用于本地化井分析和控制的系统与方法_2

文档序号:8512197阅读:来源:国知局
以包括抽油机(pumpjack) 12、潜水泵(submersible pump) 14、井架(well tree) 16 等。 经由井设备从地表提取出油气后,所提取的油气可以被分配给其他设备,例如井口分配管 汇(wellhead distribution manifold) 18、分离器20、储存罐22等。在油气场10处,抽油 机12、潜水泵14、井架16、井口分配管汇18、分离器20、储存罐22可以经由管线24的网络 连接在一起。因而,从储层提取的油气经由管线24的网络可以被传送到油气场10的各个 位置。 当井的井底压力不足以将油气提取至地表时,抽油机12可以机械地将油气(例如,油) 从井中提出。潜水泵14是浸在可以被抽出的油气液体中的组件。因而,潜水泵14可以包 括密封式电机,以使得液体不会渗透密封层进入电机。进一步地,密封式电机可以将油气从 地下区域或储层推送至地表。 井架16或采油树(Christmas trees)可以是具有用于天然自喷井的阀组、线轴和配件 的组件。因而井架16可以用于油井、气井、注水井、水处理井、注气井、凝液井(condensate well)等。井口分配管汇18可以对已经由抽油机12、潜水泵14以及井架16提取出的油气 进行收集,以使得所收集的油气可以被传送到油气场10中的各个油气处理区域和油气储 存区域。 分离器20可以包括将产自油井和气井的井流体分离成分开的气体成分和液体成分的 压力容器。例如,分离器20可以将有抽油机12、潜水泵14或井架16提取的油气分离成油 成分、气体成分和水成分。在油气被分离后,每个分离的成分可以被存储在特定储存罐22 中。存储在储存罐22中的油气可以经由管线24被传输到运输交通工具、精炼厂等。 油气场10还可以包括监视系统26。该监视系统可以被置于油气场10中的各个位置, 以进行监视并提供关于油气场10的特定方面的信息。因而,监视系统26可以是控制器、远 程终端单元(RTU)、或可以包括通信能力、处理能力等的任何计算设备。监视系统26可以包 括传感器,或者可以耦接至对与油气场10处的部件相关联的多个属性进行监视的多个传 感器。然后,监视系统26可以对关联于该部件的多个属性进行分析,并且可以控制该部件 的多个操作参数。例如,监视系统26可以对油气场10中的井或部件(例如,储存罐22)的 压力或压差进行监视。监视系统26还可以对油气场10中的部件中存储的内容物的温度、 油气场10中的部件正在处理或提取的油气的量等进行监视。监视系统26还可以对部件 (例如储存罐22)中存储的油气的水平或量进行监视。在某实施方式中,监视系统可以是 由德克萨斯州休斯敦的vMonitor#制造的iSens-GP压力变送器、iSens-DP差压变送器、 iSens-MV多变量变送器、iSens-T2温度变送器、iSens-L液位变送器或Isens-IO灵活I/O 变送器。 在一实施方式中,监视系统26可以包括对压力、温度、料位(fill level)、流量等进行 监视的传感器。监视系统26还可以包括经由天线等将传感器采集的数据进行传送的传送 器,例如无线电波传送器。在一实施方式中,监视系统26中的传感器可以是能够在监视系 统26之间接收和发送数据信号的无线传感器。为了给传感器和传送器供电,监视系统26 可以包括电池,或可以耦接至持续电源。由于监视系统26可以被安装在室外恶劣的环境中 和/或有爆炸危险的环境中,因此可以将监视系统26装入满足国际电气制造业协会(NEM) 等公布的特定标准的防爆容器中,例如NEM 4X容器、NEM 7X容器等。 监视系统26可以将传感器采集的数据或处理器处理的数据传送至其他监视系统、路 由设备、监督控制器和数据采集(SCADA)设备等。因而,监视系统26可以使用户能够对油 气场中的各种部件的各种属性进行监视,而不用在物理上位于对应部件附近。 基于上述,图2示出包括监视系统26和井架16的井监视系统30的示例。虽然井监视 系统30被示出为耦接至井架16的监视系统26,但是应该注意的是,监视系统可以耦接至任 何井设备或可以耦接至另一自立结构。 现在参考图2,井架16可以包括控制所提取的油气流到管线24的网络等的多个阀32。 井架16还可以包括接收关于与井架16相关联的压力、温度、流和其他属性的信息的多个量 规(gauge) 34。井架16接触地表的部分可以对应于井口 36。井口 36可以耦接至套管38 和管道40。通常,井口 36可以包括多个部件和结构以支撑被路由至井的钻孔中的套管38 和管道40。此外,井口 36还提供以下结构:在该结构处井架16可以被附接到套管38和管 道40。 套管38可以是大直径的管道,其被装配并插入钻孔的钻孔截面中,并且可以用水泥固 定位置。管道40可以置于套管38内,并且可以包括在钻孔中使用的管子,在该管子中油气 可以被从储层中提取出来。 在一实施方式中,监视系统26可以实时地或接近实时地接收关联于井口 36的数据,例 如管道口压力、管道口温度、套管口压力、流送管压力、井口压力、井口温度等。监视系统26 可以从量规34、套管38中设置的传感器、管道40中设置的传感器等接收实时数据。任何情 况下,监视系统26可以相对于存储于监视系统26的存储器中的静态数据来对实时数据进 行分析。静态数据可以包括井深、管道长度、管道尺寸、节流管尺寸、储层压力、井底温度、井 测试数据、正在提取的油气的流体属性等。监视系统26还可以相对于由多种仪器(例如, 含水率计、多相计)采集的其他数据来对实时数据进行分析,以确定流入性能关系(IPR)曲 线、井口 30的期望操作点、关联于井口 30的关键性能指示符(KPI)、井口性能摘要报告等。 基于上述,图3示出可以作为监视系统26的部分、并且可以由监视系统26用来进行 各种分析操作的各种部件的框图。如图3所示,监视系统26可以包括通信部件52、处理器 54、存储器56、存储装置58、输入/输出(I/O)端口 60、显示器62等。通信部件52可以是 便于不同的监视系统26、网关通信设备、各种控制系统等之间进行通信的无线通信部件或 有线通信部件。处理器54可以是能够执行计算机可执行代码的任何种类的计算机处理器 或微处理器。存储器56和存储装置58可以是用作为存储处理器可执行代码、数据等的介 质的任何适当的产品。这些产品可以表示对处理器54所使用的处理器可执行代码进行存 储以执行当前所公开的技术的计算机可读介质(即,任何适当形式的存储器或存储装置)。 存储器56和存储装置58还可以用于存储经由I/O端口 60接收的数据、由处理器54进行 分析的数据等。 I/O端口 60可以是耦接至多种I/O模块(例如传感器、可编程逻辑控制器(PLC)以及 其他种类的设备)的接口。例如,I/O端口 60可以用作为对压力传感器、流传感器、温度传 感器等的接口。因而,监视系统26可以经由I/O端口 60来接收关联于井的数据。I/O端口 60还可以用作为下述接口:所述接口使得监视系统26能够连接至地表仪表装置、流量计、 含水率计、多相计等,并与地表仪表装置、流量计、含水率计、多相计等进行通信。 除了经由I/O端口 60接收数据之外,监视系统26还可以经由I/O端口 60来控制多个 设备。例如,监视系统26可以在通信上耦接至致动器或电机,该致动器或电机可以修改作 为井的一部分的节流管的尺寸。节流管可以对在井处正在提取的油气的流体流量或管线24 的网络内的下游系统压力等进行控制。在一实施方式中,节流管可以是接收来自监视系统 26的命令以改变井处的流体流参数和压力参数的可调节节流管。 显示器62可以包括任何种类的电子显示器,例如液晶显示器、发光二极管显示器等。 因而,可以将经由I/O端口采集的数据和/或处理器54分析的数据呈现在显示器62上,以 使得接入监视系统26的操作者能够看到油气井场处的采集数据或分析数据。在某些实施 方式中,显示器62可以是触摸屏显示器,或能够接收操作者的输入的任何其他类型的显示 器。 返回参见通信部件52,监视系统26可以使用通信部件52来在通信上耦接至油气场10 中的多个设备。例如,图4示出油气场10中可以采用的示例通信网络70。如图4所示,每 个监视系统26可以与一个或更多个其他监视系统26进行通信。即,每个通信系统26可以 与位于该监视系统26的某范围内的特定监视系统26进行通信。各监视系统26可以经由 其相应的通信部件52彼此通信。因而,各监视系统26可以相互传递在相应位置处采集的 原始数据、关联于相应井的分析数据等。在一实施方式中,监视系统26可以将数据路由至 网关设备72。网关设备72可以是与使用不同通信协议的其他网络或设备进行对接的网络 设备。因而,网关设备72可以包括与监视部件26类似的部件。然而,由于网关设备72可 能不位于井场处或不与井设备耦接,因此网关设备72相比于监视系统26而言可以具有更 大的尺寸和形状(form factor)。此外,由于网关设备72可以接收并处理采集自多个监视 系统26的数据,因此网关设备72相比于监视系统26可以使用更大的电池或电源来处理附 加数据。以这种方式,网关设备72相比于监视系统26还可以包括更大的和/或更快的处 理器54、更大的存储器56以及更大的存储装置58。 在从监视系统26接收数据后,网关设备72可以将来自各监视系统26的数据提供给多 种设备,例如可编程逻辑控制器(PLC)74、控制系统76等。PLC 74可以包括对油气场10中 的多个部件或机器进行控制的数字计算机。控制系统76可以包括对经由监视系统26接收 的数据进行监视的计算机控制系统,并且可以控制油气场10中的各种部件和由这些部件 对所提取的油气进行的各种操作。例如,控制系统76可以是监控和数据采集(SCADA),其可 以控制大规模的过程,例如基于工业的、基于基础架构的、基于设施的过程,该大规模的过 程可以包括相隔较大距离的多个油气场10。 网关设备72还可以耦接至网络78。网络78可以包括使监视系统26、网关72、PLC 74、 控制系统76等与其他类似设备进行通信的任何通信网络,例如因特网等。 如上所述,每个监视系统26可以从遍布相应井、油气井场等的多个传感器来采集数 据
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