NO319877B1 - Anvendelse av system for deteksjon av sand/faste partikler i rortransport av fluider - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anvendelse av system for deteksjon av sand/faste partikler i rørtransport av fluider.

Måling og analyse av rørstøy i ultralydområdet har vist seg å være en meget robust teknologi for deteksjon av sand i olje, gass og flerfase rørstrømning, med god følsomhet og høy grad av repeterbarhet i primærsignalene. En on-line måling av sandrate ved passiv akustisk "lytting" muliggjør optimalisering av produksjonsraten for individuelle brønner, og gir en operatør viktig input til en løpende vurdering av erosjon i rør og ventiler, samt intrusivt prosessutstyr. Sandmåling har derfor både et betydelig økonomisk aspekt og et viktig sikkerhetsaspekt.

Sandmåling ved passiv akustikk er en relativ måling, og er per. i dag avhengig av kalibrering mot strømningshastigheten i røret. Ved kalibrering etableres det først en hastighetsavhengig "bakgrunnsstøykurve" B(v), som gjenspeiler summen av bidrag fra sensorens egenstøy og strømningsgenerert støy når sand ikke er tilstede i rørstrømmen. All støy som overstiger bakgrunnsstøyen for en gitt hastighet kan siden tolkes som bidrag fra sand. For å kunne kvantifisere produsert sandmengde er man videre avhengig av en sandkalibrering, hvor det etableres en hastighetsavhengig "sandstøykurve" S(v) for en sandrate på 1 gram per. sekund. Sanden måles opp og injiseres med kontrollert rate direkte inn i rørstrømmen ved bruk av spesialverktøy. Sandrate kan da siden beregnes ut fra følgende enkle formel:

M = målt støynivå (råverdi) [100 nV]

v = aktuell strømningshastighet [m/s]

B( v) = bakrunnsstøy ved aktuell strømningshastighet [100 nV]

Sfv)\ i g/ s = sandstøy for 1 g/s ved aktuell strømningshastighet [100 nV]

Framstillingen gitt ovenfor er noe forenklet, men viser at teknologien per. idag er fullstendig avhengig av korrekt hastighets-input. Hastigheten må beregnes på bakgrunn av parametre som hentes inn fra eksterne kilder, f.eks. choke-åpning eller rater ved standardbetingelser, kombinert med trykk, temperatur, gass-olje forhold og vann-kutt. Feil og unøyaktigheter i sandmålingen vil derfor kunne oppstå hvis det feil eller unøyaktigheter i en eller flere prosessparametrer brukt som input. Aller mest alvorlig er det hvis unøyaktig eller evt. mangelfull input gir en overestimering av aktuell strømningshastighet. Bakgrunnsstøyen B(v) vil da også bli overestimert, og man står i fare for å maskere bort faktisk sandstøy slik at sand kan passere uten å bli detektert.

På bakgrunn av dette har foreliggende oppfinnelse til hensikt å utvikle nye metoder for direkte deteksjon av partikler uavhengig av ekstern hastighetsinput. En slik teknologi vil være av spesiell interesse for subsea-systemer, hvor hastighetsinformasjon i dag er helt fraværende.

Kjente løsninger for sandeteksjon er vist i US 4598593, GB 2280267 og US 3906780, der førstnevnte benytter akustiske sendere og mottakere for å hhv generere og detektere akustiske felt i rørveggen. Måleprinsippet baserer seg videre på at et gitt lydfelt i rørveggen vil kunne moduleres av støy fra partikler som kolliderer nær rørveggen. Dette er et intrusivt system ved at de to rørdelene må skilles fra hverandre med en akustisk dekobler, og gir liten den fleksibilitet i sitt bruksområde.

GB 2280267 angår et system med aktive akustiske transdusere som brukes for å måle den akustiske impedansen til et fluid. Transduserne er plassert i direkte kontakt med en del av fluidstrømmen, og utgjør også et intrusivt system.

US 3906780 omhandler en enkelt sand-detektor som for så vidt kan anvendes i forbindelse med den foreliggende oppfinnelsen for å utføre støymålingene.

Den foreliggende oppfinnelsen har altså til hensikt å tilveiebringe en anvendelse av et system for deteksjon av sand/faste partikler i rørtransport av fluider. Dette tilveiebringes ved hjelp av anvendelse av innledningsvis nevnte art hvis trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser prinsippskisse for montering av detektorer ved

krysskorrelasjonsmålinger av strømningshastighet.

Fig. 2 viser eksempel fra feltforsøk på en offshore-installasjon i

Nordsjøen, med nær ett døgns datainnsamling på to kanaler.

Fig. 3 viser tidssegment av rådata fra fig. 2.

Fig. 1 viser en prinsippskisse over en anordning av detektorer for krysskorrelasjon ved hjelp av hvilke det ble utført et vellykkete feltforsøk med direkte hastighetsmåling av sandtransport, basert på kryss-korrelasjon av råsignaler fra to utvendig monterte passive akustiske sensorer 1,2 plassert på samme rør seksjon, idet sensorene for eksempel kan være av den art som beskrevet i norsk patentsøknad nr. 97 4904.

Sensor 1 og 2 er montert ved hvert sitt bend på samme rørseksjon, med en innbyrdes avstand på L [m] langs røraksen. Sensor 1 er plassert oppstrøms sensor 2. (Plasseringen ved bend gir økt følsomhet for sand, som her kan "kollidere" med rørveggen p.g.a. treghetskrefter). Råsignal eller eventuelt behandlet signal fra de to sensorene 1,2 krysskorreleres, og tidsforsinkelsen til maksimal korrelasjon, Atn, gjenspeiler sammen med avstanden L hastigheten til sandtransporten (vsand = L/At^). Det foretas parallelt en løpende trendanalyse, slik at åpenbare feilmålinger blir forkastet.

Erfaringer så langt indikerer at en signifikant korrelasjon kun oppstår når det produseres sand. Dette kan gi en ekstra gevinst, ved at korrelasjonen i seg selv tenkes brukt som "sandindikator". Der en operatør under vanskelige måleforhold tidligere kunne tvile på gyldigheten av sanddeteksjon, vil krysskorrelasjon nå potensielt kunne gi en entydig bekreftelse. Det oppnåes også en direkte måling av sand eller partikkelhastighet ved krysskorrelasjon.

Fig. 2 viser et eksempel fra feltforsøk på en offshore-installasjon i Nordsjøen, med nær ett døgns datainnsamling på to kanaler. Korrelasjonen er stabil, og hastighetsestimat viste godt samsvar med referanseraten. Korrelasjonen er videre bekreftet ved å zoome inn i områder med markerte sandutslag, se fig. 3.

Claims (3)

1. Anvendelse av system for deteksjon av sand/faste partikler i rørtransport av fluider innbefattende en første akustisk sensor (1) anbrakt på et bestemt sted på en rørledning for transport av fluider for å detektere kollisjon av sand/faste partikler med rørets vegger, og at i en på forhånd bestemt avstand (L) fra det første sted er anbrakt en andre akustisk sensor (2) for å detektere kollisjon av sand/faste partikler med rørets vegg, idet at sensorenes råsignal, eller et eventuelt behandlet signal, krysskorreleres for å danne et krysskorrelert signal, der signifikant korrelasjon mellom signalene anvendes som indikator for tilstedeværelsen av sand/faste partikler i fluidstrømmen.

2. Anvendelse ifølge krav 1 der systemet også omfatter midler for å finne partikkelhastigheten på bakgrunn det krysskorrelerte signalet ved at tidsforsinkelsen til maksimal korrelasjon (Ati2) sammen med nevnte avstanden (L) angir hastigheten til sandtransporten (vsand = L/Ati2).

3. Anvendelse ifølge krav 1 der begge sensorer er innrettet til plassering på nedstrømsiden ved hvert sitt rørbend og der den første sensor (1) er plassert oppstrøms for den andre sensoren (2).