NO346291B1 - Brønnhodesammenstilling og fremgangsmåte for å ta prøver av produsert fluid - Google Patents

Description

BAKGRUNN

1. Området for oppfinnelsen

[0001] Oppfinnelsen angår generelt et system og fremgangsmåte for prøvetaking av et formasjonsfluid under vann. Mer nøyaktig angår den foreliggende oppfinnelse generelt en fremgangsmåte og anordning for automatisk prøvetaking av fluid ved et undervannsbrønnhode.

2. Beskrivelse av kjent teknikk

[0002] Undervannsbrønnboringer er formet fra sjøbunnen inn i undervannsformasjoner som ligger derunder. Systemer for å produsere olje og gass fra undervannsbrønnboringer innbefatter typisk en undervanns brønnhodesammenstilling anordnet over en åpning til brønnboringen. Undervannsbrønnhoder innbefatter vanligvis et høytrykks brønnhodehus opplagret i et nedre lavtrykks brønnhodehus og festet til ledere som strekker seg nedover forbi brønnboringsåpningen. Brønner er generelt fôret med én eller flere fôringsrørstrenger aksialt innført gjennom, og betydelig dypere enn, lederrøret. Fôringsrørstrengene er typisk opphengt fra fôringsrøroppheng landet i brønnhodehuset. Én eller flere rørstrenger er vanligvis anordnet innen den innerste fôringsrørstrengen; som blant andre ting er benyttet for transportering av brønnfluid produsert fra de underliggende formasjoner. Det produserte brønnfluid er typisk styrt av et produksjonstre montert på den øvre ende av brønnhodehuset. Produksjonstreet er typisk en stor, tung sammenstilling, med et antall av ventiler og styringer montert derpå.

[0003] Brønnfluider kan produseres fra en undervannsbrønn etter at brønnhodesammenstillingen er fullstendig installert og brønnen komplettert. Produsert brønnfluid er generelt ført fra undervannstreet (ventiltreet) til en manifold under vann, hvor fluidet kombineres med fluid fra andre undervannsbrønner. Det kombinerte fluid er så vanligvis overført via en hovedproduksjonstrømningsledning til over sjøoverflaten for transport til en prosesseringsfasilitet. Ofte er en pumpe påkrevet for å levere det kombinerte produserte fluidet fra sjøbunnen til sjøoverflaten. Således er kunnskap om brønnfluidstrømningen og bestanddeler ønsket slik at pumpen og strømningsledningen kan konstrueres adekvat. Idet fluidet ofte er analysert ved sjøoverflaten, er fluidforhold, f.eks. temperatur, trykk generelt forskjellig under vann. Dessuten forandrer de respektive forhold av fluidkomponenter, så vel som selve komponentene, seg over tid.

Således kan en tidsforsinkelse for kunnskap om fluidet i strømningsledningene oppstå.

US2010044037 beskriver en fremgangsmåte og apparat for å oppnå fluidprøver. US7665519 beskriver et system og fremgangsmåte for nedihulls prøvetaking og føling av rene prøver av komponentfluider av en multifluidblanding. GB2460668 beskriver et undersjøisk fluidprøvetakingsapparat. US6212948 beskriver et apparat og fremgangsmåte for å oppnå representative prøver av oljebrønnproduksjon.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å produsere fluid fra en undersjøisk brønnboring omfattende: a. å oppnå en mengde av fluid produsert fra brønnboringen som danner en mengde av prøvefluid; karakterisert ved, b. å isolere mengden av prøvefluid i en beholder anbrakt tilstøtende brønnboringen; c. å føle prøvefluidet ved vertikalt atskilte lokaliseringer over en tidsperiode; og d. å identifisere en bestanddel av prøvefluidet basert på trinnet med føling; hvori trinn (a) og (b) omfatter strømning av mengden av prøvefluid inn i en prøvestrømningsledning med ventiler og lukking av ventilene for å isolere prøvefluidet mellom ventilene i prøvestrømningsledningen; hvori beholderen er dannet mellom ventilene; og hvori mengden av prøvefluid frigjøres fra beholderen og inn i en produksjonsstrømningsledning som overfører fluid produsert fra brønnboringen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en undervanns brønnhodesammenstilling omfattende: et brønnhodehus montert over en undervannsbrønnboring; et produksjonstre koblet til brønnhodehuset; en produksjonsstrømningsledning i fluidkommunikasjon med produksjonstreet; og karakterisert ved, en prøvekrets som omfatter en beholder som er selektivt i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen, et innløp i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen, et utløp i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen, en innløpsventil i fluidkommunikasjon med innløpet, og en utløpsventil i fluidkommunikasjon med utløpet, og hvori beholderen er dannet mellom innløpsventilen og utløpsventilen; og et sensorsystem som omfatter fluidsensorer som er i kommunikasjon med vertikalt atskilte punkter langs en innside av beholderen.

[0004] Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten og undervanns brønnhodesammenstillingen i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremgår av de uselvstendige patentkrav.Omtalt heri er en fremgangsmåte og system for å produsere fluid fra en undervannsbrønn. I et eksempel innbefatter fremgangsmåten å oppnå en mengde av fluid produsert fra brønnboringen, hvor det oppnådde fluid er referert til som prøvefluid. Prøvefluidet er isolert i en beholder som er tilstøtende brønnboringen. Prøvefluidet er observert ved steder som er vertikalt atskilt fra hverandre, hvor observasjon foregår over en tidsperiode etter at prøvefluidet er oppnådd. Ved å benytte informasjon oppnådd ved observasjon, er en bestanddel av prøvefluidet identifisert. Fremgangsmåten kan videre innbefatte identifisering av stratifikasjon (lagdeling) av prøvefluidet i faser basert på trinnet med observering. Beholderen kan være mekanisk koblet til et produksjonstre montert over undervannsbrønnboringen. I et eksempel strømmer fluidet produsert fra brønnboringen gjennom en strømningsmåler; i dette eksempel innbefatter fremgangsmåten justering av en verdi av en måling oppnådd ved å benytte strømningsmåleren basert på trinnet med å identifisere en bestanddel av prøvefluidet. I en annen utførelse er en mengde av vann i prøvefluidet og strømningsmåleren som er en flerfase strømningsmåler, identifisert.

Fremgangsmåten kan valgfritt videre innbefatte beregning av en prosent av identifisert bestanddel som utgjør det totale prøvefluidet. I en alternativ utførelse innbefatter trinnene med å oppnå og tilbakeholde prøvefluidet strømning av mengden av fluid inn i en prøvestrømningsledning med ventiler og lukning av ventilene for å isolere prøvefluidet mellom ventilene i en prøvestrømningsledning. Valgfritt innbefatter trinnet med observering måling av en egenskap av et atskilt parti av prøvefluidet med en sensor anbrakt ved hver av de vertikalt atskilte lokaliseringer. Fremgangsmåten kan videre innbefatte frigjøring av mengden av prøvefluid fra beholderen og inn i en produksjonsstrømningsledning som overfører fluid produsert fra brønnboringen.

[0005] Også, som omtalt heri, er en undervanns-brønnhodesammenstilling, som i en eksempelutførelse er bygget opp av et brønnhodehus montert over en undervannsbrønnboring, et produksjonstre koblet til brønnhodehuset, en produksjonsstrømningsledning i fluidkommunikasjon med produksjonstreet, og en prøvekrets. Prøvekretsen innbefatter en beholder selektivt i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen og et sensorsystem. Sensorsystemet har fluidsensorer som er i kommunikasjon med vertikalt atskilte punkter langs en innside av beholderen. Valgfritt innbefatter prøvekretsen videre et innløp i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen, et utløp i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen, en innløpsventil i fluidkommunikasjon med innløpet, og en utløpsventil i fluidkommunikasjon med utløpet, og hvori beholderen er dannet mellom innløps- og utløpsventilene. I en alternativ utførelse er en verdikarakteriserende strømning gjennom produksjonsstrømningsledningen målt med en strømningsmåler og verdien er justert basert på en utgang av sensorsystemet. Valgfritt er sensorsystemet i kommunikasjon med strømningsmåleren gjennom en styremodul anordnet på produksjonstreet.

[0006] En fremgangsmåte for å produsere fluid fra en undervannsbrønn er omtalt som innbefatter å tilbakeholde en mengde av fluid produsert fra brønnen i et forseglet miljø som er under vann og nær undervannsbrønnen og observering av en karakteristikk av fluidet ved særskilt vertikalt atskilte lokalisering i det forseglede miljø. En strømningsmengde av fluid produsert fra brønnen er målt og justering av den målte mengde av strømning basert på et resultat av observeringen. Valgfritt er en flerfase strømningsmåler benyttet for å måle en strømningsmengde av fluid og hvori trinnet med justering innbefatter kalibrering av strømningsmåleren. I én utførelse foregår trinnet med observering over en tidsperiode som varierer på opp til i det minste omkring 10 timer. Alternativt er observeringen repetert inntil vann og hydrokarbonvæske i fluidet som er tilbakeholdt har blitt vesentlig stratifisert.

[0007] KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0008] Noen av egenskapene og fordelene ved den foreliggende oppfinnelse har blitt angitt, andre vil fremkomme ettersom beskrivelsen går fremover sett i forbindelse med de vedføyde tegninger, i hvilke:

[0009] Figur 1 er et sidesnittriss av en eksempelutførelse av en brønnhodesammenstilling med et prøvetakingssystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

[0010] Figurer 2A-2C er sidesnittriss av en eksempeldetalj av en utførelse av prøvetakingssystemet i fig.1.

[0011] Idet oppfinnelsen vil beskrives i forbindelse med de foretrukne utførelser, skal det forstås at det ikke er ment å begrense oppfinnelsen til denne utførelse. I motsetning er intensjonen å dekke alle alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter, som kan være innbefattet innen ideen og omfanget av oppfinnelsen som definert ved de vedføyde kravene.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0012] Fremgangsmåten og systemet til den foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives mer fullstendig heretter med referanse til de vedføyde tegninger i hvilke utførelser er vist. Fremgangsmåten og systemet til den foreliggende oppfinnelse kan være i mange forskjellige former og skal ikke betraktes som begrenset til de illustrerte utførelser fremlagt heri; isteden er disse utførelser fremskaffet slik at denne omtale vil være gjennomgående og fullstendig, og vil fullstendig dekke dens omfang for de som er faglært på området. Like numre refererer gjennomgående til like elementer.

[0013] Det skal videre forstås at omfanget av den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de eksakte detaljer av konstruksjon, operasjon, eksakte materialer, utførelser vist og beskrevet, da modifikasjoner og ekvivalenter vil være åpenbare for de som er faglært på området. I tegningene og beskrivelsen har det blitt omtalt illustrative utførelser og, selv om spesifikke betegnelser er anvendt, er de brukt på kun en generisk og beskrivende måte og ikke for formålet med begrensning.

Følgelig er forbedringene beskrevet heri derfor bare begrenset av omfanget av de vedføyde kravene.

[0014] En eksempelutførelse av et brønnhodesystem 20 er vist i et sidesnittriss i fig. 1. I eksempelet i fig.1 innbefatter brønnhodesammenstilling 20 et produksjonstre (ventiltre) 22 koblet på et brønnhodehus 24; hvor brønnhodehuset 24 er vist montert over en brønnboring 26. En mengde av ringformede produksjonsrør 28 strekker seg nedover fra innen brønnhodehuset 24 og inn i brønnboringen 26. En hovedboring 30 er vist forløpende aksialt innen brønnhodehuset 24 og videre oppover inn i produksjonstreet 22. En hovedventil 32 er satt innen hovedboringen 30 og i partiet omskrevet av produksjonstreet 22. Selektiv åpning, lukning, av hovedventilen 32 kommuniserer, eller isolerer, fluid i produksjonsrøret 28 og en produksjonsledning 34 stikker lateralt frem gjennom produksjonstreet 22 over hovedventilen 32. En kroneventil 36, vist over hovedventilen 32 og i hovedboringen 30, isolerer en øvre ende av hovedboringen 30 fra utsiden av brønnhodesammenstillingen 20. En vingventil 38 er vist satt innen produksjonsledningen 34 for å isolere forskjellige partier av produksjonsledningen 34 fra hverandre. Også vist innen produksjonsledningen 34 er en strupeventil 40 for å regulere og/eller styre strømning av fluid gjennom produksjonsledningen 34. Videre nedstrøms fra strupeventilen 40 er en isolasjonsventil 42 for å tilveiebringe ytterligere isolasjon av fluidkommunikasjon gjennom produksjonsledningen 34.

[0015] Videre vist i eksempelutførelsen i fig.1 er en prøvetakingskrets 44 med et innløp 45 i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledning 44 og en innløpsventil 46 satt like nedstrøms for innløpet 45 og innen prøvetakingskretsen 44. Likeledes dannes et utløp 47 til prøvetakingskretsen 44 hvor en ende av prøvetakingskretsen 44 krysser med produksjonsledningen 34. En prøvetakingsventil 48 er anordnet i prøvetakingskretsen 44 og oppstrøms av utløpet 47. I eksempelutførelsen i fig.1 er prøvetakingskretsen 44 bygget opp av en ringformet passasje dannet i rommet mellom innløpet og utløpsventilene 46, 48.

[0016] I ett operasjonseksempel av prøvetakingskretsen 44, er innløpsventil 46 flyttet fra en lukket til en åpnet posisjon, og derved sørge for fluidkommunikasjon mellom produksjonsledningen 34 og innsiden av prøvetakingskretsen 44.

Utløpsventilen 48 kan også være åpnet og derved fullstendig fylle prøvetakingskretsen 44 med fluid produsert fra innside av brønnboringen 26 og for å skylle ut ethvert annet fluid, slik som luft, eller gjenværende fluid fra en tidligere prøvetaking, og derved sikre en riktig og nøyaktig prøve. For å regulere mengden av strømning som går inn i prøvetakingskretsen 44, kan strupeventilen 40 være presset til en begrenset eller lukket posisjon og derved tvinge mer strømning av fluid gjennom prøvetakingskretsen 44. Når det er bestemt at fluid fullstendig fyller prøvetakingskretsen 44, kan innløps- og utløpsventilene 46, 48 være lukket og derved holde og isolere prøvetakingsfluidet fra brønnboringen 26 innen prøvekretsen 44.

[0017] Figurer 2A til og med 2C viser i én eksempelutførelse føling av fluidet tilbakeholdt innen prøvekretsen 44. Spesielt med referanse til fig.2A, fyller prøvefluid 50 rommet dannet av ventilene 46, 48 og veggene til en beholder 51 som utgjør prøvekretsen 44. I eksempelet i fig.2A, er beholderen 51 en rørdel. I en alternativ utførelse innbefatter partiet til prøvekretsen 44 mellom ventilene 46, 48 en passasje (ikke vist) formet gjennom en vesentlig massiv del, slik som produksjonstreet 22. I en eksempelutførelse vist i fig.2A, innbefatter bestanddelene til fluidet 50 væske 52 og gass 54. Veggene til beholderen 51 med fluidet 50 danner et kar. Sensorer 561…56n er vist i veggen til beholder 51 og i kommunikasjon med fluidet 50 innen prøvekretsen 44. I én eksempelutførelse måler sensorene 561…56n forskjellige fluidegenskaper, slik som tetthet, viskositet, temperatur, trykk og lignende, og kan benytte motstand, kapasitans eller andre midler for å måle disse egenskaper. Videre kan følingen av fluidegenskapene karakterisere fluidet tilstøtende hver av sensorene 561…56n. Sensorene 561…56n er vist med en ende koblet til en signallinje 601…60n, hvori den fjerne ende av disse linjer 601…60n er koblet til en kontroller 58. I en eksempelutførelse sender kontrolleren 58 og/eller mottar datasignaler, kan prosessere datasignalene og kan kjøre gjennomførbar kode i samsvar med mottak/sending av datasignaler. I en utførelse innbefatter kontroller 58 et informasjonshåndteringssystem.

[0018] Nå med referanse til fig.2B og 2C, er i fig.2B prøvefluidet 50 vist etter en tidsperiode når gassen 54 er lagdelt og atskilt fra væsken 52. Således er posisjonen til sensorene 561, 562 posisjonert som atskilte vertikale lokaliseringer langs veggen til beholderen 51 og fremskaffer informasjon angående gassbestanddelen til fluidet 50. Dessuten, når sammenlignet med hva som er følt av sensorene 563…56n, kan gassinnholdet av fluidet 50 beregnes. I fig.2C er fluidet 50 vist videre lagret slik at væsken 52A er atskilt i en vannfraksjon 62 vist gjenværende tilstøtende utløpsventilen 48 og en hydrokarbonfraksjon 64 som strekker seg inn i væskesøylen 52A på den øvre ende av vannfraksjonen 62 til en nedre ende av gassfraksjonen 54. Videre kan de strategisk anbrakte sensorer 561…56n som er satt vesentlig langs hele lengden av beholderen 51, benyttet for å detektere hvor i beholderen 51 det er grenseflater mellom de forskjellige typer av fluider som utgjør det produserte fluid slik at en masseprodusent av produsert fluid kan beregnes. Det antas at det er innen kunnskapene til de som er faglært på området å fastslå fluidsammensetning basert på utgang fra sensoren 561…56n.

[0019] Videre illustrert i fig.2C er en signallinje 66 som sørger for kommunikasjon mellom kontroller 58 og en betjeningsstyringsmodul 68 (fig.1). Med referanse tilbake til fig.1, er betjeningsstyringsmodulen 68 videre illustrert i signalkommunikasjon via en signalstyringslinje 70 med en strømningsindikator 72. Strømningsindikator 72 er forbundet med en strømningsmåler 74 som er anbrakt i produksjonsstrømningsledningen nedstrøms av isolasjonsventilen 42. Strømningsmåleren 74 som i en eksempelutførelse er en flerfase strømningsmåler, kan være oppstrøms av en manifold (ikke vist) hvor produksjonsledninger fra andre undervannsbrønner er kombinert til en enkel strømningsledning.

[0020] Som det er kjent kan nøyaktigheten av flerfase strømningsmålere være betydelig forbedret ved en grov beregning av de forskjellige fluidfaser innen den totale strømning, slik som den totale vannavstengning i strømningen. Således i et operasjonseksempel kan informasjonen vedrørende prøvefluidet 50 integreres med en målt strømningshastighet (mengde) gjennom strømningsmåleren 40 for ytterligere å kalibrere strømningsmåleren 74 og derved komme frem til en mer presis og nøyaktig virkelig strømning gjennom strømningsmåleren 74.

[0021] En av fordelene med fremgangsmåten og anordningen omtalt heri er at automatisk fluidprøvetaking kan oppnås uten behovet for fjernintervensjon slik som den fra et fjernstyrt fartøy. Valgfritt kan tiden som prøvefluidet er oppnådd og tillatt å lagdele seg strekke seg opp til noen få timer og utover noen få dager, så vel som opp til hundre timer.

[0022] Den foreliggende oppfinnelse beskrevet heri er derfor godt tilpasset for å utføre målene, og oppnå målene og fordelene nevnt, så vel som andre iboende deri. Idet en nåværende foretrukket utførelse av oppfinnelsen har blitt gitt for formål med denne omtale, eksisterer mange forandringer i detaljene av prosedyrer for å komme frem til de ønskede resultater. Disse og andre lignende modifikasjoner vil lett foreslå seg selv for de som er faglært på området, og er ment å være omfattet av ideen til den foreliggende oppfinnelse omtalt heri og området for de vedføyde kravene.

Claims (10)

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for å produsere fluid fra en undersjøisk brønnboring (26) omfattende:

a. å oppnå en mengde av fluid produsert fra brønnboringen (26) som danner en mengde av prøvefluid (50);

k a r a k t e r i s e r t v e d,

b. å isolere mengden av prøvefluid (50) i en beholder (51) anbrakt tilstøtende brønnboringen (26);

c. å føle prøvefluidet (50) ved vertikalt atskilte lokaliseringer over en tidsperiode; og

d. å identifisere en bestanddel av prøvefluidet (50) basert på trinnet med føling;

hvori trinn (a) og (b) omfatter strømning av mengden av prøvefluid (50) inn i en prøvestrømningsledning med ventiler (46, 48) og lukking av ventilene (46, 48) for å isolere prøvefluidet (50) mellom ventilene (46, 48) i prøvestrømningsledningen;

hvori beholderen (51) er dannet mellom ventilene (46, 48); og

hvori mengden av prøvefluid (50) frigjøres fra beholderen (51) og inn i en produksjonsstrømningsledning (34) som overfører fluid produsert fra brønnboringen (26).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre

k a r a k t e r i s e r t v e d identifisering av lagdeling av prøvefluid (50) i faser basert på trinnet med føling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t beholderen (51) kobles mekanisk til et produksjonstre (22) montert over undervannsbrønnboringen (26).

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t fluidet produsert fra brønnboringen (26) strømmer gjennom en strømningsmåler (74), fremgangsmåten omfatter videre å justere en verdi av en måling oppnådd ved å benytte strømningsmåleren (74) basert på trinn (d).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn (d) omfatter å identifisere en mengde av vann i prøvefluidet (50) og strømningsmåleren (74) er en flerfase strømningsmåler.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-5, videre

k a r a k t e r i s e r t v e d å beregne en prosent av hva en identifisert bestanddel utgjør av det totale prøvefluidet (50).

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn (c) omfatter måling av en egenskap av et atskilt parti av prøvefluidet (50) med en sensor (56) anbrakt ved hver av de vertikalt atskilte lokaliseringer.

8. Undervanns brønnhodesammenstilling (20) omfattende:

et brønnhodehus (24) montert over en undervannsbrønnboring (26); et produksjonstre (22) koblet til brønnhodehuset (24);

en produksjonsstrømningsledning (34) i fluidkommunikasjon med produksjonstreet (22); og

k a r a k t e r i s e r t v e d,

en prøvekrets (44) som omfatter en beholder (51) som er selektivt i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen (34), et innløp (45) i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen (34), et utløp (47) i fluidkommunikasjon med produksjonsstrømningsledningen (34), en innløpsventil (46) i fluidkommunikasjon med innløpet (45), og en utløpsventil (48) i fluidkommunikasjon med utløpet (47), og hvori beholderen (51) er dannet mellom innløpsventilen (46) og utløpsventilen (48); og

et sensorsystem som omfatter fluidsensorer (56) som er i kommunikasjon med vertikalt atskilte punkter langs en innside av beholderen (51).

9. Brønnhodesammenstilling (20) ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t en verdi som karakteriserer strømning gjennom produksjonsstrømningsledningen (34) er målt med en strømningsmåler (74) og hvori verdien er justert basert på en utgang av følersystemet.

10. Brønnhodesammenstilling (20) ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t følesystemet er i kommunikasjon med strømningsmåleren (74) gjennom en styremodul (68) anordnet på produksjonstreet (22).