專利名稱：通過井生產(chǎn)油氣混合物的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制通過油井的石油天然氣混合物的生產(chǎn)的方法和系統(tǒng)，所述油井延伸至一位于含氣層之下的一含油層內(nèi)。
背景技術(shù)：
油井可以是自由流動的，或通過注射至井下處的提升氣體而被啟動，以減小生產(chǎn)管內(nèi)井流出物的密度。提升氣體注入生產(chǎn)油管的動態(tài)控制方法由歐洲專利No.840836和945589以及英國專利申請No.2342109和2252797所公開。這些現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)未公開對付氣錐效果的技術(shù)措施。
眾所周知，如果石油從一較薄的且位于一通常稱為氣帽的含氣層之下的含油層中產(chǎn)生，則會出現(xiàn)氣錐。直立生產(chǎn)油管底部處較低的壓力將逐漸增強地吸儲層內(nèi)的石油，最終將氣體從含油層上面的氣帽中吸出。
通常的做法是對井口節(jié)流器或者噴油嘴的尺寸進(jìn)行調(diào)整，從而減輕氣錐的現(xiàn)象，以防止氣帽耗盡，并且避免石油產(chǎn)量減少，以及避免油井主要從氣帽中產(chǎn)出氣體。
如果臨界壓降(drawdown)仍然非如人所意料地超出，這可能是由于儲層漸變造成的，將產(chǎn)生完全的氣錐現(xiàn)象。這導(dǎo)致采油量大量減少并且氣帽不必要地耗盡。當(dāng)氣錐已經(jīng)完全形成之后，只有通過大幅度收回油井產(chǎn)物的方式才能將其停止，而這會導(dǎo)致生產(chǎn)延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種方法和系統(tǒng)，這種方法和系統(tǒng)使得井即使在氣錐邊緣處也能產(chǎn)油，從而僅有來自氣帽的有限量的氣體隨著采出原油被帶走，該氣體使得生產(chǎn)油管內(nèi)井流出物的密度減小，并因此而激發(fā)油從井的產(chǎn)出，但是其中，避免了完全的氣體突破(氣竄)現(xiàn)象以及由于氣錐現(xiàn)象而產(chǎn)生的采氣取代采油的現(xiàn)象。
通常用于提高采油量的上述形式的氣體經(jīng)專用注入井通過壓縮和注射方式被再次注入儲層內(nèi)。
本發(fā)明提供了一種用于通過油井生產(chǎn)油氣混合物的方法，該方法包括由位于一含氣層下的一含油層生產(chǎn)石油，其中井流出物的壓力和/或井流出物的流體產(chǎn)出物量由生產(chǎn)節(jié)流器控制，從而流入?yún)^(qū)附近地層內(nèi)的油氣界面得以降低，并且在油井產(chǎn)物內(nèi)產(chǎn)生限量的氣體。
這樣，油流內(nèi)所產(chǎn)生的氣體將減小生產(chǎn)油管內(nèi)油井產(chǎn)物的密度，并且油井流入?yún)^(qū)內(nèi)壓力的降低將導(dǎo)致產(chǎn)油量提高。然而與此同時，避免了氣錐完全竄入油井流入?yún)^(qū)內(nèi)，因為氣錐的完全氣竄使得石油產(chǎn)量明顯減少。因此，本發(fā)明的方法平衡了油汽產(chǎn)量，從而雖然油井位于氣錐邊緣，但油井仍然主要產(chǎn)出石油。
優(yōu)選地，油井產(chǎn)物的壓力和/或油井產(chǎn)物的產(chǎn)出率通過由一算法動態(tài)調(diào)整位于油井流入?yún)^(qū)下游一生產(chǎn)節(jié)流器的開口來進(jìn)行控制，所述算法基于油井測量數(shù)據(jù)來計算油井產(chǎn)物的平均流速。
生產(chǎn)節(jié)流器可位于井口處或其附近，并通過一算法進(jìn)行控制，所述算法計算井口處或其附近的油井產(chǎn)物的平均流速，并且相應(yīng)于計算速度與選定速度的偏差來調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)流器的開口。
油井產(chǎn)物的速度可通過壓力傳感器和一算法進(jìn)行計算，所述壓力傳感器測量井口處或其附近經(jīng)流動限制后的壓力差，而所述算法基于經(jīng)流動限制后的測量壓力差來計算油井產(chǎn)物的速度。
優(yōu)選地，如果由算法計算出的油井產(chǎn)物速度與期望值不同，所述算法在小于15分鐘的周期過程中，乃至更為優(yōu)選地在小于5分鐘的周期過程中對所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口進(jìn)行調(diào)整。
由于進(jìn)氣波動或者輕微井噴通常會導(dǎo)致在幾分鐘的時間段內(nèi)產(chǎn)出率增加，所以與產(chǎn)出率的測量變化值相對應(yīng)的生產(chǎn)節(jié)流器的快速響應(yīng)時間是極為重要的。但是，油井的石油流可能具有固有的速度波動，這通常持續(xù)大約5至15分鐘以內(nèi)。這些固有波動可通過算法而濾出，該算法包括一低通濾波器，它減少了持續(xù)至多5-15分鐘的波動。低通濾波器可被編程，以識別這種固有波動的典型圖形和持續(xù)時間。
可用于此目的的可能的過濾系統(tǒng)為例如Yokogawa FCS操作手冊IM 33G3C10-11E-CS中所描述的滑動平均濾波器，或者例如其他分布式控制系統(tǒng)供應(yīng)商所描述的指數(shù)濾波器。
適當(dāng)?shù)?，如果所計算的油井產(chǎn)物速度大于一預(yù)定值，所述算法將逐漸減小所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口，并且如果所計算的油井產(chǎn)物的速度和/或質(zhì)量流量小于一預(yù)定值，則所述算法將逐漸增加所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口。
本發(fā)明用于實施該方法的系統(tǒng)包括一用于調(diào)整井產(chǎn)流體流量的可變節(jié)流器；一基于一算法動態(tài)控制所述節(jié)流器開口的控制模塊，所述算法基于測量產(chǎn)量數(shù)據(jù)和壓力來計算油井產(chǎn)物的速度和/或油井產(chǎn)物的壓力；以及井口處或其附近的節(jié)流器位置傳感器，用于提供測量產(chǎn)量數(shù)據(jù)和節(jié)流器位置數(shù)據(jù)。
如果油井具有提升氣體注射裝置，該裝置至少在油井起動階段期間噴射氣體，其中沒有氣體被吸入油井流入?yún)^(qū)內(nèi)，則所述系統(tǒng)在提升氣體供應(yīng)源處還可包括一流量測量和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由所述控制模塊接受提升氣體注水流量的目標(biāo)值。
本發(fā)明的系統(tǒng)可具有根據(jù)一預(yù)置程序來啟動該油井的裝置，該預(yù)置程序調(diào)整啟動節(jié)流器開口和提升氣體供應(yīng)源，同時計入井口測量結(jié)果的變化值。
該油井可能包括若干生產(chǎn)管，油汽通過該生產(chǎn)管由位于含油層內(nèi)不同水平面處的各種流入?yún)^(qū)產(chǎn)生。
本發(fā)明基于對動力現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析而得到的認(rèn)識，所述現(xiàn)象發(fā)生于氣錐建立期間，它表明在從正常作業(yè)到氣錐現(xiàn)象轉(zhuǎn)換過程中，井口的測量變化值有一個瞬時變化。在這些瞬時變化的同時，氣泡逐漸取代始于生產(chǎn)油管底部的直立生產(chǎn)油管內(nèi)的石油/氣體混合物時。
操作經(jīng)驗業(yè)已表明，生產(chǎn)節(jié)流器開口的改變對生產(chǎn)油管底部處的壓力產(chǎn)生一瞬即效應(yīng)，并進(jìn)而對油井流入?yún)^(qū)和環(huán)繞油和/含氣層內(nèi)的孔隙壓力之間的壓力降產(chǎn)生一瞬即效應(yīng)。
本發(fā)明的控制裝置優(yōu)選地以井口測量數(shù)值的變量函數(shù)對節(jié)流器進(jìn)行動態(tài)控制，從而將氣泡抑制住。氣錐不會完全產(chǎn)生，并且如上文所述，油井生產(chǎn)將會繼續(xù)進(jìn)行。氣錐早期跡象使得控制器將油井保持在其最佳產(chǎn)出率狀態(tài)。這通過調(diào)整控制器的目標(biāo)值得以實現(xiàn)。
控制器的目標(biāo)值可能基于井產(chǎn)流體的氣體與流體的測定比率進(jìn)行調(diào)整。該測定比率可以經(jīng)產(chǎn)量節(jié)流器的溫差與經(jīng)產(chǎn)量節(jié)流器的壓差數(shù)值之比的觀測值為基準(zhǔn)。
附圖簡要說明下面將參照附圖并通過實施例對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述。


圖1示出了本發(fā)明一具有動態(tài)可控生產(chǎn)節(jié)流器的油井。
具體實施例方式
圖1中所示的油井1從一含油層2生產(chǎn)原油混合物，并且最小量的氣體由一含氣層3中產(chǎn)出，這些層位于不透流體的蓋層4之下。
油井1包括一流入?yún)^(qū)5，其中井套管6包括鉆孔7，巖層流體通過這些鉆孔7進(jìn)入井眼。
生產(chǎn)油管8由配有一生產(chǎn)節(jié)流器10的井口裝置9懸下，該節(jié)流器動態(tài)控制著通過油井1的油井產(chǎn)物的產(chǎn)出率。
靠近生產(chǎn)油管8的下端配有一封隔器11，該封隔器封閉了生產(chǎn)油管8和井套管6之間的環(huán)形空間12。
生產(chǎn)節(jié)流器10將油井產(chǎn)物的產(chǎn)出率控制在較高水平，從而開始形成氣錐13，并且氣泡14被夾帶在原油流內(nèi)，該原油流通過鉆孔7進(jìn)入油井流入?yún)^(qū)5內(nèi)。
氣泡14降低了生產(chǎn)油管8內(nèi)流體混合物的密度，因此降低了油井流入?yún)^(qū)5內(nèi)的流體靜壓，并從而增加了油井流入?yún)^(qū)5和環(huán)繞巖層之間的壓力降，以至于提高了含油層2的原油產(chǎn)量。
產(chǎn)量節(jié)流器10具有一個控制模塊15，該控制模塊通過一算法(algorithm)調(diào)整產(chǎn)量節(jié)流器的開口，目的在于將原油和氣體的總流量保持為固定值，并且該算法基于由壓力傳感器(P)和溫度傳感器(T)測得的壓力和選擇性的溫度測量結(jié)果，來計算油井產(chǎn)物的總產(chǎn)物流量，所述傳感器檢測生產(chǎn)節(jié)流器10上游和下游的壓力和溫度。然后該算法基于貝努利(Bernouilli)法則計算總產(chǎn)物流速和總產(chǎn)物流量。
選擇性地，油井1具有一提升氣體供應(yīng)系統(tǒng)20，該系統(tǒng)通過環(huán)形空間12和一噴嘴21將提升氣體注射至生產(chǎn)油管8內(nèi)，以進(jìn)一步減小生產(chǎn)油管8內(nèi)油井產(chǎn)物的密度。提升氣體供應(yīng)系統(tǒng)20具有一提升氣體注射控制閥22，該控制閥具有一通過控制模塊15進(jìn)行控制的目標(biāo)設(shè)定值。提升氣體的注射可能限于油井1的起動階段，并且當(dāng)生產(chǎn)的原油內(nèi)產(chǎn)生足量氣體時終止。作為備擇實施方式，只要石油通過油井1產(chǎn)出，提升氣體的注入可一直持續(xù)，而提升氣體注入速率可在油井起動階段之后降至一預(yù)設(shè)低位。
在起動階段，生產(chǎn)節(jié)流器10和提升氣體注入閥22可通過一操作員和/或通過控制模塊15手動控制，其中操作員可調(diào)整和協(xié)調(diào)控制模塊15的設(shè)置。
初步研究已表明，在通過控制模塊15檢測出總產(chǎn)量增加后的幾分鐘內(nèi)，迅速局部關(guān)閉生產(chǎn)節(jié)流器10，足以制止完全氣錐形成，該氣錐將導(dǎo)致來自含氣層3的氣體繞過來自含油層2的石油旁流。優(yōu)選地，相應(yīng)于總產(chǎn)物流量和/或流速計算增加值來局部關(guān)閉生產(chǎn)節(jié)流器10的響應(yīng)時間小于5至15分鐘，而持續(xù)時間小于5-15分鐘的自然(固有)速度波動通過一低通濾波器(low pass filter)得以識別和減少，該低通濾波器包括在控制模塊15內(nèi)的算法內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過一油井生產(chǎn)油氣混合物的方法，所述方法包括-由一位于一含氣層下的含油層產(chǎn)油；以及-通過調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)流器控制油井產(chǎn)物的壓力和/或油井產(chǎn)物的流體產(chǎn)出率，從而流入?yún)^(qū)附近巖層內(nèi)的油氣界面得以降低，并且在油井產(chǎn)物內(nèi)產(chǎn)生限量的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，油井產(chǎn)物的壓力和/或油井產(chǎn)物產(chǎn)出率的控制步驟包括如下步驟，即通過一算法動態(tài)調(diào)整位于油井流入?yún)^(qū)下游的一生產(chǎn)節(jié)流器的開口，所述算法以油井測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算油井流入?yún)^(qū)中的井下壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，油井產(chǎn)物的壓力和/或產(chǎn)出率的控制步驟包括如下步驟，即通過一算法動態(tài)調(diào)整位于油井流入?yún)^(qū)下游油井流路上的一生產(chǎn)節(jié)流器的開口，所述算法以產(chǎn)出率測量結(jié)果為基礎(chǔ)計算油井產(chǎn)物的平均流速，并且根據(jù)所述計算速度與一選定速度的偏差來調(diào)整生產(chǎn)節(jié)流器的開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)節(jié)流器位于油井的井口處；并且油井產(chǎn)物的壓力由壓力傳感器進(jìn)行測量，所述壓力傳感器測量所述井口處或其附近經(jīng)流動限制后的壓力差；以及一算法以經(jīng)所述流動限制后的所測壓力差為基礎(chǔ)，來計算所述油井產(chǎn)物的平均流速。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，如果由所述算法計算出的油井產(chǎn)物速度與期望值不同，所述算法在小于15分鐘的周期過程中對所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口進(jìn)行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述算法包括一低通濾波器，所述濾波器將減少最多5-15分鐘的速度波動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，如果所計算的油井產(chǎn)物速度大于一預(yù)定值，所述算法將逐漸減小所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口，并且如果所計算的油井產(chǎn)物的速度壓力小于一預(yù)定值，則所述算法將逐漸增加所述生產(chǎn)節(jié)流器的開口。
8.一種用于權(quán)利要求1-7之一的方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-一用于調(diào)整井產(chǎn)流體流量的可變生產(chǎn)節(jié)流器；-一基于一算法用于動態(tài)控制所述節(jié)流器開口的控制模塊，所述算法基于所測生產(chǎn)數(shù)據(jù)來計算油井產(chǎn)物的速度和/或油井產(chǎn)物的壓力；以及-設(shè)于所述井口處或其附近的壓力、溫度及節(jié)流器位置傳感器，用于將所測產(chǎn)量和節(jié)流器位置的數(shù)據(jù)提供給所述控制模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油井具有提升氣體的注射裝置，用于油井啟動的過程中，并且所述系統(tǒng)還包括位于所述提升氣體源上的一流量測量及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)由所述控制模塊接收一所述提升氣體注射壓力的目標(biāo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)節(jié)流器開口以及提升氣體目標(biāo)值的預(yù)置程序，同時計入井口測量結(jié)果的變化，來啟動所述油井。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油井包括若干生產(chǎn)管，油汽通過所述生產(chǎn)管由位于所述含油層內(nèi)不同水平面處的不同流入?yún)^(qū)而產(chǎn)出。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一氣體與液體比率的測定裝置，所述裝置測量經(jīng)所述生產(chǎn)節(jié)流器后的溫差以及壓差，并運用所述測量壓差和溫差之間的一測量關(guān)系而產(chǎn)生所產(chǎn)油井產(chǎn)物的一估計氣體與液體比率，所述氣體與液體測定裝置的輸出端與所述控制模塊相連，用于調(diào)整所述控制模塊的設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于控制油井內(nèi)的油汽產(chǎn)量的方法和系統(tǒng)，從而該油井可在氣錐邊緣進(jìn)行工作。此外，所產(chǎn)出的油井產(chǎn)物的流速和/或壓力通過一動態(tài)受控節(jié)流器進(jìn)行控制，從而在采出石油中連續(xù)產(chǎn)生限量的氣體，同時避免了從氣帽中形成完全的氣錐和氣竄。節(jié)流器可通過一控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，該控制系統(tǒng)包括一種采用井口溫度、壓力以及節(jié)流器位置作為測量變量的算法，并使得油井產(chǎn)物的平均整體速度維持在一基本不變的較高水準(zhǔn)。選擇性地，該系統(tǒng)還使得油井產(chǎn)物保持著一最佳氣體與流體比率。
文檔編號E21B43/00GK1639442SQ02819418
公開日2005年7月13日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者阿德里安·N·?？?申請人:國際殼牌研究有限公司