專利名稱：在井孔處對(duì)采收流體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或計(jì)量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本系統(tǒng)和方法涉及一種自動(dòng)流體采收系統(tǒng)，特別針對(duì)各種用于從井孔采收油和氣體的采收系統(tǒng)。在井孔處的這種系統(tǒng)可以本地或遠(yuǎn)程受到監(jiān)測(cè)和控制。在井孔處的采收流體的數(shù)量于所述井孔處予以計(jì)量。
背景技術(shù)：
諸如油井和氣井這樣的井孔往往位于偏遠(yuǎn)地區(qū)。諸如采油架的各種采收裝置用于從井孔采油并將油泵送至儲(chǔ)罐。通常，儲(chǔ)罐通過(guò)相互連接在一起的管線/油流管線連接到若干井孔。在某些油田存在著水通常與油共同泵送的情況下，分離罐用于將油從水中分離出來(lái)。所收集到的油隨后出售給煉油廠。這些油田裝置的運(yùn)作一般是將所述裝置連接于本地電源而后開(kāi)動(dòng)馬達(dá)。維護(hù)保養(yǎng)需要現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)和對(duì)裝置運(yùn)作的觀察。如果在預(yù)定的維護(hù)保養(yǎng)訪問(wèn)之后，井孔處出現(xiàn)問(wèn)題或需要進(jìn)行調(diào)整，則將必須一直等到下一次訪問(wèn)才得以發(fā)現(xiàn)和改正。一般來(lái)說(shuō)，確定在某一井孔處生產(chǎn)的油或氣的數(shù)量是通過(guò)測(cè)定采收罐中油或氣的水平而完成的。如果有一口以上的井孔向此罐進(jìn)行饋送，則確定由任何個(gè)別井孔所抽取的油或氣的數(shù)量是成問(wèn)題的。


本發(fā)明的上述和其它一些目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)參照由附圖所示的下述詳細(xì)說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)，其中圖1是一種采收系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖，此系統(tǒng)具有一控制模塊，用于經(jīng)由一采收裝置自動(dòng)從井孔采收流體并用于由一計(jì)量器測(cè)定在該井孔處采收的流體數(shù)量；圖1A是圖1采收系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖，其另外示出作為采收裝置的一個(gè)組成部分的控制模塊；圖1B是圖1采收系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)圖，其另外示出作為計(jì)量器的一個(gè)組成部分的控制模塊；圖2A是一種罐用計(jì)量器的示意簡(jiǎn)圖，用于測(cè)定由采收裝置所采收到的流體；圖2B是用于石油抽提設(shè)備的另外一種計(jì)量系統(tǒng)的示意圖；圖2C是一流程圖示例，示出用于自動(dòng)計(jì)量由石油抽提設(shè)備采收的流體容積的一個(gè)控制模塊的自動(dòng)控制；圖3A是一流程圖示例，示出用于采收循環(huán)自動(dòng)化的控制模塊的控制；圖3B是另一示例的流程圖，示出用于采油架的采收循環(huán)自動(dòng)化的控制模塊的控制；圖4是一流程圖實(shí)例，用于調(diào)整采收循環(huán)；圖5是一示意簡(jiǎn)圖，用于示出連接于儲(chǔ)罐的一個(gè)采收裝置系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本公開(kāi)提供一種在井孔處使流體采收過(guò)程自動(dòng)化的途徑，并且由于以下所述的系統(tǒng)比較便宜，所以在公知為低產(chǎn)井孔的低儲(chǔ)量油井處特別有用。低產(chǎn)井是淺層、低生產(chǎn)井，往往產(chǎn)出最多每天五桶的油。通過(guò)在每口井孔處使采收過(guò)程自動(dòng)化，可以實(shí)現(xiàn)其它一些好處。例如，正如下面將會(huì)較為詳細(xì)說(shuō)明的那樣，一項(xiàng)好處是能夠自動(dòng)找出井中油的采收率并在該采收率下調(diào)整油的采收。這樣會(huì)顯著地降低采油成本，既在運(yùn)作采收裝置的花費(fèi)上，也在保持其運(yùn)作的維護(hù)保養(yǎng)上。另一項(xiàng)好處是，能夠精確地測(cè)定在每一井孔處所采收的油量。每一井孔具有其自身的采收特性。通過(guò)計(jì)量在每一井孔處所采收的油量，可以建立采收歷史以便從這口井孔預(yù)見(jiàn)采油的前景。對(duì)于多種部件或作為整體的所述系統(tǒng)做出診斷也可以用于確定采收過(guò)程存在的各種問(wèn)題。類似地是，在每一井孔處計(jì)量流體也將提供機(jī)會(huì)來(lái)監(jiān)測(cè)整個(gè)油田的狀況，包括采收裝置、用于將流體泵送至儲(chǔ)罐的管線以及儲(chǔ)罐自身。
顯示、監(jiān)測(cè)和控制自動(dòng)采收系統(tǒng)可以就地在井孔處或采用臺(tái)式或筆記本電腦在遠(yuǎn)處得以實(shí)現(xiàn)。與采收系統(tǒng)的通訊可以包括雙線、無(wú)線技術(shù)，或者其它目前可供使用的通訊技術(shù)。可以采用諸如HART、Fieldbus、Modbus的協(xié)議或其它各種協(xié)議。另外，正如以下將要較為詳細(xì)說(shuō)明的那樣，若干自動(dòng)采收系統(tǒng)可以聯(lián)網(wǎng)在一起以從一個(gè)地方監(jiān)測(cè)和控制某一或整個(gè)油田內(nèi)的若干井孔。雖然以下將說(shuō)明一種采收系統(tǒng)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解并理解，所述公開(kāi)內(nèi)容的教益可用于其它類型的井孔，諸如水井和氣井。采油系統(tǒng)現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其圖示一種用于自動(dòng)采油以及用于在油井12處計(jì)量采收油量的系統(tǒng)10。如圖所示，本發(fā)明的一種采油系統(tǒng)11包括采油裝置14、控制模塊16和計(jì)量器18。采油裝置14可以是諸如舀撈或注氣裝置的若干類型裝置之中的任何一種，這些裝置在采油行業(yè)中都是人所眾知的采油裝置。不過(guò)本發(fā)明的各項(xiàng)概念在采用由Texas，Georgetown的Texas Herifage石油公司生產(chǎn)的常用多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架或新上市的石油抽提設(shè)備從而將流體泵送至儲(chǔ)罐35時(shí)是特別有利的。為了完全理解本發(fā)明的各項(xiàng)好處，以下說(shuō)明的采油系統(tǒng)將會(huì)包括作為采油裝置實(shí)例的所述石油抽提設(shè)備和多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架從而更好地對(duì)發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，控制模塊可以是一種獨(dú)立的模塊，如圖1A所示，其連接于采油裝置和/或計(jì)量器；完全集成到采油裝置的電子設(shè)備中；或者如圖1B所示，完全集成到計(jì)量器里面。相似的是，采油系統(tǒng)可以被建造成不帶計(jì)量器。換句話說(shuō)，系統(tǒng)可以僅包括多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架或石油抽提設(shè)備以及控制模塊。
采油裝置當(dāng)前由Texas Heritage石油公司供應(yīng)上市的石油抽提設(shè)備包括一撈筒，由一基礎(chǔ)設(shè)備使之提升和下入到井孔中。通常，撈筒下放在井孔內(nèi)的深度是由為測(cè)定駐留在井孔之內(nèi)的油的頂面和油/水界面高度而進(jìn)行的多次測(cè)試所預(yù)先確定的。根據(jù)這種信息可以確定撈筒的深度設(shè)定。撈筒可以包括一泵具和一用于收集油的容器。電池電源也可以放在撈筒之內(nèi)從而為泵具供電。當(dāng)撈筒被送至地面時(shí)，其與排放裝置對(duì)接。隨著對(duì)接排放裝置，一限位開(kāi)關(guān)被致動(dòng)以停止馬達(dá)(用于將撈筒送至地面)并起動(dòng)一壓縮機(jī)(用于施壓于撈筒并且迫使油經(jīng)由管筒向上并流出排放裝置)。限位開(kāi)關(guān)也可用于控制井孔中撈筒的深度，從而使它只收集油。通常，壓縮機(jī)予以定時(shí)，以使它運(yùn)行一段時(shí)間(一般2分鐘或3分鐘)，這段時(shí)間長(zhǎng)到足以將采收在撈筒中的油泄放至計(jì)量器、油管和/或泄放到外部收集罐。單獨(dú)的定時(shí)器也可以設(shè)定成定時(shí)重新對(duì)撈筒中的電池進(jìn)行充電，而后此電池開(kāi)始采油的下一循環(huán)。定時(shí)器也可以用于限制或控制下井循環(huán)時(shí)間(下放撈筒到井里的總時(shí)間加上撈筒被留在井中向撈筒中泵送油的時(shí)間)以及上井循環(huán)時(shí)間，此時(shí)間是用于提升撈筒的時(shí)間加上為電池充電的時(shí)間。
設(shè)定下井和上井循環(huán)控制著采收循環(huán)的次數(shù)并因此控制著由石油抽提設(shè)備所采收的油的數(shù)量。例如，設(shè)定一小時(shí)的下井循環(huán)和兩小時(shí)的上井循環(huán)，意味著石油抽提設(shè)備將在24小時(shí)期間內(nèi)從事8次采油循環(huán)。換句話說(shuō)，定時(shí)器用于確定撈筒在井內(nèi)處在油中以使其充油的時(shí)間長(zhǎng)短以及然后在它返回以收集另一裝載量之前處在地面上的時(shí)間長(zhǎng)短。如果撈筒盛裝4個(gè)半加侖，則經(jīng)過(guò)24小時(shí)將采收到36加侖的油。這是假設(shè)撈筒充分地安放在井中的油池之內(nèi)，從而使撈筒在它被帶到地面上之前是完全充滿的。
此種石油抽提設(shè)備的較為詳細(xì)的描述示出和說(shuō)明在具有系列編號(hào)10/106,655的美國(guó)專利申請(qǐng)之中，此申請(qǐng)是Philip Eqqleston的題為“從井中抽取油或其它流體的設(shè)備”，于2002年3月26日提出，在此引入作為參考。
許多年來(lái)多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架一直用于從井中泵油。此類型泵的實(shí)例披露在美國(guó)專利1,603,675和2,180,864之中，并在此引入作為參考。一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)泵下放在井中并連接于一系列抽油桿件和管件。用于致動(dòng)泵具的相互連接的桿件聯(lián)接于在油田中可以見(jiàn)到的令人熟悉的上下運(yùn)動(dòng)的搖臂。一電氣馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)搖臂并因而利用各桿件驅(qū)動(dòng)泵具。泵具將流體沿著長(zhǎng)長(zhǎng)的相互連接的一系列抽油管向上送至地面，隨后送至一收集罐。工業(yè)中的常用經(jīng)驗(yàn)辦法是將泵具安放在離開(kāi)井底60英尺的地方(一般兩段抽油管和抽油桿)。這種辦法的常見(jiàn)問(wèn)題是，泵具幾乎總是安放在通常存在于油井內(nèi)的鹽水之中。結(jié)果，鹽水與油一起被泵出。因?yàn)檫@種問(wèn)題，分離罐幾乎總是設(shè)置在地面上從而將油與水分離。鹽水是很具腐蝕性的，并且是泵具發(fā)生損壞的主要原因之一。為了有助于泵送鹽水，可以首先進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試以確定井中的油的頂面，以及隨后確定油/水界面的高度。一旦確定下來(lái)，泵具可以被設(shè)置在僅有油從井中被泵送出來(lái)的深度處。
控制模塊在此優(yōu)選的實(shí)施例中，控制模塊16包括基于微處理器的控制器20，可提供為多種多樣油田自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)合所需的各種功能，能夠就地或從遠(yuǎn)處進(jìn)行采油裝置的監(jiān)控、測(cè)定和數(shù)據(jù)存檔以及控制。比如，可以采用一種可編程邏輯控制器(一般稱作PLC)。一種比較便宜和目前有售的PLC是由Unitronics Industrial Automations Systems提供的，Unitronics的PLC具有充分的處理能力、定時(shí)器數(shù)量、存儲(chǔ)器從而控制采油裝置，并具有提供雙向通訊的能力。其它一些控制器也是可供使用的，并可能適于用在本申請(qǐng)之中。這些裝置可包括充足的過(guò)程輸入和輸出(各I/O)接口22，用于將控制器連接于采油裝置的多種電氣部件。多個(gè)I/O的好處是，能使模塊連接于用于收集測(cè)定和檢測(cè)到的數(shù)據(jù)以便控制或診斷采油系統(tǒng)運(yùn)作的多種裝置。換句話說(shuō)，此控制模塊用于使采收系統(tǒng)自動(dòng)化并便于采收系統(tǒng)運(yùn)作的遠(yuǎn)距通訊和控制。比如，抽提設(shè)備采用一種卷軸裝置來(lái)提升和下放撈筒以在井中收集油。優(yōu)選地是，一鄰近傳感器用以監(jiān)測(cè)卷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以測(cè)定和控制撈筒的深度。另外，用于檢測(cè)撈筒何時(shí)已經(jīng)正確地座入排放裝置的各限位開(kāi)關(guān)是由控制模塊予以檢測(cè)的，并用于控制馬達(dá)和壓縮機(jī)從而將油泵出撈筒。控制模塊(通常配有大多數(shù)PLC)中的各定時(shí)器也可以控制循環(huán)的多個(gè)方面，亦即何時(shí)開(kāi)動(dòng)壓縮機(jī)和開(kāi)動(dòng)多久，在撈筒被送入井孔用于另一裝載量之后將撈筒保持在井的頂部處多久，將撈筒保持在一預(yù)先選定的深度處以收集油多久等?？刂颇K還具有能力來(lái)調(diào)整采收過(guò)程以達(dá)到最佳采收，正如下面將要說(shuō)明的那樣。
類似地是，控制模塊可以當(dāng)一多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架用作采油裝置時(shí)用于使采收系統(tǒng)自動(dòng)化。正如以上所述，多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架采收裝置往往使用電氣馬達(dá)來(lái)上下驅(qū)動(dòng)一搖臂。搖臂本身又連接于用以在井中驅(qū)動(dòng)泵具的各桿件。一皮帶和帶輪總成一般將馬達(dá)連接于搖臂。皮帶的磨損和破斷往往沒(méi)有預(yù)示而直到對(duì)井位作例行維護(hù)保養(yǎng)訪問(wèn)時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。為了有助于自動(dòng)化、控制、檢測(cè)和診斷多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架的各種問(wèn)題，控制模塊的各個(gè)I/O被優(yōu)選地連接于多種電氣裝置以控制和監(jiān)測(cè)多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架和采收系統(tǒng)。例如，某一鄰近的傳感器(未示出)優(yōu)選是用于測(cè)定帶輪總成的一個(gè)帶輪的運(yùn)動(dòng)以檢測(cè)是否(各)皮帶已經(jīng)斷裂或正在打滑到飛輪即將不從馬達(dá)傳送動(dòng)力給搖臂的地步。另外，諸如由在Fenton，MO的CR Magnetics出售的動(dòng)力模塊19(圖1)，優(yōu)選地是用于確定馬達(dá)負(fù)荷。出于若干原因，確定馬達(dá)負(fù)荷是很重要的。原因之一是馬達(dá)本身的健全狀況。另一原因是泵具和各桿件的健全問(wèn)題。比如，如果泵具或各泵桿損壞，馬達(dá)負(fù)荷將顯著下降并且可以由控制模塊檢測(cè)出來(lái)。馬達(dá)負(fù)荷下降也可能是其他一些問(wèn)題的征象，正如可由本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的那樣。例如，當(dāng)油井已經(jīng)被泵具抽干時(shí)，泵具上的負(fù)荷也會(huì)下降。同樣優(yōu)選的是，控制模塊的I/O連接于馬達(dá)用于控制馬達(dá)和計(jì)量器的運(yùn)作。由于這一披露內(nèi)容，連接于其它裝置從而控制和監(jiān)測(cè)多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架的連接件應(yīng)當(dāng)是顯而易見(jiàn)的。
同樣優(yōu)選的是，控制模塊16具有通訊接口24，后者可使模塊雙向地連通于本地或遠(yuǎn)距顯示和控制裝置(26，28)，也就是一筆記本或臺(tái)式電腦。相互連接可以通過(guò)直接連線30或是經(jīng)由某種形式的無(wú)線通訊32，諸如移動(dòng)通訊技術(shù)或無(wú)線電技術(shù)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。按照應(yīng)用場(chǎng)合并且如下所述，在某些情況下，移動(dòng)通訊和無(wú)線電技術(shù)二者都納入在模塊之中可能是比較實(shí)用的。這樣可以進(jìn)一步使得其它一些地處遠(yuǎn)方的采油系統(tǒng)34被聯(lián)接在一起。這一點(diǎn)將在下面較為詳細(xì)地予以說(shuō)明。還優(yōu)選的是，設(shè)置電池備件31以在供電中斷的情況下向所述模塊供電。繼電開(kāi)關(guān)(未示出)可以設(shè)置在主電源線路中并用于通過(guò)控制模塊來(lái)監(jiān)測(cè)或檢測(cè)供電中斷，而后可以將此狀況報(bào)告給遠(yuǎn)處的用戶。利用這些信息，可以通過(guò)向各個(gè)需要關(guān)注的油井分配資源來(lái)節(jié)省時(shí)間和金錢。
除了監(jiān)測(cè)和控制采油裝置以外，控制模塊有能力對(duì)作為整體的采油裝置和系統(tǒng)做出診斷。例如，優(yōu)選地設(shè)置壓力傳感器19并在流路之中測(cè)定通向收集罐35的油流管線17中的壓力。利用控制模塊來(lái)檢測(cè)油流管線之中的壓力并終止泵送過(guò)程可以防止泵入由于石蠟積聚而被堵塞的那些管線或泵入具有低于正常的壓力而表明在油流管線中可能存在泄漏的那些管線。為了檢測(cè)壓力管線的全面狀況，可以以導(dǎo)線接上通?？晒┦褂玫母鲏毫﹂_(kāi)關(guān)并予以調(diào)定而用于通過(guò)控制模塊進(jìn)行檢測(cè)。來(lái)自由控制模塊確定的任何診斷的信息結(jié)果隨后可以傳送給遠(yuǎn)處的用戶。
用于各控制器編程的邏輯一般是簡(jiǎn)單明了的。例如，大多數(shù)PLC采用梯級(jí)邏輯予以編程，這是一種普遍為人所知的程序語(yǔ)言。其它常用的一些程序語(yǔ)言也可以采用。在了解在此披露的各項(xiàng)申請(qǐng)之后并根據(jù)可能為優(yōu)選的控制、診斷、收集到的數(shù)據(jù)、通訊等等，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠容易地將適合的邏輯編入控制器。所述控制類型的示例將在以下較為詳細(xì)地予以說(shuō)明。
計(jì)量器由于即將明白的若干原因，采用計(jì)量器18測(cè)定由采收裝置在油井處采收到的油量是使采收系統(tǒng)自動(dòng)化的一個(gè)重要的但并不一定必需的部分。在油井處測(cè)定采收到的油量的一項(xiàng)好處是，采收到的油量可以用于調(diào)整采收裝置以使在該油井處的采收達(dá)到最大。另一好處是，能夠在一特定的油井處跟蹤生產(chǎn)和生產(chǎn)歷史。
用在本發(fā)明之中的計(jì)量器類型將主要取決于采油系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合。比如，如果采油裝置是一多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架，則將可能從井中泵出連續(xù)的液流。由于泵具優(yōu)選是僅安放在油中，所以一種哥氏(Coriolis)流量計(jì)可能比其它一些類型的計(jì)量器更加適用于測(cè)定從井中泵出的油量。哥氏流量計(jì)一般可以經(jīng)由多個(gè)賣主購(gòu)得。這樣的一家賣主，例如是位于Boulder，Colorado的Micro Motion。其它一些類型的流量計(jì)可以到處購(gòu)得，諸如超聲流量計(jì)、渦流流量計(jì)等，并且也是可以采用的。按照所用的流量計(jì)，優(yōu)選是(雖然不是必需的)設(shè)計(jì)得僅對(duì)油進(jìn)行計(jì)量。測(cè)定和監(jiān)測(cè)即使是包含油和水組合的液流可能是很重要的。例如，為了維持泵具的健全，重要的是要確定是否它仍然在泵送液流。如果在已將油井泵干之后泵具留下來(lái)，則泵具可能會(huì)被損壞。一旦了解了油井的歷史，一定時(shí)器優(yōu)選地是用于控制泵具應(yīng)當(dāng)何時(shí)開(kāi)動(dòng)和關(guān)閉的循環(huán)以從井中高效地泵出流體，這將在下面說(shuō)明。
雖然目標(biāo)是僅僅泵送油，但只是確定安放泵具的恰當(dāng)深度就不是非常科學(xué)的。比如，地下水面可能隨時(shí)間而變。因此控制器測(cè)試水的存在的能力是有用的信息并可以用作關(guān)斷多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架馬達(dá)的信號(hào)。按照采用哪一種計(jì)量器，水的存在可能需要單獨(dú)地予以檢測(cè)。一種單獨(dú)的傳感器可以簡(jiǎn)單到象是一組安放在油流之中的探頭從而檢測(cè)液體的導(dǎo)電性。比如，如果水跨越了兩個(gè)探頭，則形成連接從而表明水正在被泵送。不然，管線中的空氣或油會(huì)電氣隔絕各個(gè)探頭。
但是，假如使用石油抽提設(shè)備，則采收到的油就會(huì)在空氣管路中循環(huán)或是流動(dòng)在空氣管路中的許多小批“油塊”。為每一循環(huán)測(cè)定這些較少的油量是比較困難的，但是用于使石油抽提設(shè)備自動(dòng)化的重要信息將在以下作出說(shuō)明。一種哥氏計(jì)量器或許可以同樣地用于測(cè)定各個(gè)油塊，但由于計(jì)量器的價(jià)格原因，可能并不現(xiàn)實(shí)。類似的是，其它如上所述的各種計(jì)量器都是可以購(gòu)得的并且是可以使用的。
作為一種替換方案，可以采用在控制模塊控制之下的示于圖2A中的專用油罐計(jì)量器36。由于高壓空氣用以將油泵出撈筒，所以油需要在可被測(cè)定之前與空氣分離。如圖所示，當(dāng)撈筒抵達(dá)地面時(shí)，由壓縮空氣推送的油流出排放裝置并流過(guò)位于(具有已知容積)油罐40頂部附近的入口38。用于從油罐40泄油的出口42位于底部處并在油罐40充油時(shí)由三通閥44使之關(guān)閉。三通閥44優(yōu)選是一種由控制模塊16(圖1)控制的電磁閥。通氣孔46位于油罐40的頂部處開(kāi)連接于三通閥44以在油罐40正被充油時(shí)允許空氣排出。隨著油塊正被傾入油罐，連接于控制模塊16的浮動(dòng)液面計(jì)45可檢測(cè)油面。浮動(dòng)液面計(jì)45優(yōu)選類似于用于確定汽車油箱內(nèi)汽油液面的各種浮動(dòng)液面計(jì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解的是，其它各種類型的液面指示計(jì)也是可以使用的。在此優(yōu)選實(shí)施例中，液面計(jì)是電阻式的，隨著油罐中油面的上升歐姆數(shù)發(fā)生變化。利用油罐中的油面(與油罐的已知容積相結(jié)合)，控制模塊16可以容易地確定采收循環(huán)期間采收到的油量。連接于控制模塊的各傳感器探頭48也安放在油罐40的底部以檢測(cè)水的存在。在確定了該循環(huán)期間采收到的油量之后，通過(guò)切換三通閥44來(lái)開(kāi)啟泄放口和關(guān)閉通氣口46而從油罐40中泄放油。油罐40可以或是由壓縮機(jī)重新充壓或是利用外部泵具(未示出)泵出從而將液體泵向儲(chǔ)罐35。油罐計(jì)量器36可以具有其它結(jié)構(gòu)以完成油/空氣的分離和測(cè)定，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解這一點(diǎn)。
另一種用于測(cè)定撈筒內(nèi)液體的方法是在每一采收循環(huán)之后被出空以前利用控制模塊來(lái)自動(dòng)地將撈筒加壓到預(yù)定的壓力，而后測(cè)定達(dá)到該預(yù)定壓力所需的時(shí)間長(zhǎng)短。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將撈筒加壓到該預(yù)定壓力所花的時(shí)間長(zhǎng)短正比于撈筒中的液體多少。換句話說(shuō)，參照?qǐng)D2B，撈筒51在控制模塊16的控制之下被送至地面并與排放裝置49接合。接合之后，利用壓縮機(jī)53為其充壓。根據(jù)由采收系統(tǒng)使用的適合壓縮機(jī)，壓縮機(jī)53可以由控制模塊16或者經(jīng)由一如圖示連通儲(chǔ)存在壓力罐57之中大量壓縮空氣的電磁線圈55直接控制。也在控制模塊控制之下的閥門59，優(yōu)選的是用以密封撈筒51以使其被充壓到預(yù)定的壓力而測(cè)定其中液體的容積。另外，一限壓器(未示出)可以用于加壓撈筒以致可以作出定時(shí)測(cè)定。優(yōu)選是設(shè)定在一預(yù)定壓力上的壓力開(kāi)關(guān)61用以表明撈筒中的預(yù)定壓力何時(shí)已經(jīng)達(dá)到。例如，壓力開(kāi)關(guān)61可以設(shè)定為28PSI。當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓力，亦即在此實(shí)例中的28PSI時(shí)，達(dá)到該壓力所花的時(shí)間由控制模塊16予以測(cè)定并用以確定撈筒51內(nèi)的液體容積。一旦作出測(cè)定，閥59打開(kāi)并使液體從撈筒51底部、向上經(jīng)過(guò)管子63、沿著撈筒51的內(nèi)側(cè)被泵出而進(jìn)入油流管線65。這種測(cè)定撈筒內(nèi)液體的方法為采收過(guò)程提供了一種成本上合算并且具有最少破壞性的方法。這種利用壓力測(cè)定液體容積的技術(shù)和方法比較完整地被圖示和說(shuō)明在由MichaelSheldon于2003年2月10日提出的臨時(shí)申請(qǐng)中的題為“利用壓力測(cè)定容器中的液體容積”(Measuring Fluid Volumes in a Container using Pressure)。此申請(qǐng)的教益在此引入作為參考。
正如先前所述，可以設(shè)置第二壓力開(kāi)關(guān)67并設(shè)定到某一預(yù)定的較高壓力，比如60PSI，以表明是否管線壓力大致上等于或高于第二壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值。油流管線中的較高壓力可能表明油流管線受堵。在另外的方案中，可采用一般較為昂貴的用于測(cè)定多種壓力范圍的壓力傳感器來(lái)代替各壓力開(kāi)關(guān)。采用壓力傳感器，可能進(jìn)一步在油流管線中檢測(cè)出低壓，這可能表明存在油流管線泄漏。優(yōu)選地，第二壓力開(kāi)關(guān)設(shè)置得盡可能實(shí)際地接近油流管線以便獲得更為精確的壓力讀教。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，示于圖2B之中的油流管線壓力開(kāi)關(guān)設(shè)置在一條空氣供應(yīng)管線之中從而將其與較為嚴(yán)苛的油流管線環(huán)境隔絕。如圖所示，此開(kāi)關(guān)的壓力將稍微高于實(shí)際油流管線，因?yàn)楸匦桀~外的壓力來(lái)將液體推送向上并推出撈筒。
一流程圖示于圖2C之中并用于表明可能為控制模塊所用的各個(gè)步驟以便確定撈筒中的液體容積和檢測(cè)是否水已經(jīng)利用以上計(jì)量和壓力檢測(cè)方法從井中抽取出來(lái)。循環(huán)開(kāi)始于撈筒首先在油井頂部處被檢測(cè)出來(lái)并正確地與排放裝置相接合之時(shí)，步驟50。在撈筒被置放在油井頂部處的情況下，壓縮機(jī)和定時(shí)器被起動(dòng)，步驟52，并保持開(kāi)啟直到壓力開(kāi)關(guān)被促動(dòng)，步驟54。一旦壓力開(kāi)關(guān)被促動(dòng)，表明預(yù)定的壓力已經(jīng)達(dá)到，定時(shí)器則停止工作而達(dá)到該預(yù)定壓力所需的時(shí)間長(zhǎng)短被用于確定撈筒中液體的數(shù)量，步驟56。通向油流管線的閥隨后被打開(kāi)而液體從撈筒被泵出，步驟58。定時(shí)器通?？刂茐嚎s機(jī)從撈筒泵送液體的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短。取決于壓縮機(jī)的類型和大小，以及可能出現(xiàn)在油流管線中的背壓大小，這一時(shí)間可能是變化的。典型的是，總共僅需要幾分鐘來(lái)將撈筒中液體泵出到油流管線。一旦壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間已過(guò)，控制模塊則關(guān)斷壓縮機(jī)并關(guān)閉輸出閥。在壓縮機(jī)正在將液體從撈筒泵入油流管線時(shí)，控制模塊確定是否存在超壓或過(guò)高的油流管線壓力，步驟60，并監(jiān)測(cè)第二壓力開(kāi)關(guān)。如果確定出油流管線壓力過(guò)高，壓縮機(jī)則被停止并且送出表明此狀況的信息，步驟62。此時(shí)采收裝置將等待指令，步驟64。
另外，隨著液體從撈筒中被泵出，優(yōu)選的是各傳感器69(圖2B)，可能是各導(dǎo)電探頭，被安放在油流管線之中并被用以檢測(cè)是否水存在于撈筒裝載物之中，步驟66。如果水被檢測(cè)出來(lái)，控制模塊則結(jié)束將撈筒的內(nèi)含物泵入油流管線，并且隨后送出有關(guān)這種狀況的信息。直到指令被送回到控制模塊，采收裝置處于閑置，步驟68。
如果以上兩種狀況都不存在，所述模塊將等到壓縮機(jī)在起動(dòng)下一采收循環(huán)之前已經(jīng)暫停為止，步驟70和72。此后，一項(xiàng)所采收液體的容積的記錄，包括液體被抽取的時(shí)間和日期在內(nèi)的記錄被制作出來(lái)并送向遠(yuǎn)處的經(jīng)營(yíng)者，步驟74和76。另外，此記錄可由控制模塊予以儲(chǔ)存并在需要時(shí)由經(jīng)營(yíng)者或遠(yuǎn)程用戶予以找回。類似于這種信息，采收裝置運(yùn)作的多種狀況和狀態(tài)，可以顯示在井位處的控制模塊的一個(gè)顯示面板(未示出)上。
采油系統(tǒng)采油系統(tǒng)的自動(dòng)控制是通過(guò)將控制模塊連接于馬達(dá)和多種開(kāi)關(guān)以操縱和控制采油裝置以及計(jì)量器而予以實(shí)現(xiàn)的。與多種開(kāi)關(guān)的各種實(shí)際連接方式?jīng)]有示出，因?yàn)樗鼈儗⑷Q于具體的采油裝置和用戶想要操作和監(jiān)測(cè)的控制裝置的多個(gè)方面。但以在此所作的有關(guān)控制的討論來(lái)看，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員應(yīng)當(dāng)容易了解如何做出這些電氣連接以監(jiān)測(cè)和控制采油系統(tǒng)的多種機(jī)能。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3A，一流程圖示出在圖中并用來(lái)示出采用石油抽提設(shè)備的采油系統(tǒng)的控制循環(huán)。雖然以下的說(shuō)明公開(kāi)了用于控制這樣一種采油系統(tǒng)運(yùn)作的優(yōu)選方法，但本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員應(yīng)當(dāng)理解，其它一些方法和規(guī)定也可以采用從而基本上實(shí)現(xiàn)同樣或類似的自動(dòng)控制。
正如上所述，撈筒的深度是預(yù)先確定的而一繼電開(kāi)關(guān)是在撈筒被送下井內(nèi)之前設(shè)定的。為了開(kāi)始采收循環(huán)，控制模塊起動(dòng)馬達(dá)以將撈筒下放到井孔里面并起動(dòng)定時(shí)器1以測(cè)定為達(dá)到所需深度所需的時(shí)間，步驟78。作為一次代換方案，如果下降速率是已知的，定時(shí)器可能被用于控制馬達(dá)。利用定時(shí)器控制馬達(dá)會(huì)使用戶能夠容易地改變撈筒的深度而不需重新設(shè)定繼電限位開(kāi)關(guān)。假如有什么事出錯(cuò)的話，該限位開(kāi)關(guān)然后可能被用作一個(gè)后備最大深度開(kāi)關(guān)。實(shí)際深度也可能利用傳感器予以檢測(cè)，諸如一鄰近傳感器可檢測(cè)用以將電纜/撈筒下放到井內(nèi)的帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。換句話說(shuō)，電纜的長(zhǎng)度是可以計(jì)量的。在達(dá)到優(yōu)選深度時(shí)，控制模塊自動(dòng)地關(guān)停馬達(dá)。
在所需深度處，定時(shí)器1被關(guān)閉而撈筒抵達(dá)該深度所花的時(shí)間由控制模塊16記錄下來(lái)，步驟80。此信息稍后可以用作診斷信息以確定下降到井內(nèi)的撈筒是否存在問(wèn)題。當(dāng)撈筒抵達(dá)適合的深度時(shí)，定時(shí)器2起動(dòng)以控制撈筒將要呆在井內(nèi)的時(shí)間，步驟82。一般總共需要3或4分鐘。當(dāng)該定時(shí)器暫停或當(dāng)該定時(shí)循環(huán)完成時(shí)，控制模塊促動(dòng)馬達(dá)以將撈筒送回地面。定時(shí)器3被起動(dòng)以測(cè)定將撈筒向上送回到地面所需的時(shí)間，步驟84。繼電開(kāi)關(guān)(如上所述)用以檢測(cè)撈筒何時(shí)面接排放裝置。此時(shí)馬達(dá)被關(guān)停而由定時(shí)器3指示的時(shí)間長(zhǎng)短被記錄下來(lái)，步驟88。為定時(shí)器1和定時(shí)器3記錄的時(shí)間然后可以對(duì)比以了解是否存在一些反?，F(xiàn)象或問(wèn)題。此時(shí)，控制模塊也激活壓縮機(jī)，后者使撈筒充壓并使油被泵送向上并且被泵出抽出設(shè)備的排放裝置。從排放裝置那里，油如上所述傾入油罐計(jì)量器，步驟90。定時(shí)器4被促動(dòng)以控制壓縮機(jī)開(kāi)動(dòng)的時(shí)間。一般將油從撈筒泵入油罐計(jì)量器所需要的時(shí)間總共是1或2分鐘。當(dāng)油正在被出空而進(jìn)入油罐時(shí)，優(yōu)選的是控制模塊不斷地監(jiān)測(cè)油罐中的油面，步驟92。當(dāng)油的水平面停止升高時(shí)，撈筒已經(jīng)被排空。壓縮機(jī)可以任由選擇地由控制模塊所關(guān)停或留待運(yùn)轉(zhuǎn)而完成其由定時(shí)器4所確定的定時(shí)壓縮機(jī)循環(huán)?？刂颇K也可以在撈筒連接于排放裝置時(shí)測(cè)定電池的電壓。對(duì)每一循環(huán)來(lái)說(shuō)電壓測(cè)定的歷史可以予以儲(chǔ)存和評(píng)估以確定電池的健全狀況和/或其剩余的電池壽命。優(yōu)選地是，在每一循環(huán)期間當(dāng)撈筒處在排放裝置內(nèi)時(shí)，電池充電器開(kāi)始為電池重新充電，步驟94和96。
一旦所有的油已經(jīng)傾入油罐，容積被就確定、記錄下來(lái)并打上時(shí)間印記，步驟98。另外進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試以了解是否有任何水被傾入油罐，步驟100。這些結(jié)果被優(yōu)選地記錄下來(lái)并打上時(shí)間印記。三通閥44(圖2A)隨后被打開(kāi)以從罐中泄油，優(yōu)選地是利用來(lái)自壓縮機(jī)的高壓空氣。利用定時(shí)器5可以控制為出空油罐所需的高壓空氣持續(xù)時(shí)間，步驟102。如果在罐中未發(fā)現(xiàn)任何水，控制模塊則關(guān)斷電池充電器并返回到采收循環(huán)的起點(diǎn)，步驟104和106。如果檢測(cè)出水，控制模塊則通知使用者/操縱者并終止采收循環(huán)直至使用者將其重新起動(dòng)和/或可選擇地自動(dòng)重新設(shè)定采收裝置而以大致上等于此時(shí)正在這口井處的采油的速率來(lái)進(jìn)行采油。這將在下面較為詳細(xì)地予以說(shuō)明。
雖然以上說(shuō)明了用于不同情況的不同定時(shí)器，但本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員應(yīng)當(dāng)了解的是，同一定時(shí)器可能用于不同的目的。另外，取決于使用者，其它一些控制和監(jiān)測(cè)性能可以加入，以及/或者目前說(shuō)明的一些工作可以從上述有效的流程圖中除去。例如，可以測(cè)定用于泵油的環(huán)境溫度和/或壓力。
對(duì)于多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架來(lái)說(shuō)，控制模塊不必監(jiān)測(cè)和控制為石油抽提設(shè)備所必需的所有開(kāi)關(guān)和定時(shí)器。通常，監(jiān)測(cè)和控制采油系統(tǒng)是一種比較簡(jiǎn)單的事情。例如，如圖3B所示，采收循環(huán)以控制模塊起動(dòng)馬達(dá)開(kāi)始，使液體被泵至計(jì)量器，在該處測(cè)定油的容積、記錄下來(lái)并打上時(shí)間印記，步驟108。定時(shí)器1被起動(dòng)以測(cè)定/控制采收循環(huán)的持續(xù)時(shí)間。由于優(yōu)選的是泵具安放在井中較高的位置處從而僅優(yōu)選地泵送油，所以泵具可能運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間會(huì)是油量的函數(shù)，由于自從上次泵送的油量和油井的采油速率，所述油量積聚在井中。這一點(diǎn)將在下面較為詳細(xì)地予以說(shuō)明。隨著液體的泵送，測(cè)試液體以查明水或“液擊”的存在，步驟110。由于有可能改變地下水位或者選定適當(dāng)深度用于安放泵具，所以總是有可能將水泵出。液擊發(fā)生在有待泵送的液量少于可由泵送設(shè)備易于處理的液量的時(shí)候，這可能造成泵的損傷。液擊可以容易地通過(guò)測(cè)定馬達(dá)負(fù)荷來(lái)予以確定，而泵送液體比起泵送空氣，這種負(fù)荷是不同的。如果檢測(cè)出水或液擊，則控制模塊可關(guān)停馬達(dá)，停用定時(shí)器1、記錄泵送時(shí)間，而后通知使用者。定時(shí)器1然后可能需要被重新設(shè)定到一個(gè)新的泵送時(shí)間循環(huán)，步驟112和114。不然的話，泵具繼續(xù)其運(yùn)作直至采收循環(huán)定時(shí)器1到時(shí)為止，步驟116。一旦這種情況出現(xiàn)，控制器即關(guān)停馬達(dá)并起動(dòng)設(shè)定于油井采收率的暫停定時(shí)器2。在暫停終了時(shí)，新的采收循環(huán)開(kāi)始。換句話說(shuō)，作為一項(xiàng)實(shí)例，按照油井的采油率，多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架可由控制模塊使之開(kāi)動(dòng)20分鐘，然后在一天的其余時(shí)間中都是關(guān)停的，步驟118。
調(diào)整為了從一口油井高效地泵油，有用的是確定滲入油井的油的采收率，亦即油井采油率。通常，任何一口特定油井的預(yù)期采油率可以從油井的泵油歷史中確定出來(lái)。該采油率往往是按照利用包括泵水在內(nèi)的老式泵汲技術(shù)所采收的油量予以確定的，所以不一定是可靠的信息。另外，地下水位是隨時(shí)間變化的。結(jié)果，滲入油井的油量也可能變化。再者，由于泵具優(yōu)選是在井中安放從而只泵送油，所以在井中有較少靜水壓力用于將油引入井中，所以可供泵送的油量也可能變化。結(jié)果，測(cè)定采收率的最好方法是對(duì)于石油抽提設(shè)備和多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架二者來(lái)說(shuō)都將泵具安放在井中預(yù)定深度處并調(diào)定采收裝置以快于預(yù)期采油率進(jìn)行采油。對(duì)于石油抽提設(shè)備來(lái)說(shuō)，這意味著對(duì)于每一采收循環(huán)來(lái)說(shuō)，撈筒都要返回井中的同一深度。優(yōu)選的是，這一深度是通過(guò)最先確定在井中有多少靜滯油而予以確定的。例如，如果井中油的頂面被發(fā)現(xiàn)是在1327英尺處而水/油界面是在2197英尺處，則870英尺的靜滯油存在于井中。2197英尺以是水。利用這一信息，泵具優(yōu)選是安放在油中從而僅泵送油。由于以快于預(yù)期的采收率進(jìn)行泵送，所以一旦泵具以上的油已經(jīng)被抽掉，采收的油量將下降到某一恒定的數(shù)量。該恒定量將是該井的采收率。如上所述該采收率可能隨時(shí)間變化。因此，優(yōu)選是將采油裝置的采收率調(diào)定到稍微高于所確定的采收率并隨時(shí)監(jiān)測(cè)采收率。隨著采收率的上升或下降，采收裝置可相應(yīng)地予以調(diào)整以使其更為有效。這一點(diǎn)可以通過(guò)利用控制模塊增加/減少石油抽提設(shè)備的采油循環(huán)次數(shù)或增加/減少多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架的運(yùn)作時(shí)間來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。
采油裝置自動(dòng)化具有其它一些用于優(yōu)化采收過(guò)程的調(diào)整優(yōu)點(diǎn)。例如，抽提設(shè)備可以調(diào)整以優(yōu)化其采收率，正如示于圖4中的控制流程圖所示。增加每一循環(huán)采收全額裝載量的機(jī)會(huì)可使抽提設(shè)備優(yōu)化。比如，通過(guò)測(cè)定所采收的液體數(shù)量，正如上所述，控制模塊可以在下一循環(huán)內(nèi)將撈筒進(jìn)一步下入井內(nèi)。如果容積小于某一預(yù)定數(shù)值，則撈筒在井中被下放某一預(yù)定數(shù)值，步驟120、122和124。優(yōu)選的是，確定撈筒是否處在最大深度處從而其僅是抽取油，步驟126。如果不是，則控制模塊將以某一預(yù)定的量下放撈筒以確保下一裝載量是全滿的，步驟128。如果撈筒的深度已經(jīng)達(dá)到最大，則撈筒處在油井頂部的時(shí)間在檢測(cè)到少于預(yù)定裝載量時(shí)可以加長(zhǎng)以對(duì)油井的采收時(shí)間進(jìn)行記數(shù)，步驟136。避免部分裝載可節(jié)約時(shí)間和能量。
類似的是，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員可理解的是，如果某種計(jì)量器用以確定所采收的液量并對(duì)此計(jì)量器的各項(xiàng)操作做出定時(shí)以優(yōu)化采收，則一部多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架可以更加有效。
通訊網(wǎng)絡(luò)通常，一些油田中的經(jīng)營(yíng)者掌握著若干油井的租用事務(wù)。按照本公開(kāi)內(nèi)容的權(quán)益，每一口井優(yōu)選地配備如圖5所示的上述一種油井采收系統(tǒng)。正如有經(jīng)驗(yàn)的人員所理解的是，這些油田往往處在偏遠(yuǎn)并且不易到達(dá)的地區(qū)。在每一口井的地面處，一系列出油管線/管路144往往用于使每一口井處的采收裝置能夠?qū)⒁后w泵送至一臺(tái)或多臺(tái)儲(chǔ)罐146。在一些情況下，一臺(tái)儲(chǔ)罐可以只供一口井之用。為了有效地管理這些油井，除了如上述使采收裝置自動(dòng)化之外，優(yōu)選的是每一采收裝置配有雙向無(wú)線通訊裝置32，用于形成通訊網(wǎng)絡(luò)以使在每一口井處收集到的數(shù)據(jù)被傳送給經(jīng)營(yíng)者的計(jì)算機(jī)148。比如一微波通訊調(diào)制解調(diào)器可以直接連接于控制模塊以使對(duì)每一采收裝置的無(wú)線移動(dòng)通訊成為可能。另外，一種雙向無(wú)線電裝置直接連接于控制模塊而使對(duì)每一采收裝置的無(wú)線電通訊成為可能。具有通訊半徑在5至10英里之間的無(wú)線電裝置通常都是可以購(gòu)得的、相對(duì)比較便宜而特別適合這種應(yīng)用場(chǎng)合。利用這種資訊，經(jīng)營(yíng)者可以在必需時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或控制每一采收裝置，從而避免耗時(shí)的旅行去監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)油井。另外優(yōu)選的是，儲(chǔ)罐146配備雙向無(wú)線通訊裝置32和可測(cè)定儲(chǔ)罐146中液面的計(jì)量器150?？刂颇K152，類似于以上參照?qǐng)D1所示出和說(shuō)明的那種，可以用于從儲(chǔ)罐處操作通訊裝置32和計(jì)量器150。將一控制模塊裝在儲(chǔ)罐上的好處包括將罐中液面通知經(jīng)營(yíng)者或業(yè)主以防止溢流并計(jì)劃在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候予以拾取。在可能溢流的情況下，控制模塊可以按編制的程序關(guān)停送油進(jìn)入儲(chǔ)罐的泵具。在儲(chǔ)罐處安放一控制模塊也提供了機(jī)會(huì)使該控制模塊成為對(duì)經(jīng)營(yíng)者(以下將會(huì)更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明)的主要通訊裝置，由于儲(chǔ)罐可以更為可能的位于某一便于直撥電話線路連接以代替無(wú)線移動(dòng)連接的地方。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，每一采收系統(tǒng)優(yōu)選是配備如上所述的無(wú)線電發(fā)射機(jī)或移動(dòng)通訊設(shè)備，這可使經(jīng)營(yíng)者與每一采收裝置之間的往返通訊成為可能。用于這一目的無(wú)線電發(fā)射機(jī)和移動(dòng)通訊設(shè)備是通?？梢再?gòu)得的。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也是可以使用的。比如，位于加州圣河西的Aeris.net提供多種產(chǎn)品，其可提供雙向無(wú)線連接和對(duì)遠(yuǎn)程智能裝置的控制。
在另一實(shí)施例中，一部采收裝置可以被指定為用于聯(lián)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者的主要采收裝置。其余各采收裝置可以稱作“輔助”采收裝置，經(jīng)由主要采收裝置聯(lián)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者。在一些情況下，由于一些井在遠(yuǎn)處，某些無(wú)線電發(fā)射機(jī)可以設(shè)計(jì)成利用其它一些位于較近的各采收裝置上的無(wú)線電發(fā)射機(jī)來(lái)聯(lián)絡(luò)較遠(yuǎn)處的主要采收裝置。換句話說(shuō)，如果不是近得足以直接聯(lián)絡(luò)的話，來(lái)自于一部輔助采收裝置的數(shù)據(jù)傳送可以利用另一輔助采收裝置(稱作轉(zhuǎn)發(fā)器)來(lái)聯(lián)絡(luò)主要采收裝置。所述主要采收裝置優(yōu)選是具有移動(dòng)通訊設(shè)備用于與處在世界上任何地方的經(jīng)營(yíng)者遠(yuǎn)程聯(lián)絡(luò)。
可能對(duì)經(jīng)營(yíng)者有用的信息類型包括用于監(jiān)測(cè)各裝置運(yùn)作、用于在每一口井處計(jì)量正在生產(chǎn)的油量，以及用于為每一裝置和/或每一裝置系統(tǒng)實(shí)施診斷(包括裝置的各種部件、作為整體的裝置的功能，或者各裝置的通訊)的信息。數(shù)據(jù)可以自動(dòng)地由控制模塊予以儲(chǔ)存并且隨后自動(dòng)地或應(yīng)經(jīng)營(yíng)者的要求被傳送給經(jīng)營(yíng)者。根據(jù)這種信息，經(jīng)營(yíng)者或用戶隨后能夠改變操作指令，諸如按上面所述那樣改變采收循環(huán)重復(fù)時(shí)間、提升和下放井中撈筒、重新設(shè)定撈筒深度，或者關(guān)掉采收系統(tǒng)用于維護(hù)修理。同樣，也可以開(kāi)發(fā)一項(xiàng)商業(yè)計(jì)劃，用于在每一口井處采收石油和用于基于在該井處所采收的油量為那些維護(hù)或由于在每一口井處租用這樣一種采收系統(tǒng)而收費(fèi)。也可以開(kāi)發(fā)一項(xiàng)維護(hù)商業(yè)計(jì)劃用于保證各裝置或整個(gè)油田的運(yùn)作。比如，由于能夠計(jì)量在每一口井處所采收的油量，可以制定一項(xiàng)商業(yè)方法用于租用石油抽提設(shè)備以及只為由該抽提設(shè)備在該井孔處所采收的油量付費(fèi)。生產(chǎn)率、采收歷史、發(fā)票等隨后可以以電子方式發(fā)送給油井業(yè)主/經(jīng)營(yíng)者。另外，利用環(huán)球網(wǎng)瀏覽技術(shù)，油井或油/氣田的業(yè)主/經(jīng)營(yíng)者可以從遠(yuǎn)處觀察多種裝置的運(yùn)作，而不會(huì)干擾所述運(yùn)作。
診斷通過(guò)設(shè)置上述的通訊網(wǎng)絡(luò)，若干類型的診斷程序可以在裝置處實(shí)施。這些診斷程序的結(jié)果可以通過(guò)控制模塊自動(dòng)地傳送給業(yè)主/經(jīng)營(yíng)者，通向或是處于遠(yuǎn)程的經(jīng)營(yíng)者的計(jì)算機(jī)或是經(jīng)營(yíng)者的移動(dòng)電話(未示出)，以便于快速回應(yīng)。優(yōu)選地，經(jīng)營(yíng)者的移動(dòng)電話設(shè)計(jì)成可以發(fā)出要求和命令給各采收裝置。另外，這些結(jié)果可以在與各裝置聯(lián)系的業(yè)主/經(jīng)營(yíng)者提出要求時(shí)發(fā)出。一些可以由控制模塊實(shí)施的可能的診斷程序?qū)⒄f(shuō)明如下。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，若干其它診斷程序可以建立起來(lái)以評(píng)估采收裝置、采收系統(tǒng)或者聯(lián)絡(luò)各裝置的各通訊設(shè)備的性能。
一項(xiàng)重要的診斷是檢驗(yàn)將采油系統(tǒng)11連接到儲(chǔ)罐146的各管線144(圖5)的泄漏。往往泄漏發(fā)生在這些管線中，并且直到實(shí)際檢查溢濺或環(huán)境破壞時(shí)才有辦法發(fā)現(xiàn)這些泄漏。在本系統(tǒng)的情況下，目前可以通過(guò)確定由多種采收裝置泵入各管線的計(jì)量出的液量并且隨后將該液量對(duì)比于罐中接收的油量來(lái)檢驗(yàn)這些管線。通過(guò)控制采收裝置，每條管線中的流動(dòng)型式可予以控制，而且將每一采收裝置連接于油罐的油流管線的健全狀況可予以確定。比如，陸續(xù)地可以關(guān)停所有而不是其中之一的采收裝置。由這一部采收裝置泵送的液量然后可以采用液面計(jì)量器108來(lái)對(duì)比于在儲(chǔ)罐處接收到的液量。也可以實(shí)現(xiàn)由各裝置泵送以及計(jì)量由儲(chǔ)罐接收的液量的其它各種組合。
另一優(yōu)選的診斷檢驗(yàn)包括檢驗(yàn)計(jì)量器的精度。如果企業(yè)要為在各口油井處泵出的液體付費(fèi)，計(jì)量器的可靠性和精度是至關(guān)重要的。檢驗(yàn)計(jì)量器有若干方法。一種方法是在采收裝置處檢驗(yàn)計(jì)量器讀數(shù)并將其對(duì)比于一由儲(chǔ)罐處液面計(jì)量器150所示出的在儲(chǔ)罐處接收到的液量。由于優(yōu)選是每一計(jì)量出的液量在油井處打上了時(shí)間印記，提供關(guān)于液量何時(shí)被接收和所接收到的液量的時(shí)間印記可以用于確定油井處計(jì)量器的相對(duì)精度。另一種驗(yàn)證計(jì)量系統(tǒng)精度的方法是在計(jì)量器與用以發(fā)送液體到儲(chǔ)罐的管線144之間安放三通閥(未示出)。此T形閥可使油田操作人員或采收裝置檢查員隨機(jī)地檢驗(yàn)由計(jì)量器計(jì)量出的液量并將其對(duì)比于記錄下來(lái)的打上時(shí)間印記的液量，差不多與氣站處監(jiān)測(cè)氣泵的方法相同。
另外一些可能很重要的診斷檢驗(yàn)包括采收裝置的運(yùn)作，諸如監(jiān)測(cè)具有用以操作石油抽提設(shè)備的采收裝置和壓縮機(jī)的馬達(dá)的油井。一種可由控制人員或操作人員從采收裝置處收集數(shù)據(jù)所進(jìn)行的檢驗(yàn)可以包括對(duì)比石油抽提設(shè)備撈筒的上/下時(shí)間歷程或多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易抽油架的泵油循環(huán)次數(shù)。其中任一方面的放慢都可表明系統(tǒng)遇有阻力，這可能意味著馬達(dá)疲損?？梢赃M(jìn)行一些檢驗(yàn)從而通過(guò)在通氣口和泄油口關(guān)閉的情況下測(cè)定儲(chǔ)罐計(jì)量器中的壓力來(lái)檢驗(yàn)石油抽提設(shè)備的壓縮機(jī)的運(yùn)作。監(jiān)測(cè)和確定出為泄放撈筒和計(jì)量罐所需的壓力不斷增大可能是壓力泄漏的征兆。其它檢驗(yàn)包括檢測(cè)馬達(dá)負(fù)荷以檢測(cè)多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架的液擊或什么時(shí)候用于確定井中液面的石油抽提設(shè)備撈筒抵達(dá)液體頂部。這種信息也可以用于調(diào)整采收系統(tǒng)的采收率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以對(duì)上述系統(tǒng)做出若干修改而不偏離本發(fā)明的精神和范疇。比如，多種類型的控制器和通訊裝置在市場(chǎng)上出售，它們可以被設(shè)計(jì)成按照上述啟示來(lái)工作。形成數(shù)字或模擬連接所需的I/O的數(shù)量將取決于所用的采收裝置和有待收集的數(shù)據(jù)類型而變。例如，一些傳感器可以安放在多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架上以檢測(cè)搖臂的運(yùn)動(dòng)從而用于檢測(cè)抽油桿是否斷裂，檢測(cè)電纜或泵具與馬達(dá)之間的皮帶是否失效等。另外，控制模塊可以單獨(dú)由太陽(yáng)能或電池供電，或者連接于可供使用的電力線路。也可以設(shè)置一種備用電池裝置以保護(hù)采收系統(tǒng)的各設(shè)定值和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。上述的診斷以及其它診斷可以在控制模塊處做出并且將結(jié)果送向經(jīng)營(yíng)者，或者由經(jīng)營(yíng)者從遠(yuǎn)離采收系統(tǒng)的地方予以進(jìn)行。警告器或警報(bào)器可以內(nèi)置在系統(tǒng)中以提醒操作人員注意某些事件。其它一些好處和任選方案可以內(nèi)置在上述系統(tǒng)中而由于以上的啟示而變得顯而易見(jiàn)。
雖然按照本發(fā)明的啟示所建立的某種設(shè)備在此已作說(shuō)明，但本專利所覆蓋的范圍不限于此。相反的是，本專利概括了或是真正地或是在對(duì)等意義下完全歸入所附各項(xiàng)權(quán)利要求范圍之內(nèi)的符合本發(fā)明各項(xiàng)原則的所有設(shè)備、方法和制品。
權(quán)利要求
1.一種液體采收系統(tǒng)，包括a.一采收裝置，用于從一井孔中抽取液體；b.一計(jì)量器，連接于采收裝置用于從采收裝置抽取液體并測(cè)定所采收的液量；以及c.一控制模塊，用于采收裝置和計(jì)量器的運(yùn)作。
2.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊集成到采收裝置里面。
3.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊集成到計(jì)量器里面。
4.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中采收裝置是一石油抽提設(shè)備。
5.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中采收裝置是一多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架。
6.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊對(duì)由采收裝置采收到的計(jì)量液量做出時(shí)間印記。
7.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊還包括一通訊接口，用于向液體采收系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)和從液體采收系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。
8.按照權(quán)利要求7所述的液體采收系統(tǒng)，其中通訊設(shè)備是無(wú)線通訊設(shè)備。
9.按照權(quán)利要求8所述的液體采收系統(tǒng)，其中無(wú)線通訊設(shè)備允許遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和控制液體采收系統(tǒng)。
10.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊可完成各項(xiàng)診斷作業(yè)并將這些作業(yè)的結(jié)果通知給業(yè)主。
11.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中計(jì)量器是一用以將空氣與液體分離的罐用計(jì)量器。
12.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中計(jì)量器還包括一些用于檢測(cè)水的傳感器。
13.按照權(quán)利要求1所述的液體采收系統(tǒng)，其中所采收的液體是油。
14.按照權(quán)利要求13所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊可調(diào)整采收裝置的采油率以便以大致上等于井中油的采收率的速率進(jìn)行采油。
15.一種液體采收網(wǎng)絡(luò)，包括a.兩個(gè)或多個(gè)采收系統(tǒng)，各自具有i.一采收裝置，用于從井孔中抽取液體；ii.一計(jì)量器，連接于采收裝置用于從采收裝置接收液體并測(cè)定所采收的液量；iii.一控制模塊，用于控制采收裝置和計(jì)量器的運(yùn)作；以及iv.一通訊接口，用于向和從采收系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)；b.一儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存由各采收系統(tǒng)收取的液體；以及c.各油流管線將兩個(gè)或多個(gè)采收系統(tǒng)和儲(chǔ)罐相互連接起來(lái)。
16.一種計(jì)量器，包括a.用于測(cè)量液體的裝置；b.一控制模塊，用于控制計(jì)量器和其它一些連接于計(jì)量器的裝置；以及c.一通訊接口，用于向和從計(jì)量器傳送數(shù)據(jù)。
17.按照權(quán)利要求16所述的計(jì)量器，其中控制模塊包括用于計(jì)量器和其它裝置的診斷程序。
18.按照權(quán)利要求16所述的計(jì)量器，其中計(jì)量器安放在一口井孔處用于測(cè)量從井中采收的液體。
19.按照權(quán)利要求16所述的計(jì)量器，其中通訊接口包括無(wú)線通訊設(shè)備。
20.按照權(quán)利要求16所述的計(jì)量器，其中計(jì)量器是一種哥氏流量計(jì)。
21.按照權(quán)利要求16所述的計(jì)量器，其中計(jì)量器是一種罐用計(jì)量器，用于將空氣和液體分離開(kāi)來(lái)以便測(cè)量液體，罐用計(jì)量器包括a.一罐器，具有入口用于接收空氣和液體，泄放口用于出空罐中液體，以及通氣口用于空氣；b.至少一個(gè)閥門，用于打開(kāi)和關(guān)閉泄放口和通氣口；以及c.液面計(jì)，用于測(cè)量罐中液體。
22.按照權(quán)利要求21所述的罐用計(jì)量器，其中所述閥門是三通閥。
23.按照權(quán)利要求21所述的罐用計(jì)量器，還包括一傳感器用于檢測(cè)罐中水的存在。
24.一種從一口井中采收液體的方法，包括的各步驟是a.采用多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架或石油抽提設(shè)備從一口井中采收液體；b.測(cè)定由采收系統(tǒng)采收的液量；以及c.將由采收系統(tǒng)在井孔處采收的數(shù)量通知給經(jīng)營(yíng)者。
25.一種經(jīng)營(yíng)方法，包括a.在一口井處采收液體；b.計(jì)量所采收到的液量；以及c.根據(jù)所采收到的液量收取一定的費(fèi)用。
26.一種流體采收系統(tǒng)，包括a.一石油抽提設(shè)備，用于從一口油井抽取油液；以及b.一控制模塊，用于控制采收裝置的運(yùn)作并具有一通訊接口用于向和從石油抽提設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。
27.按照權(quán)利要求26所述的液體采收系統(tǒng)，其中從石油抽提設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)是診斷信息。
28.按照權(quán)利要求26所述的液體采收系統(tǒng)，還包括一計(jì)量器，連接于石油抽提設(shè)備用于接收油液并測(cè)定由石油抽提設(shè)備采收的液量。
29.按照權(quán)利要求26所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊為測(cè)定出的采收液量打上時(shí)間印記。
30.一種液體采收系統(tǒng)，包括a.一多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架，用于從一井孔抽取液體；以及b.一控制模塊，用于控制采收裝置的運(yùn)作并具有一通訊接口用于向和從多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架傳送數(shù)據(jù)。
31.按照權(quán)利要求30所述的液體采收系統(tǒng)，其中從石油抽提設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)是診斷信息。
32.按照權(quán)利要求30所述的液體采收系統(tǒng)，還包括一計(jì)量器，其連接于石油抽提設(shè)備用于接收油液并測(cè)定由多井聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架采收的液量。
33.按照權(quán)利要求30所述的液體采收系統(tǒng)，其中控制模塊為測(cè)定出的采收液量打上時(shí)間印記。
34.按照權(quán)利要求30所述的液體采收系統(tǒng)，還包括雙向通訊設(shè)備，其使經(jīng)營(yíng)者能夠從遠(yuǎn)處監(jiān)測(cè)和控制采收裝置。
35.按照權(quán)利要求34所述的液體采收系統(tǒng)，其中雙向通訊設(shè)備是用于移動(dòng)連接的調(diào)制解調(diào)器。
36.按照權(quán)利要求34所述的液體采收系統(tǒng)，其中雙向通訊設(shè)備是一無(wú)線電裝置。
37.按照權(quán)利要求34所述的液體采收系統(tǒng)，其中通訊設(shè)備包括雙向通訊無(wú)線電裝置和用于移動(dòng)連接的調(diào)制解調(diào)器。
全文摘要
本發(fā)明在此公開(kāi)用于自動(dòng)采收或計(jì)量在鉆井處回收流體的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)示例，說(shuō)明一種采用多并聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易采油架或石油抽提設(shè)備實(shí)現(xiàn)油井流體采收自動(dòng)化的系統(tǒng)(10)。通訊設(shè)備(16)裝設(shè)于每一系統(tǒng)從而允許遠(yuǎn)程雙向通訊以監(jiān)測(cè)、控制和診斷裝置或系統(tǒng)所具有的各種問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21B1/00GK1682009SQ03821308
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月8日
發(fā)明者邁克爾·L·謝爾登 申請(qǐng)人:邁克爾·L·謝爾登