Sand production modeling based on Acoustic Emission

Abstract

I denne artikkelen skal leseren finne en detaljert beskrivelse av en forskning dedikert til overvåking av sandproduksjon basert på akustiske utslippsmålinger. Løssandproduksjon er et alvorlig problem som vi kan finne i de fleste hydrokarbonfelt. Sandkorn forårsaker erosjon av rørledninger og utstyr, som kan føre til lange reparasjonsarbeider, hendelser, miljøproblemer og andre problemer. Forskningen var fokusert på undersøkelse av akustiske emisjonssignalfunksjoner. Spesielt på spørsmålet om hvordan man kan hente ut informasjon om sandkornpåvirkning med rørveggen. Også korrelasjoner mellom strømningsparametere og ekstraherte signalfunksjoner ble bygget basert på laboratorieeksperimenter. Mange forskjellige tester ble utført for å bestemme hvordan sandkonsentrasjon, væskehastighet og sandkornstørrelse påvirker akustisk emisjonssignal. Innhentede korrelasjoner ble kombinert basert på laboratorieobservasjoner, litteraturgjennomgang og mellommodellering. Stor oppmerksomhet ble lagt på typen sandstrøm og vertikal kornfordeling for å bringe alle korrelasjoner sammen. I tillegg ble det bygget en egen modell for å estimere en kornstørrelse, som har gjort den endelige overvåkningsmodellen ganske robust for begrensende innledende input. Som et resultat av forskningen ble det skrevet et MATLAB-program. Programmet krever kun strømningshastighet som første input og kan bygge et plott av sandhastighet for registreringsperioden. Den kan også estimere karakteristisk kornstørrelse i strømmen og beregne akkumulert masse i tilfelle sand har kommet som en plugg. Den endelige modellen har flere begrensninger når det gjelder arbeidsrekkevidde og flytende faser. Nøyaktigheten av sandhastighetsestimeringen kan være relativt høy med riktig kalibrering og kjent sandfordeling.

In this paper the reader will find a detailed description of a research dedicated to sand production monitoring based on Acoustic Emission measurements. Loose sand production is a serious issue that we can find in majority hydrocarbon fields. Sand grains cause erosion of pipelines and equipment, that can lead to long repair works, incidents, environment problems and other issues. The research was focused on investigation of Acoustic Emission signal features. Especially on the question how to extract information about sand grain impingement with the pipe wall. Also, correlations between flow parameters and extracted signal features were built based on laboratory experiments. Many different tests were conducted to determine how sand concentration, fluid velocity and sand grain size effect on Acoustic Emission signal. Obtained correlations were combined based on laboratory observations, literature review and intermediate modelling. High attention was put on the type of sand flow and vertical grain distribution to bring all correlations together. In addition, a separate model was built to estimate a grain size, that has made the final monitoring model quite robust for limited initial input. As a result of the research a MATLAB program was written. The program requires only flow rate as initial input and can build a plot of sand rate for the period of recording. Also, it can estimate characteristic grain size in the flow and calculate accumulated mass in case sand has come as a plug. The final model has several limitations in terms of working range and flowing phases. Accuracy of sand rate estimation can be relatively high with proper calibration and known sand distribution.