningskonsentrasjon i det spesielle formasjonsfluid, svingningene til slike forbindelser i formasjonsfluidet, utstyret, brønnens historie, nøyaktigheten til den anvendte ATR, driftserfaringer for en spesiell brønn eller rørledning eller lagringsanlegg, effektiviteten til en spesiell behandling for en brønn eller en rørledning eller et lagringsanlegg, og mange andre faktorer. Faktorer som kan påvirke nøyaktigheten til ATR-sensoren, innbefatter, men er ikke begrenset til: homogeni-teten til safirkrystall-matrisen, detektorkvanteeffekten, lyskildebåndbredden og stråledelingsmåten. Fordi alle trinnene og målingene ifølge foreliggende oppfinnelse ikke behøver inngrep fra en operatør, bortsett fra å kontrollere nøyaktigheten av sensorene eller detektorene, kan foreliggende oppfinnelse automatiseres med riktige beregningsanordninger, slik som datamaskiner, signalsendere og mottakere, regneprogrammer eller programvare for å utføre de nødvendige beregninger og datasammenligninger, og annet nødvendig mekanisk utstyr som kan styres ikke-manuelt når det mottar forskjellige elektromagnetiske, elektriske, elektroniske eller mekaniske kommandoer, instruksjoner eller signaler.

Selv om sensorene eller detektorene blir brukt til å tilveiebringe direkte sanntidsmålinger av avleiring, er det ikke nødvendig eller påkrevd at målingene blir tatt kontinuerlig. For foreliggende oppfinnelse kan detektorene eller sensorene bli drevet på mange forskjellige måter, kontinuerlig, halvkontinuerlig, intermitterende, satsvis eller en kombinasjon av disse. Formasjonsfluid-sammensetning og endringer i sammensetningen, driftserfaringer og vedlikeholds-krav er noen av de faktorer som påvirker valget av hvor ofte målingene blir tatt. Videre er det også innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse at et annet signal kan sendes til en maskin eller datamaskin eller en eller annen form for databehandlingsenhet, dvs. en prosessor, på et fjerntliggende sted, og som reaksjon på den observerte forskjell blir en beslutning om justering av utmatingen fra et apparat for en spesiell behandling sendt til vedkommende apparat direkte, eller tilbake til styringsenheten som så sender en riktig kommando til apparatet.

Et aspekt ved foreliggende oppfinnelse som er viktig for praktiseringen, er det faktum at sensoroverflåtene som brukes til å måle avleiringshastigheten, vil bli sperret når avleiring inntreffer. Når denne sperringen inntreffer, er det nødvendig å rense sensoroverflaten. Selv om slik rensing kan gjøres manuelt, blir det foretrukket at denne rensingen finner sted automatisk. Hvis den gjøres automatisk, kan automatiske systemer slik som Welker® AID-l-systemet benyttes, og blir fortrinnsvis utløst av en styringsenhet som overvåker detektoren i ATR-sensoren. Rengjøring kan også gjøres regel-messig. I tillegg til rengjøring kan anordningen også brukes til å kalibrere, trekke ut og sette inn sensoroverflaten.

Uansett om sensorene rengjøres manuelt eller automatisk, kan fjerningen av avleiringen gjøres med passende reagenter og oppløsninger. Hvis avleiringen på sensoren f.eks. hovedsakelig er kalsiumkarbonat, kan det fjernes ved å benytte fortynnet syre. En hvilken som helst fremgangsmåte som er kjent for vanlig fagkyndige på området som angår rengjøring av avleiringer fra overflater, kan brukes i forbindelse med fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Et additiv for å regulere eller nedsette avleiring blir tilsatt formasjonsfluidet ved praktisering av foreliggende oppfinnelse. Et hvilket som helst additiv som er kjent for vanlig fagkyndige på området for behandling av produksjons-fluider for å hindre avleiring, kan brukes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Additivene som benyttes er fortrinnsvis: fosfatestere, fosfonater, polymaleinsyrer, poly-akrylsyre eller andre homo-, ko- og ter-polymerer, hvor disse eksemplene kan formuleres ved forskjellige andeler avhengig av anvendelsesområdet.

En trinnvis beskrivelse av en utførelsesform i samsvar med foreliggende oppfinnelse, er gjort under henvisning til fig. 1. Fig. 1 er et skjematisk diagram av et system 100 hvor avleiring blir overvåket med to ATR-sensorer 102A og B. Den første ATR-sensor 102A er lokalisert i brønnhullet 101, og den andre ATR-sensor 102B er lokalisert i en rørledning 113.

Systemet 100 er i henhold til et aspekt vist å omfatte et brønnhull 101 som strekker seg til en produksjonssone 116. Formasjonsfluidet 117 fra den produserende formasjon 115, strømmer inn i brønnhullet 101 og strømmer så oppover til overflaten 118. Formasjonsfluidet passerer så gjennom brønn-hodet 109 og så ut gjennom et brønnhodesamlerør 108 til en rørledningsforbindelse 114, og så til en rørledning 113 eller til andre egnede transportsystemer. ATR-sensorene 102A og B er koblet til datakommunikasjonslinjer HOA og B som sender signaler til en styringsenhet 103 ved brønnstedet.

Signalene fra ATR-sensorene 102A og B blir sendt til brønnstedsstyringsenheten (prosessoren) 103 som vekselvirker med forskjellige programmer og modeller. Styringsenheten 103 bestemmer graden av avleiring som finner sted i produksjons-fluidet 117 basert på programmer som er levert til denne. Avleiringsgraden blir så sammenlignet med forutbestemte områder. Basert på disse sammenligningene bestemmer programmene og modellene også om (a) de er forskjellige; (b) om differansen overskrider et forutbestemt område; og (c) om en behandlingsjustering, om noen, er nødvendig som reaksjon på differansen.

Hvis det ikke er noen differanse eller differansen ikke overskrider det forutbestemte område, så utfører styringsenheten ingen justering eller endringer av hastigheten til pumpen 104 som leverer additiver 119 fra en kilde 105. Hvis differansen overskrider det forutbestemte området, endrer styringsenheten 103 hastigheten til pumpen 104 ved å benytte en aktiv styrelinje 111 for å justere mengden med additiv 119 til de ønskede mengder ved å øke eller minske mengden med additiver 119 fra additivkilden 105 for å undertrykke, regulere eller lette den for store avleiring. Additivene 119 blir ført inn i brønnhodesamlerøret 108 via en forsyningsledning 109 etter først å ha blitt levert til pumpen 104 via en mateledning 106.

Alle signalene og/eller instruksjonene fra datamaskiner eller styringsenheter kan kommuniseres via konvensjonelle fremgangsmåter slik som vanlige kabler, optiske fibere osv. Alternative trådløse kommunikasjoner er også innenfor foreliggende oppfinnelses ramme. Alle målingene, sammenligningene og andre operasjoner kan automatiseres ved hjelp av riktige anordninger. Systemet 100 kan være et fullstendig automatisert system. Det er også mulig å ha manuelle inngrep fra en operatør på brønnstedet og/eller på et fjerntliggende sted. Når en fjernstyringsenhet eller prosessor eller en annen styringsenhet eller prosessor (ikke vist) brukes, kan dessuten programmene og modellen som befinner seg i det samme eller andre beregningssystemer, brukes som en resiprok reserveoperasjon. Kommunikasjon med en annen styringsenhet eller prosessor kan utføres ved å bruke fjerndata-kommunikasjonsledningen 112.

Det er valgfritt å ha et antall kjemikaliekilder og de respektive pumper og måleanordninger for å tilsette forskjellige additiver eller kjemikalier eller løsemidler. Disse kan styres individuelt eller i overensstemmelse med hverandre ved hjelp av en eller flere styringsenheter slik som 103. Det er også innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse å bruke den samme eller forskjellige brønnsteds- og/eller fjerntliggende styringsprosessorer til å regulere driften til to eller flere brønner samtidig.

Fig. 2 viser en alternativ og foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse hvor systemet innbefatter en anordning for rengjøring av sensoren 102A. Sensoren 102A er innesluttet i et apparat som trekker ut sensoren gjennom veggen i et brønnhull 101 og så renser sensoren, fortrinnsvis ved å benytte et rengjøringsmiddel fra en kilde (ikke vist) levert via en forsyningsledning 202, og som så igjen fører sonden inn i brønnhullet og inn i kontakt med formasjonsfluidet. I en annen utførelsesform blir en annen anordning brukt til å rengjøre den andre sensoren 102B. Signaler blir sendt fra sensoren ved å bruke data/kraft-kommunikasjons-forbindelsen HOA, og sensorrengj øring blir aktivert ved å benytte en data/kraft-kommunikasjonsforbindelse 201.

Det skal videre bemerkes at selv om en del av den ovenfor gitte beskrivelse er rettet mot noen foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen eller utførelsesformer skissert på de vedføyde tegninger, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for og forstås av fagkyndige på området. Det er ment at alle slike variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav skal omfattes av den foregående beskrivelse.

Eksempler

De følgende eksempler er gitt for å illustrere foreliggende oppfinnelse. Eksemplene er ikke ment å begrense omfanget av foreliggende oppfinnelse, og de skal ikke tolkes på en slik måte. Størrelser eller mengder er i vektdeler eller vektprosenter med mindre annet er angitt.

Eksempel 1

En saltvannsforbindelse er delt i anionsaltvann (AW) og kationsaltvann (CW) hvor hvert saltvann inneholder bare de respektive avleiringsioner og natriumklorider. pH-verdien til AW-delen av saltvannet blir justert ved å benytte iseddik for å nå det ønskede punkt. CW-vann blir blandet og brukt uten ytterligere modifikasjon. Alle forsøksdata blir generert ved standard temperatur- og trykkforhold. Den bølgelengde som benyttes i dette forsøket, er 660 nm. Data blir innsamlet for både sensoren og det dynamiske avleiringstestapparatet og blir lagret og analysert ved en samplingshyppighet på 1 s ampe1/se kund.

Fig. 3 representerer laboratoriemålinger som benytter en UV/synlig-spektrallysstyrkemåler og en fiberoptisk ATR-sensor med deionisert vann som referanse. Avleiringshastigheten blir bestemt for to unike saltvannsløsninger som inneholder 16,2 mmol/1 bariumsulfat og 10,7 mmol/1 kalsiumkarbonat. Disse sensorrespons-differansene som er vist på fig. 3, avdekker sensorens følsomhet for forskjellige avleiringstyper.

Forsøksapparatet med avleiringssensoren består av et åpent 2 liters beger som er plassert på en magnetisk omrørings/oppvarmings-mantel. Avleiringssensoren er plassert omkring 1 cm fra bunnen og siden av begeret. CW blir tømt direkte ned i begeret og så innledes datainnsamlingen. Når datainnsamlingen begynner, blir så AW tilsatt begeret.

Dataene er vist på fig. 3.

Eksempel 2

Fig. 4 demonstrerer korrelasjonen mellom

detektorresponshastighet og forskjellig avleiringshemmer-effektiviteter for avleiring fra et saltvann med kalsium-karbonater. Disse forsøkene korrelerer trykkøkning i en strømningssløyfe med sensorrespons, og blir utført ved å koble et dynamisk avleiringstestapparat til sensoren.

Peristaltiske pumper som opererer ved en kombinert strømningshastighet på 600 ml/time, pumper hver AW og CW gjennom en rustfri stålrørledning som er neddykket i et vannbad. I vannbadet er begge strømningsledningene (AW og CW) kombinert og føres gjennom et rustfritt stålrør med ytre diameter på 16 mm (1/16 fot) hvis indre diameter var 1,6 mm og lengden var 1 m. Et trykktransduser oppstrøms fra AW- og CW-blandepunktet for å måle den absolutte trykkøkning som et resultat av utfelling av avleiringer som tilstopper strømningsledningen. Sonden er plassert ved utløpet fra rørledningen hvor det kombinert AW og CW strømmer sammen over sensorspissen. Avleiringshemmerne som er vist på fig. 4, er kommersielt tilgjengelige fra Baker Petrolite.

Dataene for både trykket og sonderesponsen er vist på fig. 4.

Eksempel 3

Eksempel 3 blir utført hovedsakelig identisk med eksempel 1, bortsett fra at en eneste avleiringshemmer er brukt ved forskjellige konsentrasjoner.

Dataene for både trykket og sonderesponsen er vist på f ig. 5 .

Eksempel 4

Eksempel 4 blir utført hovedsakelig identisk med eksempel 1, bortsett fra at etter tilsetningen av AW til begeret på 2 liter, blir råolje tilsatt løsningen. Råoljen er en prøve fra en brønn i Mexicogulfen og brukes uten modifikasjon.

Dataene er vist på fig. 6.

Claims

1. Fremgangsmåte for sanntidsbestemmelse av avsetningshastigheten til mineralavleiringer fra et formasjonsfluid,karakterisert vedfølgende trinn: A) å plassere en optisk sensor (102A, 102B) med en sensoroverflate som kan måle endringer i brytningsindeks ved sensoroverflaten, i kontakt med et formasjonsfluid (117) som er produsert eller som blir produsert fra en oljebrønn (101); B) å måle endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; og C) å bestemme inntredenen og hastigheten, om noen, av mineralavleiringen fra formasjonsfluidet (117) som en funksjon av endringene i brytningsindeks ved sensoroverflaten; hvor: i) sensoroverflaten som kan overvåkes med hensyn på endringer i brytningsindeks, er i kontakt med formasjonsfluidet (117); ii) sonden (102A, 102B) som omfatter sondeoverflaten som kan overvåkes med hensyn på endringer i brytningsindeks, består av et mineral som kan motstå en lang kontaktperiode med formasjonsfluidet ved de temperaturer og trykk som hersker i oljebrønner; iii) bestemmelsen av inntredenen av avsetning av mineralavleiringer og avsetningshastigheten for mineralavleiringene fra formasjonsfluidet (117) finner sted i sann tid; og iv) den optiske sonden (102A, 102B) er en ATR-sonde.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor ATR-sensoren omfatter en anordning for å måle brytningsindeksendringen i forbindelse med et materiale i kontakt med sensoren, som er en lysstyrkemåler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde på fra 400 til 1500 nanometer.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde fra 500 til 700 nanometer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde fra 630 til 690 nanometer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde fra 800 til 900 nanometer.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde fra 850 til 900 nanometer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor lysstyrkemåleren måler lys i et bølgelengdeområde fra 870 til 890 nanometer.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-8, ytterligere omfattende bruk av en automatisk sensorrengjøringsanordning for å rengjøre, kalibrere, sette inn og ta ut sensor-overf laten .

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9 omfattende følgende trinn: D) å sammenligne hastigheten, om noen, for avsetning av mineralavleiringer med et forutbestemt område med akseptable mineralavleiringer; og E) å bevirke en endring i tilsetningshastigheten, om noen, til formasjonsfluidet av et additiv som er effektivt for å hindre avsetning av mineralavleiringer fra et formasj ons fluid; hvor: v) tilsetningshastigheten, om noen, til formasjonsfluidet av additivet som er effektivt for å hindre avsetning av mineralavleiringer fra et formasjonsfluid, blir: (1) øket når inntredene av avsetning av mineralavleiringer blir detektert eller når avsetningshastigheten av mineralavleiringer er større enn området for akseptabel avsetning av mineralavleiringer; (2) minsket når ingen avsetning av mineralavleiringer blir detektert eller når avsetningshastigheten til mineralavleiringene er mindre enn området for akseptable mineralavleiringer; og (3) uendret når ingen avsetning av mineralavleiringer blir detektert eller når avsetningshastigheten til mineralavleiringene er innenfor området med akseptable mineralavleiringer.

11. System for å regulere avsetning av mineralavleiringer fra et formasjonsfluid (117), omfattende: en fluidstrømningsbane for å føre formasjonsfluid som er utvunnet fra en undergrunnsformasjon (115); en optisk sensor (102A, 102B) med en sensoroverflate som kan måle endringer i brytningsindeks ved sondeoverflaten i forbindelse med formasjonsfluidet (117) i fluidstrømningsbanen som leverer data svarende til avsetningshastigheten av mineralavleiringer fra formasjonsfluidet (117) i fluidstrømningsbanen; og en prosessor (103) for å bestemme, fra dataene, avsetningshastigheten for mineralavleiringer fra formasjonsfluidet (117), der nevnte sonde (102A, 102B) er en ATR-sonde.