(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. E21B 43/16 (06.01) E21B 21/06 (06.01) E21B 43/26 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet.03.16, FR, 1847 (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO, PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver S.P.C.M. SA, ZAC de Milieux, Andrezieux Boutheon, Frankrike (72) Oppfinner Jeronimo, Philippe, Chemin de Letra, 422, Montrond les Bains, Frankrike (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte for å redusere trykket for injeksjon av en polymerløsning inn i en oljebrønn uten skjærkrefter på løsningen (6) Anførte publikasjoner CA-A US-A US-A US-A WO-A2-08/0848

2 1 Fremgangsmåte for å redusere trykket for injeksjon av en polymerløsning inn i en oljebrønn uten skjærkrefter på løsningen. Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgagnsmåte for å redusere trykket for injeksjon av en vannløselig polymer inn i oljebrønner i et gitt felt som en funksjon av deres fraktureringstrykk og gjøre dette uten skjærkrefter i nevnte løsning. I mange operasjoner innen oljeindustrien må fluidtrykket reduseres på en differensiell måte mellom flere injeksjonslinjer. 1 Denne operasjonen gjøres med strupeventiler som er ventiler med variabel gjennomstrømning, regulert eller ikke, som reduserer trykket, begrenser strømningsrater og trykk nedstrøms. Dette er spesielt viktig ved vannflømmingsoperasjoner, hvor en gitt linje betjener forskjellige injeksjonsbrønner. Siden hver brønn har et ulikt fraktureringstrykk, vil trykket fra en gitt pumpe måtte reduseres og kontrolleres nøyaktig for hver enkelt brønn. Dette utstyret har blitt mer og mer avansert, spesielt for offshore operasjoner fra plattformer eller FPSO. De blir fjernoperert, elektrisk eller pneumatisk, og åpnet progressivt som en funksjon av rotasjonsvinkelen. 2 I tillegg har stimulert oljeutvinning blir utviklet helt siden den første oljekrisen 1973, spesielt i USA, for å øke utvinningen av oljen i stedet. Den mest effektive metoden for lavtemperatur felt (<1 C) er å injisere en viskøs løsning som homogeniserer mobiliteten til vannet og oljen og gir bedre spyling og økt volum i produksjonsområdet. Spesielt anvendes det tre metoder: - Injisere en polymer med en konsentrasjon på 00 til 00 ppm (typisk 00 til 0 ppm) med viskositeter som varierer med vannets saltholdighet fra til 0 cps.

3 2 - Injisere en polymer og en surfaktant (SP), hvilken polymer er ved samme konsentrasjoner som over, hvor surfaktanten forbedrer oljen mobiliseringen på stedet. - Injisere en polymer, en surfaktant og et alkalisk produkt (ASP). Surfaktanten og alkaliet dispergerer oljen i det injiserte vannet, og gir bedre ekstraksjon. Polymeren blir injisert med høyere konsentrasjoner (00 00 ppm) men dens viskositet blir redusert ved nærværet av alkalier ved tilsvarende verdier ( til 0 cpm). 1 2 Dokument US 09/02421 A1 beskriver en prosess for kontrollere polymerkonsentrasjon og derved viskositeten i injeksjonsløsningen som en funksjon av brønnen. Ved denne prosessen, blir det fremstilt en morløsning av polymer før den distribueres ved bruk av en pumpe til forskjellige injeksjonssteder. Det er kun ved dette trinnet at morløsningen blir fortynnet med sjøvann og gir datterløsningen. For å kontrollere viskositeten til datterløsningen som skal injiseres i brønnen, blir strømningsraten til morløsningen regulert ved bruk av en andre pumpe, før fortynning. Datterløsningen, erholdt etter fortynning, blir distribuert og injisert i fire brønner ved bruk av fire individuelle pumper. Vannløselige polymerer med høy molekylvekt blir utsatt for mekanisk nedbrytning. Den bryter kjedene og reduserer viskositeten til den injiserte løsningen. Denne reduksjonen av viskositet kan skje i ethvert system inneholdende skjærkrefter: pumper (spesielt sentrifugalpumper), rørledninger og injektorer, men spesielt i strupeventiler. I denne forbindelse beskriver dokument US en volumetrisk pumpe som tillater kontroll av strømningsraten til en polymer løsning. Denne pumpen muliggjør en reduksjon av nedbrytningen av polymeren i løsningen. Den er forbundet med en strømgenerator. Det er derfor nødvendig å finne en løsning som reduserer skjærkreftene og forbedrer polymereffektiviteten.

4 3 I små oljebrønner, er en av løsningene å bruke en rørlengde med mindre diameter enn pumperørene som øker passeringsraten og derved progressivt reduserer trykket. Potensielle rater opp til meter per sekund har liten effekt på den mekaniske nedbrytningen, men det er nødvendig med lange rørlengder for å erholde begrenset trykkfall: fra 0 til 0 meter på installasjoner som eksisterer for bars trykkfall. Videre er det nødvendig å endre rørlengden under feltets levetid for progressivt å anpasse injeksjonstrykket til trykket i feltet uten å forårsake frakturering. Det finnes per i dag ingen metode for å redusere trykket med mellom 0 og 0 bar uten skjærkraft. 1 Den foreslåtte løsningen er å erstatte strupeventilen med en volumetrisk pumpe hvis strømningsrate er kontrollert. Denne volumetriske pumpen arbeider som en motor og ratereduksjonen reduserer strømningsraten og derved injeksjonstrykket. For å gjøre dette har det blitt brukt et bremsesystem for å kontrollere raten til den volumetriske pumpen. 2 Mer presist er hensikten med oppfinnelsen er fremgangsmåte for å redusere injeksjonstrykket til en løsning av vannløselig polymer fra en gitt injeksjonspumpe i forskjellige oljebrønner i et gitt felt som en funksjon av fraktureringstrykket for hver brønn i henhold til hvilken mellom injeksjonspumpen og hver av brønnene, det er plassert en volumetrisk hovedpumpe, fortrinnsvis reversibel, hvis rate blir kontrollert ved bruk av en bremse. I henhold til et viktig trekk ved oppfinnelsen, er den industrielle pumpen brukt som en motor av den volumetriske typen og reversibel, det vil si at den kan fungere like godt som en pumpe og en motor, hvilket begrenser dens industrielle valg av gir og lobepumper.

5 4 I praksis har girpumper. Så som fremstilt av Witte Pumps and Technology GmbH eller Coreau SA; standard strømningsrater opp til 0 m 3 /h for kjernetrykk opp til 0 bar og differensialtrykk på 0 bar. Disse pumpene er fremstil av forskjellige materialer som kan motstå saltvann injisert i oljebrønner som har mengder av oppløste faste stoffer i området opp til 0000 ppm. De foretrukne pumpene er fremstilt av duplex eller super duplex (rustfritt stål) og i ekstreme applikasjoner av keramer. Disse pumpene er reversible og derfor for en spesifikk brønn ville disse motta en polymerløsning ved høyt trykk, for eksempel 1 bar, og redusere det med 0 til 0 bar for derved å injisere den i brønnen ved et trykk på 70 til 1 bar. 1 Dette trykket varierer sterkt fra et felt til et annet, for eksempel 40 til bar, men i et gitt felt og for en gitt injeksjonspumpe er injeksjonsdifferensialtrykket mellom forskjellige brønner vanligvis under bar, spesielt under 0 bar. Strømningsraten per brønn avhenger innlysende av brønnens type og størrelse. Spesielt blir mye mindre mengder av polymerer injisert i vertikale brønner enn i horisontale brønner. I gjennomsnitt blir det injisert til 40 m 3 /h polymerløsning i en vertikal brønn og 0 til 0 m 3 /h i en horisontal brønn. 2 Girpumpen vil bli valgt som en funksjon av: - Maksimalt planlagt injeksjonsstrømningsrate. - Oppstrøms trykk, hvilket er det maksimale trykket til injeksjonspumpene. - Trykkdifferensial mellom brønnene matet med denne pumpen. - Sammensetningen av saltvannet som vil bestemme materialet som brukes for legemet, rotorer, lagre, ledd og pakninger. - Levetiden til pumpen som vil bestemme dens rotasjonsrate, spesielt vil rotasjonsratene være begrenset for å redusere vedlikeholdet til et minimum i offshoreapplikasjoner.

6 Pumpen som brukes om motor vil måtte ha en bremse for å kunne redusere strømningsraten og derved injeksjonstrykket. Typen av bremse som brukes må være mekanisk eller elektrisk, fjerne friksjonssystemer som har begrenset levetid. Hvordan denne bremsen velges vil avhenge av betingelsene for bruk av mulighetene for å spre varmen som dannes. 1 I en første utførelsesform er brønnen en offshore brønn og bremsen er i form av en volumetrisk pumpe matet med sjøvann og forbundet til motorakselen til den volumetriske hovedpumpen, hvor strømningsraten til den volumetriske pumpen virker som en bremse som reguleres med en ventil plassert nedstrøms av nevnte pumpe, hvis lukking og åpning kontrolleres som en funksjon av injeksjonstrykket som er bestemt for hver brønn. 2 Mer spesielt, under offshore betingelser er mengdene av kjølevann ubegrensede. I dette tilfellet vil en volumetrisk pumpe bli valgt som en bremse. Motorakselen til hovedpumpen vil være forbundet med en annen volumetrisk pumpe som virker som en bremse, for eksempel en girpumpe, hvis strømningsrate vil bli regulert av en utløpsventil. For å begrense størrelsen vil denne pumpen være en høytrykkspumpe, for eksempel 0 bar, og dens pumpevolum for å danne et maksimum trykkfall på 0 bar vil være laver enn hovedstrømningsraten under disse betingelsene. Denne pumpen vil bli matet med sjøvann via et filter, for eksempel et mikron filter, eller to filtre i parallell som renses suksessivt med motstrømmende filtrerte vann. Det hele vil bli regulert ved måling av trykket ved injeksjon som virker direkte på ventillukkingen av bremsepumpen. Det er innlysende at det kan benyttes andre typer volumetriske pumper som bremse og spesielt irreversible pumper: stempelpumper, høytrykks Moineau type pumper, etc.

7 6 I en andre utførelsesform er brønnen en landbrønn og bremsen er en elektrisk bremse. Mer spesielt, under landbetingelser, vil i de fleste tilfeller lokale betingelser ikke gi tilgang til tilstrekkelige mengder vann til å bruke en brems per pumpe. I dette tilfellet kan det for eksempel brukes en elektrisk brems av Telma typen, det vil si et Eddy strømbrytende system med integrert kjøling med intern ventilasjon. Dette systemet er omfattende brukt for lastebilbremser. 1 Hovedpumpen vil i disse tilfeller bli valgt ved en høyere rate for å forbli innen effektområde til Telma bremsen til 0 00 rpm. Det er også mulig å øke ratene med gir som virker ved høyere rater, det vil si opp til 00 rpm. Bremsene er for eksempel valgt fra størrelsene i Valeo området. I henhold til oppfinnelsen er polymerinjeksjonstrykket i området fra 0 til 0 bar og fraktureringstrykket i brønnen fra 0 til 0 bar lavere, fortrinnsvis fra 0 til 0 bar. Oppfinnelsen og fordelene som fremkommer fra denne vil klart fremgå fra de følgende utførelseseksempler, med henvisning til de medfølgende tegninger. 2 Figur 1 er en kurve som viser virkningen av viskositetstap i en polymerløsning som en funksjon av skjærkraft i en Cameron strupeventil med strømningsrate 0 m 3 /h. Figur 2 er en skjematisk representasjon av prinsippet til en installasjon som anvender fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

8 7 Figur 3 er en skjematisk representasjon av en installasjon som anvender fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i en første utførelsesform. Figur 4 er en skjematisk representasjon av en installasjon som anvender fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i henhold til en andre utførelsesform. 1 2 Figur 1 viser fallet i viskositet, hvilket kan være meget stort, uansett konsentrasjonen av polymer som injiseres. I figur 2 er det generelle prinsippet ved installasjonen som anvender fremgangsmåten vist. I hovedsak blir polymerløsningen injisert i forskjellige brønner 1, 2 og 3 (P1, P2, P3) fra en enkelt injeksjonspumpe (4) gjennom distinkte rør (, 6, 7). Strupeventilene som vanligvis er plassert på disse rørene, er i henhold til oppfinnelsen erstattet med volumetriske pumper (8, 9, ) hvis rate blir regulert med en bremse, ikke vist. Dette systemet kontrollerer injeksjonstrykket til polymerløsningen fra pumpen (4) ved et trykk, for eksempel på 1 bar, som en funksjon av fraktureringstrykket for hver av brønnene, for eksempel fra 80 til 1 bar. I figur 3 er det skjematisk vist en første utførelsesform, som er reprodusert på hvert rør (, 6, 7). Denne typen av installasjon blir mer spesielt brukt for oljeutvinning offshore. I denne hypotesen er den volumetriske hovedpumpen (8) forbundet (11) med sin motoraksel til en andre volumetrisk pumpe (12) matet av et rør (13) i hvilket sjøvann sirkulerer. Nedstrøms av pumpen (12) er det anbragt en utløpsventil (14), kontrollert med et manometer (1) som detekterer fraktureringstrykket til brønnen i hvilken polymerløsningen skal injiseres. Som en funksjon av det detekterte fraktureringstrykket, lukkes utløpsventilen (14) i varierende

9 8 grad3, hvilket reduserer strømningsraten til hovedpumpen (8() ved å bremse dens motoraksel ved hjelp av pumpen (12). 1 Konfigurasjonen vist i figur 4 korresponderer med en landinstallasjon. I dette tilfellet blir ikke lenger hovedpumpen (8) bremset mekanisk med en andre volumetrisk pumpe, men ved å bruke en bremse (16) for eksempel av Telma typen drevet av et batteri (17). Bremsingen blir en funksjon av det detekterte fraktureringstrykket i brønnen ved hjelp av et manometer (1). EKSEMPEL 1: Et felt på land har følgende karakteristika: - Antall injeksjonsbrønner: 12 - Brønntype: vertikal - Saltvann injisert: ppm oppløste faste stoffer - H 2 S: 1 ppm - Temperatur: C - Maksimal planlagt strømningsrate per brønn: 32 m 3 /h - Injeksjonspumpetrykk: 1 bar - Injeksjonstrykk for brønn med lavest trykk: 80 bar - Polymerkonsentrasjon: 900 ppm (polyakrylamid type 32A ved % anionisitet og molekylvekt mol) - Pumpeviskositet: 12.6 cps 2 I dette tilfellet vil trykket bli redusert ved bruk av girpumper: - Kjernetrykk: bar - Konstruksjon: duplex - Maksimal strømningsrate: 3 m 3 /h - Pumpefortrengning: 2 liter - Maksimal hastighet: 00 rpm

10 9 Pumpeakselen er montert på en Telma bremse, som kan variere fra 00 til 0 rpm, det vil si fra 36 til 21 m 3 /h. Prøvetaking av en polymerløsning med et trykkfall på 40 bar vil gi følgende resultater: - Viskositet før pumpe: 12,6 cps (Brookfield Grpm) - Viskositet etter pumpe: 11,4 cps I tilfellet av å bruke en strupeventil med 40 bar trykkfall, ville viskositeten bli i størrelsesorden cps, hvilken i høy grad ville redusere utvinningseffekt. 1 EKSEMPEL 2: I en applikasjon offshore, har feltet følgende karakteristika: 2 - Antall injeksjonsbrønner: 4 - Brønntype: horisontal - Saltvann injisert: ppm oppløste faste stoffer - H 2 S: 40 ppm - Temperatur til vannet injisert fra havbunnen: 4 C - Maksimal strømningsrate per brønn: 0 m 3 /h - Maksimalt Injeksjonstrykk i strupeventilen: 1 bar - Minimum injeksjonstrykk: 90 bar for brønnen med det laveste fraktureringstrykket. I dette tilfellet vil girpumpen som ble brukt som en motor ha følgende karakteristika: - Kjernetrykk: 0 bar - Konstruksjon: duplex

11 - Maksimal strømningsrate: 1 m 3 /h - Pumpefortrengning:, liter - Maksimal pumpehastighet: 0 rpm Pumpeakselen er sammenkoblet med en annen girpumpe med følgende karakteristika: - Beregnet trykk: 0 bar - Strømningsrate: 60 m 3 /h - Fortrengning: 2 liter - Konstruksjon: super duplex - Maksimal rotasjonshastighet: 00 rpm 1 En utløpsventil etter den andre pumpen blir regulert av injeksjonstrykket i brønnen og reduserer strømningsraten for derved å bremse hovedpumpen fra 0 til 0 rpm. Og redusere strømningsraten fra 0 til 66 m 3 /h i brønnen med lavest fraktureringstrykk. Pumpen blir drevet via to motstrøms gjengroingshindrende filtre og anvender trykket til bremsepumpen for å rense disse filtrene etter hverandre. 2 Prinsippet for denne fremgangsmåten kan utformes i ulike varianter, og spesielt anvende energien til hovedpumpen for å gjenvinne elektrisitet via en vekselstrømsgenerator eller en dynamo. Det er også mulig å anvende en luftkompressor som en bremse og å regulere trykket ved hjelp av luftstrømmen som dannes. Fagmannen vil være i stand til å anpasse alle de nødvendige tekniske metodene for å oppnå dette.

12 P a t e n t k r a v Fremgangsmåte for å redusere trykket for injeksjon av en løsning av vannløselig polymer fra en gitt injeksjonspumpe (4) inn i ulike oljebrønner i et gitt felt som en funksjon av fraktureringstrykket til hver brønn i henhold til hvilken, mellom injeksjonspumpen (4) og hver brønn, det er anbragt en volumetrisk hovedpumpe (8, 9, ) som virker som en maskin, hvis rate blir regulert ved hjelp av en bremse. 2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den volumetriske hovedpumpen er reversibel. 3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den volumetriske pumpen er en girpumpe. 4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at brønnen er en offshore brønn og bremsen er i form av en volumetrisk pumpe (129 matet med sjøvann og forbundet (11) til motorakselen til den volumetriske hovedpumpen (8, 9, ), hvor strømningsraten til den volumetriske pumpen (12) virker som en bremse regulert av en ventil (14) beliggende nedstrøms av nevnte pumpe, hvis lukking og åpning blir håndtert som en funksjon av injeksjonstrykket bestemt for hver brønn.. Fremgangsmåte i henhold til krav 4,

13 12 k a r a k t e r i s e r t v e d at bremsen er i form av en reversibel volumetrisk girpumpe. 6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at bremsen er i form av en irreversibel stempelpumpe. 7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at brønnen er en landbrønn og bremsen er en elektrisk bremse Fremgangsmåte i henhold til krav 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at den elektriske bremsen er et Eddy strøm bremsesystem med integrert avkjøling ved intern ventilasjon. 9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at injeksjonstrykket for polymeren er fra 0 til 0 bar og fraktureringstrykket til brønnen er fra 0 til 0 bar lavere. 2

14 1/2 Virkning av % viskositetsreduksjon med hensyn til P Falliviskositet% FIG. 1

15 2/2