NO341370B1 - Magnetisk omrøringssystem i en pVT-celle - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en pVT-celle i henhold til krav 1 og for omrøring med et magnetisk koblet løpehjul til bruk i trykk-, volum- og temperatur- (pVT-) under-søkelser av reservoarfluider og deres egenskaper i laboratoriet og i felten.

I pVT-celler og kondensatceller kan petroleumsfluider bli undersøkt ved varierende trykk og temperaturer som simulerer forholdene i oljereservoarer før og under produksjon. Disse fluidene inneholder typisk gass. Endringen i fluidtetthet (kompressi-biliteten) og gassens tendens til å komme ut av løsning ved avtagende trykk er av spesiell interesse.

pVT-celler er optimalisert for å undersøke olje med oppløst gass, mens kondensatceller er optimalisert for å undersøke lettolje med høyt gass/olje-forhold. I det følgende er begge referert til som pVT-celler.

Frem til slutten av åttitallet var fremgangsmåten for å regulere trykket i disse cellene å pumpe kvikksølv inn i og ut av cellene. Kvikksølv ble betraktet som inert med hensyn til petroleumsfluidene. Det er imidlertid en del helserisikoer knyttet til be-handling av kvikksølv ved høye trykk og temperaturer, og pumping av kvikksølv har i stor grad blitt erstattet av andre metoder for å endre volumet i pVT-celler.

Flere av de nye løsningene er basert på sylindriske celler med et forseglet stempel som kan beveges enten ved direkte mekanisk drift eller hydraulisk drift.

Ved risting av de gamle pVT-cellene med kvikksølv ga kvikksølvet også en god omrøring, slik at det raskt ble oppnådd likevekt mellom fasene. Likevekt er av-gjørende for å oppnå pålitelige og reproduserbare målinger. Dette trekket mistes når volumet blir regulert med et stempel.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Som beskrevet nærmere nedenfor er en rekke pVT-celler utstyrt med en magnetisk koblet omrører for å blande fluidene som testes.

Prinsippet i en omrører drevet av en løs magnetisk puls og plassering/omrørings-hastighet/omrøringsrmotstand i høytrykksceller er blant annet beskrevet i det norske patentet 312.921. Mens patentet 312.921 er en optisk metode for å detektere viskositetsendringer, er imidlertid foreliggende oppfinnelse egnet for fluid der optiske metoder ikke er egnet.

Den magnetiske koblingen mellom sylinderspolene og omrøreren er forholdsvis svak som følge av geometrien og fordi magnetfeltet påføres gjennom metallstempelet.

Noen petroleumsfluider er veldig viskøse, og omrøreren kan derfor rotere med en annen frekvens enn den ønskede frekvensen.

Noen celler er ikke utstyrt med vindu, og det er derfor ikke mulig å se fluidet (blind-celler). I mange tilfeller ville det ikke vært mulig å se omrøreren selv om cellen hadde hatt vindu fordi fluidene er så mørke.

En overvåkningsanordning for å angi om løpehjulet gir omrøring eller ikke er derfor nødvendig for å sikre pålitelig drift.

Flere patenter, f.eks. US-patentet 6,834,990, beskriver en akseldrevet omrører med forskjellige utførelser, spesielt av omrøreren/løpehjulet med fokus på tilveiebringelse av spesialtrekk, f.eks. ventilasjon med bobler fra luft tilført gjennom akselen og høyeffektiv (lav kraft) skjæring av fluidet, etc.

De akseldrevne omrørerne er ikke magnetisk koblet, men drevet direkte, med tilhørende tetningsproblemer. Magnetisk kobling muliggjør en lukket beholder med trykkstabilitet over lange perioder.

Ett patent, US-patentet 6,007,227, beskriver et styringssystem for en blande-anordning. Et styringssystem omfatter typisk en føler for tilbakemelding for den regulerte variabelen. I foreliggende oppfinnelse er imidlertid omrørerens akselera-sjon, hastighet eller vinkelposisjon ikke del av et styringssystem.

Den kjente teknikk fremgår av US 4,199,265, US 5,529,391, WO 2004/004874 A2, DE 42 01 693 C1, DE 36 05 899 A1 og US 2005/0002274 A1.

En alternativ anordning til de beskrevet over er nødvendig for å gjennomføre pVT-undersøkelser med en enkel og pålitelig verifisering av omrøring og derfor blanding av fluider eller faselikevekt ved tester i celler uten mulighet for visuell observering av fluidet, eller for fluider som er lite gjennomsiktige i celler med mulighet for visuell observering. Den alternative overvåkningsanordningen bør også være veldig kompakt og ikke ha bevegelige deler.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således en pVT-celle som er definert ved ordlyden i det vedføyde, selvstendige krav 1.

Fordelaktige og foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvsten-dige kravene basert på krav 1.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

I det følgende vil det bli gitt en mer detaljert beskrivelse av illustrerende utførelses-former av foreliggende oppfinnelse, under henvisning til de vedlagte figurene, der: Figur 1 viser et tverrsnitt gjennom et stempel ifølge én foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, og Figur 2 er en perspektivskisse sett fra undersiden av stempelet vist i figur 1.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Én løsning for å sikre en god omrøring er å plassere et magnetisk drevet omrørings-løpehjul oppå stempelet. Et løpehjul 10 med innsatte permanentmagneter er anordnet på en aksel 11 i et hulrom 2 på testfluid-siden av stempellegemet 1.

Omrøreren er drevet av en enhet av sylinderspoler 3 anordnet inne i stempelet 1 i separate brønner 4 i stempellegemet, men atskilt fra fluidene. Én av disse brønnene 4 er angitt i figur 1, mens tre slike brønner er vist i figur 2.

Sylinderspolene er anordnet parallelt med stempelsylinderens akse og med én ende av kjernen pekende mot magnetene i løpehjulet 10, mens de motsatte sidene er magnetisk sammenkoblet for å øke feltstyrken og redusere spredningsfelter.

Stempelet 1 må være laget av et ikke-magnetisk materiale, fortrinnsvis en legering (f.eks. Hastelloy C, Inconel, 316 rustfritt stål, etc). Fasede kraftpuIser til sylinderspolene 3 blir tilført av tynne, teflon-isolerte elektriske ledninger 7 som er trukket gjennom en hul stang 9. Den hule stangen 9 er anordnet på et deksel 14 som lukker bunnen av stempelet 1. Ledningene 7 er koblet til en elektrisk pulsgenerator 8 på utsiden av cellen. Stangen 9 er festet i midten av stempelet 1, og står ut gjennom cellelegemet gjennom en dynamisk tetning, men er kun vist som en veldig kort stuss i den skjematiske tegningen i figur 1.

For å sikre driften av omrøreren er en liten ekstra sylinderspole 5 med egne ledninger 12 anordnet i sin egen brønn 6 i stempelet, men isolert fra fluidene slik at permanentmagneten i løpehjulet 10 passerer nær ved tuppen (ved referansenummer 13) av sylinderspolen 5 dersom den roterer. Dette induserer elektriske pulser som er så sterke at de lett kan skilles fra induksjonen som følge av de pulserende sylinderspolene 3. En elektronisk pulsangiver 8 informerer operatøren om status for om-røreren. (For enkelhets skyld har vi plassert pulseangiveren og pulsgeneratoren i én felles enhet 8.)

1 en praktisk utførelse består stempelet i pVT-cellen av to deler. Den ene delen er hovedlegemet 1 med en utsparing 2 for et løpehjul 10 og en festeaksel 11 på testfluidsiden, en ytre seksjon med redusert diameter for stempel/sylinder-tetninger og -føringer, og brønner 4, 6 for sylinderspolene 3, 5 og ledningene 7, 12 som er trukket fra den andre siden. Den andre delen er et deksel 14 med en stempelstang 9 festet til seg. Mellom og inne i dekselet 14 og hovedlegemet er det tetninger slik at innsiden av stempelet er isolert fra både hydraulikkfluid og fluidet som testes. (I figur 2 er dekselet 14 utelatt for å vise brønnene 4, 6.)

Omrøringsløpehjulet 10, som kan rotere fritt på akselen 11 i utsparingen 2 i stempelet, har fortrinnsvis en symmetrisk utførelse, og har to eller flere symmetrisk anordnede permanentmagneter.

Omrøringsoperasjonen blir utført ved å aktivisere de to eller flere drivende sylinderspolene 3 sekvensielt, og med det skyve og trekke i permanentmagnetene i løpe-hjulet. De drivende sylinderspolene 3 er laget som en magnetisk myk kjerne med sylindrisk omspunnet ledning. Antallet viklinger og ledningens tykkelse og materiale kan variere med ønsket magnetisk kraft og andre trekk. De drivende sylinderspolene 3 kan være anordnet aksielt inne i stempelet 1 eller radielt utenfor sylinderen, tilsvarende en vanlig elektrisk motor eller trinnmotor.

I de fleste utførelsesformer er løpehjulet aksielt fastholdt på akselen, og kan bare rotere om akselaksen. Akselen kan være laget som en avtagbar enhet enten i form av én enkelt skrue som skrus inn fra toppen av stempelet, og danner akselen, eller en skive med en utgående aksel. Akselen kan også være i ett med stempelet. Rotasjon av løpehjulet blander og rører om i fluidene som testes.

Overvåkningen av omrøringen besørges ved å ha en sylinderspole 5 med egne ledninger 12 i en egen brønn 6 inne i stempelet 1. Ledningene 7, 12 kan også være forbundet på en slik måte at de danner en felles referanse for drift og overvåkning av sylinderspolene 3, 5.

Den overvåkende sylinderspolen 5 avgir pulser forårsaket av induksjon fra de passerende permanentmagnetene i det roterende løpehjulet 10.

Hulrommet eller brønnen 6 for den overvåkende sylinderspolen 5 er vist med plass 13 til en utvidet kjerne, mens brønnen 4 for den drivende sylinderspolen 3 er vist uten.

Selv om de foregående foretrukne utførelsesformene av oppfinnelsen er beskrevet og vist, er det underforstått at en rekke alternativer og modifikasjoner, så som de foreslått og andre, er mulige i disse og faller innenfor oppfinnelsens ramme som er definert av de vedføyde patentkrav.