DE69029903T2 - Mittel und Verfahren zur Analyse eines Ölstroms - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Analysegeräte und Analyseverfahren und insbesondere Erdölstromanalysegeräte und -analyseverfahren.
• US-A-4,764,718 beschreibt eine Vorrichtung zum Erzielen einer Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser enthaltenden Erdölstroms, wobei die Vorrichtung umfaßt:
• eine Sendeeinrichtung zum Senden von Mikrowellenenergie in den Erdölstrom;
• eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von durch den Erdölstrom gesendeter Mikrowellenenergie;
• eine Detektoreinrichtung, die betreibbar ist, um Signale, die jeweils für die Intensität der von der Sendeeinrichtung gesendeten Mikrowellenenergie und der Intensität der von der Empfangseinrichtung empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ sind, für eine Bestimmung der Dämpfung zu liefern;
• eine Phaseneinrichtung, die betreibbar ist, um ein Signal, das für die Phasendifferenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ ist, zu liefern;
• eine Speichereinrichtung zum Speichern von vorab bestimmten Dämpfungs- und Phasendifferenzwerten, die für den vorab bestimmte Prozentsätze von Öl und Wasser enthaltenden Strom repräsentativ sind; und
• eine Ableiteinrichtung, die auf die von der Detektoreinrichtung und der Phaseneinrichtung gelieferten Signale und die gespeicherten vorab bestimmten Werte anspricht, um ein für das Öl/Wasser-Verhältnis repräsentatives Signal abzuleiten.
• Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß:
• die Vorrichtung geeignet ist, eine Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser zusammen mit einem dritten Fluid, das entweder Gas oder ein oberflächenaktives Mittel ist, enthaltenden Erdölstroms zu erzielen;
• die Speichereinrichtung erste und zweite Karten speichert, wobei jede unter Verwendung von Referenzpunkten erzeugt ist, die für die vorab bestimmten Dämpfungs- und Phasendifferenzwerte jeweils bei 100 % Öl, 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids repräsentativ sind, eine Linie (L1) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids verbindet, eine Linie (L2) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % Wasser verbindet, und eine Linie (L3) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % des dritten Fluids verbindet, wobei die erste Karte für wasserkontinuierliche Fluid-Gemische und die zweite Karte für Ölkontinuierliche Gemische ist; und
• die Ableiteinrichtung betreibbar ist, um einen Meßpunkt innerhalb der geeigneten Karte als Antwort auf die für die Dämpfung und die Phasendifferenz repräsentativen Signale zu bestimmen, und das für das Öl-Wasser-Verhältnis entsprechend der Beziehung des Meßpunktes zu der Karte repräsentative Signal erzeugt.
• Die vorliegende Erfindung erfaßt auch ein Verfahren gemäß Anspruch 5.
• Das dritte Fluid kann ein Gas in einem von einem Bohrloch erzeugten Erdölstrom oder ein oberflächenaktives Mittel in einem Erdölstrom sein, der durch ein verbessertes Ölrückgewinnungsverfahren unter Verwendung des Einspritzens eines oberflächenaktiven Mittels in eine ölführende Erdformation, um das Formationsöl in Richtung eines ölführenden Bohrloches zu treiben, von einem Bohrloch erzeugt ist.
• Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
• Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Erdölstromanalysegerätes ist, das entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
• Fig. 2A eine graphische Wiedergabe einer Karte ist, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung für einen Erdölstrom verwendet wird, der in einer wasserkontinuierlichen Phase ist.
• Fig. 2B eine graphische Wiedergabe einer Karte für einen Erdölstrom ist, der in einer Ölkontinuierlichen Phase ist.
• Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Erdölstromanalysesystems ist, das entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
• Das in Fig. 1 gezeigte Analysegerät schließt eine Mikrowellenquelle 3 ein, die elektromagnetische Energien, nachfolgend als Mikrowellenenergie bezeichnet, bei zwei Mikrowellenfrequenzen liefert. Es werden bevorzugte Frequenzen von 10,119 GHz und 10,369 GHz verwendet, obwohl das wahre Kriterium darin besteht, daß es eine wesentliche Differenz zwischen den zwei Frequenzen gibt. Die Quelle 3 wird mit kleiner Leistung betrieben und kann eine Mikrowellen-Gunquelle verwenden. Die Quelle 3 liefert die Mikrowellenenergien über Mikrowellenleiter 5 und 6 zu einer Schalteinrichtung 4. Die Schalteinrichtung 4 wird von einem Signal E1 gesteuert, um die Mikrowellenenergie von entweder dem Leiter 5 oder 6 hindurchzulassen und sie zu einem Richtkoppler 7 zu liefern. Der Richtkoppler 7 liefert die gewählte Mikrowellenenergie an einen Zirkulator 8 und einen herkömmlichen spannungsgesteuerten Phasenschieber 9. Die gesamte Leitung oder das gesamte Übertragen von Mikrowellenenergie wird durch Verwendung von herkömmlichen Wellenleitern bewerkstelligt.
• Der Zirkulator 8 liefert Mikrowellenenergie an eine Antenne 12. Die Antenne 12 liefert die Mikrowellenenergie durch ein Fenster 14, das aus einem niedrigdielektrischen Material, wie z.B. Keramik oder Teflon, hergestellt sein kann, an einen Erdölstrom mit wenigstens Öl und Wasser, der durch ein Rohr 17 hindurchtritt. Das Rohr 17 kann ein Bereich einer Rohrleitung mit Fenstern 14 oder es kann aus dem "Fenster"-Material hergestellt sein. Die von der Antenne 12 bereitgestellte Mikrowellenenergie tritt durch den Erdölstrom und ein weiteres Fenster 14 und wird von einer Antenne 20 empfangen. Die Antenne 20 liefert die empfangene Mikrowellenenergie an eine Schalteinrichtung 24, die wiederum die empfangene Mikrowelle als Testmikrowellenenergie an einen Richtkoppler 28, wie nachfolgend erklärt, liefert. Der Richtkoppler 28 liefert die Testmikrowellenenergie an einen Detektor 32 und an einen Mischer 34. Der Detektor 32 liefert ein Signal E2, das der Intensität der von der Antenne 20 empfangenen Mikrowellenenergie entspricht.
• Der Erdölstrom reflektiert auch einen Teil der Mikrowellenenergie zu der Antenne 12 zurück, der durch die Antenne 12 zu dem Zirkulator 8 zurückgelangt. Der Zirkulator 8 hindert die reflektierte Mikrowellenenergie an der Rückeinspeisung zur Quelle 3 und liefert die reflektierte Mikrowellenenergie an die Schalteinrichtung 24. Die reflektierte Mikrowellenenergie wird wichtiger, wenn der Abstand zwischen den Antennen 12 und 20 zunimmt. Dies gilt insbesondere dort, wo eine große den Erdölstrom tragende Rohrleitung überwacht wird.
• Eine positive Gleichstromspannung +V wird an einen Schalter 36 geliefert, der mit der Schalteinrichtung 24 verbunden ist. Mit einem offenen Schalter 36 liefert die Schalteinrichtung 24 Mikrowellenenergie von der Antenne 20 als Testmikrowellenergie. Wenn der Schalter 36 geschlossen ist, wird die reflektierte Mikrowellenenergie von dem Zirkulator 8 von der Schalteinrichtung 24 als Testmikrowellenenergie bereitgestellt.
• Die Mikrowellenenergie von dem spannungsgesteuerten Phasenschieber 9, nachfolgend als Referenzmikrowellenenergie bezeichnet, und die Testmikrowellenenergie von dem Richtkoppler 28 werden an den Mischer 34 geliefert, der sie mischt, um zwei elektrische Signale E3, E4 bereitzustellen, die jeweils für die Phasen der Referenzmikrowellenenergie und der Testmikrowellenenergie repräsentativ sind.
• Ein Differenzverstärker 40 liefert ein Ausgabesignal E0 gemäß der Differenz zwischen den Signalen E3 und E4. Das Signal E0 ist eine Funktion der Phasendifferenz zwischen der Referenzmikrowellenenergie und der Testmikrowellenenergie und wird an ein Rückkopplungsnetzwerk 44 geliefert. Das Rückkopplungsnetzwerk 44 liefert ein Signal C an den spannungsgesteuerten Phasenschieber 5, der die Phase der Referenzmikrowellenenergie steuert, und an eine Mini-Computereinrichtung 50. Das Signal E0, und somit das Signal C, nimmt in der Amplitude ab, bis es im wesentlichen eine 90º-Phasendifferenz zwischen der Referenzmikrowellenenergie und der Testmikrowellenenergie gibt. Der spannungsgesteuerte Phasenschieber 5 zeigt die zum Auslöschen der Phasendifferenz erforderliche Phasenschiebung an.
• Das Signal E2 von dem Detektor 32 wird auch an die Computereinrichtung 50 geliefert. Es ist entdeckt worden, daß die Phasendifferenz für Messungen in einem Fluidstrom unter gewissen Umständen 360º überschreiten kann. Diese Umstände schließen Fälle ein, in denen die dielektrische Konstante des Stroms groß ist, z.B., wenn der Prozentsatz von Wasser im Erdöl groß ist, und wenn die Emulsion wasserkontinuierlich ist und in Fällen, in denen der Abstand zwischen den Antennen groß ist, wie in dem Fall, daß ein größeres Rohr 17 von Fig. 1 verwendet wird.
• In diesen Fällen kann die wahre Phasenschiebung die gemessene Phasenschiebung plus irgendein ganzzahliges Vielfaches von 360º sein. Die vorliegende Erfindung löst diese Mehrdeutigkeit durch Überwachen des Öls bei zwei im wesentlichen verschiedenen Frequenzen, der Hauptfrequenz f&sub1;, und einer zweiten Frequenz f&sub2;, und unter Verwendung der Differenz der gemessenen Phasenschiebung, (Phase 1 - Phase 2) bei den zwei Frequenzen, um den korrekten ganzzahligen Multiplikator zu bestimmen, der zu verwenden ist, wenn die wahre Phasenschiebung berechnet wird. Die korrekte ganze Zahl wird anhand einer Tabelle gewählt, die anhand der Kenntnis der involvierten Frequenzen geschaffen ist. Die maximale mögliche Größe der ganzen Zahl, die aufgelöst werden kann, wird durch die Trennung der Frequenzen f&sub1; und f&sub2; begrenzt. Im vorliegenden Fall kann die Größe einer ganzen Zahl bis zu 40 aufgelöst werden. Eine Verringerung der Frequenztrennung würde die maximale Größe der ganzen Zahl erhöhen, wobei diese weiterhin nur durch die Auflösung der Phasenschiebungsmessung begrenzt wäre.
• Ein Temperatursensor 52 mißt die Temperatur des Erdölstroms in dem Rohr 17 und liefert ein Signal T an die Computereinrichtung 50, das für die gemessene Temperatur repräsentativ ist.
• Der Phasenschieber 9 liefert auch ein Freigabesignal an die Computereinrichtung 50, das der Computereinrichtung 50 erlaubt, die Signale T, C und E2 zu verwenden. Die Computereinrichtung 50 liefert auch das Signal E1 an die Schalteinrichtung 4, so daß die Computereinrichtung 50 das Signal E2 mit einer besonderen Frequenz korrelieren kann.
• Fig. 2A stellt eine "Karte" eines Erdölstroms mit wasserkontinuierlicher Phase dar, wobei 100 % Fluid-, 100 % Wasser- und 100 % Öl-Punkte jeweils als Fluid, Wasser und Öl gezeigt sind. Das Fluid ist entweder Gas oder ein oberflächenaktives Mittel und wird nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung als Fluid bezeichnet. Fig. 2B ist eine "Karte" eines Erdölstroms mit ölkontinuierlicher Phase. Die Karten der Fig. 2A und 2B wurden anhand von empirischen Daten unter Verwendung der folgenden Gleichungen entwickelt:
• 1. y(L1) = f(X), wobei f(X) bedeutet, daß y eine Funktion von X ist, L1 eine 100 % Fluid mit 100 % Wasser verbindende Linie ist.
• 2. y(L2) = g(X), wobei g(X) bedeutet, daß y eine weitere Funktion von X ist und L2 eine 100% Öl mit 100 % Wasser verbindende Linie ist.
• 3. y(L3) = h(X), wobei h(X) bedeutet, daß y eine weitere Funktion von X ist und L3 eine 100 % Fluid mit 100% Öl verbindende Linie ist.
• Im allgemeinen werden die in den Fig. 2A und 2B dargestellten Karten von der Computereinrichtung 50 wie folgt benutzt. Die Amplitudendämpfungs- und Phasenschiebungsmessungen der Mikrowellenenergien in dem Rohr 17 sind in den Fig. 2A und 2B als Punkt P gezeigt. Unabhängig davon, ob der Erdölstrom wasserkontinuierlich oder eine ökontinuierlich ist, ist das Verfahren dasselbe. Eine Linie L4 mit zu der Linie L3 identischer funktionaler Form wird von der Computereinrichtung 50 durch den 100 % Fluid-Punkt durch den Punkt P projiziert, um die Linie L2, die im wesentlichen eine Wasser-Öl-Linie ist, die den 100 % Wasser-Punkt und den 100 % Öl-Punkt verbindet, an einem Punkt I abzuschneiden. Der Punkt I liefert die Wasserfraktion des Ölstroms. Weiterhin kann das Fluid/Flüssigkeits- Verhältnis auch als das Verhältnis der Entfernung von dem Punkt P zu dem Punkt I entlang der Linie L4 geteilt durch die Entfernung von dem 100 % Fluid-Punkt zu dem Punkt I entlang der Linie L4 bestimmt werden. Wenn es in dem Erdölstrom kein Fluid gibt, würde der Punkt P auf der Linie L3 liegen und das Fluid/Flüssigkeits-Verhältnis null sein.
• Obwohl das Vorangehende als eine Wasserfraktions- und eine Fluid(d.h. gas- oder oberflächenaktives Mittel)/Flüssigkeitsfraktionsmessung beschrieben worden ist, können die Karten auch andere Verhältnisse liefern. Die Computereinrichtung 50 kann Linien von dem 100 % Wasser-Punkt erzeugen, um die Linie L3 abzuschneiden. Wiederum würde das Verhältnis in derselben Weise, wie vorher für das Fluid/Flüssigkeit-Verhältnis beschrieben, bestimmt werden. Die Computereinrichtung 50 kann auch eine Linie von dem 100% Öl-Punkt durch den Punkt P erzeugen und die Linie L1 abschneiden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erzielen einer Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser enthaltenden Erdölstroms, wobei die Vorrichtung umfaßt:

eine Sendeeinrichtung (3, 12) zum Senden von Mikrowellenenergie in den Erdölstrom;

eine Empfangseinrichtung (20) zum Empfangen von durch den Erdölstrom gesendeter Mikrowellenenergie;

eine Detektoreinrichtung (32), die betreibbar ist, um Signale, die jeweils für die Intensität der von der Sendeeinrichtung gesendeten Mikrowellenenergie und der Intensität der von der Empfangseinrichtung empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ sind, für eine Bestimmung der Dämpfung zu liefern;

eine Phaseneinrichtung (34, 40, 44, 9), die betreibbar ist, um ein Signal, das für die Phasendifferenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ ist, zu liefern;

eine Speichereinrichtung (50, MAP) zum Speichern von vorab bestimmten Dämpfungs- und Phasendifferenzwerten, die für den vorab bestimmte Prozentsätze von Öl und Wasser enthaltenden Strom repräsentativ sind; und

eine Ableiteinrichtung (50, 54), die auf die von der Detektoreinrichtung und der Phaseneinrichtung gelieferten Signale und die gespeicherten vorab bestimmten Werte anspricht, um ein für das Öl/Wasser-Verhältnis repräsentatives Signal abzuleiten;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Vorrichtung geeignet ist, eine Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser zusammen mit einem dritten Fluid, das entweder Gas oder ein oberflächenaktives Mittel ist, enthaltenden Erdölstroms zu erzielen;

die Speichereinrichtung erste und zweite Karten speichert, wobei jede unter Verwendung von Referenzpunkten erzeugt ist, die für die vorab bestimmten Dämpfungs- und Phasendifferenzwerte jeweils bei 100 % Öl, 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids repräsentativ sind, eine Linie (L1) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids verbindet, eine Linie (L2) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % Wasser verbindet, und eine Linie (L3) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % des dritten Fluids verbindet, wobei die erste Karte für wasserkontinuierliche Fluid-Gemische und die zweite Karte für ölkontinuierliche Gemische ist; und

die Ableiteinrichtung (50, 54) betreibbar ist, um einen Meßpunkt (P) innerhalb der geeigneten Karte als Antwort auf die für die Dämpfung und die Phasendifferenz repräsentativen Signale zu bestimmen, und das für das Öl-Wasser-Verhältnis entsprechend der Beziehung des Meßpunktes (P) zu der Karte repräsentative Signal erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung betreibbar ist, um Mikrowellenenergie mit einer ersten und einer zweiten verschiedenen Frequenz zu verschiedenen Zeiten in einem Meßzyklus zu senden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Fluid ein Gas in einem von einem Bohrloch erzeugten Erdölstrom ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Fluid ein oberflächenaktives Mittel in einem Erdölstrom ist, der durch ein verbessertes Ölrückgewinnungsverfahren unter Verwendung des Einspritzens eines oberflächenaktiven Mittels in eine ölführende Erdformation von einem Bohrloch erzeugt ist.

5. Ein Verfahren zum Erzielen einer Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser enthaltenden Erdölstroms, wobei das Verfahren umfaßt:

Senden von Mikrowellenenergie in den Erdölstrom;

Emfangen von durch den Erdölstrom gesendeter Mikrowellenenergie;

Bereitstellen von Signalen, die jeweils für die Intensität der gesendeten Mikrowellenenergie und die Intensität der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ sind, für eine Bestimmung der Dämpfung;

Bereitstellen eines Signals, das für die Phasendifferenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativ ist;

Speichern vorab bestimmter Dämpfungs- und Phasendifferenzwerte, die für den vorab bestimmte Prozentsätze von Öl und Wasser enthaltenden Strom repräsentativ sind; und

Ableiten eines für das Öl-Wasser-Verhältnis repräsentativen Signals als Antwort auf die für die Intensitäten und die Phasendifferenz und die gespeicherten vorab bestimmten Werte repräsentativen Signale;

dadurch gekennzeichnet, daß:

das Verfahren geeignet ist, um eine Maßangabe für die relativen Anteile eines Öl und Wasser zusammen mit einem dritten Fluid, das entweder Gas oder ein oberflächenaktives Mittel ist, enthaltenden Erölstroms zu erzielen;

wobei der Speicherschritt erste und zweite Karten speichert, wobei jede durch Verwendung von Referenzpunkten erzeugt ist, die für die vorab bestimmten Dämpfungs- und Phasendifferenzwerte jeweils bei 100 % Öl, 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids repräsentativ sind, eine Linie (L1) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Wasser und 100 % des dritten Fluids verbindet, eine Linie (L2) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % Wasser verbindet, und eine Linie (L3) ableitet, die die Referenzpunkte für 100 % Öl und 100 % des dritten Fluids verbindet, wobei die erste Karte für wasserkontinuierliche Fluid-Gemische und die zweite Karte für ölkontinuierliche Gemische ist; und

der Ableitschritt ein Bestimmen eines Meßpunktes (P) innerhalb der geeigneten Karte als Antwort auf die für die Dämpfung und die Phasendifferenz repräsentativen Signale und Erzeugen des für das Öl/Wasser-Verhältnis entsprechend der Beziehung des Meßpunktes (P) zu der Karte repräsentativen Signals umfaßt.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ableitens des Signals umfaßt:

Erzeugen einer Linie L4, die durch den Referenzpunkt für 100% des dritten Fluids und den Meßpunkt P tritt und die Linie L2 an einem Punkt I abschneidet; und

Entwickeln eines Verhältnisses anhand der Linie L4, das die Länge eines ersten Bereichs der Linie L4 von dem Punkt P zu dem Punkt I zu der Länge eines zweiten Bereichs der Linie L4 von dem Referenzpunkt für 100% des dritten Fluids zu dem Punkt I umfaßt.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ableitens des Signals umfaßt:

Erzeugen einer Linie L4, die durch den Referenzpunkt für 100% Wasser und den Meßpunkt P tritt und die Linie L3 an einem Punkt I abschneidet; und

Ableiten eines Verhältnisses anhand der Linie L4, das die Länge eines ersten Bereichs der Linie L4 von dem Punkt P zu dem Punkt I zu der Länge eines zweiten Bereichs der Linie L4 von dem Referenzpunkt für 100% Wasser zu dem Punkt I umfaßt.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ableitens des Signals umfaßt:

Erzeugen einer Linie L4, die durch den Referenzpunkt für 100% Öl und den Meßpunkt P tritt und die Linie L1 an einem Punkt I abschneidet; und

Entwickeln eines Verhältnisses anhand der Linie L4, das die Länge eines ersten Bereichs der Linie L4 von dem Punkt P zu dem Punkt I zu der Länge eines zweiten Bereichs des Linie L4 von dem Referenzpunkt für 100% Öl zu dem Punkt I umfaßt.