NO20110541A1 - Bronnhode-ventilsystem for justering av stromningen med integrert flerfase-stromningshastighetsevne - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse angår et brønnhodeventilsystem for å justere strømningen, for eksempel, av hydrokarbon, som omfatter en hydraulisk styreventil (10) for åpning av brønnhodet bygd opp av et ventillegeme (11) anordnet med et rør (14,15) for passasje av en strømning (F) av fluider, med en innløpsåpning (12) og en utløpsåpning (13), anbrakt mellom innløpsåpningen (12) og utløpsåpningen (13) er en justerbar dyse (16); en aktuator (24) tilpasset for å kommandere ventilen (10) til å lukke og åpne, hvor aktuatoren (24) opererer på åpnings- og lukningsinnretning (20) til en justerbare dyse (16); og en posisjonsmåler (17) tilpasset for å bestemme graden av åpning av den justerbar dyse (16), og er kjennetegnet ved at posisjonsmåleren (17) er integral med åpnings- og lukningsinnretning (20) til den justerbar dyse (16). Takket være de nøyaktige målinger utført av posisjonsmåleren (17), er det mulig å bestemme gass/væske monofase og/eller bifase strømningsmengdeverdi nøyaktig og øyeblikkelig, basert på data målt av et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23), som omfatter trykksensorer (22) og temperatursensorer (23) fortrinnsvis posisjonert integral med ventillegemet (11).

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et brønnhode-ventilsystem for å justere strømningen, også kalt brønnhode-strupeventilsystem, f.eks. for hydrokarboner, med integrert evne til måling av flerfase-strømningsmengde. I området for fluidutvinning, spesielt hydrokarboner slik som petroleum eller naturgass, er brønnhodet en del av brønnen på overflaten og omfatter et sett av styreventiler benyttet for både å styre og justere strømningen av fluider, fra eller mot brønnen, så vel som sikkerhetsventiler for å forhindre en ukontrollert frigjøring av petroleum eller gass inn i miljøet.

Når brønnen er i en tilstand hvor den kan produsere petroleum eller gass, er ventilene til brønnhodet passende åpnet og fluidene er frigjort gjennom en rørledning som transporterer de til en samlingsstasjon, eller på annen måte til en plattform eller lagringsskip, i tilfellet med en undervannsbrønn.

Det er i dag ventiler eller ventilsystemer på markedet som benyttes med brønnhodet og som tillater strømningsmengden av strømningen av hydrokarboner å styres.

Ventilsystemene kjent frem til i dag, forutser ikke imidlertid strømnings-mengden og, for å utføre slik måling, er det nødvendig å benytte passende strømningsmengde-måleanordninger.

I allerede eksisterende anlegg, er strømningsmengde-måleanordninger delt blant mange brønner på grunn av problemer med mekanisk volum eller fordi de ikke kan installeres ved å modifisere konstruksjonen av rørledningene nedstrøms av brønnhodet.

Alternativt, er det mulig å installere temporære strømningsmengde-måleanordninger, utvendig og parallelt til eksisterende anlegg, posisjonert nedstrøms av brønnhodet under spesielt organiserte målekampanjer.

En slik operasjon, utover generelt å kreve spesifikk autorisasjon, er den også tidskrevende og kostbar.

Med hensyn til metoden for å modifisere graden av åpning av selve ventilen i henhold til justeringen av strømningen, i anvendelse på land, er slike ventiler eller ventilsystemer hovedsakelig av den manuelle type.

Ventiler eller ventilsystemer eksisterer som er fjernstyrt gjennom passende aktuatorer aktuert i henhold til produktive behov og strømningsmengdedata, generelt benyttet fjernstyrt kun i utilgjengelige områder, i likhet med tilfellet med undervanns-brønnhoder, eller ubemannede steder.

Dessuten er det ved et brønnhode ønskelig å benytte ventilsystemer som er i stand til å utføre hurtige overganger av sin åpningsgrad, for på den måte å være i stand til å utføre spesielle anleggstester, f.eks., å bevirke plutselig strømmengde-variasjoner.

De mest vanlige ventilsystemer som benyttes i dag tillater imidlertid ikke en hurtig nok manøvreringshastighet for å utføre slike tester, f.eks. en åpnings- eller lukningsmanøver innen mindre enn et sekund.

På den annen side har ventilsystemene som er hurtig nok for manøvreringen slike mekaniske klaringer for på den måten å ikke tillate en tilstrekkelig nøyaktig bestemmelse av den produserte overgang.

Derfor, tillater ikke en justering utført gjennom slike ventilsystemer, at en høy grad av nøyaktighet oppnås for fine justeringer av strømningen.

Hvis det er ønskelig å benytte ventilsystemene som er kjent i dag, er det således nødvendig å gjøre kompromisset mellom å ha høy ventilreaksjons-hastighet og ha et godt nivå av nøyaktighet.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de forannevnte ulemper og spesielt det med å oppnå et brønnhodesystem for å justere strømningen som tillater en hurtig og nøyaktig justering av strømningsmengden fra eller mot brønnen.

Et ytterligere mål med den foreliggende oppfinnelse er det med å lage et brønnhode-ventilsystem som er i stand til å måle den øyeblikkelige flerfase-strømningsmengde.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelse er det med å tilveiebringe et brønnhodeventilsystem som tillater hurtig åpning og/eller lukking av overganger som kan utføres idet høy nøyaktighet opprettholdes med hensyn til dets egen øyeblikkelige åpningsgrad.

Det siste, men ikke det minste formål med den foreliggende oppfinnelse, er å lage et brønnhodesystem som kan programmeres, og tilby muligheten av å operere fullstendig automatisk.

Disse og andre formål i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås ved å lage et brønnhodesystem som angitt i krav 1.

Ytterligere egenskaper med brønnhode-ventilsystemet er gjenstanden for de vedføyde krav.

Egenskapene og fordelene med et brønnhode-ventilsystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil bli klarere fra den følgende beskrivelse, gitt som et eksempel og ikke for begrensningsformål, med referanse til de vedføyde skjematiske tegninger i hvilke: - fig. 1 er et perspektivriss av en utførelse av en hydraulisk ventil benyttet i brønnhode-ventilsystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse; - fig. 2 er et seksjonsriss av brønnhode-ventilsystemet i henhold til utførelsen i fig. 1.

Med referanse til figurene, er et brønnhode-ventilsystem vist, i sin helhet indikert med nummeret 100.

Brønnhode-ventilsystemet 100 omfatteren hydrauliskstyringsventil 10 justert for å åpne og lukke ved en aktuator 24 igjen aktuert gjennom manuelle kommandoer, eller fortrinnsvis, automatisk gjennom en kontroll-logikk 25 som prosesserer et passende kommandosignal basert, blant annet på verdier detektert ved en posisjonsmåler 70 indikativ på graden av åpning av ventilen 10.

Den hydrauliske styreventilen 10, omfatter et ventillegeme 11 anordnet med en innløpsåpning 12 og en utløpsåpning 13 gjennom hvilken, hvis ventilen 10 er i en i det minste delvis åpen utforming, passerer fluidene, f.eks. hydrokarboner, i henhold til strømningsretningen indikert med pilen F i fig. 2.

Ved innløpsåpningen 12 og utløpsåpningen 13, omfatter ventillegemet 11 en første og en andre flens 11a og 11b.

Satt inn mellom innløpsåpningen 12 og utløpsåpningen 13 er en justerbar dyse 16 forutsett.

I den illustrerte foretrukne utførelse, er innløpsåpningen 12 og utløps-åpningen 13 på plan perpendikulær til hverandre, svarende til endene av et "L"-formet rør, dvs. bygd opp av to rørpartier 14 og 15 som er perpendikulære til hverandre.

Den justerbare dyse 16 er anordnet ved albuen av det "L"-formede rør.

For å justere åpningsgraden av ventilen 10, kommanderer aktuatoren 24 den justerbare dyse 16 spesielt ved å operere på åpningen og luknings-innretningen 20 til en slik justerbar dyse 16.

På en foretrukket måte, er den justerbare dyse 16 et element med skiver som omfatter en første fast skive 18 anordnet med et hull (ikke illustrert) og en andre bevegbar skive 19, også anordnet med et ytterligere hull (ikke illustrert).

Den bevegbare skive 19 er integral med en spindel 20 som er kommandert til å rotere av aktuatoren 24.

På en slik måte er også den bevegbare skive 19 kommandert til å rotere, for på den måten å modifisere det overlappende overflatepartiet til åpningene av de to skivene 18, 19.

På denne måten, er en variasjon av graden av åpning av ventilen 10 oppnådd.

I henhold til den følgende oppfinnelse, er posisjonsmåleren 17, lik f.eks. en omkoder, integral med åpnings- og lukningsinnretninger 20 for den justerbare dyse 16 for på denne måten å detektere den nøyaktige åpningsgrad av nevnte justerbare dyse 16 og derfor av ventilen 10.

I den illustrerte utførelse, er posisjonsmåleren 17 integral med spindelen 20 til den bevegbare skive 19 og således detekterer den nøyaktige posisjon av settet bygd opp av den bevegbare skive 19 og spindelen 20, og derfor den eksakte relative posisjon mellom åpningene av de to skiver 18,19 festet og bevegbare.

Fra den relative posisjon mellom åpningene av de to skiver 18, 19, er det mulig å beregne det overlappende parti av de respektive åpninger nøyaktig.

På en slik måte, er justeringen av posisjonen til settet 19, 20 fullstendig fri fra mulige mekaniske klareringer som kan påvirke aktuatoren 24 siden justeringen av selve aktuatoren 24 er fri fra slike mekaniske klareringer.

Brønnhode-ventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan således utføre hurtige overganger uten å påvirke nøyaktigheten av graden av åpning for selve ventilen 10.

Dessuten, takket være de nøyaktige målinger utført av posisjonsmåleren 17, er kontroll-logikken 26 i stand til å nøyaktig og øyeblikkelig bestemme gass/væske-enkeltfasen og/eller to-fase strømningsmengde-verdien, som starter fra data målt av et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer 22, 23, som omfatter i det minste trykksensorer 22 og temperatursensorer 23.

På en slik måte, så vel som basert på produksjonsbehov, kan åpningen og lukningen av en hydraulisk ventil 10 justeres på en fin måte basert på de beregnede strømningsmengde-verdier.

Trykksensorer 22 er fortrinnsvis benyttet som opererer ved en prøve-frekvens større enn eller lik med 100 prøver pr. sekund, og temperatursensorer 23 som opererer ved en prøvefrekvens som er større enn eller lik med én prøve pr. sekund. Dette gjør det mulig å eksakt detektere og registrere virkningen av hurtige overganger for graden av åpning av den justerbare dyse 16.

På en foretrukket måte, er fluidet og/eller strømningsparameter-sensorene 22, 23 integrale med ventillegemet 11 til den hydrauliske styreventil 10 og posisjonert begge oppstrøms, og nedstrøms av den justerbare dyse 16 med hensyn til retningen av strømningen F.

Spesielt, er slike fluid og/eller strømningsparameter-sensorer 22, 23 styrt til den første og den andre flens 11a, 11 b til ventillegemet 11.

På en slik måte, er målingene av trykket, av temperaturen og av graden av åpning av ventilen så vel som den følgende beregnede gass/væske monofase og/eller bifase strømningsverdi, kjent med absolutt samtidighet og således eliminerer tidsforskjeller som eksisterer blant disse data i konvensjonelle brønn måle- og styresystemer.

Dessuten, tillater evnen til brønnhodeventil-systemet, for å oppnå gass/væske enkelfase og/eller to-fase strømningsmengde, hver brønn å ha et komplett sett av målinger og således unngå behovet for å installere ytterligere apparatur i passende posisjoner på rørledningen.

Igjen, siden brønnhodeventilen er en utbyttbar komponent uten å måtte aktuere permanente modifikasjoner av anlegget på overflaten, tillater også ventilsystemet til den foreliggende oppfinnelse selv eksisterende anlegg å utstyres med permanent måleegenskap, for fluidet og/eller strømningsparameterne, hvor ingen opprinnelig var forutsett.

Brønnhodeventilsystemet 100 omfatter fortrinnsvis i tillegg målere 21 for måling av konsentrasjon av vann i væsketilstanden, også kalt vann-avstrømningsmålere, integral med ventillegemet 11 posisjonert oppstrøms og/eller nedstrøms av den justerbare dyse 16 med hensyn til retningen av strømningen F.

På en slik måte, er brønnhodeventilsystemet 100 også i stand til å bestemme mengden av vann i hydrokarbonfluidet som strømmer gjennom ventilen 10, og den kan derfor også detektere treveis-strømningsmengden, dvs. strømningsmengdene til de enkelte atskilte fluidfaser (f.eks., damp/hydrokarbon/ vann.

Igjen, tillater bruken av en kontroll-logikk 25 i ventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse operasjoner av ventilsystemet 100 å kunne programmeres, som f.eks., programmering av den automatiske rengjørings-operasjon av den justerbare dyse.

En slik operasjon kan repeteres ved forhåndsbestemte intervaller eller når det er uregelmessige variasjoner i strømningsmengde som brønnhode-ventilsystemet 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelse er i stand til å detektere, som f.eks. en plutselig økning av strømningsmengden oppstrøms av den justerbare dyse 16.

Fra beskrivelsen bør således egenskapene til ventilsystem-gjenstanden til den foreliggende oppfinnelse så vel som de relative fordeler være tydelige.

Det er tilslutt tydelig at ventilsystemet som således er oppfunnet kan gjennomgå forskjellige modifikasjoner og variasjoner, alle dekket av oppfinnelsen; dessuten kan alle detaljene erstattes av teknisk ekvivalente elementer.

I praksis kan de benyttede materialer, så vel som størrelsene, være hva som helst i henhold til de tekniske kravene.

Claims (15)

1. Brønnhodeventilsystem (100), omfattende: en hydraulisk styreventil (10) for å åpne brønnhodet bygd opp av en ventil (11) anordnet med et rør (14, 15) for passasjen av en strømning (F) av fluider, med en innløpsåpning (12) og en utløpsåpning (13), anbrakt mellom nevnte innløpsåpning (12) og nevnte utløpsåpning (13) er en justerbar dyse (16); en aktuator (24) tilpasset for å kommandere nevnte ventil (10) til å lukke og åpne, nevnte aktuator (24) opererer på åpning og lukkingsinnretning (20) til nevnte justerbare dyse (16); en posisjonsmåler (17) tilpasset for å bestemme graden av åpning av nevnte justerbare dyse (16),karakterisert vedat nevnte posisjonsmåler (17) er integral med nevnte åpnings- og lukningsinnretning (20) til nevnte justerbare dyse (16).

2. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat det omfatter et flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) integral med nevnte ventillegeme (11).

3. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 2, karakterisert vedat nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) er anordnet både oppstrøms, nedstrøms av nevnte justerbare dyse (16) med hensyn til retningen av nevnte strømning (F).

4. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 2 eller 3, karakterisert vedat nevnte ventillegeme omfatter en første flens (11a) anordnet ved nevnte innløpsåpning (12) og en andre flens (11b) anordnet ved nevnte utløseråpning (13), nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) er holdt til nevnte flenser (11a, 11 b).

5. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ett av kravene 2-4,karakterisert vedat nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) omfatter i det minste trykksensorer (22) og/eller temperatursensorer (23).

6. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 5, karakterisert vedat nevnte trykksensor (22) har en prøvemengde større eller ekvivalent med 100 prøver pr. sekund, og at nevnte temperatursensor (23) har en prøvemengde større eller ekvivalent med én prøve pr. sekund.

7. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter innretninger (25) for å styre nevnte ventil (10) tilpasset for å kommandere nevnte aktuator (24) i det minste i henhold til data detektert av nevnte flertall av fluid og/eller strømningsparameter-sensorer (22, 23) og data målt av nevnte posisjonsmåler (17).

8. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter i det minste én måler (21) for å måle konsentrasjonen av vann i væsketilstand, integral med nevnte ventillegeme (11).

9. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 8, karakterisert vedat nevnte i det minste ene måler (21) for måling av konsentrasjonen av vann i væsketilstand er anordnet oppstrøms og/eller nedstrøms av nevnte justerbare dyse (16) med hensyn til retningen av nevnte strømning (F).

10. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 8 eller 9, karakterisert vedat nevnte i det minste ene måler (21) for måling av konsentrasjon av vann i væsketilstand er holdt til nevnte flens (11a, 11b) av nevnte ventillegeme (11).

11. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte rør (14, 15) er L-formet.

12. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 11, karakterisert vedat nevnte pluggelement (16) er anordnet ved albueskjøten til nevnte L-formet rør (14,15).

13. Brønnhodeventilsystem (100) i henhold til ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte justerbare dyse (16) er et element med skiver som omfatter en første fast skive (18) anordnet med en første åpning og en andre bevegbare skive (19) anordnet med en andre åpning, graden av åpning av nevnte justerbare dyse (16) med skiver er bestemt av graden av overlapping av nevnte første og andre åpning.

14. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge krav 13, karakterisert vedat nevnte andre bevegbare skive (19) er integral med en spindel (20) rotert av nevnte aktuator (24).

15. Brønnhodeventilsystem (100) ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte posisjonsmåler (17) er en omkoder.