用于管理生产井中环形气体的自动化系统技术方案

一种用于管理井场处的生产井的环空中的气体的自动化系统，自动化系统包括：电控制阀，流体地联接到生产井的环空，其中，阀位于井场处的地面处或地面附近；至少一个井传感器，被配置为测量在地面处或地面附近的生产井的操作特性；以及网关设备，位于所述井场处并且可操作地联接到阀和至少一个井传感器，其中网关设备被配置为收集从至少一个井传感器传送的第一传感器数据，并且在自主控制操作中处理第一传感器数据，自主控制操作自动产生并发出命令，命令从网关设备传送到阀，以调节随时间的积聚的气体从生产井的环空的流出

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理生产井中环形气体的自动化系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本公开要求美国临时专利申请公开的优先权
。
本申请要求于
2021
年2月4日提交的美国临时专利申请第
63/199,940
号的优先权，其全部内容通过引用并入本文
。


[0003]本公开涉及用于管理生产井中的环形气体
(annular gas)
的系统和方法
。

技术介绍

[0004]许多生产井采用人工举升系统
(ALS)
，其被操作以将生产的流体举升到地面
(surface)。
常见的人工举升系统的示例包括电潜泵
(ESP)、
螺杆泵
(PCP)
和杆式泵
。
采用
ALS
的生产井可以在没有井下封隔器
(downhole packer)
的情况下完成，该井下封隔器将生产井的井底部分和储层与地面处的井口隔离
。
这种类型的完井允许气体与井下产出流体的液相分离，这提高了
ALS
的效率，因为
ALS
的生产率可能随着
ALS
入口处气体体积分数
(GVF)
的增加而劣化
。
然后，生产管和井的套管之间的生产井的环形空间
(
或环空
)
成为巨大的垂直分离器，其允许气体流过该环形空间直到井口
。r/>流过该环形空间的气体在本文中称为环形气体
。
[0005]气体在生产井的环形空间中的积聚随着时间增加了环形空间中的压力
。
这种现象可以在储层中在井下产生背压，降低储层流体到地面的输送能力，并影响
ALS
的效率
。
具体地，生产井的环形空间中的气体积聚可以产生储层背压，该储层背压对井的生产产生负面影响，并且由于次优的进气压力而潜在地降低
ALS
的效率
。
取决于体积和相关联的气体，生产井的环形空间中的气体积聚也可能导致生产系统问题
(
诸如气锁
)。
[0006]例如，气体在生产井的环形空间中的积聚可以增加地面处或附近的积聚的气体的压力
(
其在本文中称为套管头压力或
CHP)
和
ALS
的进气区段处的井下压力
(
其在本文中称为泵进气压力或
PIP)。CHP
和
/
或
PIP
的增加可能导致生产问题，包括生产损失和气锁
。
[0007]关于生产损失，
PIP
的增加可以成比例地降低井的生产率
。
此外，
PIP
的增加可以增加
ALS
的进气区段处的气体体积分数
(GVF)
，因此降低
ALS
的效率和井生产率
。
为了解决环形气体积聚并减轻与其相关联的生产损失，现场技术人员通常需要前往井场并打开手动致动的闸阀以释放积聚在生产井的环形空间中的气体
。
该过程可能导致重复干预，从而增加与驾驶和人员暴露相关联的响应时间
、
生产损失和成本以及健康和安全问题
。
而且，闸阀的手动致动可能是不一致的，这导致几次迭代操作，以便在没有找到正确的阀位置的情况下控制生产井，特别是在生产井的自然不稳定性需要变化的控制条件，因此需要恒定的控制和操作的情况下
。
[0008]关于气锁，
CHP
的突然变化推断
ALS
的液体浸没水平的变化，这导致
PIP
的突然变化
。
大多数
ALS
安装配置有警报，该警报将随着下降的
PIP
而触发
。
当警报被触发时，
ALS(
即，泵
)
停止以避免气体进入
ALS
并且生产停止
。
当
ALS
设备未配置有警报器时，可能发生气锁事件，导致生产停止
。
在气体锁定事件中，气体干扰
ALS
的正常操作，从而防止流体进入和离开
ALS
，使得
ALS
被锁定
。
为了解决和减轻环形气体积聚和与其相关联的气锁问题，现场技术人员需要前往井场并使
ALS
恢复在线
。
此外，现场技术人员通常打开手动致动的闸阀以释放积聚在生产井的环形空间中的气体
。
该过程还可能导致重复干预，从而增加与驾驶和人员暴露相关联的响应时间
、
生产损失和成本以及健康和安全问题
。
而且，闸阀的手动操纵可能是不一致的，这导致几次迭代操纵，以便在没有找到正确的阀位置的情况下控制生产井，特别是在生产井的自然不稳定性需要变化的控制条件，因此需要恒定的控制和操纵的情况下
。

技术实现思路

[0009]在实施例中，提供了用于管理生产井中的环空气体的自动化系统和方法
。
该系统包括自动压力控制系统，该自动压力控制系统流体地联接到生产井的环空，以便管理通过环空的压力和气流
。
[0010]在实施例中，自动压力控制系统包括电控制阀
、
至少一个井传感器和边缘网关设备
。
阀流体地联接到生产井的环空
。
阀可以位于井场处的地面处或附近
。
至少一个井传感器被配置为测量地面处或地面附近的生产井的操作特性
。
网关设备位于井场处并且可操作地联接到阀和至少一个井传感器
。
网关设备被配置为收集从至少一个井传感器传送的第一传感器数据，并且在自主控制操作中处理第一传感器数据，该自主控制操作自动产生并发出命令，该命令从网关设备传送到阀，以调节随时间的积聚的气体从生产井的环空的流出
。
[0011]在实施例中，至少一个井传感器可以包括压力传感器，压力传感器被配置为测量地面处或地面附近的生产井的套管头压力
。
在该配置中，第一传感器数据可以包括表示由压力传感器测量的套管头压力的传感器数据
。
[0012]在实施例中，网关设备还可以被配置为在自主控制操作中使用用于套管头压力的设定点值
。
[0013]在实施例中，生产井可以采用人工举升系统
(ALS)
来将流体通过生产井举升到地面
。ALS
可以包括测量
ALS
的操作特性的至少一个
ALS
传感器
。
网关设备可以可操作地联接到至少一个
ALS
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于管理井场处的生产井的环空中的气体的自动化系统，所述自动化系统包括：电控制阀，流体地联接到所述生产井的所述环空，其中，所述阀位于所述井场处的地面处或地面附近；至少一个井传感器，被配置为测量所述地面处或所述地面附近的所述生产井的操作特性；以及网关设备，位于所述井场处并且可操作地联接到所述阀和所述至少一个井传感器，其中所述网关设备被配置为收集从所述至少一个井传感器传送的第一传感器数据，并且在自主控制操作中处理所述第一传感器数据，所述自主控制操作自动产生并发出命令，所述命令从所述网关设备传送到所述阀，以调节随时间的积聚的气体从所述生产井的环空的流出
。2.
根据权利要求1所述的自动化系统，其中：所述至少一个井传感器包括压力传感器，所述压力传感器被配置为测量所述生产井在所述地面处或所述地面附近的套管头压力；以及第一传感器数据包括表示由所述压力传感器测量的套管头压力的传感器数据
。3.
根据权利要求2所述的自动化系统，其中：所述网关设备还被配置为在所述自主控制操作中使用用于套管头压力的设定点值
。4.
根据权利要求1所述的自动化系统，其中：所述生产井采用人工举升系统
(ALS)
通过所述生产井将流体举升到地面，其中至少一个
ALS
传感器测量所述
ALS
的操作特性，并且所述网关设备可操作地联接到所述至少一个
ALS
传感器，其中所述网关设备被配置为收集从所述至少一个
ALS
传感器传送的第二传感器数据，并且在自主控制操作中处理第一传感器数据和第二传感器数据两者，所述自主控制操作自动产生并发出命令，所述命令从所述网关设备传送到所述阀，以调节随时间的积聚的气体从生产井的环空的流出
。5.
根据权利要求4所述的自动化系统，其中：所述至少一个
ALS
传感器包括井下传感器，所述井下传感器被配置为测量泵吸入压力；以及第二传感器数据包括表示由井下传感器测量的泵吸入压力的传感器数据
。6.
根据权利要求4所述的自动化系统，其中：所述网关设备还被配置为在所述自主控制操作中使用泵吸入压力的设定点值
。7.
根据权利要求4所述的自动化系统，其中：所述网关设备被配置为执行计算模型，所述计算模型基于所述第一传感器数据和所述第二传感器数据来计算所述
ALS
的液体浸没水平；以及所述网关设备还被配置为在所述自主控制操作中使用所述液体浸没水平
。8.
根据权利要求7所述的自动化系统，其中：所述计算模型被配置为基于表示套管压头压力数据的第一传感器数据和表示泵吸入压力和泵排出压力的第二传感器数据来计算所述
ALS
的液体浸没水平
。9.
根据权利要求8所述的自动化系统，其中：所述计算模型还被配置为基于特定于所述生产井的其他输入来计算所述
ALS
的所述液
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：