NO324344B1 - Maleanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en måleanordning og nærmere bestemt en anordning av denne type beregnet på å gi målinger i forbindelse med petroleumsutstrømning som stammer fra en brønn.

Når en oljebrønn settes i produksjon, er det nødvendig å bestemme egenskapene til utstrømningen fra brønnen for å kunne styre produksjonen bedre.

Denne bestemmelse gjøres vanligvis ved hjelp av kompliserte analyser som krever meget spesielle prøvetakningsbetingelser. Eksempelvis kan det være nødvendig å ta en prøve av oljefasen og/eller av en gassfase ved meget bestemte trykk- og temperaturforhold.

Under brønnens produksjonsperiode er det videre nødvendig å overvåke endringene i utstrømningens egenskaper, så vel som den produserte mengde for å kunne kontrollere reservoaret bedre. Denne overvåkning gjøres vanligvis ved analyser og strømningsmengdemålinger som involverer måling av de forskjellige fysiske egenskaper av utstrømningen, så som strømningsmengdene av hver av fasene, deres densitet og vannets saltinnhold.

Da utstrømningens beskaffenhet endrer seg i løpet av reservoarets produksjonsperiode, er det imidlertid periodisk nødvendig å re-kalibrere anordningen som måler utstrømningens egenskaper og fortrinnsvis ta prøver av dens bestanddeler.

Når strømningsmåleren er av den type hvor noen av de målinger som tas er basert på ledningsevnen til vannet som er til stede i utstrømningen, hvilken ledningsevne kan endre seg med tiden, er det for eksempel vesentlig å kjenne ledningsevnen. Hittil har denne vanligvis vært kjent på grunn av periodiske analyser, som har gjort det nødvendig å ta prøver.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en måleanordning som er konstruert for å gi målinger av forskjellige fysiske egenskaper av et flerfasefluid, hvilken anordning lett kan re-kalibreres uten at det fordres laboratorieanalyser, ikke engang inngripen på bruksstedet, og som gjør det mulig å ta prøver av hver av fasene som utstrømningen utgjøres av.

For å oppnå dette formål, foreslår oppfinnelsen en måleanordning som omfatter en strømningsmåler som er forsynt med et innløp og et utløp som begge er beregnet for tilkobling til en ledning hvor et flerfasefluid som skal måles strømmer, og en første ventil som er anordnet under strømningsmåleren, idet strømningsmåleren er montert hovedsakelig vertikalt, karakterisert ved at den videre omfatter en omløpspassasje som er forsynt med en andre ventil og som åpner over strømningsmåleren slik at strømningsmåleren kan fylles valgfritt med væske ved bruk av omløpspassasjen.

Oppfinnelsen gjør det mulig å overvåke ledningsevnen ved å måle denne i selve strømningsmåleren uten å ta en prøve ved å isolere en vannprøve av utstrømningen i målingsanordningen for analyseformål. Denne mulighet er spesielt fordelaktig fordi i noen produksjonssystemer, for eksempel slike som benyttes i offshorebrønner, kan det være umulig å ta en prøve uten meget dyrt utstyr.

Andre egenskaper og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse, som gis som en forklaring uten å skulle innebære noen begrensning, under henvisning til vedføyde tegninger, hvor: - figur 1 er en skjematisk fremstilling av en måleanordning ifølge en første utførelse av oppfinnelsen; - figur 2 viser endringen i ledningsevnen som en funksjon av tiden under målinger tatt med anordningen på figur 1; og - figur 3 er en skjematisk fremstilling av en måleanordning ifølge en andre utførelse av oppfinnelsen.

Figur 1 viser rør 10 som strekker seg mellom en oljebrønn og et utløp (disse er ikke vist) og danner en produktledning for en flerfaset petroleumsutstrømning som stammer fra et reservoar ved bunnen av en brønn. Petroleumsutstrømningen vil normalt utgjøres av en blanding av olje, vann og gass i forhold som varierer i løpet av brønnens produksjon, idet sammensetningen av hver fase også varierer. En måleanordning generelt betegnet med 12 er montert i forbindelse med røret 10, for eksempel ved sjøbunnen i tilfeller av en offshorebrønn, og en prøvemanifold 18 av konvensjonell konstruksjon, som gjør det mulig for en eller flere brønner å bli satt i forbindelse med måleanordningen 12 ved hjelp av en ventil 20 og en ledning 24. Måleanordningen gjør det mulig å tilveiebringe målinger vedrørende utstrømningen som kan overføres til en fjerntliggende stasjon 14 ved hjelp av en overføringskanal 16.

Måleanordningen 12 omfatter en flerfase-strømningsmåler 26 av konvensjonell konstruksjon, som er montert vertikalt for å motta en oppadrettet strømning. Denne type strømningsmåler innbefatter vanligvis systemer for måling av strømningshastighetene og andelen av hver fase som utgjør utstrømningen. For å gjøre dette, benytter den parametere, så som ledningsevne, permittivitet og gammastråleadsorpsjon. Ledningen 24 er beregnet for selektiv forbindelse med innløpet av flerfase-strømningsmåleren 26 ved hjelp av en ventil 28 som styres fra stasjonen 14. En ledning 30 som åpner mellom ventilen 28 og strømningsmåleren 26 og som er forsynt med en ventil 32 som også er styrt fra stasjonen 14, danner et utløp som gjør det mulig å ta prøver av utstrømningen eller spyle den nedre del av strømningsmåleren, slik det vil bli beskrevet i større detalj nedenfor. En første omløpspassasje 34, som er forsynt med en ventil 36, er anordnet i parallell med strømningsmåleren 26.

En andre omløpspassasje 37, som er forsynt med en ventil 38, åpner rett under strømningsmåleren 26. Diameteren av røret som utgjør passasjen 37 er redusert på nivå med åpningen for å begrense mengden av fluid som passerer gjennom denne gren til fordel for grenen som inneholder strømningsmåleren 26. Brønnproduktet sendes mot omløpspassasjen 34 for å fylle grenen som inneholder strømningsmåleren og gir fluidet det nødvendige trykk for at omløpspassasjen 37 skal fungere riktig. En ledning 39 som forbinder ventilen 38 med ledningen 24, innbefatter et segment 40 som er ført ned under nivået av ledningen 24 for således å danne en slags vannlås. Ledningen 24 er også forsynt med en utluftingsventil 42. Ventilene 36 og 42 er styrt fra stasjonen 14. En ledning 44 forbinder utløpet av flerfase-strømningsmåleren 26 med røret 10.

Måleanordningen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å ta tre typer målinger, nemlig strømningsmengdemålinger, målinger som benyttes til å kalibrere strømningsmåleren, og målinger av visse egenskaper av hver av de tre faser. Da noen av målingene som tas i flerfase-strømningsmåleren er basert på kjennskap til de fysiske parametere som er karakteristisk for hver fase, for eksempel ledningsevnen av vannet som er til stede i utstrømningen, og da disse egenskaper kan endre seg mens brønnen produserer, er det viktig at verdiene av parametrene som benyttes til å kalibrere strømningsmåleren oppdateres med jevne mellomrom. Omvendt gjør måleanordningen det mulig å måle verdiene av de fysiske parametere av en gitt fase forutsatt at disse parametere ikke er nødvendige for å ta målingene.

For å kunne ta målinger av denne type, blir ventilene 28 og 38 lukket og ventilen 36 åpnet, noe som fører utstrømningsprodukt like over strømningsmåleren 26 og tømmer det ut gjennom ledningen 44. På grunn av den forskjellige densitet av fasene som foreligger og på grunn av ledningenes arrangement, vil den del av ledningen som begrenses av ventilen 28 (lukket) og skjøten mellom omløpspassasjen 34 og toppen av strømningsmåleren fylle seg med produkt, hovedsakelig væske. Siden denne væske som foreligger i strømningsmåleren er stasjonær, separerer den i sine tre bestanddelsfaser, idet vann og olje forblir i strømningsmåleren mens gassen unnslipper gjennom ledningen 44.1 ledningspartiet som er begrenset av ventilen 28 (lukket) og skjøten mellom omløpspassasjen 34 og toppen av strømningsmåleren har vannet på grunn av sin densitet en tendens til å fortrenge den tilstedeværende olje og gass og fylle det indre av strømningsmåleren 26. Det er således mulig å ta målinger av de fysiske parametere av kun vannfasen, for eksempel ledningsevnen, enten for det formål å kalibrere utstyret eller for det formål å fastslå vannets egenskaper, som nærmere angitt ovenfor.

Imidlertid kan det ta lang tid før strømningsmåleren 26 er fylt utelukkende med vann. For å forkorte denne måletid, er det mulig å lage en grafisk fremstilling av endringen i den målte ledningsevne som funksjon av tiden det tar for strømningsmåleren 26 å fylle seg med vann, slik det er vist på figur 2. På basis av en analyse av flere slike fremstillinger, kan den endelige verdi av konduktiviteten, slik den er vist ved den brutte linje, forutsies ved å studere den første del 46 av kurven.

Når målingene av de fysiske parametere av vannet i strømningsmåleren er fullført, og dersom det er ønskelig å foreta målinger av oljefasen, spyles vannet ut gjennom ventilen 32, slik at innholdet av strømningsmåleren blir konsentrert til olje. Den forønskede måling av oljen kan da foretas ved å benytte den grafiske fremstilling forklart ovenfor og midt på figur 2. Operasjonen for utspyling av vannet kan måtte gjentas, spesielt dersom produksjonstilførselen til strømningsmåleren inneholder en stor andel vann og volumet inneholdt mellom bunnen av målecellen av strømningsmåleren og utspylingsventilen 32 er lite. Når målingene av oljens karakteristiske egenskaper er blitt tatt, og dersom det er ønskelig å foreta målinger av egenskapene av gassen i det utstrømmende produkt, er det nødvendig å stoppe enhver sirkulasjon i omløpspassasjen 34 samtidig med at ventilen 28 holdes lukket og væsken spyles ut. Man må passe på at arrangementet av utløpsledningen 44 er slik at ingen væske kan strømme tilbake den gale veien fra røret 10 til strømningsmåleren 26, for eksempel ved å forbinde ledningen 44 med røret 10 ved bruk av et arrangement av "svalehalstypen" eller ved å installere en tilbakeslagsventil i ledningen 44. Når disse målinger av egenskapene av hver av fasene er fullført og kalibreringsparameterne er blitt oppdatert i datamaskinen av flerfase-strømningsmåleren 26, lukkes omløpspassasjene 34 og 37, ventilen 28 åpnes, og strømningsmengdemålingene kan gjenopptas med oppdaterte kalibreringsparametere. Som et alternativ kan vann, gass eller olje som foreligger i den separerte fasetilstand i strømningsmåleren 26 bli tatt prøve av via ledningen 30 ved å åpne ventilen 32. Dersom utspyling til atmosfæren ikke er ønskelig, kan utløpet av ventilen 32 føres gjennom en ledning 48 til en trykkreduksjonsanordning 50 montert i ledningen 44, eksempelvis en delvis lukket ventil. Trykkreduksjonsanordningen 50 kan også bestå av lavtrykksdelen av en trykkreduksjonsinnretning.

Måleanordningen ifølge oppfinnelsen innbefatter også en andre grenpassasje 37 som når produksjonen fra brønnen strømmer gjennom omløpspassasjen 34, tillater anrykning av væskefraksjonen av produktutstrømningen som passerer gjennom strømningsmåleren 26. Densiteten av fluidet inneholdt i omløpspassasjen 34 er mindre enn i fluidet inneholdt i grenen som inneholder strømningsmåleren 26. Dette resulterer i en intern sirkulasjon av fluid fra topp til bunn av strømningsmåleren, som deretter gjenforenes med væsken som strømmer i omløpspassasjen 34.

Det vil forstås at denne omløpspassasje 37 hovedsakelig er nyttig for produksjonsutrømninger som inneholder lite væske og en stor mengde gass fordi en liten andel av væske gjør det vanskelig å måle egenskapene av denne væske uansett hvilket måleprinsipp som benyttes av strømningsmåleren.

Figur 3 viser en måleanordning ifølge en andre utførelse av oppfinnelsen, hvor flerfase-strømningsmåleren 26 er konstruert for å motta en nedadløpende strømning, og derfor er ledningene 24 og 44 reversert i denne. Denne anordning atskiller seg fra den som er vist på figur 1 ved at den første omløpspassasje 34 tilfører produktutstrømning vertikalt over strømningsmåleren til dennes innløp, mens i den første utførelse tilførte denne passasje fluid horisontalt over strømningsmåleren til dennes utløp. Dertil inneholder den andre omløpspassasje 37 ikke lenger et segment 40 på grunn av at ledningen 39 er naturlig nedadløpende. En ventil 52 er montert mellom ledningen 39 og strømningsmåleren 26. For å gjøre det mulig med tilførsel til omløpspassasjen 37, er ventilen 52 strupet for å danne den nødvendige trykkforskjell. Når den ikke er åpen til atmosfæren, er spyleventilen 32 tilkoblet nedstrøms for ventilen 28. Trykktapsanordningen 50 benyttet i utførelsen på figur 1 er ikke lenger nødvendig i denne utførelse. Under spesielle forhold kan strupning av ventilen 36 benyttes for å danne det nødvendige trykktap for å fjerne væskeinnholdet fra strømningsmåleren gjennom spyleventilen 32 og inn i ledningen 44.

Claims (5)

1. Måleanordning omfattende en strømningsmåler (26) forsynt med et innløp og et utløp som er beregnet for forbindelse med en ledning hvori det strømmer et flerfasefluid som skal måles, og en første ventil (28) anordnet under strømningsmåleren (26), idet strømningsmåleren er montert hovedsakelig vertikalt, karakterisert ved at den videre omfatter en omløpspassasje (34) som er forsynt med en andre ventil (36) som åpner over strømningsmåleren slik at denne kan fylles selektivt med væske ved bruk av denne omløpspassasje (34).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningsmåleren er montert slik at den mottar en oppadrettet strømning, idet omløpspassasjen (34) munner ut over strømningsmåleren.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningsmåleren er montert slik at den mottar en nedad-løpende strømning, idet omløpspassasjen (34) munner ut ved innløpet av strømningsmåleren.

4. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den videre omfatter en andre omløpspassasje (37) som er forsynt med en tredje ventil (38) anordnet i parallell med den første ventil (28).

5. Anordning ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at den videre omfatter et utløp (30), som er forsynt med en fjerde ventil (32) og er montert ved innløpet av strømningsmåleren (26) for å tillate prøvetakning av væske i strømningsmåleren.