NO20100449A1 - Ejektor for bruk i oljeutvinning - Google Patents

Abstract

Ejektor (1) forsynt med en munn (12), et munnstykke (13), en strupe (14) og en diffusor (15); et første tetningselement (4) og et andre tetningselement (4') innrettet til å tildanne en forsegling mellom ejektorens (1) ytre mantelflate (11) og et produksjonsrørs (2) innvendige mantelflate (22); og minst en kanal (17) med et innløpsparti (18) og et utløpsparti (19) som strekker seg fra ejektorens (1) ytre mantelflate (11) og til strupen (14), hvor kanalen (17) framviser et avtagende tverrsnittsareal.

Description

EJEKTOR FOR BRUK I OLJEUTVINNING

Oppfinnelsen vedrører en venturi ejektor til bruk ved gassløft i en oljeproduserende brønn. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en løsgjørbar venturi ejektor som forsynes med drivgass fra en gassløftventil og gassen ledes til venturiens strupe.

En produksjonsbrønn for oljeutvinning utgjøres i det minste av selve borehullet, et indre stigerør eller produksjonsrør og et ytre foringsrør. Mellom borehullet og foringsrøret er det tettet med for eksempel sement. Mellom fåringsrøret og produksjonsrøret tildannes det et ringrom. For at oljen skal stige opp i produksjonsrøret, men ikke i ringrommet, er ringrommet forsynt med minst én tetning. Denne tetningen vil befinne seg i nærheten av reservoaret.

Ved oljeutvinning fra en brønn som løper fra overflaten og til reservoaret, er det vel kjent at trykket i reservoaret kan være for lite til at olje vil strømme fritt fra brønnen. Dette skjer når trykket i reservoaret er mindre enn det trykket som utgjøres av massen av oljen i produksjonsrøret. Det er kjent flere måter til å redusere trykket i produksjonsrøret slik at en brønn fortsatt kan produsere olje. For eksempel er det kjent å anvende et såkalt gassløft. Til dette formål pumpes gass inn i ringrommet fra overflaten. På minst ett sted i produksjonsrøret er det tildannet en forbindelse i produksjonsrørets vegg mellom produksjonsrørets innside og ringrommet. Når gasstrykket i ringrommet overstiger trykket i produksjonsrøret ved forbindelsen, vil gass strømme fra ringrommet og inn i produksjonsrøret. Gass har mindre egenvekt enn olje og vil utvide seg når trykket reduseres. En blanding av gass og olje i produksjonsrøret vil redusere den totale massen i produksjonsrøret. Derved synker trykket i produksjonsrøret og dette kan utnyttes til å øke produksjonen fra en oljebrønn eller få en oljebrønn til å produsere olje.

Et venturi rør, vanligvis bare kalt en venturi, kan deles inn i tre parti. En fluidstrøm gjennom en venturi kommer først til et parti med et avtagende eller konvergerende tverrsnitt. Dette partiet kalles for venturiens munnstykke eller her bare for munnstykket. Åpningen mot omgivelsene kalles her for venturiens munn. I strømningsretningen etter munnstykket følger venturiens strupeparti, her kalt strupen. Strupen har et konstant tverrsnitt som er mindre enn tverrsnittet ved munnen. I strømningsretningen etter strupen følger et divergerende parti der venturiens tverrsnitt øker mot venturiens endeparti. Dette partiet kalles for venturi eller diffusor. I det følgende vil dette partiet omtales som diffusoren.

Det er vel kjent innen petroleumsindustrien å forsyne et produksjonsrør med én eller flere såkalte "side pockets". En "side pocket" vil i det følgende omtales som en sidelomme. En fordel med en sidelomme er at det kan etterinstalleres utstyr i et produksjonsrør, eller at det kan skiftes utstyr i en sidelomme ved hjelp av et såkalt "kick over" verktøy. "Kick over" verktøyet kan opereres med en såkalt "wire line" eller et kveilerør. En annen fordel med en sidelomme er at utstyret som befinner seg i sidelommen, ikke sperrer for passasjen i produksjonsrøret. Derved kan det utføres brønnintervensjonsarbeid oppstrøms for sidelommen uten at utstyret i sidelommen først må bringes opp og ut av produksjonsrøret.

En sidelomme kan forsynes med en eller flere åpninger i veggen slik at det dannes en passasje fra brønnens ringrom og til produksjonsrørets innside. En gassløftventil av for så vidt kjent type kan plasseres i sidelommen slik at gass i brønnens ringrom strømmer inn i gassløftventilen gjennom passasjen eller passasjene i sidelommens vegg, gjennom gassløftventilen og ut i produksjonsrøret. Det er da tildannet et gassløft ved sidelommen. Det kan også plasseres en såkalt "dummy"-ventil i sidelommen. "Dummy"-ventilen vil da tette passasjen eller passasjene i sidelommens vegg og sidelommen vil da være passiv.

En venturi har flere bruksområder innenfor petroleumsindustrien. En venturi kan brukes som en strømningsmåler, den kan brukes til å stabilisere gasstrømmen i en gassløftventil, den kan brukes som en ejektor i et gassløft og den kan i kombinasjon med en dyse brukes som en høytrykkspumpe der drivfluidet kan være en væske eller en gass.

Patentskrift GB 2276675 beskriver hvordan en signalomformer av venturitype kan anvendes til å måle strøm ni ngsraten til en gass som pumpes ned i ringrommet for å forsyne et gassløft. Tilsvarende kan en signalomformer av venturitype anvendes til å måle strømningsraten eller produksjonsraten ut av et produksjonsrør, og tilsvarende kan en signalomformer av venturitype anvendes til å måle strømningsraten av olje fra et reservoar og inn i produksjonsrøret.

Patentskrift US 5707214 beskriver en ventil for å lede gass fra en brønns ringrom og til et gassløft. Ventilen befinner seg i brønnens ringrom og anvender en venturi for å stabilisere tilførselen av gass til gassløftet over et større trykkdifferanseintervall.

Patentskrift WO 2009/020396 beskriver også bruk av en venturi i en gassløftventil for å oppnå en stabil gasstrøm inn i produksjonsrøret. Patentskrift WO 02/059485 beskriver også bruk av en venturi i en gassløftventil for å regulere gasstrømmen fra et ringrom og til et produksjonsrør. Ventilen kan være plassert i ringrommet eller ventilen kan være plassert i en sidelomme.

En venturi kan brukes som ejektor i et gassløft ved at gass ledes inn i væskestrømmen nedstrøms for venturiens munn. Gassen kan også ledes inn i væskestrømmen i venturiens strupe gjennom én eller flere tildannede kanaler fra venturiens utvendige side til strupen. Dette har den fordel at gassløftet kan plasseres dypere i brønnen enn det gasstrykket i ringrommet tilsier, fordi trykket i venturiens strupe er lavere enn trykket ved venturiens munn. Patentskrift US 3784325 beskriver bruk av flere påfølgende venturier i et produksjonsrør. Drivgass for gassløft ledes inn i produksjonsrøret fra brønnens ringrom ved hver venturis munn. Venturiene er fastgjort til produksjonsrørets innside med gjengeforbindelser. Patentskrift US

5105889 beskriver et apparat for å separere gass fra olje nede i en brønn for å bruke gassen som en del av et gassløft. Apparatet er plassert nederst på et produksjonsrør. Ett eller flere venturirør er plassert over en dyse og slik at gass frigjøres fra oljen i det området av venturirøret hvor det er lavest trykk. Ved flere etterfølgende venturirør utgjør ett rør en dyse for det påfølgende rør. Det beskrives også en alternativ framgangsmåte der apparatet forsynes med gass fra overflaten via ringrommet i det tilfellet det er for lite gass som skilles ut fra olje til å danne et effektivt gassløft. Gassen fra ringrommet ledes inn i væskestrømmen ved venturiens munn. Patentskrift US 6250384 beskriver bruk av en venturi som ejektor i en oljebrønn. En pumpe er plassert i bunnen av et produksjonsrør noen få meter over det oljeførende laget. Pumpen befinner seg derved nedenfor pakningselementet som forhindrer at olje og gass trenger opp i brønnens ringrom. En slik pumpe er mest effektiv når den pumper olje uten innblandet gass. Over brønnens oljenivå vil det tildannes en gassfylt lomme. Gassen evakueres fra denne lommen gjennom åpninger i produksjonsrøret og slik at åpningene munner ut i en venturis strupe idet venturien er plassert i produksjonsrørets innside. Gass og olje blandes i venturiens strupe. Patentskrift US 2004/0129428 beskriver bruk av en gassløftventil plassert i en sidelomme og hvor en venturi er plassert oppstrøms for sidelommen for å oppnå en forbedret blanding av gass og væske, noe som vil øke effektiviteten til gassløftet. Patentskrift US 2003/0141073 beskriver også bruk av en ejektor der gass fra brønnens ringrom ledes gjennom en gassløftventil i en sidelomme og inn i produksjonsrøret i underkant av

venturien.

En venturi kan kombineres med en dyse innrettet slik at dysen munner ut i venturiens munnstykke mellom venturiens munn og strupe. Et drivfluid, enten væske eller gass, strømmer gjennom dysen og vil ha større fart ut av dyseåpningen enn omgivelsesfluidet som også strømmer inn i venturiens munnstykke. I det etterfølgende vil en slik kombinasjon av en dyse og en venturi omtales som en høytrykkspumpe. Patentskrift US 2080622 beskriver utvinning av gass og olje fra en brønn. For å øke utvinningen pumpes en drivvæske ned i brønnens ringrom. Patentskriftet beskriver høytrykkspumper som drives av drivvæsken. Én høytrykkspumpe er konstant omgitt av olje i brønnens nedre del, og én høytrykkspumpe befinner seg i brønnens gassfylte del, og slik at den nedre høytrykkspumpe befinner seg under et pakningselement som danner en nedre avgrensing for brønnens ringrom og den øvre høytrykkspumpe befinner seg over nevnte pakningselement. En ventil regulerer mengden drivvæske som strømmer til den øvre og til den nedre høytrykkspumpe. I den nedre høytrykkspumpen strømmer drivvæsken gjennom dysen og inn i venturien mens oljen strømmer inn i venturien ved munnen. I den øvre høytrykkspumpen strømmer en blanding av olje, drivvæske og gass gjennom dysen, mens ytterligere drivfluid strømmer inn ved munnen.

Patentskrift US 4790376 beskriver en høytrykkspumpe i en brønn, der høytrykkspumpen befinner seg under det oljeproduserende reservoar, mens et pakningselement, som danner en nedre avgrensing for brønnens ringrom, befinner seg over det oljeproduserende reservoar. Høytrykkspumpen forsynes med en drivvæske som i én utførelse pumpes ned i brønnens ringrom, og slik at blandingen av produsert olje og drivvæske kommer til overflaten gjennom brønnens produksjonsrør. I en andre utførelse pumpes drivvæske ned i brønnens produksjonsrør, og slik at blandingen av produsert olje og drivvæske kommer til overflaten gjennom brønnens ringrom. Patentskrift WO 92/08037 beskriver også bruk av en høytrykkspumpe drevet av en gasstrøm fra brønnens ringrom. Gassen er først et drivfluid i høytrykkspumpen og deretter fungerer gassen som i et kjent gassløft.

Patentskrift US 5562161 beskriver bruk av en høytrykkspumpe der drivgassen føres inn i produksjonsrøret fra brønnens ringrom. Denne høytrykksdelen kan settes på plass i et produksjonsrør ved hjelp av en såkalt wire line eller ved hjelp av kveilerør. Dette gjøres i tre operasjoner. Først settes fast et nedre element inneholdende et anker, et pakningselement og en høytrykkspumpe innvendig i produksjonsrøret. Dette gjøres slik at det nedre elementets nedre endeparti posisjoneres under et pakningselement som deler brønnens ringrom i et nedre, oljefylt brønnringrom og i et øvre, gassfylt brønnringrom. Det nedre elements øvre parti strekker seg forbi en sidelomme i produksjonsrøret. Sidelommen er av for så vidt kjent type. Det nedre element er forsynt med et nedre tetningselement som etter aktivering tetter mellom det nedre elements manteloverflate og produksjonsrørets innervegg. Det nedre tetningselementet befinner seg under sidelommen. Derved tildannes et oljefylt, lokalt, nedre ringrom mellom det nedre element og produksjonsrøret. Det nedre element er videre forsynt med en åpning som leder fra det lokale, nedre ringrom til det nedre elements indre hulrom. Over det nedre elements nedre tetningselement tildannes det et gassfylt, lokalt ringrom. Det nedre elements høytrykkspumpe er innrettet til å lede drivgass fra sidelommen gjennom en utskiftbar dyseåpning og til munnstykket. Venturiens strupe og diffusor er utskiftbare. Et andre element forbindes tettende med det første element ved hjelp av en såkalt "stinger" av for så vidt kjent type. Det andre element er forsynt med et øvre tetningselement som etter aktivering tetter mellom det midtre elements manteloverflate og produksjonsrørets innervegg. Det øvre tetningselementet befinner seg over sidelommen. Derved avgrenses oppad det gassfylte, lokale ringrom mellom det nedre element og midtre element og produksjonsrøret. Et tredje element forbindes med det andre element. Det tredje element er av en såkalt "G-stop" type og tjener til å kunne dra det nedre element og det midtre element ut av brønnen for vedlikehold eller av andre grunner.

Patentskrift US 6568478 beskriver bruk av en venturi i en gassløftventil for å regulere gasstrømmen fra et ringrom og til et produksjonsrør. Ventilen kan være plassert i ringrommet eller ventilen kan være plassert i en sidelomme. Patentskriftet beskriver videre utformingen av forskjellige legemer som kan plasseres i produksjonsrøret slik at det tildanens en ejektor. Dette kan være en tradisjonell venturi, en asymmetrisk venturi eller et "senterventurilegeme". Gassen fra gassløftventilen ledes til strupen eller tilsvarende område omkring "senterventurilegemet". De ulike utformingene av en venturi kan plasseres i et rør med mindre ytre diameter enn produksjonsrørets indre diameter og som bringes i posisjon inne i produksjonsrøret og slik at gass fra gassløftventilen strømmer gjennom minst én åpning i rørets vegg og til strupen. Røret er i sitt øvre endeparti og i sitt nedre endeparti forsynt med tetningselement som tildanner en forsegling mot produksjonsrørets innervegg. Gass fra gassløftventilen strømmer derfor inn i venturien mens reservoarfluid strømmer inn i venturiens munnstykke. Røret med ejektoren kan brukes sammen med en tradisjonell gassløftventil eller sammen med en gassløftventil i en sidelomme.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen vedrører en ejektor forsynt med en munn, et munnstykke, en strupe og en diffusor; et første tetningselement og et andre tetningselement innrettet til å tildanne en forsegling mellom ejektorens ytre mantelflate og et produksjonsrørs innvendige mantelflate; og minst én kanal med et innløpsparti og et utløpsparti som strekker seg fra ejektorens ytre mantelflate og til strupen, hvor kanalen framviser et avtagende tverrsnittsareal. I en utførelsesform kan kanalen framvise et avtagende tverrsnittsareal fra innløpspartiet og til utløpspartiet. I en alternativ utførelsesform kan kanalen framvise et økende tverrsnittsareal fra innløpspartiet og til utløpspartiet.

På ejektorens ytre mantelflate kan det være tildannet en perifer, ringformet utsparing innrettet til å ta imot drivgass fra en gassløftventil og kanalens innløpsparti kan være tildannet i utsparingen. Dette har den fordel at kanaler med innløpsparti på motsatt side av ejektoren sett fra gassløftventilen lettere vil forsynes med gass enn om ejektoren ikke var forsynt med utsparingen. Det har også den fordel at kanalen eller kanalene ikke behøver å stå over ett med gassløftventilens utløp.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnittriss av en ejektor i henhold til oppfinnelsen. På tegningen betegner henvisningstallet 1 en ejektor til bruk i et produksjonsrør 2 forsynt med en sidelomme 3. Sidelommen 3 er forsynt med en gassløftventil 32 av for så vidt kjent type. Gassløftventilen 32 forsynes med gass fra et ringrom (ikke vist) som omslutter produksjonsrøret 2. Gassen fra ringrommet strømmer til gassløftventilen 32 gjennom en åpning 34 i sidelommens vegg 36. Ejektoren 1 er forsynt med tetningselement 4, 4' av for så vidt kjent type som tildanner en forsegling mellom ejektorens 1 ytre mantelflate 11 og produksjonsrørets 2 innvendige mantelflate 22. Tetningselementet 4 tildanner en forsegling nedstrøms for sidelommen 3 og tetningselementet 4' tildanner en forsegling oppstrøms for sidelommen 3. Ejektoren 1 er en venturi forsynt med en munn 12, et munnstykke 13, en strupe 14 og en diffusor 15. På ejektorens mantelflate 11 er det nedstrøms for strupen 14 tildannet en perifer ringformet utsparing 16. Fra utsparingen 16 og til strupen 14 er det tildannet minst én kanal 17 med et innløpsparti 18 og et utløpsparti 19. Kanalen 17 kan i én utførelsesform være tildannet med et avtagende tverrsnittsareal fra innløpspartiet 18 og til utløpspartiet 19 som vist i figur 1. I en alternativ utførelsesform kan kanalen 17 være tildannet med et konstant tverrsnittsareal fra innløpspartiet 18 og til utløpspartiet 19. I en ytterligere alternativ utførelsesform kan kanalen 17 være tildannet med et økende tverrsnittsareal fra innløpspartiet 18 og til utløpspartiet 19.

Ejektoren 1 settes på plass ved sidelommen 3 på for så vidt kjent måte med hjelp av for eksempel en "wire line" eller et kveilerør. Deretter aktiviseres tetningsmidlet 4, 4' på for så vidt kjent måte. Ringrommet fylles med gass som strømmer gjennom gassløftventilen 32, inn i utsparingen 16, inn i kanalen 17 og ut i ejektoren 1 i strupen 14. Utsparingen 16 muliggjør at gassen kan strømme til en flerhet av kanaler 17 uten at kanalene 17 behøver å stå over ett med gassløftventilens 32 utløp (ikke vist). Ved at kanalens 17 tverrsnittsareal avtar mot utløpspartiet 19, virker kanalen 17 som en dyse slik at gassens strøm ni ngsfart øker inn mot strupen 14.

I en alternativ utførelsesform forsynes ejektoren 1 med gass fra en gassløftventil 32 som er plassert i en brønns ringrom. Gassen strømmer på for så vidt kjent måte inn gjennom en åpning i produksjonsrørets vegg 24, til utsparingen 16 og til strupen 14. Tetningsmidlene 4 og 4' tildanner en forsegling henholdsvis over og under åpningen i produksjonsrørets vegg 24.

Claims (4)

1. Ejektor (1) forsynt med en munn (12), et munnstykke (13), en strupe (14) og en diffusor (15); et første tetningselement (4) og et andre tetningselement (4') innrettet til å tildanne en forsegling mellom ejektorens (1) ytre mantelflate (11) og et produksjonsrørs (2) innvendige mantelflate (22); og minst én kanal (17) med et innløpsparti (18) og et utløpsparti (19) som strekker seg fra ejektorens (1) ytre mantelflate (11) og til strupen (14),karakterisert vedat kanalen (17) framviser et avtagende tverrsnittsareal.

2. Ejektor (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat kanalen (17) framviser et avtagende tverrsnittsareal fra innløpspartiet (18) og til utløpspartiet (19).

3. Ejektor (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat kanalen (17) framviser et økende tverrsnittsareal fra innløpspartiet (18) og til utløpspartiet (19).

4. Ejektor (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat det på ejektorens (1) ytre mantelflate (11) er tildannet en perifer, ringformet utsparing (16) innrettet til å ta imot drivgass fra en gassløftventil (32) og at kanalens (17) innløpsparti (18) er tildannet i utsparingen (16).