NO20101525A1 - Magnethydrodynamisk anordning for preventiv kontroll av skall i oljebronnproduksjonssoyler - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse beskriver en magnethydrodynamisk anordning (D) anordnet mellom to seksjoner av en produksjonssøyle (C). Anordningen (D) innbefatter et antall magneter (5, 6) som har et tilstrekkelig og konstant magnetfelt og er regelmessig adskilt på en slik måte at fluidstrømmen (F) som kommer fra brønnen (P) strømmer gjennom rommet mellom dem inne i produksjonssøylen (C); disse magnetene (5, 6) har et i det vesentlige sylindrisk arrangement med en polaritetskonfigurasjon mellom dem som fører til en total sirkulær magnetisk fluks i forhold til den sylindriske konfigurasjonen til anordningen (D) som virker på tvers av fluidstrømmen (F) som går mellom to tilstøtende magneter (5, 6).

Description

Magnethydrodynamisk anordning for preventiv kontroll av skall i oljebrønnproduksjonssøyler

Området for søknaden for denne oppfinnelse inkluderer anordninger og utstyr for å kontrollere avsetning av substanser på innerveggene til rørledninger ved hjelp av magnetiske felter, ved å endre morfologien til krystallene til disse substansene. Den har spesielt anvendelse i rørledninger som transporterer petroleum, men mer spesifikt der røret er en produksjonssøyle i en produserende brønn.

Avsetningen av faste uorganiske mineraler (salter av bariumsulfat, strontiumsulfat og kalsiumkarbonat) som danner skall (scale) har lenge vært en hovedutfordring som må overvinnes av oljeindustrien. Dannelsen av skall reduserer produksjon og injektiviteten hos oljebrønner. Det kan også skje i utstyr plassert ved bunnen av en brønn, slik som for eksempel sandoppdemmingsfiltre, ventiler, konnektorer etc. Det skjer også i perforatører og i overflateutstyr, slik som for eksempel vannvekslere, separatorer, produksjonsrørledninger etc.

De mekanismer ved hjelp av hvilke et presipitat reduserer permeabiliteten til en formasjon for en brønn inkluderer.

I avsetning av faste stoffer på veggene til porene til formasjonen forårsaket av

tiltrekningskrefter mellom partiklene og overflatene til porene,

I individuelle partikler som blokkerer poreåpninger, og

I et antall partikler som danner broer over poreåpninger.

Egenskapene til presipitatet påvirker graden av skade i porøse fjell.

Tilstander slik som en høy grad av overmetning, tilstedeværelsen av urenheter, tempera-turendring og blandingsratekontroll av mengden og morfologien til de presipiterende krystaller.

Skallet innbefatter mest vanlig:

I kalsiumkarbonat (kalsitt) og jernkarbonat,

I kalsiumsulfat (gips, halvhydritt, anhydritt), bariumsulfat (barytter) og

strontiumsulfat (celestitt),

I jernsulfid, og

I jernhydroksid.

Innen området for olje- og gassutvinning oppstår skall med opprinnelse fra løsninger i vann i primærbrønner, sekundærbrønner, injektorbrønner og rør som forbinder tanker.

Mesteparten av skallet i injektorbrønner, spesielt i Brasil, innbefatter forbindelser av bariumsulfat, strontiumsulfat og kalsiumkarbonat, som alle er uoppløselige i syrer.

Dyer & Graham [ The effect of temperature and pressure on oilfield scale formation, Journal of Petroleum Science and Engineering 35 ( 2002), 95- 107], inkludert her som en referanse, har utført dynamiske blokkeringstester på rør for å bestemme effekten av økning av temperatur og trykk på dannelse på bariumsulfat- og kalsiumkarbonatskall som en del av en undersøkelse som skjer på anvendelsen av skallinhibitorer i høytrykks høytemperaturreservoarer.

Ettersom trykket økte, ble det funnet ut at de testede saltoppløsningers tendens til å danne karbonat- og sulfatskall sank, som predikert av softwarens skallprediksjon.

Ettersom temperaturen økte, økte saltoppløsningens tendens til å danne karbonatskall, mens skalldannelsestendensen til en saltoppløsning med et høyt sulfatinnhold sank.

Effekten av temperatur på tendensen til å produsere skall var mer signifikant enn effekten av trykk.

En saltløsning med et lavt svovelinnhold ble også testet, og denne unnlot å presipitere skall på et tidspunkt når det var den høyeste tendensen til å presipitere skall. Under disse testbetingelsene var kinetikken for presipitering av skall sen, slik at presipiterings-raten var mer signifikant enn den termodynamiske kraften som driver presipiteringen.

A. T. Kan et al. [ Scale formation andprevention in thepresence ofhydrate inhibitors, SPE 80255, Society of Petroleum Engineers ( 2003), 16pp and Effect of hydrate inhibitors on oilfield scale formation and inhibition, SPE 74657, Society of Petroleum Engineers ( 2002), 6pp], inkludert her som en referanse, undersøkte effekten av inhibitorer, spesielt metanol ved en konsentrasjon på 5 volum-%, sammen med etanol, etylen-glykol og tri etyl englykol, som hydratkosolventer på skalldannelse i oljefelter. Effekten av hydratinhibitor for hemming av skalldannelse ved vanlige inhibitorer er fremdeles ikke godt kjent. Kostnaden for dette alternativet er høy, og det er tilknyttede miljøproblemer. 1 1945 utførte Vermeiren i Belgia [som angitt i Gehr, R, Zhai, Z. A., Finch, J. A., Rao, S. R., Water Res., 1995, 29( 3), 993- 940] og [ Klassen, V. I., Developments in mineral processing, PartB, Mineral Processing, 1981, 1077- 1097], inkludert her som en referanse, den første magnetiske behandling av vann for å forhindre sedimentering og fjerne akkumulerte sedimenter.

Denne muligheten ble tydeligst demonstrert i arbeidet til Gehr et al., som eksponerte vannholdige løsninger for et magnetfelt på 4,75 T (ved 200 MHz) og som undersøkte faktorene som påvirker oppløseligheten til kalsiumsulfat (gjps).

I hans konklusjoner ble det angitt at magnetisk behandling hemmer kjernedannelse og vekst av gips på reseptive faste overflater og i stedet fremmer direkte "homogen" kry-stallisering, som unngår blokkerende skall i porøst fjell gjennom hvilket olje og gass skal strømme.

Den innsikt at vannmolekyler (som er naturlig dipolare) lines opp i forhold til magnetfeltet og bibeholder et minne av den innretningen i en merkbar tidsperiode ledet forskere innen andre områder av menneskelig interesse til å forstå denne effekten med hensyn til applikasjoner av spesiell interesse, og det kan her nevnes arbeidet til Porto på endringer i de biologiske og fysiske/kjemiske egenskaper til vann forårsaket av magnetiske felter [ Porto, M. E. G. Changes in the biologicalandphysical/ chemicalproperties of water induced by magnetic fields. Masters Dissertation, Institute of Chemistry — Department of Physical Chemistry, UNICAMP, p. 111, 1998].

Dokumentet US 6.733.668 [ Omni- Tech 2000 Inc.], inkludert her som en referanse, beskriver et instrument for den magnetiske behandling av væsker produsert i en hydrokar-bonbrønn som innbefatter en hydrokarbonseksjon og en reaktorseksjon. Hydrokarbon-seksjonen er designet for å behandle råolje og hemme avsetningen av parafin, asfaltener og lignende. Reaktorseksjonen er designet for å behandle vannholdige væsker for å hemme avsetningen av mineralskall, spesielt avsetning av bariumsulfat. De to seksjoner er tilveiebrakt med magneter som er anordnet i et koaksialt lineært forhold. Aktivering av de radielle magneter tilveiebrakt på den andre reaktoren forvrenger magnetfeltet og hemmer dannelsen av skall i produksjonsrørledninger. Instrumentet er effektivt i å forhindre avsetning av bariumsulfat.

Dokument US 5.118.415 [ Enecon Corporation], inkludert her som en referanse, viser et arrangement for fjerning av skall og avsetninger på innsidene av rørledninger ved hjelp av en permanent magnetenhet med høy kapasitet som ikke krever en ekstern energi-kilde, montert utenfor røret på en slik måte at det etableres en magnetfeltfluks på linje med mesteparten av fluidstrømmen som strømmer inne i røret. Magnetenheten innbefatter magneter med høy magnetisk tetthet montert i diametralt motsatte par. Enheten kan modifisere harde kalsittavsetninger som er tilstede i fluidstrømmen til krystaller av ara-ognitt/valeritt, som enkelt kan fjernes av væskemediet for å løse opp eksisterende skall og også effektivt forhindre dannelsen av nytt skall på rørets indre vegger.

Dokument US 5.238.558 [ Rare Earth Technologies], inkludert her som en referanse, beskriver et magnethydrodynamisk system og en fremgangsmåte for behandling av rørled-ninger og fluidet transport av dem på en slik måte at det forhindres dannelse av akku-muleringer av avsetninger inne i rørene. Systemet innbefatter et rør inne i hvilket det strømmer et fluid og minst en magnetisk enhet som omgir det ytre området av røret som blir behandlet. Magnetenheten innbefatter minst fire magneter, som hver har en magnetisk felttetthet på rundt 6.700 gauss, med en del av polariteten ved endene til en enhet, en del av polariteten i dekselet (cover) av strukturen til enheten og en annen del av polariteten på siden i kontakt med røret som blir behandlet.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er en magnethydrodynamisk anordning for å kontrollere avsetningen av uorganiske faste mineraler som danner avsetninger og skall som reduserer den indre diameteren til rør som transporterer olje, som interfererer med eller som avbryter strømmen, og mer spesifikt er rørene produksjonssøyler.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse oppnås gjennom en anordning avpasset mellom to seksjoner av en produksjonssøyle ved hjelp av sveising eller ved bruk av flenser, normalt under utstyret som tetter brønnringrommet/søylen, kjent under beteg-nelsen "pakning", og som fra nå av vil bli betegnet som en oljeproduksjonsbrønn.

Anordningen er av den magnethydrodynamiske typen, og inkluderer et antall magneter med et tilstrekkelig og konstant magnetfelt, som er regelmessig adskilt fra hverandre slik at fluid som kommer fra brønnen strømmer gjennom rommet mellom dem inne i produksjonssøylen, og for dette formål har disse magnetene et i det vesentlige sylindrisk arrangement med en polaritetskonfigurasjon mellom dem slik at retningen til den magnetiske flukstetthet er tangentiell med et par i arrangementet av magneter i anordningen, som fører til en sirkulær total magnetisk fluks med hensyn til den sylindriske konfigurasjonen til anordningen som virker på tvers av fluidet som passerer mellom to tilstøtende magneter.

Effekten av en passende magnetfeltstyrke på krystallene til uorganiske salter endrer morfologien til krystallene, og gjør dem løselige og forhindrer dem fra å avsettes og deretter omdannes til skall gjennom akkumulering. Fig. 1 er en illustrasjon av anvendelse av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse på en sone uten interesse som ligger over en sone av interesse. Fig. 2 er en illustrasjon av anvendelse av en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse på en sone uten interesse som ligger under en sone av interesse. Fig. 3 er en illustrasjon av anvendelse av en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse på en sone uten interesse som ligger over og under en sone av interesse.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en magnethydrodynamisk anordning for kontroll av avsetningen av faste uorganiske mineraler som danner avsetninger og skall som reduserer den indre diameteren til rør som transporterer olje, som interfererer med eller avbryter strømmen, og hvor rørene her mer spesifikt er produksjonssøyler.

Et kalsiumkarbonat-(CaC03)-presipitat er hovedkomponenten til skallet som kan oppstå i en produksjonssøyle, og dets partikler krystalliseres ut i tre polymorfe varianter, hvor disse er kalsitt, valeritt og aragonitt, selv om det også finnes amorfe og hydrerte kalsi-umkarbonater som er svært ustabile og bare oppstår under de initielle trinn av dannelsen av kalsiumkarbonat, før den begynner å krystalliseres.

Kalsitt har en heksagonal krystallinsk struktur og er termodynamisk den mest stabile fase. Den er derfor den mest vanlige varianten i naturen. Akkumuleringen av kalsittkry-staller produserer et svært hard og tett skall.

Valeritt har en heksagonal krystallinsk struktur, lignende kalsitt, men er mindre stabil enn sistnevnte.

Aragonitt har imidlertid en ortorombisk krystallinsk struktur og mer metastabil ved at-mosfærisk trykk og lave temperaturer. Aragonitt dannes som et presipitat ved temperaturer under området mellom 60°C og 70°C, i et svært smalt område av fysiske og kje miske betingelser, og produserer asikulære krystaller og myke porøse avsetninger som er mer løselige og enklere å fjerne.

Undersøkelser i teknikkens stand har gitt den konklusjon at anvendelse av magnetiske felter forbedrer presipiteringen av aragonitt fra karbonatrike løsninger, og at de magnetiske behandlingsparametre som påvirker mengden presipitert aragonitt og som betraktes som de viktigste er magnetisk induksjon og eksponeringstid. Merkelig nok har strømningsraten til fluidet ingen effekt som kan betraktes som signifikant.

Undersøkelser har også slått fast at når skall dannes fra en blanding av løsninger av CaCb og Na2CC>3, blir frekvensen av kjernedannelse av CaC03-partikler undertrykt,

men partikkelvekst blir akselerert når den magnetiske strømningstetthet som den ekspo-neres for er støtte enn 3000 gauss og eksponeringstiden er på mer enn 10 minutter. Den magnetiske effekten kan hovedsakelig tilskrives eksponeringen av løsninger av Na2CC>3 og ikke løsningen av CaCb; den magnetiske effekten ble observert selv når løsninger av CaCb og Na2CC>3 ble blandet på et tidspunkt 120 timer etter magnetisk eksponering, og dannelse av aragonittstrukturen av CaC03-krystaller blir akselerert av magnetisk eksponering.

"Magnetisk minne"-fenomener, med andre ord det fenomen å bibeholde antiskalldan-nelsesegenskaper i magnetisk behandlet vann i en tid etter behandling, har blitt studert av noen forskere og varer i mer enn 24 til 36 timer, i henhold til produsenten av vannbe-handlere, eller opp til 200 timer i henhold til andre produsenter, eller til og med 1 må-ned hvis behandlingen blir utført på grunnlag av CEPI ( Conditionnement Electromagnétique Par Induction - Elektromagnetisk behandling med induksjon).

Med hensyn til skall og presipitater av barium- og strontiumsulfater har det blitt utført undersøkelser for å sjekke dannelsen av skall av de ovennevnte sulfater som et resultat av blanding av inkompatibelt vann. Den kjemiske inkompatibiliteten mellom sjøvann og grunnvann i fjell som inneholder olje og gass, kan fremme avsetning av BaSC>4- og SrS04-skall.

På grunnlag av alt som har blitt presentert til nå kan det sies at anvendelsen av et magnetfelt gjennom en anordning av den magnethydrodynamiske type slik som gjenstanden for denne oppfinnelse, ved anvendelse på den preventive kontroll av skall i produk-sjonssøylen, interfererer med vekst- og kjernedannelsesratene til krystall partiklene til saltene som er tilstede i den produserte fluidstrømmen. Interferensen skjer ved å endre morfologien til partiklene, som forhindrer deres adsorpsjon på metalloverflaten til pro-duksjonssøylen. Også, og mer spesielt i forhold til den foreliggende oppfinnelse, kan det sies at styrken til det benyttede magnetfeltet ikke forårsaker problemer for helsen til mennesker involvert i operasjonene eller forårsaker noen interferens for miljøet. Den mulige teknologien for anvendelse av den foreliggende oppfinnelse er komplementær med, eller erstatter, de kjemiske behandlinger som for tiden er i bruk. Fig. 1 viser en illustrasjon av anordningen D i henhold til den foreliggende oppfinnelse, installert mellom to lengder av en produksjonssøyle C i en oljeproduserende brønn P (sistnevnte i langsgående tverrsnitt). Strømningsretningen til fluid F gjennom anordningen D er også indikert i fig. 1. Fig. 2 viser en illustrasjon av anordningen D som den foreliggende oppfinnelse vedrører forbundet med en produksjonssøyle C med midler som kan velges fra sveising eller festing ved hjelp av flenser. I forhold til den foreliggende oppfinnelse er flensfesting fore-trukket. Det kan sees at dette innbefatter: I en første flens 1, av samme diameter som en første flens i produksjonssøylen 2,

har kontinuitet med en første rørlengde 3 med samme diameter inne i produk-sjonssøylen C, med en første avslutning i form av en kopp 4,

I et antall magneter 5, 6 posisjonert som diametralt motsatte par med siderom mellom hvert par er fast festet og holdt i sine posisjoner gjennom festing av deres ytre områder av én av deres ekstremiteter til den innvendige overflate av den første avslutning i form av en kopp 4,

I en andre avslutning i form av en kopp 7 festet til det ytre området av de andre ekstremiteter hos parene med magneter 5, 6 har kontinuitet med en andre rørlengde 8 som ender i en andre flens 9 av samme diameter som en andre flens hos produksjonssøylen 10.

Magneter 5, 6 er av den permanente type og materialet er valgt fra sjeldne jordelementer. Fortrinnsvis er magnetene 5, 6 av neodyn-jern-bor (Nd-Fe-B).

Magnetene 5, 6 er av det samme materialet, men har ulike egenskaper bestemt i henhold til den tiltenkte behandling, som for eksempel avhenger av produksjonsstrømmen fra brønnen.

Magnetene 5, 6 har ulike styrker, men det magnetiske feltet generert av dem er konstant. Par med diametralt motsatte magneter med mindre magnetstyrke 5 er posisjonert til-støtende de diametralt motsatte par med magneter med større magnetstyrke 6.

I motsetning til den normale tilstand innen området, i stedet for at de magnetiske felter generert av magnetene er innrettet med aksen til en fluidstrøm F, går, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, linjene til magnetfeltet på tvers gjennom fluidstrømmen F fordi den er sirkulær av natur.

Med bidrag nå fra fig. 3, som viser produksjonssøylen C, brønnen P og anordningen D i langsgående tverrsnitt, vil det sees at fluidstrømmen F bare kan passere gjennom rommet mellom to tilstøtende magneter 5, 6 og at magnetfeltet er i en tverretning, idet hele fluidstrømmen F går mellom disse tilstøtende magneter 5, 6 og mottar effekten av magnetfeltet ved en uniform styrke.

Som et resultat av sin konstruksjon, gir anordningen D i henhold til den foreliggende oppfinnelse ingen begrensning for operasjonsprosesser på produksjonssøylen C eller brønnen P, slik som for eksempel fisking, passasjen av logginger, skalldetektorer, sandnivådetektorer etc.

Selv om den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i sin foretrukne utførelsesform, vil hovedkonseptet som ligger til grunn den foreliggende oppfinnelse, som er en magnethydrodynamisk anordning for kontroll av avsetningen av faste uorganiske mineraler som danner avsetninger og skall som reduserer de indre diametre til rør som transporterer olje, interfererer med eller avbryter strømmen, mer spesifikt hvor rørene er produksjonssøyler, bibeholde sin innovative karakter selv når de med normale kunnskaper innen området kan forutse og gjøre variasjoner, endringer, avpasninger og ekvivalenter som er nødvendige og kompatible med den aktuelle fremgangsmåten uten dermed å gå utover omfanget og ånden for oppfinnelsen, som er gitt av de etterfølgende krav.

Claims (9)

1. Magnethydrodynamisk anordning for preventiv kontroll av skall i oljebrønn-produksjonssøyler,karakterisert vedat den innbefatter: I en første flens (1), med samme diameter som en første flens hos produksjons- søylen (2), har kontinuitet med en første rørlengde (3) av samme indre diameter som produksjonssøylen (C), med en første avslutning i form av en kopp (4), I et antall magneter (5, 6), posisjonert som diametralt motsatte par med et siderom mellom hvert par, er fast festet og holdt i sine posisjoner ved festing av det ytre områder av én av deres ekstremiteter til den indre overflaten av den første avslutningen i form av en kopp (4), I en andre avslutning i form av en kopp (7) festet til det ytre området av de andre ekstremiteter hos parene med magneter (5, 6), har kontinuitet med en andre rørlengde (8) som ender i en andre flens (9) av samme diameter som en andre flens hos produksjonssøylen (10).

2. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat magnetene (5, 6) er av den permanente typen og at materialet er valgt fra sjeldne jordelementer.

3. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat magnetene (5, 6) er av samme materialet, men har ulike egenskaper bestemt i forhold til den tiltenkte behandling.

4. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat magnetene (5, 6) har ulike styrker, men at magnetfeltet generert av dem er konstant.

5. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat par med diametralt motsatte magneter med mindre magnetstyrke (5) er posisjonert tilstøtende de diametralt motsatte par med magneter med større magnetstyrke (6).

6. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat de magnetiske feltlinjer, med en sirkulær egenskap, går på tvers gjennom fluidstrømmen (F).

7. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat all fluidstrømmen (F) som går mellom de tilstøtende magneter (5, 6) mottar effekten av magnetfeltet ved en konstant styrke.

8. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat den tillater en hvilken som helst type operasjonsprosedyre og arbeid å utføres på produksjonssøylen (C) og brønnen (P).

9. Magnethydrodynamisk anordning i henhold til krav 2,karakterisert vedat materialet til magnetene (5, 6) er neodyn-jern-bor.