專利名稱：氣升式石油生產(chǎn)中使用壓力變送器的環(huán)形空間堵塞檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣升式石油生產(chǎn)操作，特別地，本發(fā)明涉及在這種操作中改良的環(huán)形空間堵塞檢測。
背景技術(shù)：
提升原油的氣升方法使用在很多世界的油井中。的確，在其中存在相當(dāng)數(shù)量的伴隨氣體和含有相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)生固體的油田中，優(yōu)選的是增大自然儲(chǔ)積層的壓力并從而增加產(chǎn)量的方法。
因?yàn)榇思夹g(shù)在井口包括相對(duì)緊湊的設(shè)備，在諸如海面上的空間很短缺的地方以及在維修的通路受到限制的地方，此技術(shù)特別有吸引力。
圖1是典型的氣升油井的簡圖。中心管道10限定通道12，原油通過通道12在箭頭14的方向上流動(dòng)直到地面并最終到達(dá)一個(gè)或多個(gè)收集站。中間部分包括中間導(dǎo)管16，優(yōu)選地，所述中間導(dǎo)管16同心地設(shè)置在管道10的周圍以限定導(dǎo)管16和管道10之間的內(nèi)環(huán)形空間17。加壓氣體注入到內(nèi)環(huán)形空間17內(nèi)并在箭頭18的方向上向下行進(jìn)到管道系統(tǒng)的底部。然后加壓氣體通過特別部分進(jìn)入包含原油的中間部分。這產(chǎn)生了原油經(jīng)管道10上升到表面的升力。依據(jù)此過程的性質(zhì)，內(nèi)環(huán)形空間17被加高壓并經(jīng)常具有超出外界的溫度。外殼20限定外殼20和導(dǎo)管16之間的外環(huán)形空間22。外環(huán)形空間22和外殼20有助于保護(hù)環(huán)境以防止泄漏和抽吸操作的任何熱影響。在理想的情況下，外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力略低于大氣壓，并且不會(huì)具有設(shè)置在其中的諸如石油或氣體的任何物質(zhì)。然而，在實(shí)際操作中，外環(huán)形空間22由于自內(nèi)環(huán)形空間12的泄漏或限定內(nèi)環(huán)形空間17和外環(huán)形空間22之間的阻擋層的導(dǎo)管16內(nèi)的破裂可以變得被加壓。外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力有時(shí)可以達(dá)到每平方英寸2000磅的等級(jí)的水平。在這些情況下，為操作油井，也許需要來自政府或其他合適的管理機(jī)關(guān)的特別許可。在此情況下，為遵守規(guī)定，必須監(jiān)測外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力。
使監(jiān)測外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力復(fù)雜的一個(gè)因素是設(shè)置在外環(huán)形空間22內(nèi)的物質(zhì)，所述外環(huán)形空間22也許會(huì)(部分或全部)充滿諸如來自周圍或儲(chǔ)積層的水、泥、石油的物質(zhì)。因?yàn)檫@些物質(zhì)由于具有相當(dāng)高的壓力在相對(duì)高的溫度下會(huì)凝固，這些物質(zhì)的存在對(duì)壓力測量能夠產(chǎn)生相當(dāng)大的問題。如圖1中所示，為了監(jiān)測外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力，諸如變送器24的壓力變送器有時(shí)可操作地連接到外環(huán)形空間22上。
在正常的石油抽吸操作期間，油井溫度可為約160，此溫度是由相對(duì)高壓的氣體注入到系統(tǒng)中引起的。因?yàn)槎喾N原因，油井偶爾會(huì)停止操作。在此情況下，靠近地面和高出地面的井口的溫度會(huì)降到外界溫度。在這些情況下，在外環(huán)形空間22內(nèi)的物質(zhì)可以凝固，并在外環(huán)形空間22內(nèi)和/或儀器管道26內(nèi)產(chǎn)生堵塞。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，通過使用變送器24獲得的壓力測量值將不再反映外環(huán)形空間22內(nèi)的實(shí)際壓力。當(dāng)油井又開始操作時(shí)，油井中的溫度開始上升。這種溫度上升會(huì)導(dǎo)致外環(huán)形空間22底部的物質(zhì)膨脹。因?yàn)樵陧敳靠赡苡心潭氯诙氯旅娴沫h(huán)形空間22內(nèi)會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)?shù)膲毫υ黾?。在此過程中，已經(jīng)觀察到超出每平方英寸4000磅的外環(huán)形空間壓力。由于在環(huán)形空間22頂部的凝固堵塞，通過使用變送器24測量到的壓力將不會(huì)指示此劇烈的壓力升高。因此，在井口處常規(guī)的壓力監(jiān)控也許無助于檢測到此問題。如果油井內(nèi)的壓力上升太多，可能會(huì)在頂部引起爆炸且引起對(duì)環(huán)境的泄漏和潛在的嚴(yán)重傷害甚至死亡。
因此，確定外環(huán)形空間是否正在變得堵塞或已經(jīng)堵塞極端重要。而且，為了保證在此監(jiān)測過程中不需要額外的成本，如果在不增加重要的硬件或技術(shù)人員時(shí)間的情況下此監(jiān)測可以完成，此監(jiān)測過程將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于氣升油井提出了外環(huán)形空間堵塞檢測。使用壓力變送器實(shí)現(xiàn)外環(huán)形空間檢測。壓力變送器提供油井的外環(huán)形空間內(nèi)的壓力的指示。與多個(gè)外環(huán)形空間壓力讀數(shù)有關(guān)的參數(shù)用來提供環(huán)形空間堵塞的指示。統(tǒng)計(jì)參數(shù)的示例包括平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。


圖1是典型的氣升油井的簡圖；圖2是壓力變送器的簡圖，所述壓力變送器可操作地連接到根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的外環(huán)形空間；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行的試驗(yàn)的結(jié)果；圖4顯示了與圖3的試驗(yàn)情形相同的作為時(shí)間的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
具體實(shí)施例方式
圖2是可操作地連接到外環(huán)形空間22的壓力變送器100的簡圖。變送器100的壓力傳感器102流體連接到環(huán)形空間22，并且具有隨環(huán)形空間22內(nèi)的壓力變化的電特性。壓力傳感器102可以是電容類型的壓力傳感器、基于電阻的應(yīng)變計(jì)式壓力傳感器或任何其他合適的傳感器。壓力傳感器102電連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器104。轉(zhuǎn)換器104將來自傳感器102的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)值，所述數(shù)字?jǐn)?shù)值由轉(zhuǎn)換器104經(jīng)線路106提供給控制器108。另外，根據(jù)此發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器104可以提供用虛線表示的輔助輸出110，所述輔助輸出110僅反映指示模擬讀數(shù)的數(shù)字位流。數(shù)字位流的使用允許更高的分辨率，這對(duì)一些類型的統(tǒng)計(jì)處理有用。例如，當(dāng)傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在線路106上提供每秒大約22次的數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)，在線路110上的數(shù)字位流的頻率可以超過100kHz。
電源模塊112可以包括任何合適的用來接收電力和傳輸電力到變送器100的元件的電路。如線路114指示的，模塊112連接到所有需要電力的元件。模塊112可以包括儲(chǔ)能電池或可以包括連接到能源的合適的電路。眾所周知，一些過程工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議提供了操作功率。這些協(xié)議的例子包括HART，和FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線。電源模塊112還可以包括一個(gè)或多個(gè)合適的換能器，所述換能器用來將電勢能轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谧兯推?00的電能。從而，模塊112可以包括一個(gè)或多個(gè)例如太陽能電池。
通信模塊116連接到控制器108并使變送器100與一個(gè)或多個(gè)外部裝置通信。在預(yù)期變送器100通過使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)過程通信協(xié)議進(jìn)行通信的實(shí)施例中，模塊116將作適當(dāng)?shù)匦薷摹＠?，如果變送?00將通過使用FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線協(xié)議進(jìn)行通信，模塊116可以包括任何適當(dāng)?shù)囊阎F(xiàn)場總線通信電路。在一些實(shí)施例中，變送器100可以提供指示環(huán)形空間22內(nèi)壓力的第一信號(hào)和表示環(huán)形空間堵塞的第二信號(hào)。已知的協(xié)議允許經(jīng)由同樣的通信線路供給這樣的信號(hào)。例如，一個(gè)信號(hào)可以模擬格式提供，而第二個(gè)信號(hào)可以是疊加數(shù)字信號(hào)。
優(yōu)選地，控制器108為微處理器?？刂破?08可以是變送器100的部件，或放置在遠(yuǎn)離變送器100的地方。控制器108可以包括內(nèi)存儲(chǔ)器(沒有分別示出)和/或可以連接到外存儲(chǔ)器120。通過使用內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器120或它們的組合，控制器108將存儲(chǔ)壓力測量數(shù)據(jù)，所述壓力測量數(shù)據(jù)與時(shí)間上的、來自壓力傳感器102的讀數(shù)有關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，已經(jīng)確定基于與壓力傳感器102有關(guān)的多個(gè)時(shí)間上間隔開的讀數(shù)能夠揭示環(huán)形空間22的堵塞。說明書剩下的大部分將集中在統(tǒng)計(jì)參數(shù)的使用上。然而，通過使用其他的諸如模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、學(xué)習(xí)技術(shù)、趨勢分析的分析技術(shù)以及任何其他合適的方法，或它們的任何組合，能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的實(shí)施例。
為了了解堵塞的效果，在實(shí)際的油井和模擬的實(shí)驗(yàn)室鉆井裝置上都執(zhí)行了各種模擬。在這些模擬中，通過將測量裝置與過程隔離，使用儀器管道上的各種閥以人工引發(fā)環(huán)形空間堵塞的條件。市場上買得到的壓力變送器(商業(yè)牌號(hào)3051 ST，可從Rosmount，Inc.，of Eden Prairie，Minnesota得到)用作壓力測量裝置。此變送器配備有用來為統(tǒng)計(jì)計(jì)算提供快速更新診斷的輔助數(shù)據(jù)通道110。使用在模擬中的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)算是壓力測量值的平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。然而，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明的實(shí)施例限于這些統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
圖3顯示執(zhí)行的試驗(yàn)中的一個(gè)的結(jié)果。此曲線代表作為時(shí)間的函數(shù)的平均參數(shù)。在此特殊情況下，外環(huán)形空間22內(nèi)的正常操作壓力大約為每平方英寸426磅。每次關(guān)閉閥以促使環(huán)形空間堵塞時(shí)，相較于正常的操作壓力，平均參數(shù)壓力讀數(shù)顯示了數(shù)值的大幅下降。試驗(yàn)已經(jīng)得出的結(jié)論為溫度變化和管道/閥泄漏有助于作為堵塞的結(jié)果的這種變化。因此，壓力變送器100可以特征化為，或者另外校準(zhǔn)為已知的非堵塞狀態(tài)。然后，如果壓力傳感器讀數(shù)的平均值與“好”狀態(tài)基線偏離超出允許的閾值，自指示環(huán)形空間堵塞的壓力變送器100提供警報(bào)或者其他合適的指示。
圖4顯示了與圖3的試驗(yàn)情形相同的作為時(shí)間的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。標(biāo)準(zhǔn)偏差參數(shù)代表更加與眾不同的用于堵塞指示的信號(hào)。每次系統(tǒng)堵塞時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)偏差中可以觀察到峰值。因?yàn)閺膱D4中所示的結(jié)果看標(biāo)準(zhǔn)偏差顯而易見，因此，標(biāo)準(zhǔn)偏差可以單獨(dú)使用，或者與平均值共同使用，以提供環(huán)形空間堵塞檢測。
對(duì)環(huán)形空間堵塞檢測而言，另一挑戰(zhàn)性的情形是當(dāng)油井停止和啟動(dòng)的時(shí)候。在此情況下，外環(huán)形空間22內(nèi)的壓力將不高于正常操作期間的壓力。然而，在此情況下，仍然可以使用統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控。如果在抽吸操作停止運(yùn)轉(zhuǎn)之前在壓力變送器上已經(jīng)執(zhí)行了訓(xùn)練，那么，外環(huán)形空間平均壓力和其標(biāo)準(zhǔn)偏差能夠作為基線記錄。當(dāng)油井再次啟動(dòng)時(shí)，如果沒有堵塞，預(yù)期壓力測量值會(huì)從其停止運(yùn)轉(zhuǎn)水平上升。如果有堵塞，壓力測量值將不會(huì)顯著地上升，從而表示環(huán)形空間堵塞。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，壓力變送器100設(shè)置有關(guān)于抽吸操作或者停止和啟動(dòng)，或者關(guān)于抽吸操作、停止和啟動(dòng)的通知。從而，當(dāng)壓力變送器100收到抽吸再次啟動(dòng)的通知時(shí)，在預(yù)期測量值可接受之前，可以等待預(yù)先選定的持續(xù)時(shí)間。
盡管優(yōu)選地，關(guān)于外環(huán)形空間壓力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的監(jiān)測連續(xù)地進(jìn)行，但通過在選定的時(shí)間間隔獲取外環(huán)形空間壓力，或者甚至響應(yīng)技術(shù)人員的請(qǐng)求，本發(fā)明的實(shí)施例能夠得到實(shí)施。然而，為了提供統(tǒng)計(jì)計(jì)算，足夠的壓力測量值的數(shù)值必須由壓力傳感器102采集。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的熟練的工人將承認(rèn)在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在形式和細(xì)節(jié)上可以做出改變。
權(quán)利要求
1.一種用來檢測氣升油井內(nèi)的外環(huán)形空間堵塞的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括壓力變送器，所述壓力變送器能夠可操作地連接到氣升油井的外環(huán)形空間，所述壓力變送器適于提供與外環(huán)形空間內(nèi)的壓力有關(guān)的信號(hào)；以及控制器，所述控制器構(gòu)造為接收所述信號(hào)和獲取與外環(huán)形空間有關(guān)的多個(gè)壓力測量值，所述測量值時(shí)間上間隔開，基于多個(gè)壓力測量值，所述控制器構(gòu)造為計(jì)算表示環(huán)形空間堵塞的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器是壓力變送器的元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力變送器適于提供第一信號(hào)和第二信號(hào)，所述第一信號(hào)指示外環(huán)形空間內(nèi)的壓力，所述第二信號(hào)指示堵塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力變送器通過數(shù)字處理通信環(huán)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力變送器通過數(shù)字處理通信環(huán)被提供電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力變送器還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字轉(zhuǎn)換提供給控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力變送器還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將高速位流提供給控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)是統(tǒng)計(jì)參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)是平均值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)偏差。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)是平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)通過使用模糊邏輯計(jì)算。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。
14.一種確定氣升油井的外環(huán)形空間是否至少部分堵塞的方法，所述方法包括獲取外環(huán)形空間內(nèi)的多個(gè)時(shí)間上間隔開的壓力測量值；通過使用所述多個(gè)測量值計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)；以及基于所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)提供堵塞的指示。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述方法供給壓力變送器執(zhí)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)是平均值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)偏差。
18.一種氣升油井，包括第一管道，所述第一管道具有限定適于輸送加壓原油的內(nèi)部的第一管壁；第二管道，所述第二管道具有與第一管壁限定內(nèi)環(huán)形空間的第二管壁；外殼，所述外殼與第二管壁限定外環(huán)形空間；以及用于檢測外環(huán)形空間堵塞的裝置。
全文摘要
對(duì)于氣升油井提出了外環(huán)形空間堵塞檢測。通過使用壓力變送器(100)實(shí)現(xiàn)外環(huán)形空間檢測。壓力變送器(100)提供油井的外環(huán)形空間(20)內(nèi)的壓力的指示。與多個(gè)外環(huán)形空間壓力讀數(shù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)用來提供環(huán)形空間堵塞的指示。統(tǒng)計(jì)參數(shù)的示例包括平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1910338SQ200580002366
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者卡迪爾·卡瓦克里格魯, 馬考斯·佩盧索 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司