Eksperimentell undersøkelse av frekvensstyrt ... - NTNU Open

The stabilization occurs when the valve closes cyclically to achieve a destructive interference with the variations observed in the production. A disadvantage when the valve was located at the wellhead was that the water inflow did not increase compared to the unstable period.

Motivasjon

Problemstilling

For å undersøke den stabiliserende effekten av den foreslåtte metoden vil metoden bli sammenlignet med kjente stabiliseringstiltak som brukes i praksis. Det vil da bli foretatt en sammenligning mellom den stabiliserende effekten den nye metoden har i forhold til vanlige stabiliseringstiltak.

Disposisjon

Først vil den stabiliserende effekten kvantifiseres ved å se på prosentvis endring i svingninger og mengden strømmer før og etter implementering av kontrollmetoden. Etter gjennomgang av tidligere arbeid vil formålet med og konfigurasjonen av laboratoriemodellen brukt i denne oppgaven bli beskrevet.

Gassløft: virkemåte og tiltak 5

Ustabilitet

Mikroskopisk ustabilitet
Makroskopisk ustabilitet
Casing Heading
Tetthetsbølger

Predikere ustabilitet
Eksisterende stabiliseringstiltak

Overdimensjonering
Økt gassinjeksjonsrate
Redusere åpningen i injeksjonsventilen
Struping av produksjonen
Dynamisk kontroll

Foreslått kontrollmetode

For at foringsrør skal oppstå, må strømmen over injeksjonsventilen være lavere enn den kritiske hastigheten. Hu og Golan (2003) mente at to forhold var nødvendige for at casing skulle oppstå.

Figur 2-2: Strømningsregimer, hentet fra Griffith (1984)

Tidligere laboratoriearbeid 21

Sivertsen, Storkaas, og Skogestad (2010)

En plugg i et stigerør er en ustabilitet forårsaket av akkumulering av væske når den passerer fra rørledningen langs havbunnen til stigerøret. Gassen vil derfor bli satt under trykk til det punktet hvor gasstrykket overvinner det hydrostatiske trykket til blokkeringsvæsken (Sivertsen et al., 2010). Selv om opprinnelsen til plugging i stigerøret er forskjellig fra opprinnelsen til støt mot beskyttelsesrør, er det eksperimentelle arbeidet til Sivertsen et al. utformingen av modellen som brukes.

Likhetene mellom modellen og modellen brukt i denne oppgaven er at vann og luft brukes som væsker, det er en gasstilførsel med komprimerbart volum som er drivkraften for ustabiliteten, diameteren på rørledningen er av samme størrelsesorden. av størrelse, og at ustabiliteten som oppstår har store likhetstrekk. Luftsystemet hadde en trykkoppbyggingsperiode på 200 sekunder, noe som påvirket gasstilførselen og dermed hele systemet. Resultatet av regulatoren viste blant annet at tidspunktet da regulatoren ble aktivert hadde betydning for hvor lang tid regulatoren brukte på å stabilisere strømmen.

Til rett tid kunne kontrolleren stabilisere flyten, men på feil tidspunkt var stabilisering ikke mulig. Dette var forskjellig fra småskalaeksperimentet, der bare tiden det tok før stabiliseringen inntraff var lengre til feil tidspunkt. Noe av konklusjonen i rapporten var at resultatene av småskalaforsøket kan overføres til mer realistiske brønnforhold.

Figur 3-2: Modelloppsett, hentet fra Sivertsen et al. (2010) Fra reservoaret pumpes det vann inn til produksjonssystemet

Sagberg (2013)

Siden målingene på vakt er visuelle, med unntak av motstandsmåleren, vil det stilles spørsmål ved nøyaktigheten av målingene.

Eksperimentelt arbeid 27

Modellbeskrivelse

Reservoaret
Produksjonsrøret
Knutepunktet
Gasstilførsel
Elektroniske måleinstrumenter

Reservoaret består av en åpen tank, vist i figur 4-2, plassert i 4,2 meters høyde. Produksjonsrøret, vist i figur 4-3, består av et fleksibelt rør med en innvendig diameter på 25 mm og en lengde på 7,5 meter. Navet inneholder en væskemåler, gassinjektoren, et avløp og en vannforsyning til reservoaret.

Kvantitative målinger gjøres med en trykktransmitter og en strømningsmåler koblet til gassrøret bak gasstanken. Vanntilførselen kunne reguleres, og vannet fra tilførselen strømmet gjennom rotameteret med en vannkapasitet på inntil Testen viser at væskemåleren er sentrert rundt 5,2 L/min, noe som stemmer godt overens med avlesningen på rotameteret.

Væskemåleren har større grad av støy i målingene enn hva de andre måleinstrumentene har vist. Basert på testen er det gitt at fluidimeteret er nøyaktig nok til å kunne brukes i laboratorietester. Selv om avlesningene er litt høyere enn innstilt trykk, er feil i den visuelle avlesningen på trykkmåleren vanskelig å utelukke.

Modellens gyldighet og relevans

Produksjonstest
Observasjon av casing heading ustabilitet
Modellens respons på økt gasstilførsel og endret ventilåpning

I den første testen ble det komprimerbare volumet slått av slik at produksjonssystemet produserte stabilt for alle gassinjeksjonsrater. Denne trenden samsvarer med det Hu (2005) i sin oppgave karakteriserte som en typisk utvikling, som vist i figur 2.4. Fra beskrivelsen av hushodet forventes det at når ringen får et høyt nok trykk, vil injeksjonshastigheten av gass begynne å øke.

Perioden med svingninger i trykk og strømningshastigheter er lavere enn det som observeres i reelle brønner. Lengden og volumet på ringrommet og produksjonsrøret på laboratoriemodellen er mindre enn det som er normalt for en reell produksjonsbrønn. På bakgrunn av at modellen er i stand til å simulere ustabilitet under produksjon, er det tatt to tiltak for å forbedre stabiliteten.

Fra figur 2-4 er det forventet at produksjonen vil nå et stabilt område når gassinjeksjonshastigheten økes, noe systemet gjør. Ved starten stenges ventilen til et punkt hvor trykktapet over ventilen hindrer trykkkommunikasjon mellom ringrommet og. Utviklingen er i tråd med det som forventes av foringsrørets ustabilitet og det som er spådd av.

Figur 4-9: Laboratoriemodellens produksjonskurve

Forsøk 43

Første forsøk

Resultat av avstengt ringrom
Resultat av økt gasstilførsel
Resultat av kritisk strømning over injeksjonsventilen
Resultat av 0,1 Hz ventilavstengning
Sammenligning av resultatene i første forsøk

Det er heller ingen indikasjon på andre frekvenskomponenter som 0,3 Hz når ventilen er stengt. Utviklingen av vanntilførsel og ringromstrykk etter stabiliseringstiltaket med 0,7 Hz ventillukking er forskjellig fra tidligere strømninger. I alle forsøksforløpene ble det utført en frekvensanalyse for referanseperioden og perioden etter gjennomføring av stabiliseringstiltaket.

Volumendringen refererer til endringen i den totale vannmengden som strømmer fra magasinet i løpet av hele perioden sammenlignet med referanseperioden. Ved 0,7 Hz ventilstengning ble stabiliseringseffekten redusert og reduksjonen var kun 75,6 % sammenlignet med referanseperioden. Den lave reduksjonen ved 0,1 Hz ventillukking kan skyldes at ventilstengefrekvensen er for lav, slik at effekten av ringvolum når ventilen var åpen ble for stor.

En frekvens på 0,5 Hz ved ventillukking hadde størst effekt av de sykliske stengekjøringene, med reduksjonen i effekt på ringromstrykket på 80,7. Ventilavskjæringen ved 0,5 Hz hadde størst økning i vanntilførsel, størst reduksjon i trykkeffekt og størst reduksjon i effekt ved . Trenden viser en jevn nedgang i ringromstrykket til 0,5 Hz ventillukking, økende fra 0,5 Hz til 0,7 Hz.

Figur 5-5: Avstengning av kompressibelt volum

Andre forsøk

Sammenligning av resultatene i andre forsøk

Sammenlignet med referansestrømningsperiodene i det første forsøket viser denne perioden et større påvirkningsområde med lengre strømningstid. Også her er det antydning til andre frekvenskomponenter, men de har ikke like stor innflytelse som i forrige flyvning. Umiddelbart etter at avstengingen begynner, er det en periode hvor systemet tilpasser seg den nye frekvensen.

Resultatene har en amplitude større enn gjennomstrømningen i første forsøk, men det er fortsatt en betydelig reduksjon. Frekvensspekteret i figur 5-30 viser en tydelig topp ved 0,5 Hz, noe som indikerer at systemet ikke er påvirket av andre forstyrrelser. Ringromstrykket har en reduksjon på 69,1 %, som er høyere enn i det første forsøket, hvor prosent.

Endringen i volum går fra det laveste punktet med en ventilstengning på 0,1 Hz, og stiger til det høyeste punktet ved 0,5 Hz. For å gi en bedre oversikt over de to testene som er utført så langt, er det foretatt en sammenligning av gjennomsnittsverdiene av ringromstrykket for begge testene etter at ventillåsen er aktivert. Det er derfor ingen grunn til å tro at dette har stor betydning for forskjellen i gassinjeksjon.

Figur 5-24:Plot for 0,1 Hz ventilavstengning, 2. forsøk

Tredje forsøk

Resultat av 0,1 Hz ventilavstengning ved brønnhode
Sammenligning av resultatene i tredje forsøk

I den første sonen er ventilen åpen, slik at strømmen ikke begrenses ved brønnhodet. Det er fortsatt antydning til en effekt ved en frekvens lik den naturlige frekvensen til systemet, men effekten er ikke like tydelig som i forrige kjøring. Når ventilens stengefrekvens øker til 0,5 Hz, justeres utgangssystemet med en dominant frekvens på 0,025 Hz.

Sammenlignet med de andre strømmene hvor ventillukking på 0,5 Hz hadde best effekt, er i dette tilfellet frekvensen den som gir minst effekt. I motsetning til tidligere eksperimenter, viste ventillukking ved 0,7 Hz den mest stabile trenden av alle eksperimenter. Ved denne strømmen var effekten klarest ved 0,1 Hz, men med sterk effekt ved 0,7 Hz.

Endringene i resultater for de ulike kjøringene med frekvensstyrt ventilstengning har en annen trend sammenlignet med de tidligere forsøkene. Den prosentvise endringen i totalt vanntilsig mellom referanseperioden og perioden etter at ventilavstengningen ble aktivert var gjennomgående lav. Dette betyr at forsøket viste en produksjonsgevinst på nesten 40 % ved bruk av syklisk ventilavstengning ved brønnhodet sammenlignet med statisk struping ned til stabil produksjon.

Figur 5-40 viser en testgjennomkjøring av systemet. I det første område er ventilen åpen, slik at strømningen ikke har noen restriksjoner ved brønnhode

Diskusjon 77

Ventilavstengningens effekt på produksjonen

Innstrømningshastigheten ble valgt på grunn av mangel på måleutstyr som nøyaktig kan måle tofasestrømmen ved borehullet. Selv om ventilavstengning ved brønnhodet hadde størst stabiliserende effekt av alle de dynamiske ventilavstengningsforsøkene, var denne metoden den minst gunstige med tanke på økt produksjon. Metoden som viste høyest endring, med en økning på over 50 %, var med syklisk avstengning av injeksjonsventilen med 60 liters tank.

Passasjen med lukket ringrom hadde en positiv effekt på vanntilførselen, men ikke på nivået av syklisk lukking av injeksjonsventilen.

Figur 6-2: Prosentvis endring i innstrømning og snittrykk

Ventilavstengningens effekt på gassinjeksjonen

Når ventilavstengningen flyttes til brønnhodet, er det en klar økning i gjennomsnittlig gassinjeksjonshastighet sammenlignet med da kontrollen var ved injeksjonspunktet. Dette er fordi injeksjonsventilen ikke har en strømningsbegrensning, så det vil alltid være en. I figur 6-4 vises gjennomsnittlig ringtrykk i perioden etter at ventilavskjæringen er aktivert for alle frekvenser i de ulike testene.

Figuren viser at trykket i ringrommet når ventilstoppet er ved brønnhodet har et lavere trykk enn da. Siden injeksjonsventilen ikke begrenser gassinjeksjonen under lukking av brønnhodeventilen, vil dette medføre en økning. Selv om eksperimentet der kontrolleren var ved brønnhodet hadde en høyere gjennomsnittlig injeksjonshastighet, ble produksjonen begrenset av en produksjonsventil som syklisk strupet strømmen.

Figur 6-4: Ringromstrykk som funksjon av ventilavstengningsfrekvens

Veien videre

Innlegg presentert på SPE International Enhanced Oil Recovery Conference i Asia Pacific, Kuala Lumpur, Malaysia. Effekten på den grafiske representasjonen av den diskrete Fourier-transformasjonen av en enkel sinuskurve er illustrert i figur A-3 og figur A-4. En annen feilkilde kan oppstå hvis antall målepunkter for en bølge ikke er et multiplum av perioden.

I figur A-7 er den diskrete Fourier-transformasjonen den samme bølgen som vist før, men antall målepunkter er endret til N104. Kontrolleren har en skrue som angir frekvensen for lukking av ventilen, en indikator som viser frekvensen til den valgte parameteren og en justeringsknapp som endrer fasen for lukking av ventilen. Frontpanelet består av en filvelger, hvor filen for ønsket måledata velges og lastes inn i programmet.

Det er lagt til en tidsakse der minimumsverdien til tidsaksen er tidspunktet da målingene i filen startet, og maksimumsverdien er tidspunktet da målingene i filen ble avsluttet. Den første fanen, "Samlingsplott", består av et plott av delen av de to valgte parameterne. Det er også lagt til en toneekstraktor som finner den dominerende frekvensen av utdrag som vises i en numerisk indikator.