[發明專利]井下流體產量優化系統及方法

有效

• 申請號: 200580052042.9
• 申請日: 2005-10-13
• 公開（公告）號: CN101305187A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 克里斯托夫·帕爾卡;賈羅斯勞·A·賽茲
• 申請（專利權）人: 井泵技術有限公司
• 主分類號: F04B49/06
• 分類號: F04B49/06;E21B43/12;F04B47/02
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明涉及最大化桿式抽運系統井下液體抽運的方法及系統，尤其是涉及通過優化桿式抽油原動機速度來最大化產液量的方法及系統。?

背景技術

往復油泵傳統上是利用游梁抽油機來運行的，如該游梁抽油機具有通過電動或氣動原動機的固定速度以及游梁抽油機的幾何形狀所規定的光桿的往復運動的正弦曲線的特征。一般地，在游梁抽油機作業中，曲柄的運動速度是恒定的。結果，游梁抽油機的幾何形狀規定了遵循曲線的抽油桿的速度，該曲線實質為正弦曲線。其它類型的抽油機，如長沖程或液壓驅動抽油機在上行沖程中以光桿的第一恒定速度運行，在下行沖程中以光桿的第二恒定速度運行，僅在抽油桿移動方向變化期間具有額外的速度變量。一些抽油機利用原動機的可變控制使得很容易改變原動機的固定的速度，或者在泵循環周期的任何所需部分中選擇原動機可變速度的性能。?

傳統的桿式抽運系統包括一個地面設備(游梁抽油機，或抽油機pumpjack)，和井下設備(抽油桿和泵)，該井下設備在鉆進到油藏的井眼中作業。油井的移動和靜態部件的相互作用以及井中的流體的動態相互作用產生了一個非常復雜的機械系統，該機械系統需要精確的設計及控制以使其有效地工作。?

為了增加原油產量，必須對桿式抽運系統的所用部件進行優化和分析。油井系統設備的設計通常是基于機械原理以及一些特殊的方法，需要使用某些成熟的分析標準來進行改良設計和理想油井作業的開發。這種分析一般涉及：?

1、計算施加在抽油桿上的動力和應力時抽油桿系統動態分析(動態波方程)；?

2、地面設備(抽油機)的動力學分析；?

3、井下潛泵性能分析(油井評價軟件)；?

4、油藏性能分析(流入動態關系IPR)。?

現有技術的這種系統分析可以在油井原始設計以及油井特性方面提供正確的和有用的信息，但是僅適用于原動機在恒定速度的情況。過去提高油井產量的嘗試主要是下面各方面的結合，即，改變桿柱的成份以及油泵的尺寸，改變曲柄的整體旋轉速度，改變沖程速度；改變沖程速度是利用變頻驅動器為上沖程和下沖程選擇不同的恒定曲柄速度，或利用超高轉差率電動機來降低單個沖程內峰值扭矩時期原動機的速度。現有技術教導我們原動機速度的改變可以響應控制停泵條件的需要(見美國專利4490094，4973226和5252031，注意美國專利5252031以美國專利3343409原始公開的潛泵性能的算法為基礎)，以限定連接地面設備與往復泵以及其它組件的桿柱上載荷(美國專利4102394和5246076；PCT申請WO03/048578)，優化抽油機抽運條件(美國專利4102394和4490094)，或者將由游梁抽油機提供動力的光桿的正弦速度特征轉變為在大部分的上行沖程和下行沖程過程中的線性特征(美國專利6890156)來模仿典型的抽油機裝置的長沖程。?

大部分現有技術的方法和系統都是基于光桿上能量或載荷的各種分析以及與泵的性能或流入井內的流體相關各種問題的間接探測。例如，美國專利4102394教導，與下行沖程相反，在上行沖程中為原動機設定不同的恒定速度，以使其與油藏中原油充盈速度相配合，避免停泵情況。美國專利4490094的方法基于原動機的能量輸出以及做功，確定并改進了光桿沖程預定段的原動機的瞬時速度。PCT申請WO03/048578教導在一個沖程內原動機的速度的有限變化以將施加在光桿上載荷限定在預設的安全載荷范圍內。美國專利6890156教導原動機速度的有限變化，從而由游梁抽油機往復的光桿的速度在上行沖程和下行沖程周期的延伸期保持恒定。速度變化由游梁抽油機的幾何形狀決定，并且這種速度改變導致達到光桿的相同最大速度更短的沖程時間。沒有考慮或刻意改變作用在桿柱上最大?或最小力效果以及有效泵沖的關系及作用。?

十多年來，游梁抽油機的變頻驅動器(VFD)的許多供應商提供了在油泵一個沖程內改變曲柄和光桿的速度的機會。一些驅動器，如eProduction?Solutions公司的ePAC?Vector?Flux?Drive以及Unico，Inc.公司的Sucker-Rod?Pump?Drive使得用戶通過應用可編程邏輯控制器以及工業標準梯形程序設計語言在一個沖程內實現曲柄和光桿的可變速度。?