NO921385L - Fremgangsmaate og anordning for aa bestemme stroemningshastigheter til bestanddeler i broennfluider uten aa maatte separere disse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører bestemmelse av strømnings-hastigheter til bestanddeler i brønnfluider og mer spesielt en fremgangsmåte og en anordning hvor slik bestemmelse gjøres på en trefasestrøm uten å separere væskebestanddelene fra hverandre.

Etter at en olje eller gassbrønn er blitt boret, er det nødvendig og ønskelig å bestemme strømningshastighetene til forskjellige bestanddeler i brønnfluidet. For eksempel i en "trefase" brønnfluidum er disse bestanddelene olje, gass og vann.

Ved innledende testing blir en fluidumstrøm ført fra brønnen gjennom et overflate test tre ved brønnhodet inn i en prosessor. Denne fluidstrømmen strupes gjennom et strupemanifold og føres generelt til en oppvarmer og en trefaseseparator i prosessoren som begge er tilpasset den ønskede strømningen. Separatoren separerer fluidumet i olje, gass og vannbestanddeler. De separerte bestanddelene føres ut av separatoren i individuelle ledninger. Strømningshastigheten til bestanddelene i hver ledning måles, slik at operatøren vil kjenne de relative mengdene av hver. Etter at disse målingene er gjort, føres væskebestanddelene sammen i en enkelt ledning og gassbestanddelen av den enkle væskeledningen kan føres til en forsøkstank hvor den totale strømningsmengden kan bestemmes for å sikre tilstrekkelig kalibrering av de individuelle strømningsmålerne. Fluidumet blir deretter pumpet til en brenner.

Et problem med den kjente teknikken er at den krever kostbart og relativt tungt utstyr, nemlig varmeanordning, separator, forsøkstank og alle de tilhørende ledningene. I tillegg er dette utstyret forholdsvis stort og denne størrelsen krever en forholdsvis stor plass på riggen. Plass er et begrensende element på borerigger til havs. Transport av slikt stort utstyr er også forholdsvis kostbart på grunn av masse og volum.

I tillegg er det et behov for en forsøksmetode og en anordning som eliminerer de kostbare og tunge komponentene til kjente prosessorer. Foreliggende oppfinnelse tilnærmer seg disse behovene ved å frembringe en fremgangsmåte og en anordning som anvender en gass/væske-separator i stedet for oppvarmeren, separatoren og forsøkstanken og ytterligere anvender en massestrømsmåler for å bestemme massen og tettheten til fluidumstrømmen og et vannfraksjonsmeter for å bestemme de relative mengdene av flytende bestanddeler i stedet for separate olje og vannmålere.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme strømningsmengder av bestanddeler i brønnfluider, uten å separere væskebestanddelene fra hverandre. Fremgangsmåten omfatter trinnene med å føre en fluidumstrøm fra et brønnhode til brønnen, separere en gassbestanddel fra væskebestanddelene til fluidumstrømmen og måle en relativ strømningsmengde av hver av de flytende bestanddelene. I en foretrukket utførelsesform utføres trinnet med å separere gassbestanddelen ved å føre fluidum-strømmen til en gass/væskeseparator som for eksempel en hydrosyklon hvor fluidumet separeres i en gasstrøm som inneholder gassbestanddelen og en væskestrøm som inneholder væskebestanddelene.

I en typisk tre-fase brønnfluidum omfatter væskebestanddelene olje og vann. Trinnet med å måle en relativ strømningsmengde av hver av de flytende bestanddelene utføres fortrinnsvis ved å føre væskestrømmen gjennom en massestrømsmåler etterfulgt av et vannfraksjonsmeter for å bestemme prosentinnholdet av vann i oljebestanddelen.

Fremgangsmåten kan ytterligere omfatte trinnet med å måle strømningsmengden til gassbestanddelen. En måte å utføre dette trinnet på, er å måle strømningsmengden av gass bestanddel ved å føre gasstrømmen gjennom en gasstrømsmåler av ringromstypen.

Anordningen 1 henhold til oppfinnelsen brukes for å måle strømnlngsmengder av bestanddeler 1 brønnfluidumstrømmen som føres gjennom en strømnlngsledning og omfatter separasjonsanordninger for å separere gassbestanddelen fra væskebestanddelen i strømmen. Separasjonsanordnlngen omfatter et Innløp for tilkobling til en strømnlngsledning, et gassutløp for gassbestanddelen i fluidumstrømmen og et væskeutløp for fluidumstrømmens væskebestanddeler. Anordningen omfatter ytterligere en gassledning koblet til gassutløpet til separasjonsanordnlngen, en vaeskeledning tilkoblet væskeut-løpet til separasjonsanordnlngen, gasstrømsmålere for å måle gasstrømmen gjennom gassledningen og væskestrømsmålere for å måle en relativ mengde av hver av de flytende bestanddelene som strømmer gjennom væskeledningen.

Fortrinnsvis er separasjonsanordnlngenkarakterisert vedgass/vaeskeseparatoren, gasstrømsbeholderen erkarakterisertved en gasstrømsmåler av ringromstypen og væskestrømsmåleren erkarakterisert vedmassestrømsmåleren og vannmåleren.

Gassledningen kan føres til en fakkel og anordningen kan videre omfatte en brenner nedstrøms fra væskestrømsmåleren for å brenne av minst hydrokarbonene i væskestrømmen. Væskeledningen er koblet til brenneren. En vannfjerner kan anbringes før brenneren om det er nødvendig.

En viktig hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme strømnings-mengden av bestanddeler i brønnfluidumet uten å separere væskebestanddelene fra hverandre.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme strømnings-mengden av bestanddeler i brønnfluidumet, uten en oppvarmer og trefaseseparator ved å anvende en gass/væskeseparator for å separere gassbestanddelen fra væskebestanddelene.

Ytterligere trekk og hensikter med oppfinnelsen vil fremgå mer tydelig i den etterfølgende beskrivelsen av en foretrukket utførelsesform med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser skjematisk en kjent anordning for å undersøke strømningsmengder av bestanddeler i brønnfluidumet som anvender en prosessor med en oppvarmer med faseseparator og forsøkstank. Figur 2 viser skjematisk forsøksanordningen i henhold til oppfinnelsen for å bestemme strømningsmengder til bestanddeler i brønnfluidumet uten å separere væskebestanddelene fra hverandre.

Under henvisning til tegningene vil det nå bli gitt en beskrivelse av kjente forsøksanordninger og anordninger i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I figur 1 er det vist en kjent forsøksanordning for å bestemme strømningsmengder av bestanddeler i brønnfluidumet, generelt angitt ved 10. Den kjente anordningen eller systemet 10 er tilkoblet et overflateforsøkstre 12 med brønnode 14. En strømnlngsledning 16 forbinder den kjente anordningen 10 med overflatetreet 12. Strømningsledningen 16 inkluderer et antall komponenter koblet til denne.

En slik komponent er datahodet 18. Dette utgjør en passende plassering for tilkobling av temperaturfølere og trykkfølere som brukes for å følge fluidumstrømmen gjennom strømnings-ledningen 16. Åpninger i datahodet kan også brukes for kjemisk injeksjon, sandbrøver og andre målinger.

En annen komponent til strømnlngsledning 16 er en strupemanifold 20 som omfatter en eller flere ventiler som brukes for å strupe strømmen fra brønnen nøyaktig, slik at fluidum-trykket nedstrøms av strupemanifoldet er redusert. Fluidum-trykket fra brønnen kan være for stort for komponentene i anordningen 10 uten strupemanifoldet 20.

Nedstrøms av strupemanifoldet 20 er en fluidumprosessor 22. I prosessoren 22 blir fluidumet først ført inn i en oppvarmer 24. Selv om ikke oppvarmeren er nødvendig under alle forsøksbetingelser, er det ofte nødvendig å oppvarme fluidumet slik at olje-vannemulsjonen blir brutt. Fluidumet strømmer fra oppvarmeren 24 inn i en stor trefaseseparator 26, hvor de forskjellige bestanddelene til brønnfluidumet blir separert. Den viste utførelsesformen er for et system som håndterer en trefase fluidum og har derfor gassledning 28 som kommer fra toppen av separatoren 26, en oljeledning 30 som kommer fra den mellomliggende delen av separatoren og en vannledning 32 som kommer fra nær bunnen av separatoren.

En gasstrømsmåler 34 av ringromstypen er anordnet i gassledningen 28. En volumetrisk oljestrømsmåler 36 er plassert i oljeledningen 30 og en volumetrisk vannstrømsmåler 38 er plassert i vannledningen 32.

Nedstrøms av gasstrømmåleren 34, er gassledningen 28 forbundet med en fakkel 39, gjennom hvilken gassbestanddelen fakles til atmosfæren.

Nedstrøms av målerne 36 og 38 kan oljeledning 30 og vannledning gå sammen i en strømningsdel 40 som er en del av den totale strømningsledningen 16. I enkelte kjente for-søksanordninger er ikke vannledningen 32 koblet til oljeledningen 30, men føres i stedet direkte til en tank hvor vannet kan behandles for etterfølgende tømming. I enkelte tilfeller blir vannet i denne tanken pumpet inn i oljeledningen 16 nedstrøms av fluidumprosessoren 22 når dette er nødvendig. I enkelte tilfeller er også oljeledningen 30 direkte forbundet til et brennerventilmanifold 52.

Strømnlngsledning 40 er forbundet med en forsøkstank 42. Forsøkstanken 42 kan brukes for å kalibrere den totale strømningen gjennom strømningsmålerne 34, 36 og 38 ved å måle mengden av fluidum som kommer inn i tanken i løpet av en viss tid. Denne målingen kan gjøres ved hjelp av like anordninger som for eksempel en væskenivåindikator på forsøkstanken 42.

Brønnfluidumet pumpes ut av fluidumprosessor 22 ved hjelp av en pumpe 46. Pumpefluidumet blir ført gjennom strømnlngs-ledning 16 til en brenneranordning 48 og/eller 50. Det kan brukes en slik brenner, avhengig av dens konstruksjon. I den viste utførelsesformen er det indikert to brennere 48 og 50 og strømmen fra f luidumprosessor 22 til den ene eller begge av disse brennerne, kontrolleres av en brennerventilmanifold 52.

Under drift av den kjente anordningen 10 blir fluidumet ført til prosessoren 22 som beskrevet. Fluidumet oppvarmes i oppvarmeren 24 om nødvendig og fluidumet separeres i separatoren 26. De individuelle målingene av olje, gass og vannstrømmer gjøres av målerne 34, 36 og 38. På denne måten finnes de relative andeler av brønnbestanddelene. Som angitt kan den totale strømningsmengden kontrolleres ved å måle væskenivået i forsøkstank 42 over en viss tidsperiode. Dette vil gi en indikasjon på at den totale strømningsmengden gjennom målerne 34, 36 og 38 er nøyaktig.

I figur 2 er det vist anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse for å bestemme strømningsmengder av brønnbe-standdeler uten å bestemme væskebestanddelen derav fra hverandre og generelt angitt ved nr. 60. Anordningen eller systemet 60 inkluderer denne delen av de samme komponentene som i den kjente anordningen 10 og de samme referansenummer er brukt. På samme måte som ved den kjente anordningen, er anordningen 60 koblet til et overflatetesttre 12, et brønnhode 14 med en strømnlngsledning 62. Strømnings-ledningen 62 kan omfatte datahode 18 og strupemanifold 20 som brukes på samme måte som tidligere beskrevet.

Fluidumutløpet fra strupemanifold 20 kommer inn i en gass/væskeseparator 64. Den spesielle gass/væskeseparatoren 64 som er vist, er en hydrosyklon, selv om oppfinnelsen ikke er begrenset til bruk av en hydrosyklon. Hydrosykloner i seg selv er kjent og er meget effektive for gasseparasjon.

Gassen føres ut gjennom en gassledning 66 som er forbundet med en fakkel 67, med hvilken gassbestanddelen avbrennes til atmosfære. Olje og vann fjernes sammen fra gass/væske-separatoren 64 gjennom en væskeledning 68.

Gassledningen 66 kan ha en gasstrømsmåler av ringromtypen for å bestemme mengden av gass som strømmer gjennom denne. Væskeledningen 68 har en massestrømsmåler 71 anordnet på denne med en vannfraksjonsmåler 72 nedstrøms av denne. Massestrømsmåleren 71 som i seg selv er kjent, brukes for å bestemme massen og tettheten til væskestrømmen som strømmer gjennom væskeledning 68. Vannfraksjonsmåleren 72 er av en type generelt kjent og kan brukes for å bestemme prosentinnholdet av vann i oljen ved å bruke forskjellen i di-elektrisk konstant mellom olje og vann. En vannfraksjonsmåler er tilgjengelig fra Phase Dynamics.

Væsken blir deretter ført til et brennerventilmanifold 52 for avbrenning med brennerne 48 og/eller 50. Alternativt kan væskeledningen 68 føres til en oljetank (ikke vist).

Med brønner som produserer en betydelig mengde vann kan det være nødvendig å fjerne endel av vannet i væskestrømmen gjennom strømningsledningen 62 til venderventilmanifold 52. I slike tilfeller er en vannfjerner 98 koblet til ledningen 62 ved en innløpsledning 100. Vannf jerneren 98 er av en kjent type og har en oljeutløpsledning 102 og en vannut-løpsledning 104. En oljepumpe 106 er anordnet på oljeut-løpsledningen 102 og kan brukes for å føre tilbake olje til ledning 62 og oljebrennermanifoldet 52. En vannpumpe 108 kan plasseres på vannutløpsledningen 104 for å pumpe det separerte vannet til en behandlings-eller lagringsanordning.

Innløpsledning 100 har en ventil 110 og strømnlngsledning 62 har en ytterligere ventil 112 mellom innløpsledning 100 og oljeutløpsledning 102. Ventilene 110 og 112 brukes for å føre væskestrømmen gjennom vannfjerneren 98 eller forbi denne. Det vil si når ventilen 110 er åpen og ventilen 112 er lukket, vil væsken føres gjennom vannfjerneren 98. Når ventilen 110 er lukket og ventilen 112 er åpen, vil væsken føres forbi vannfjerneren 98 og strømme direkte til olje-brønnmanifoldet 52.

Under drift av anordningen 60 blir fluidumet ført til gass/væskeseparatoren 64 som beskrevet. Gasstrømsmengden måles med gassmåleren 70 og gassen avbrennes. Prosentinnholdet av vann og olje som strømmer gjennom væskeledning 68 bestemmes med vannfraksjonsraåleren 72. Ved at den totale mengden gass er kjent og den relative strømningen av vann og olje, er det enkelt å beregne den totale strømningsmengden til hver av bestanddelene i brønnfluidumet. Det er derved frembragt et mye enklere apparat og fremgangsmåte for å bestemme strømningsmengder til bestanddeler i brønnfluidet ved å bruke gass/væskeseparatoren 64 og måle den relative mengden av vann og olje i useparert væskebestanddel som strømmer gjennom væskeledning 68.

Det vil derfor kunne sees at fremgangsmåten og anordningen for å bestemme strømningsmengder av brønnfluidumbestanddeler uten å separere væskebestanddelene derav fra hverandre, er vel anpasset for å oppnå de ønskede fordelene. Selv om det er beskrevet en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, er det mulig med en rekke endringer i trinnene ved frem gangsmåten og i arrangementet og konstruksjonen av delene i anordningen, uten å avvike fra oppfinnelsens beskyttelses-omfang som er definert i de medfølgende krav.

Claims (7)

1. Anordning for å måle strømningsmengder av bestanddeler til en brønnfluidumstrøm som strømmer gjennom en strømnlngsledning (62), karakterisert ved at anordningen omfatter: separasjonsanordninger (64) for å separere en gassbestanddel fra væskebestanddelene i fluidumstrømmen, hvilken sepa-rasjonsanordning (64) omfatter: et innløp for tilkobling til strømningsledningen (62); et gassutløp for gassbestanddelen i fluidumstrømmen; og et væskeutløp for væskebestanddelene i fluidumstrømmen; en gassledning (66) koblet til gassutløpet i separasjonsanordnlngen ; en væskeledning (68) koblet til væskeutløpet i separasjonsanordnlngen (64); gasstrømsmåleanordninger (70) for å måle gasstrømmen gjennom gassledningen (66); og væskestrømsmåleanordninger (71, 72) for å måle en relativ mengde av hver av de flytende bestanddelene som strømmer gjennom væskeledningen (68).

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at separasjonsanordnlngen (64) er en hydrosyklon-separator.

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at gasstrømsmåleanordningen (70) er en strømnings-måler av ringromtypen anordnet på gassledningen (66).

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at væskestrømsmåleranordningen (71, 72) omfatter en væskefraksjonsmåler (72) som bestemmer prosentinnholdet av vann i olje til væskebestanddelene.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved at væskestrømsmåleanordningene (71, 72) ytterligere omfatter en massestrømsmåler (71) oppstrøms fra vannfraksjonsmåleren (72).

6. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter en brenner (48, 50) nedstrøms av væskestrømsmåleanordningene (71, 72).

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at den ytterligere omfatter en vannfjerner (98) anordnet oppstrøms av brenneren (48, 50).