NO20075027L - Fremgangsmate og system for kontroll av fluidstromning - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører i et første aspekt en fremgangsmåte for automatisk styring av en strømning i et strømningslinjesystem inkludert en strømningslinje (3), et innløp (1) og et utløp (2), og en styringsventil (4) lokalisert i strømningslinjen (3) ved utløpet (2). Fremgangsmåten inkluderer trinnene: -styring av åpningen av ventilen av en styringsenhet (5), - måling eller estimering for eksempel av en utløpsstrømningshastighet (FT2) fra strømningslinjen (3), og åpning av ventilen, - bestemmelse av om et plutselig fall opptrer i enhver av målingene eller estimatene, - avgjørelse om en blokkering i strømningslinjen har oppstått eller er i ferd med å oppstå, og om en blokkering indikeres å være til stede eller å nærme seg, - økning av åpningen av ventilen (4) med en mengde bestemt av målingene eller estimatene, og - forhindring av enhver ytterligere manipulering av ventilen (4) før en ikke-null-tidsperiode har utløpt. Oppfinnelsen vedrører også et korresponderende system og et dataprogramprodukt.

Description

FREMGANGSMÅTE OG SYSTEM FOR KONTROLL AV FLUIDSTRØMNING

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for automatisk styring av strømningen i et strømningslinjesystem, idet nevnte strømningslinjesystem inkluderer en strømningslinje, et innløp og et utløp, en styringsventil eller spjeld plassert i strømningslinjen ved utløpet, og en styringsenhet som kontrollerer åpningen av ventilen eller spjeldet. Foreliggende oppfinnelse vedrører også et dataprogramprodukt for å utfø-re et eller flere trinn i fremgangsmåten.

I et første aspekt brukes oppfinnelsen for å hindre plutselige fall i væskestrømningen fra utløpet som resulterer i dårlig kontrollerbarhet, betydelig oppbygning av væske, og evt. en ustabil strømningslinje. I et andre aspekt brukes oppfinnelsen for å tilveiebringe et settpunkt til en styringsenhet som kontrollerer åpningen av ventilene eller spjeldet for forbedret styring av en strømning i en strømningslinje. Oppfinnelsen kan typisk benyttes i olje og gassproduksjonsindustrien for forbedret styring av strømningslinjer. Typiske strømningslinjer er rørledninger, brønnproduksjonslinjer og stigerør.

Bakgrunn

I olje og gassproduksjonssystemer kan ustabil strømning i strømningslinjer forårsake alvorlige driftsproblemer for nedstrøms mottakende produksjonsenheter. Typiske strømningslinjer er rørledninger, brønner eller stigerør. Vanlige former for strømnings-variasjoner er pluggstrømning i flerfase rørledninger og trykk oscillasjoner i gassløftede oljebrønner. I begge tilfeller strømmer væsken støtvis langs røret i en konsentrert masse kalt en plugg. Den ustabile oppførsel av pluggstrømning og trykk oscillasjoner har en negativ påinngrep på driften av olje og gassproduksjonsenheter slik som enheter til havs. Alvorlig plugging kan til og med forårsake nedkoblinger av plattformer og anlegg. Oftere forårsaker store hurtige strømningsvariasjoner uønsket fakling og begrenser ope-rasjonskapasiteten i separasjons- og komperasjonsenheten. Denne reduksjon skyldes behovet for større driftsmarginer for både separasjon (for å møte produktspesifikasjone-ne) og kompresjon (for å sikre sikker drift med minimal fakling). Reversering fra anleg-gets optimale operasjonspunkt resulterer i redusert kapasitet.

Tre fremgangsmåter blir konvensjonelt utøvd for å håndtere ustabiliteter i brønner, rør-ledninger eller stigerør:

• Struping av strømningen

• Økning av gassløfthastigheten

• Å tilveiebringe overkapasitet for å ta hånd om gass og væskeplugger

Nylig ble en ny alternativ metode som bruker aktiv tilbakekoblingskontroll beskrevet i internasjonal søknad WO 02/46577, som herved inkorporeres i sin helhet i denne beskrivelse ved hjelp av denne deklarasjon. Denne fremgangsmåte bruker målinger av trykk, strømning ved temperatur som inngang til en aktiv tilbakekoblingskontroller med den hensikt å stabilisere strømningen ved kontinuerlig manipulering av strømnings-linjens utløpsspjeld/ventil. Inngrepene gjøres oppstrøms punktet hoveddelen av pluggen dannes eller er på vei til å oppstå. Studier som bruker andre målinger enn innløpstrykk for stabilisering er rapportert i E. Storkaas og S. Skogestad: "Cascade Control of unstable sytsems with application to stabilization of slug flow", presentert på IFAC-symposium Adchem'2003. Forfatterne bruker lineære tilbakekoblingskontrollere, som kontinuerlig manipulerer åpningen av utløpsventilen for å stabilisere strømningslinjen.

Imidlertid er en betydelig utfordring ved drift av en tilbakekoblingskontroller for regulering av innløpstrykk slik som den i WO 02/46577, å velge settpunktet for innløpstrykket gitt til kontrolleren. Noen tommelregler er gitt i WO 02/46577 uten å beskrive noen spesifikk løsning. Settpunktene gitt til tilbakekoblingskontrolleren i WO 02/46577 forutsettes også å være manuelt valgt/endret. For å innse viktigheten av settpunktet for innløpstrykket, bør det først legges merke til at strømningshastighetene inn i strøm-ningslinjen generelt vil øke hvis innløpstrykket til strømningslinjen minsker. Dette betyr at for å maksimalisere produksjonen fra strømningslinjen bør dens innløpstrykk holdes stabilt og så lavt som mulig av tilbakekoblingskontrolleren. Imidlertid kan man ikke bruke et tilfeldig lavt settpunkt for innløpstrykket. For det første kan det være umulig for kontrolleren å stabilisere strømningslinjen ved et for lavt settpunkt. For det andre kan kontrollerbarheten, det vil si evnen til å styre innløpstrykket ved bruk av strøm-ningslinjens utløpsventil, bli dårlig. Det er på grunn av det faktum at ved å senke settpunktet vil ventilen typisk starte å operere med en innledningsvis ventilåpning som i gjennomsnitt er større. Dette impliserer igjen at trykkfallet over ventilen kan bli meget lavt.

Trykkfallet dP gir et mål på påinngrepen endringer i ventilåpningen vil ha på fluidbeve-gelsene i strømningslinjen.

I tilegg har erfaring vist at plutselige fall i væskeutstrømningen fra strømningslinjen og det tilhørende dP over utløpsventilen kan opptre også etter at strømningslinjen har blitt stabilisert. Resultatet er dårlig kontrollerbarhet av strømningslinjen hvilket betyr at åpning av utløpsventilen vil ha liten eller ingen effekt på væskestrømningen fra utløpet. Dette betyr at om det er en aktiv tilbakekoblingskontrollov som manipulerer åpningen av utløpsventilen, vil dette miste styringen over strømningslinjen og ustabiliteter i strømningen vil opptre hvis strømningslinjen er ustabil uten noen tilbakekoblingskontroll.

Som et eksempel la Pl betegne strømningslinjens innløpstrykk, P2 trykket oppstrøms-ventilen, P3 trykket nedstrømsventilen og la trykkforskjellen over ventilen betegnes med dP=P2-P3. Ventilen forutsettes å være lokalisert ved utløpet av strømningslinjen. Innløpsstrømningen til strømningslinjen vil normalt øke hvis Pl minsker. Hvis dP minsker samtidig, hvilket indikerer at utstrømningshastigheten av væske fra strømnings-linjen blir redusert (når forutsetning av en konstant ventil åpning), vil dette resultere i en masseubalanse i strømningslinjen. Derfor er det trolig at det vil oppstå en strømnings-blokkasje i strømningslinjen. I tillegg, hvis for eksempel en standard lineær PID (Pro-portional +Integral+Derivative) kontroller brukes for å styre strømningslinjens innløps-trykk, kan kontrolleren beordre ventilen å redusere sin åpning (avhengig av avstemning-en og valget av settpunkt for innløpstrykket). Resultatet av dette vil være en enda lavere utløpsstrøning. En plutselig reduksjon av væskestrømningen ut av rørledningen/brønnen kan også ikke være tilstrekkelig observerbar i innløpstrykket før det er for sent, det vil si før væskepluggen har blitt etablert i strømningslinjen. Derfor vil kontrollover som bruker bare målinger ved strømningslinjens innløp for tilbakekobling sannsynligvis mis-lykkes i å hindre fallet i utstrøningen. Derfor er det en betydelig utfordring å opprettholde kontrollerbarhet av strømningslinjen, det vil si å hindre væskeutstrømningen fra strømningslinjen fra å nærme seg null selv for en stabilisert strømningslinje.

Figur 5 viser reelle data for en stabilisert rørledning. Innløpstrykket (Pl) utviser relativt små variasjoner (opptil tid=5 timer). Imidlertid, ved tid =3,25 timer opptrer det en plutselig minskning i trykkfallet over ventilen (dP). Samtidig minsker også Pl. Dette vil med tiden resultere i oppbygging av en væskeplugg og en ustabil strømning i rørled-ningen. Dette kan observeres i innløpstrykket fra tid=5 timer.

Det er imidlertid ikke nødvendig at det skjer en minskning i innløpstrykket for at et fall

i dP skal være problematisk. Dette illustreres av de reelle data vist i figur 6. Ved tid= 6 timer resulterer et plutselig fall i dP i en ustabil rørledning selv om Pl ikke minsker mens det plutselig fall i dP skjer.

For et overblikk over tidligere kjente styringsmetoder for stabilisering av strømningslin-jer vises det til internasjonal søknad WO 02/46577 og dens angitte referanser. Imidlertid er det ingen av metodene i disse referanser, inkludert metoden beskrevet i WO 02/46577 som adresserer det spesifikke problem med å hindre at et plutselig fall i utløpsstrøm-ningen av væske resulterer i dårlig kontrollerbarhet og til slutt en ustabil strøningslinje.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En hensikt i foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system og forbedret styring av en fluidstrømning i en strømningslinje. En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet til å sikre en stabil strømning i strømningslinjen, ved å hindre væskestrømningen fra utløpet fra strømningslinjen å bli og forbli relativt liten, hvilket er årsak til dårlig kontrollerbarhet og masse imbalanse. En ytterligere hensikt ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for å sikre at kontrollerbarheten av strømnings-linjen blir opprettholdt.

Nevnte hensikter oppnås ved en fremgangsmåte og et system som har trekkene i krav 1, 2 og 13.1 følge et aspekt oppnås oppfinnelsen ved hjelp av den innledningsvis definerte fremgangsmåte,karakterisert vedat fremgangsmåten inkluderer trinnene:

kontrollering av åpningen av ventilen eller spjeldet med en styringsenhet,

måling eller estimering av en utløpsstrømningshastighet eller et trykk oppstrøms eller ventilen eller spjeldet, eller en trykkforskjell over ventilen eller spjeldet, eller en fluidtetthet, eller en fiuidtemperatur, eller enhver kombinasjon derav, og åpning av ventilen eller spjeldet,

bestemmelse av om et plutselig fall opptrer i noen av målingene eller estimatene

bestemmelse av om det har oppstått eller er i ferd med å oppstå en blokkering i strøm-ningslinjen basert på målingene eller estimatene, og hvis en blokkering indikeres å være tilstede eller nærme seg,

økning av åpningen av ventilen eller spjeldet med en mengde bestemt av målingene eller estimatene, og

hindring av enhver ytterligere manipulasjon av ventilen eller spjeldet før en ikke-null tidsperiode har utløpt.

Fremgangsmåtetrinnet ved å øke åpningen av ventilen eller spjeldet er å forstå over tid at økningen kan være en funksjon av den målte eller estimerte (gjeldende) ventilåpning.

Fremgangsmåtetrinnet ved å hindre enhver ytterligere manipulasjon av ventilen eller spjeldet er å forstå å bety at dette bare inkluderer ventil- eller spjeldmanipulasjon utført av selve fremgangsmåten/systemet i følge oppfinnelsen, og bør ikke hindre enhver ventil- eller spjeldmanipulasjon utført av andre funksjonaliteter/systemer.

I følge et andre aspekt oppnås oppfinnelsen ved hjelp av den innledningsvis definerte fremgangsmåte inkludert trinn: måling eller estimering av et innløpstrykk eller innløpsstrømningshastighet ved innlø-pet, styring av åpningen av ventilen eller spjeldet med en første styringsenhet som er en aktiv tilbakekoblingskontroller som en funksjon av målingene eller estimatene av innløps-trykket og et settpunkt for innløpstrykket, eller innløpsstrømningshastigheten og et settpunkt for innløpsstrømningshastigheten,karakterisert vedat fremgangsmåten inkluderer de ytterligere trinn: måling eller estimering av en strømningshastighet for fluidet i utløpet og/eller et trykkfall over ventilen eller spjeldet, og/eller en åpning av ventilen eller spjeldet,

automastisk bestemmelse av en verdi for innløpstrykket eller settpunktet for innløps-strømningshastigheten i en andre styringsdel og

tilveiebringelse av nevnte innløpstrykk eller settpunkt for innløpsstrømningshastigheten til nevnte første styringsenhet

I følge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil fremgangsmåten og systemet, basert på målinger eller estimater av væskeutstrømningen, automatisk beregne settpunkter for innløpstrykket som sikrer et konstant trykkfall over utLøpsventilen/spjeldet og derved sikrer at kontrollerbarheten av strømningslinjen blir opprettholdet, og basert på gjeldene driftsbetingelser, å justere åpningen av utløpsventilen/spjeldet hvis det er et uventet og betydelig fall i væskeutstrømningen. Justeringen gjøres i form av en hurtig åpning av utløpsventilen/spjeldet ved isolerte tidspunkt for å hindre at væskeutstrømningen blir og forblir kritisk lav for noen tidsperiode. Ventilen eller spjeldet blir herved åpnet, fortrinnsvis i et trinn, med en forhåndsbestemt mengde og vesentlig så hurtig som ventilen eller spjeldet tillater.

Strømningslinjen forutsettes å transportere fluider, slik som væske og gass. Oppfinnelsen vil typisk benyttes til strømningskontroll av pluggestrømmende flerfase strømnings-linjer for olje og gass. Oppfinnelsen krever normalt ikke installasjon av noe nytt utstyr.

Ytterligere fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterføl-gende beskrivelse og de vedføyde krav.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

For bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse vil det nå foretas en spesifikk beskrivelse av oppfinnelsen ved hjelp av eksempler med henvisning til de vedføyde tegninger hvor: Figur 1 viser skjematisk et strømningslinjesystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Figur 2 viser skjematisk en annen utførelse av oppfinnelsen inkludert dens saminngrep med en styringsenhet for innløpstrykk.

Figur 3 viser en styringsenhet ifølge oppfinnelsen i nærmere detalj.

Figur 4 viser et blokkdiagram av funksjonaliteten for å åpne utløpsventilen eller spjeldet under bestemte omstendigheter for styringsenheten i figur 3. Figur 5 viser reelle data fra en rørledning som illustrerer plutselig minskning i trykkfallet over ventilen og den resulterende ustabilitet. Figur 6 viser reelle data fra en rørledning som illustrere et annet eksempel på plutselig minskning i trykkfallet over ventilen og den resulterende ustabilitet. Figur 7 viser en ustabil rørledning med to forskjellige (konstante) ventilåpninger. Figuren er resultatet av OLGA-simuleringer (OLGA: olje- og gassimulatorprogramvare fra Scandpower Petroleum Technology AS). Figur 8 viser data fra OLGA-simuleringer hvor oppfinnelsen brukes for å stabilisere en rørledningsstrømning uten en styringsenhet for innløpstrykk. Figur 9 viser reelle data som illustrerer saminngrepene mellom den inventive styringsenhet og en styringsenhet for innløpstrykk resulterende i en stabilisert rørledning.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen og foretrukne utførelser derav

Den inventive fremgangsmåte og system gjør bruk av måling(er) ved strømningslinjens utløp, og muligens strømningslinjens innløp, for å justere åpningen av oppstrømsventi-lene eller spjeldet ved strømningslinjens utløp. I et første aspekt kan justeringen av åpningen av ventilen eller spjeldet utføres direkte av det inventive system og/eller i et andre aspekt ved å la det inventive system automatisk tilveiebringe settpunkter til et annet system som kontrollerer innløpstrykket eller strømningshastigheten ved innløpet av strømningslinjen. Et slikt annet system inkludert en trykkkontroller for innløpet er beskrevet i internasjonal søknad WO 02/46577.

Figur 1 viser skjematisk et strømningslinjesystem hvor fremgangsmåten og systemet ifølge foreliggende oppfinnelse kan benyttes, foreliggende oppfinnelse benytter en ak-tuator i form av en styringsventil eller spjeld 4 i strømningslinjen 3, et utløp 2, minst et organ for å måle eller estimere væskeutløpsstrømningen fra strømningslinjen, og en

styringsalgoritme implementert i styringsenheten 5 (se også figur 3 og 4). Avhengig av de tilgjengelige målinger kan utstrømningen måles eller estimeres ved for eksempel 1) å bruke målinger fra et flerfasestrømningsmeter som måler utløpsvæskestrømningen FT2, 2) ved å bruke trykkdifferansen dP=PT2-PT3 over ventilen eller spjeldet som en indikasjon på endringer i utstrømningen, 3) eller ved å bruke DP over ventilen eller spjeldet i kombinasjon med ventilåpningen og/eller densitometer for å estimere utstrømningen. I tillegg kan målinger av innløpstrykket PT1 eller innløpsstrømningshastighet FT1 brukes til å oppnå en indikasjon om innstrømningen til strømningslinjen øker eller minsker. Imidlertid, som vist i figur 5 og figur 6, er dette ikke avgjørende viktig informasjon. Gjennom styringsalgoritmen implementert i styringsenheten 5, blir det resulterende sty-ringsinnhold 6 sendt til ventilen eller spjeldet 4.

Foreliggende oppfinnelse kan også samvirke med en tidligere kjent aktiv tilbakekoblingskontroller som styrer innløpstrykket ved kontinuerlig å manipulere den samme ut-løpsventil eller spjeld 4. dette er illustrert i figur 2. Ifølge denne foretrukne utførelse tilveiebringer styringsenheten 5 automatisk settpunkter 7 for innløpstrykket (PT1) til en innløpstrykkontroller 8, som også manipulerer utløpsventilen 4. Dette skal betraktes som et optimaliserende trekk hvis det valgte settpunkt for trykkfallet er meget lavt, i den forstand at settpunktet for innløpstrykket automatisk vil bli beregnet av det inventive system og vil være så lavt som mulig mens det opprettholder kontroll av strømningslin-jen. Valget av verdien som korresponderer til et "meget lavt" trykkfall over ventilen er typisk basert på erfaringer.

Et av grunnprinsippene bak den inventive fremgangsmåte/system er å detektere om væskestrømningshastigheten ved utløpet eller et trykk (PT2) oppstrøms ventilen eller spjeldet, eller en trykkforskjell (dP) over ventilen eller spjeldet eller en fluidtetthet, eller en fluidtemperatur, eller enhver kombinasjon derav, minsker betydelig ved et plutselig fall, og om dette er tilfelle, å hindre dette ved hurtig å åpne utløpsventilen eller spjeldet med en forhåndsbestemt mengde og så hurtig som ventilen eller spjeldet tillater. Derfor vil fremgangsmåten først detektere om utløpsstrømningen minsker mer enn normalt eller opphører. Hva som er normalt vil være avhengig av det spesifikke tilfellet og basert på erfaring. Etter at systemet detekterer et plutselig fall i enhver av de ovenfor nevnte parametere, vil det bestemme om det er nødvendig hurtig å åpne ventilen for å motvirke dette. Hvis en hurtig åpning av ventilen er nødvendig, vil systemet åpne ventilene på en plutselig måte for å forsøke å reetablere utløpsstrømningen. Mengden ventilen åpnes med avhenger av de gjeldende driftsbetingelser (se nedenfor). Det inventive system vil bare justere ventilåpningen, i form av en åpning, ved isolerte tidspunkter. Dette er i motsetning til for eksempel en innløpstrykkontroller, som vil kontinuerlig manipulere ventilåpningen. Timingen av åpningen av ventilen og hvor mye ventilen åpnes er to kritiske faktorer som bestemmer suksessen til fremgangsmåten.

Det er to situasjoner hvor systemet ikke vil åpne ventilen uansett om det er et betydelig fall i utløpsvæskestrømningen. Den første situasjon er om trykkfallet over ventilen er stort. Dette er for å unngå å skade utstyret nedstrøms. Den andre situasjon er om systemet nettopp har åpnet ventilen. Hvis systemet nettopp har gjort inngrep i form av en hurtig åpning, må det vente en forhåndsbestemt tid, (ikke-nulltid) før det tillates å åpne ventilen igjen.

Eksempel på foretrukket algoritme

Det vises til systemet vist i figur 3, hvor inngangene til styringsenheten er målinger eller estimater av strømningslinjens innnløpstrykk PT1, jevne ventilåpningsverdi u, opp-strøms ventiltrykk PT2, nedstrøms ventiltrykk PT3, settpunkt for dP=PT2-PT3, og statusen til strømningslinjen, det vil si om strømningslinjen er stabil eller ustabil (plugger). Utgangene fra styringsenheten er ventilåpningsverdi og settpunkt for innløpstrykket PT1. Det er indikert i figur 3 at PT 1 som erstattes av en måling av innløpsstrømnings-hastighet FT1, mens PT2 og PT3 kan erstattes av en måling av utløpsstrømningshastig-het FT2.

Det inventive system beregner trykkfallet over ventilen dP og subtraherer dette fra settpunktet for dP som tilveiebringes av operatøren. Resultatet sendes til et første ordens

hvor T_ sample er samplingstiden og TJilter er filtrets tidskonstant. Den filtrerte verdi sendes til en PID-kontroller (kontroller med Proporsjonal, Integrert og Deriverende inngrep, som vist i figur 3 ved hjelp av et foretrukket eksempel, hvis utgang vil være settpunktet for innløpstrykket. Settpunktet for innløpstrykket blir fortrinnsvis kontinuerlig endret for å opprettholde trykkfallet over ventilen eller spjeldet på en vesentlig konstant verdi. Imidlertid har dette settpunkt ingen mening hvis strømningslinjen er ustabil. Derfor vil settpunktet ikke brukes hvis strømningslinjen plugger. Dette betyr at informasjon om stabiliteten til strømningslinjen ("Status Strømningslinje") må tilveiebringes, for

eksempel ved en operatør via et menneske-maskin-gensesnitt omfattende inngangsorga-ner arrangert for å tilveiebringe statusen til strømningen i strømningslinjen med henblikk på stabilitet eller ustabilitet.

Samtidig overvåker det inventive system trykkfallet over ventilen og griper inn hvis trykkfallet plutselig minsker unormalt hurtig (jfr. Figur 5 og figur 6). Figur 4 viser et detaljert blokkdiagram av hvordan dette kan gjøres.

Filtrering/ derivasj on

I denne preprosesseringsblokken blir råverdier av innløpstrykket Pl i strømningslinjen, og trykkfallet over ventilen (dP=P2-P3) prosessert av et første ordens lavpassfilter og i to tilfeller, hvorved differensasjon med henblikk på tid kombinert med et andre første ordensfilter (for å begrense den derivative inngrep ved høye frekvenser). Disse prepro-sesserte versjoner av Pl og dP vil deretter bli brukt som inngang til flere etterfølgende blokker.

Observasjon av Ba (Blocking avoidance) påinngrep på rørledning/brønn

Denne blokken inneholder to underblokker. Begge disse underblokker prosesserer de to filtrerte derivativer fra filtrerings-/derivasjonsblokken. I jevn- tilstands-deteksjonsblokken blir det detektert om strømningslinjen er i jevn tilstand eller ikke. Med jevn tilstand menes det at strømningslinjetrykkene er stabile. Dette utgjøres ved å sjekke om absoluttverdiene av derivativene er små nok over en lang nok tidsperiode ( BaT7-JF sekunder). I system-stabilisert-deteksjonsblokken blir det sjekket om verdiene til derivativene er innenfor et gitt bånd for en bestemt tidsperiode { BaT6_ W sekunder). Med system stabilisert menes det at strømningen ut av rørledning/brønn "tar seg opp", det vil si at strømningen ut av rørledning/brønn har "blitt reddet" fra å opphøre. Typisk er dette presisert ved at den tidsderiverte av dP er stor nok mens den tidsderiverte av Pl er liten nok for en bestemt tidsperiode ( BaT6- W sekunder). Uttrykket Ba er forkortelse for Blocking avoidance.

Fylling av 4 vinduer benyttet til å sjekke om en væskeblokkasje er i ferd med å skje, og om så å avgjøre om ventilen bør åpnes eller ikke.

Som illustrert i figur 4 som eksempel, er det fire vinduer/køer som beveger seg med tid, som sporer utviklingen eller trenden av dP, en filtrert versjon av dP, og ventilbevegel-sen, som bidrar til funksjonaliteten av foreliggende oppfinnelse. Disse vinduer/køer er fortrinnsvis av typen først inn, først ut (FIFO). BufferWindow før det såkalte LargeWindow (andre vindu) brukes for å få verdiene inneholdt i largeWindow til å represen-tere det "normale" området av verdier for en filtrert versjon av dP i en jevn tilstandssi-tuasjon for strømningslinjen. LargeWindow brukes i forbindelse med å detektere om en væskeblokkering er i ferd med å skje etter at strømningslinjen har nådd en jevn tilstand. Det såkalte SmallWindow_DP (første vindu) inneholder utviklingen av en ikke-filtrert versjon av dP. Generelt kan det også være påkrevd å filtrere dP-verdiene inneholdt i SmallWindow_DP. SmallWindow_DP brukes i forbindelse med deteksjon av om en væskeblokkering er i ferd med å skje under den innledende fase av stabilisering etter at en plugg har blitt opptatt.

Legg merke til at størrelsene av det "lille" og "store" vindu { BaTlJV o%BaT3_ W sekunder) bestemmes av brukeren/operatøren, og generelt kan det "lille" vindu være større enn det "store" vindu ( BaTl _ W> BaT3_ W). Hvis det er en annen kontroller som for eksempel kontrollerer innløpstrykket brukes SmaliWindow_CoOut for å holde spor på hvordan denne andre kontroller bidrar til den totale utgang gitt til ventilen. Hvis for eksempel innløpstrykkontrolldelen selv åpner ventilen tilstrekkelig slik at en væskeblokkering forventes å unngås, vil det inventive system ha null bidrag til den totale utgang gitt til ventilen. I tilfelle når systemet bidrar med et positivt "hopp" i den totale utgang, kunne det muligens føre til en etterfølgende destabilisering av strømningslinjen, fordi strømningslinjens innløpstrykk, og derfor den potensielle energi i strømningslinjen, kunne trekkes for lavt for å opprettholde muligheten for å føre væske opp stigerø-ret/brønnen. For å sikre at utgangen sendt til ventilen legges i kø i SmaliWin-dow_CoOut, må dette vindu oppdateres når beregningen av den totale utgang gitt til ventilene er avsluttet (inkludert øvre/nedre grensedragning). Dette gjøres i kontrollerut-gangsberegningsblokken.

Klargjøring av "lite" vindu inngrep

Ved å klargjøre "lite" vindu inngrep menes det at den inventive fremgangsmåte/system kan bidra med et positivt "hopp" til den totale utgang gitt til ventilen hvis det er påkrevet for å unngå en væskeblokkering i strømningslinjen, og i tillegg hvis det er tillatt, (se nedenfor). Om det er påkrevet eller ikke er basert på utviklingen av dP og utviklingen av total utgang fra innløpstrykkontrolleren inneholdt i SmallWindow_DP og SmallWin-dow_CoOut, respektivt. For at "lite" vindu inngrep skal klargjøres kreves det at dP over ventilen er under en bestemt grense (BaLiml_DP), årsaken er at hvis man plutselig åpner ventilen med et høyt dP over den kan det forårsake alvorlige problemer nedstrøms som er viktigere å unngå enn å stabilisere strømningslinjen. I tillegg må strømningslin-jen ikke allerede betraktes som stabilisert.

Denne klargjøringsblokk kunne like gjerne blitt integrert med blokken Sjekk om "lite" vindu vikning er tillatt, og den resulterende integrering kalt klargjøring av "lite" vindu inngrep eller sjekk om "lite" vindu inngrep er tillatt.

Klargjøring av "stort" vindu inngrep

Betydningen av klargjøring er den samme i dette tilfelle som for klargjøring av "lite" vindu inngrep. Klargjøring av "stort" vindu inngrep kreves det at det har blitt detektert at rørledningen er i jevn tilstand og at tilstrekkelig tid har løpt slik at LargeWindow er fylt.( Buffervindu er faktisk nødvendigvis fylt hvis LargeWindow er fylt.).

Denne klargjøringsblokk kunne like gjerne ha blitt integrert med blokken Sjekk om "stort" vindu inngrep er tillatt, og den resulterende integrasjon kalt klargjøring av "stort" vindu inngrep eller Sjekk om "stort" vindu inngrep er tillatt.

Resetting

Hvis dP over ventilen er over en bestemt grense (BaLiml_DP), blir klargjøringen av "lite" og "stort" vindu inngrep resatt, og slik blir deteksjonen av jevn tilstand så vel som deteksjonen av system stabilisert. Det betyr at hvis dP er over denne grense vil det inventive system ikke bidra til den totale utgang gitt til ventilen. Derfor vil det være null bidrag fra det inventive system.

Sjekk om "lite" vindu inngrep er tillat

"Lite" vindu inngrep tillates bare hvis det er klargjort, det inventive system selv er klargjort, alle kooperasjoner under initialisering (første sykluskjøring) var ok, og ingen venting etter siste "lite" vindu inngrep pågår.

Sammenlign beskrivelsen ovenfor av klargjøring av "lite" vindu inngrep.

Sjekk om "stort" vindu inngrep er tillatt

"Stort" vindu inngrep tillattes bare hvis det er klargjort, det inventive systemet selv er klargjort, alle kooperasjoner under initialisering (det vil si første sykluskjøring) var ok, og ingen venting etter siste "stort" vindu inngrep pågår.

Sjekk om "stort" vindu inngrep er påkrevet.

Inngrep i den forstand av å skape et positivt "hopp" i ventil/spjeldåpning for å unngå væskeblokkering i strømningslinjen er påkrevet hvis det jevne filtrerte dP over ventilen er mindre enn en bestemt prosentdel av det laveste filtrerte dP inneholdt i det "store" vindu. Dette laveste dP representerer en "normalt" lav dP i jevn tilstand.

Dette skal forstås og bety: hvis jevne strømningsestimat er meget lavt sammenlignet med det som er normalt i jevn tilstand, betyr det at strømningen sannsynligvis opphører og at ventilen/spjeldet bør "hoppes" åpen for å få det i gang igjen.

Sjekk om "lite" vindu inngrep er påkrevet.

Inngrep i den forstand av å frembringe et positivt "hopp" i ventil/spjeldåpningen for å unngå væskeblokkering i strømningslinjen er påkrevet hvis økningen i utgang til ventil/spjeld over SmallWindow_CoOut, ved forutsetning av null bidrag fra det inventive system, ved jevne sample er for lite, og utgangen til ventilen/spjeldet, med null bidrag fra systemet, ikke allerede er for høyt, og fallet i ventil dP under tidsperioden som re presenterer det "lille" vindu er stort nok, og gjeldende ventil dP er mindre enn det ved foregående sample.

Dette er å forstå og bety: hvis strømningen ut av strømningslinjen har falt hurtig for en stund etter å ha mottatt en plugg, og i tillegg for tiden faller hurtig, bør ventilen/spjeldet åpnes hurtig av det inventive system for å få det i gang igjen, for å unngå at det dannes en til plugg, forutsatt at ventilen/spjeldet ikke allerede åpner hurtig nok og spjeldet/ventilen ikke allerede er for åpen (for å redusere risikoen av å forårsake problemer nedstrøms).

Beregning av "hopp" i utgang når "lite" eller "stort" vindu inngrep er påkrevet.

Hvis det finnes at "lite" eller "stort" vindu inngrep er påkrevet blir det essensielt forsøkt å addere positiv verdi fra det inventive system til BaOpening som gis til spjeldet/ventilen. Hvis imidlertid åpningen med null bidrag fra systemet er over Ba-Liml u KP, men under BaLim2_u_KP, blir BaOpening skalert med BaKP_scaling. Hvis åpningen med null bidrag fra systemet er over BaLim2_u_KP vil bidraget fra systemet være null.

Hvis den resulterende ventilåpning er over BaLim2_u_KP etter addering av bidraget fra systemet, vil det resulterende bidrag fra systemet være en prosentdel gitt ved BaKP_scaling2, av forskjellen mellom BaLim2_u_KP og spjeld/ventilåpningen med null bidrag fra systemet.

Vent etter "stort" vindu inngrep

Etter at et "stort" vindu inngrep har blitt tatt, må en bestemt tidsperiode (BaT5_W sekunder) passere før neste "stort" vindu inngrep blir tillatt.

Vent etter "lite" vindu inngrep

Etter at et "lite" vindu inngrep har blitt tatt må en bestemt tidsperiode (Bat2_W sekunder) passere før neste "lite" vindu inngrep blir tillatt.

Forvissning om BaOut >=0

Inngrepet fra det inventive system i form av en justering av ventilåpningen bør være positivt.

Beregning av kontroller utgang

Spjeld/ventilutgangssignalet er klart til å sendes til ventilen.

Det gjeldende beskrevne system og fremgangsmåten har blitt testet ved bruk av OLGA simuleringer av en rørledning. Rørledningen plugger (er ustabil) ved bruk av konstant ventilåpninger på 20 % og 30 %. Dette er vist i figur 7. Den inventive fremgangsmåte/system ble testet uten noen innløpstrykkskontroller og resultatet er vist i figur 8. Systemet blir slått på ved tid=4 timer. Det kan sees at det tas inngrep ved tid= 5,4 timer ved å øke ventilåpningen på en ikke-lineær måte siden trykkfallet over ventilen plutselig begynner å falle. Resultatet er at strømningslinjen stabiliseres og minskningen i trykkfallet over ventilen stopper.

Figur 9 viser reelle data fra en rørledning i pluggtilstand ved bruk av den inventive fremgangsmåte/system sammen med en innløpstrykkskontroller. "Ut" i figuren er den beordrede ventilåpning. Det kan sees at systemet åpner ventilen ved isolerte tidspunkter siden det har detektert plutselige fall i dP. Resultatet er at rørledningen blir stabilisert.

Tilslutt bør det legges merke til at det inventive system omfatter en meget ikke-lineære komponent i motsetning til en standard lineær PID kontroller. En annen forskjell mellom standard tilbakekoblingskontrollere og det inventive system er at det inventive system typisk manipulerer ventilåpningen ved isolerte tidspunkt i motsetning til en kontinuerlig (i tid) manipulering av ventilen. Fremgangsmåten i følge foreliggende oppfinnelsen kan implementeres som software, hardware, eller en kombinasjon derav. Et dataprogramprodukt som implementerer fremgangsmåten eller en del av denne omfatter en programvare eller et dataprogram som kjører på en universell eller spesielt tilpasset da-tamaskin, prosessor eller mikroprosessor. Programvaren inkluderer dataprogramkode-elementer eller programvarekoddeler som får datamaskinen til å utføre fremgangsmåten ved bruk av minst en av trinnene i følge den inventive fremgangsmåte.

Programmet kan lagres helt eller delvis på eller i en eller flere egnede datalesbare medi-er eller datalagringsmidler slik som en magnetisk disk, CD rom eller DVD plate, hard-disk, magnetoptisk minnelagringsorgan, i RAM eller volatilt minne, i ROM eller flash-minne som firmware, eller på en dataserver.

Det vil forståes av fagfolk på området at forskjellige modifikasjoner og endringer kan utføres på foreliggende oppfinnelse uten å avvike fra omfanget derav, som er definert av de vedføyde patentkrav.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for automatisk regulering av en strømning i et strømningslinjesys-tem, idet nevnte strømningslinjesystem inkluderer en strømningslinje (3), et innløp (1) og et utløp (2), en reguleringsventil eller choke (4) lokalisert i strømningslinjen (3) ved utløpet (2), idet nevnte fremgangsmåte inkluderer trinnene: - måling eller estimering av et innløpstrykk (PT1) eller innløpsstrømningsrate (FT1) ved innløpet (1), - regulering av åpningen av ventilen eller choken (4) med en første reguleringsenhet (8) som er en aktiv tilbakekoblingskontroller (8) som en funksjon av nevnte målinger eller estimater av innløpstrykket (PT1) og et settpunkt for innløpstrykket, eller innløpsstrøm-ningsraten (FT1) og et settpunkt for innløpsstrømningsraten, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte inkluderer de ytterligere trinn med: - måling eller estimering av en utløpsfluidstrømningsrate (FT2) og/eller et trykkfall (dP) over ventilen eller choken, og/eller en ventil eller chokeåpning, - automatisk bestemmelse av en verdi for settpunktet for innløpstrykket eller for inn-løpsstrømningsraten i en andre kontrollenhet (5), og - tilveiebringing av nevnte settpunkt for innløpstrykk eller for innløpsstrømningsraten til nevnte første reguleringsenhet (8).

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved å bestemme verdien for settpunktet for innløpstrykket eller for innløpsstrømningsraten slik at trykkfallet over ventilen eller choken holdes på en vesentlig konstant verdi.

3. Fremgangsmåte i følgekrav 1, karakterisert ved å tilveiebringe status for strømningen i strømningslinjen i forhold til stabilitet eller ustabilitet via et menneske-maskin grensesnitt omfattende inn-gangsorganer arrangert for dette.

4. Fremgangmåte i følge krav 2 eller 3, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte inkluderer trinnene: - måling eller estimering av en utløpsstrømningsrate (FT2) eller et trykk (PT2) opp-strømsventilen eller choken, eller en trykkforskjell (dP) over ventilen eller choken, eller en fluidtetthet, eller en fluidtemperatur, eller enhver kombinasjon derav og åpning av ventilen eller choken, - bestemmelse av om et plutselig fall opptrer i noen av målingene eller estimatene, - avgjørelse av om en blokkering i strømningslinjen har oppstått eller er i ferd med å oppstå, og om en blokkering indikeres å være tilstede eller å nærme seg, - økning av åpningen av ventilen eller choken (4) med en verdi bestemt av målingene eller estimatene, og - forhindring av enhver ytterligere manipulering av ventilen eller choken (4) før en ikke-null-tidsperiode har utløpt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at når nevnte ikke-null-tidsperiode har utløpt, - måling eller estimering av en utløpsstrømningsrate (FT2) eller et trykk (PT2) opp-strøms ventilen eller choken, eller en trykkforskjell dP over ventilen eller choken, eller en fluidtetthet, eller en fluidtemperatur, eller enhver kombinasjon derav, og åpning av ventilen eller choken, og - avgjørelse av om en blokkering fremdeles er til stede eller er i ferd med å oppstå, og om så, - økning av åpningen av ventilen eller choken (4) med en verdi bestemt av målingene eller estimatet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,4 eller 5, karakterisert ved å måle nevnte utløpsstrømningsrate med en multifase strøm-ningsmåler.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,4 eller 5, karakterisert ved å estimere nevnte utløpsstrømningsrate fra målinger av en trykkforskjell over ventilen (4).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,4 eller 5, karakterisert ved å estimere nevnte utløpsstrømningsrate fra målinger av en trykkforskjell over ventilen (4) og målinger av ventil- eller chokeåpning og/eller tetthet av et fluid som strømmer i strømningslinjen.

9. System for automatisk regulering av en strømning i et strømningslinjesystem, hvor nevnte strømningslinjesystem inkluderer en strømningslinje (3), et innløp (1) og et utløp (2), en reguleringsventil eller choke (4) lokalisert i strømningslinjen (3) ved utløpet (2), - organer for å måle eller estimere et innløpstrykk (PT1) eller innløpsstrømningsrate (FT2) ved innløpet (1), - en første reguleringsenhet (8) som er en aktiv tilbakekoblingskontroller arrangert for å styre åpningen av ventilen eller choken (4) som en funksjon av målingene eller estima tene av innløpstrykket (PT1) og et settpunkt for innløpstrykk, eller innløpsstrømningsra-ten (FT1) og et settpunkt for innløpsstrømningsraten, karakterisert ved at systemet omfatter: - organer for å måle eller estimere en fluidstrømningsrate (FT2) for utløpet fra strøm-ningslinjen (3), og/eller et trykkfall (dP) over ventilen eller choken (4), og/eller åpningen av ventilen eller choken, - en andre reguleringsenhet (5), arrangert for automatisk å bestemme en verdi for settpunktet for innløpstrykket eller for innløpsstrømningsraten til nevnte første reguleringsenhet (8).

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved et menneske-maskin-grensesnitt omfattende inngangsorga-ner arrangert for å tilveiebringe status av strømningen i strømningslinjen med henblikk på stabilitet eller ustabilitet.

11. Dataprogramprodukt omfattende datakodevirkemidler og/eller programvarekodede-ler for å få en prosessor til å utføre ethvert av trinnene ifølge krav 1-8.

12. Dataprogramprodukt ifølge krav 11, levert via et nettverk, slik som Internett.

13. Datalesbart medium inneholdende et dataprogramprodukt ifølge krav 11 eller 12.