NO345220B1 - Brønnhode-ventilsystem for justering av strømningen med integrert flerfase-strømningshastighetsevne - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et brønnhode-ventilsystem for å justere strømningen, også kalt brønnhode-strupeventilsystem, f.eks. for hydrokarboner, med integrert evne til måling av flerfase-strømningsmengde. I området for fluidutvinning, spesielt hydrokarboner slik som petroleum eller naturgass, er brønnhodet en del av brønnen på overflaten og omfatter et sett av styreventiler benyttet for både å styre og justere strømningen av fluider, fra eller mot brønnen, så vel som sikkerhetsventiler for å forhindre en ukontrollert frigjøring av petroleum eller gass inn i miljøet.

Når brønnen er i en tilstand hvor den kan produsere petroleum eller gass, er ventilene til brønnhodet passende åpnet og fluidene er frigjort gjennom en rørledning som transporterer de til en samlingsstasjon, eller på annen måte til en plattform eller lagringsskip, i tilfellet med en undervannsbrønn.

Det er i dag ventiler eller ventilsystemer på markedet som benyttes med brønnhodet og som tillater strømningsmengden av strømningen av hydrokarboner å styres.

Ventilsystemene kjent frem til i dag, forutser ikke imidlertid strømningsmengden og, for å utføre slik måling, er det nødvendig å benytte passende strømningsmengde-måleanordninger.

I allerede eksisterende anlegg, er strømningsmengde-måleanordninger delt blant mange brønner på grunn av problemer med mekanisk volum eller fordi de ikke kan installeres ved å modifisere konstruksjonen av rørledningene nedstrøms av brønnhodet.

Alternativt, er det mulig å installere temporære strømningsmengdemåleanordninger, utvendig og parallelt til eksisterende anlegg, posisjonert nedstrøms av brønnhodet under spesielt organiserte målekampanjer.

En slik operasjon, utover generelt å kreve spesifikk autorisasjon, er den også tidskrevende og kostbar.

Med hensyn til metoden for å modifisere graden av åpning av selve ventilen i henhold til justeringen av strømningen, i anvendelse på land, er slike ventiler eller ventilsystemer hovedsakelig av den manuelle type.

Ventiler eller ventilsystemer eksisterer som er fjernstyrt gjennom passende aktuatorer aktuert i henhold til produktive behov og strømningsmengdedata, generelt benyttet fjernstyrt kun i utilgjengelige områder, i likhet med tilfellet med undervanns-brønnhoder, eller ubemannede steder.

Dessuten er det ved et brønnhode ønskelig å benytte ventilsystemer som er i stand til å utføre hurtige overganger av sin åpningsgrad, for på den måte å være i stand til å utføre spesielle anleggstester, f.eks., å bevirke plutselig strømmengdevariasjoner.

De mest vanlige ventilsystemer som benyttes i dag tillater imidlertid ikke en hurtig nok manøvreringshastighet for å utføre slike tester, f.eks. en åpnings- eller lukningsmanøver innen mindre enn et sekund.

På den annen side har ventilsystemene som er hurtig nok for manøvreringen slike mekaniske klaringer for på den måten å ikke tillate en tilstrekkelig nøyaktig bestemmelse av den produserte overgang.

Derfor, tillater ikke en justering utført gjennom slike ventilsystemer, at en høy grad av nøyaktighet oppnås for fine justeringer av strømningen.

Hvis det er ønskelig å benytte ventilsystemene som er kjent i dag, er det således nødvendig å gjøre kompromisset mellom å ha høy ventilreaksjonshastighet og ha et godt nivå av nøyaktighet.

US2006/0124881 A1 omtaler en trykkreduserende ventilsammenstilling for en høytrykksoljebrønn som består av et hult hus og en målesammenstilling anbrakt innen et slikt hus, slik målesammenstilling omfatter en inngangsforing med en inngangsboring, en utgangsforing med en utgangsboring, og en roterbar målekam omfattende i det minste en måleport som forbinder inngangsboringen til utgangsboringen. Måleporten danner justerbare dyser med inngangsboringen og utgangsboringen, og påvirker reduksjon av trykk innen målesammenstillingen, og derved tilveiebringer en variabel strupeventil av fluidstrømmen deri. Måleporten er justerbar, og fortrinnsvis utskiftbar med i det minste en andre måleport med en enkel rotasjon av målekammen.

US6988554 B2 omtaler en strupeventilaktuator med et integrert strupeventilstyresystem som muliggjør hurtig lukking og åpning av strupeventilen. Strupeventilstyringssystemet innbefatter integrert elektronikk for å motta signaler fra en overflate eller undervannsstyringsmodul og styrer retningsstyringsventiler for å regulere strømningen av hydraulisk fluid fra en lokal hydraulisk forsyning til strupeventilaktuatoren. Responstider for strupeventilaktuering reduseres i høy grad ved å lokalisere det elektroniske styringssystem og retningsstyringsventilene i en integrert pakke med strupeventilaktuatoren og tilveiebringer en lokal hydraulisk forsyning. Ytterligere utførelser kan innbefatte annen elektronisk avføling og instrumentering som muliggjør at strupeventilstyringssystemet overvåker og justerer strupeventilen for å opprettholde valgte strømningskarakteristikker eller i en henhold til et forhåndsbestemt produksjonsskjema. Enhver eller alle komponentene til strupeventilen, strupeventilstyringssystemet eller strupeventilaktuatoren kan også gjenvinnes separat fra de andre komponentene for på denne måten å tillate vedlikehold og utskiftning.

US4540022 A omtaler en strupeventil med en stasjonær rørformet strømningsdyse med strupeporter dannet gjennom sin sidevegg. En bevegelig rørformet strupering kan flyttes over dysen for å begrense eller lukke portene. Den nødvendige væsketette tetning eller avstenging oppnås med ringformet tetningsoverflate dannet på dysen og ringen, men fjernt fra og oppstrøms av portene, slik at erosjon av disse tetningsoverflater, ved høyhastighetsstrømmene som passerer gjennom portene, minimeres.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de forannevnte ulemper og spesielt det med å oppnå et brønnhodesystem for å justere strømningen som tillater en hurtig og nøyaktig justering av strømningsmengden fra eller mot brønnen.

Et ytterligere mål med den foreliggende oppfinnelse er det med å lage et brønnhode-ventilsystem som er i stand til å måle den øyeblikkelige flerfasestrømningsmengde.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelse er det med å tilveiebringe et brønnhodeventilsystem som tillater hurtig åpning og/eller lukking av overganger som kan utføres idet høy nøyaktighet opprettholdes med hensyn til dets egen øyeblikkelige åpningsgrad.

Det siste, men ikke det minste formål med den foreliggende oppfinnelse, er å lage et brønnhodesystem som kan programmeres, og tilby muligheten av å operere fullstendig automatisk.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et brønnhodeventilsystem, omfattende:

- en hydraulisk styreventil for å åpne brønnhodet, den hydrauliske styreventil bygd opp av en ventil anordnet med et rør for passasjen av en strømning av fluider, med en innløpsåpning og en utløpsåpning, anbrakt mellom nevnte innløpsåpning og nevnte utløpsåpning er en justerbar dyse;

- en aktuator tilpasset for å kommandere nevnte ventil til å lukke og åpne, nevnte aktuator opererer på åpning og lukkingsinnretning til nevnte justerbare dyse;

- en posisjonsmåler tilpasset for å bestemme graden av åpning av nevnte justerbare dyse,

Kjennetegnet ved at nevnte posisjonsmåler er integral med nevnte åpnings- og lukningsinnretning til nevnte justerbare dyse og nevnte system omfatter et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer integral med nevnte ventillegeme, hvor nevnte brønnhodeventilsystem videre omfatter i det minste én måler for å måle konsentrasjonen av vann i væsketilstand, integral med nevnte ventillegeme.

Foretrukne utførelsesformer av brønnhodeventilsystemet er videre utdypet i kravene 2 til og med 13.

Egenskapene og fordelene med et brønnhode-ventilsystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil bli klarere fra den følgende beskrivelse, gitt som et eksempel og ikke for begrensningsformål, med referanse til de vedføyde skjematiske tegninger i hvilke:

- fig.1 er et perspektivriss av en utførelse av en hydraulisk ventil benyttet i brønnhode-ventilsystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse;

- fig.2 er et seksjonsriss av brønnhode-ventilsystemet i henhold til utførelsen i fig.1.

Med referanse til figurene, er et brønnhode-ventilsystem vist, i sin helhet indikert med nummeret 100.

Brønnhode-ventilsystemet 100 omfatter en hydraulisk styringsventil 10 justert for å åpne og lukke ved en aktuator 24 igjen aktuert gjennom manuelle kommandoer, eller fortrinnsvis, automatisk gjennom en kontroll-logikk 25 som prosesserer et passende kommandosignal basert, blant annet på verdier detektert ved en posisjonsmåler 70 indikativ på graden av åpning av ventilen 10.

Den hydrauliske styreventilen 10, omfatter et ventillegeme 11 anordnet med en innløpsåpning 12 og en utløpsåpning 13 gjennom hvilken, hvis ventilen 10 er i en i det minste delvis åpen utforming, passerer fluidene, f.eks. hydrokarboner, i henhold til strømningsretningen indikert med pilen F i fig.2.

Ved innløpsåpningen 12 og utløpsåpningen 13, omfatter ventillegemet 11 en første og en andre flens 11a og 11b.

Satt inn mellom innløpsåpningen 12 og utløpsåpningen 13 er en justerbar dyse 16 forutsett.

I den illustrerte foretrukne utførelse, er innløpsåpningen 12 og utløpsåpningen 13 på plan perpendikulær til hverandre, svarende til endene av et "L"-formet rør, dvs. bygd opp av to rørpartier 14 og 15 som er perpendikulære til hverandre.

Den justerbare dyse 16 er anordnet ved albuen av det "L"-formede rør. For å justere åpningsgraden av ventilen 10, kommanderer aktuatoren 24 den justerbare dyse 16 spesielt ved å operere på åpningen og lukningsinnretningen 20 til en slik justerbar dyse 16.

På en foretrukket måte, er den justerbare dyse 16 et element med skiver som omfatter en første fast skive 18 anordnet med et hull (ikke illustrert) og en andre bevegbar skive 19, også anordnet med et ytterligere hull (ikke illustrert).

Den bevegbare skive 19 er integral med en spindel 20 som er kommandert til å rotere av aktuatoren 24.

På en slik måte er også den bevegbare skive 19 kommandert til å rotere, for på den måten å modifisere det overlappende overflatepartiet til åpningene av de to skivene 18, 19.

På denne måten, er en variasjon av graden av åpning av ventilen 10 oppnådd.

I henhold til den følgende oppfinnelse, er posisjonsmåleren 17, lik f.eks. en omkoder, integral med åpnings- og lukningsinnretninger 20 for den justerbare dyse 16 for på denne måten å detektere den nøyaktige åpningsgrad av nevnte justerbare dyse 16 og derfor av ventilen 10.

I den illustrerte utførelse, er posisjonsmåleren 17 integral med spindelen 20 til den bevegbare skive 19 og således detekterer den nøyaktige posisjon av settet bygd opp av den bevegbare skive 19 og spindelen 20, og derfor den eksakte relative posisjon mellom åpningene av de to skiver 18, 19 festet og bevegbare.

Fra den relative posisjon mellom åpningene av de to skiver 18, 19, er det mulig å beregne det overlappende parti av de respektive åpninger nøyaktig.

På en slik måte, er justeringen av posisjonen til settet 19, 20 fullstendig fri fra mulige mekaniske klareringer som kan påvirke aktuatoren 24 siden justeringen av selve aktuatoren 24 er fri fra slike mekaniske klareringer.

Brønnhode-ventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan således utføre hurtige overganger uten å påvirke nøyaktigheten av graden av åpning for selve ventilen 10.

Dessuten, takket være de nøyaktige målinger utført av posisjonsmåleren 17, er kontroll-logikken 26 i stand til å nøyaktig og øyeblikkelig bestemme gass/væske-enkeltfasen og/eller to-fase strømningsmengde-verdien, som starter fra data målt av et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer 22, 23, som omfatter i det minste trykksensorer 22 og temperatursensorer 23.

På en slik måte, så vel som basert på produksjonsbehov, kan åpningen og lukningen av en hydraulisk ventil 10 justeres på en fin måte basert på de beregnede strømningsmengde-verdier.

Trykksensorer 22 er fortrinnsvis benyttet som opererer ved en prøvefrekvens større enn eller lik med 100 prøver pr. sekund, og temperatursensorer 23 som opererer ved en prøvefrekvens som er større enn eller lik med én prøve pr. sekund. Dette gjør det mulig å eksakt detektere og registrere virkningen av hurtige overganger for graden av åpning av den justerbare dyse 16.

På en foretrukket måte, er fluidet og/eller strømningsparameter-sensorene 22, 23 integrale med ventillegemet 11 til den hydrauliske styreventil 10 og posisjonert begge oppstrøms, og nedstrøms av den justerbare dyse 16 med hensyn til retningen av strømningen F.

Spesielt, er slike fluid og/eller strømningsparameter-sensorer 22, 23 styrt til den første og den andre flens 11a, 11b til ventillegemet 11.

På en slik måte, er målingene av trykket, av temperaturen og av graden av åpning av ventilen så vel som den følgende beregnede gass/væske monofase og/eller bifase strømningsverdi, kjent med absolutt samtidighet og således eliminerer tidsforskjeller som eksisterer blant disse data i konvensjonelle brønn måle- og styresystemer.

Dessuten, tillater evnen til brønnhodeventil-systemet, for å oppnå gass/væske enkelfase og/eller to-fase strømningsmengde, hver brønn å ha et komplett sett av målinger og således unngå behovet for å installere ytterligere apparatur i passende posisjoner på rørledningen.

Igjen, siden brønnhodeventilen er en utbyttbar komponent uten å måtte aktuere permanente modifikasjoner av anlegget på overflaten, tillater også ventilsystemet til den foreliggende oppfinnelse selv eksisterende anlegg å utstyres med permanent måleegenskap, for fluidet og/eller strømningsparameterne, hvor ingen opprinnelig var forutsett.

Brønnhodeventilsystemet 100 omfatter fortrinnsvis i tillegg målere 21 for måling av konsentrasjon av vann i væsketilstanden, også kalt vannavstrømningsmålere, integral med ventillegemet 11 posisjonert oppstrøms og/eller nedstrøms av den justerbare dyse 16 med hensyn til retningen av strømningen F.

På en slik måte, er brønnhodeventilsystemet 100 også i stand til å bestemme mengden av vann i hydrokarbonfluidet som strømmer gjennom ventilen 10, og den kan derfor også detektere treveis-strømningsmengden, dvs. strømningsmengdene til de enkelte atskilte fluidfaser (f.eks., damp/hydrokarbon/ vann.

Igjen, tillater bruken av en kontroll-logikk 25 i ventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse operasjoner av ventilsystemet 100 å kunne programmeres, som f.eks., programmering av den automatiske rengjøringsoperasjon av den justerbare dyse.

En slik operasjon kan repeteres ved forhåndsbestemte intervaller eller når det er uregelmessige variasjoner i strømningsmengde som brønnhodeventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse er i stand til å detektere, som f.eks. en plutselig økning av strømningsmengden oppstrøms av den justerbare dyse 16.

Fra beskrivelsen bør således egenskapene til ventilsystem-gjenstanden til den foreliggende oppfinnelse så vel som de relative fordeler være tydelige.

Det er tilslutt tydelig at ventilsystemet som således er oppfunnet kan gjennomgå forskjellige modifikasjoner og variasjoner, alle dekket av oppfinnelsen; dessuten kan alle detaljene erstattes av teknisk ekvivalente elementer.

I praksis kan de benyttede materialer, så vel som størrelsene, være hva som helst i henhold til de tekniske kravene.

Claims (13)

PATENTKRAV

1. Brønnhodeventilsystem (100), omfattende:

- en hydraulisk styreventil (10) for å åpne brønnhodet, den hydrauliske styreventil (10) bygd opp av en ventil (11) anordnet med et rør (14, 15) for passasjen av en strømning (F) av fluider, med en innløpsåpning (12) og en utløpsåpning (13), anbrakt mellom nevnte innløpsåpning (12) og nevnte utløpsåpning (13) er en justerbar dyse (16);

- en aktuator (24) tilpasset for å kommandere nevnte ventil (10) til å lukke og åpne, nevnte aktuator (24) opererer på åpning og lukkingsinnretning (20) til nevnte justerbare dyse (16);

- en posisjonsmåler (17) tilpasset for å bestemme graden av åpning av nevnte justerbare dyse (16),

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte posisjonsmåler (17) er integral med nevnte åpnings- og lukningsinnretning (20) til nevnte justerbare dyse (16) og nevnte system (100) omfatter et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) integral med nevnte ventillegeme (11), hvor nevnte brønnhodeventilsystem (100) videre omfatter i det minste én måler (21) for å måle konsentrasjonen av vann i væsketilstand, integral med nevnte ventillegeme (11).

2. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) er anordnet både oppstrøms, nedstrøms av nevnte justerbare dyse (16) med hensyn til retningen av nevnte strømning (F).

3. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 1 eller 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte ventillegeme omfatter en første flens (11a) anordnet ved nevnte innløpsåpning (12) og en andre flens (11b) anordnet ved nevnte utløseråpning (13), nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparametersensorer (22, 23) er holdt til nevnte flenser (11a, 11b).

4. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ett av kravene 1-3, k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) omfatter i det minste trykksensorer (22) og/eller temperatursensorer (23).

5. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 4,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte trykksensor (22) har en prøvemengde større eller ekvivalent med 100 prøver pr. sekund, og at nevnte temperatursensor (23) har en prøvemengde større eller ekvivalent med én prøve pr. sekund.

6. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t det omfatter innretninger (25) for å styre nevnte ventil (10) tilpasset for å kommandere nevnte aktuator (24) i det minste i henhold til data detektert av nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) og data målt av nevnte posisjonsmåler (17).

7. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte i det minste ene måler (21) for måling av konsentrasjonen av vann i væsketilstand er anordnet oppstrøms og/eller nedstrøms av nevnte justerbare dyse (16) med hensyn til retningen av nevnte strømning (F).

8. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 6 eller 7,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte i det minste ene måler (21) for måling av konsentrasjon av vann i væsketilstand er holdt til nevnte flens (11a, 11b) av nevnte ventillegeme (11).

9. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte rør (14, 15) er L-formet.

10. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte pluggelement (16) er anordnet ved albueskjøten til nevnte L-formet rør (14, 15).

11. Brønnhodeventilsystem (100) i henhold til ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte justerbare dyse (16) er et element med skiver som omfatter en første fast skive (18) anordnet med en første åpning og en andre bevegbare skive (19) anordnet med en andre åpning, graden av åpning av nevnte justerbare dyse (16) med skiver er bestemt av graden av overlapping av nevnte første og andre åpning.

12. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte andre bevegbare skive (19) er integral med en spindel (20) rotert av nevnte aktuator (24).

13. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t nevnte posisjonsmåler (17) er en omkoder.