СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПРОМЫВКИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ВИНТОВОГО НАСОСА Российский патент 2021 года по МПК E21B37/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится в целом к винтовым насосам и, более конкретно, к автоматизированной промывочной системе и способу для использования с системой винтового насоса (PCP, progressing cavity pump).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Некоторые нефтяные и газовые скважины дают песок и ил вместе с добываемой жидкостью. Винтовые насосы особенно подходят для этих применений, потому что они могут перемещать такие смеси флюидов без существенного повреждения. Хотя винтовые насосы могут, как правило, перемещать загрязненный флюид через насос, твердый материал должен все же транспортироваться на поверхность на протяжении всего пути, который в некоторых случаях составляет расстояние 1000 метров или более. Давно известно, что твердые частицы будут переноситься на поверхность жидкостью, пока скорость восходящей окружающей жидкости превышает определенную критическую скорость. Если скорость жидкости падает ниже критической скорости, твердые частицы начнут накапливаться. Если в эксплуатационной насосно-компрессорной колонне оседает достаточное количество материала, создается ограничение потока. Это ограничение приводит к увеличению требуемого крутящего момента для насоса и может дополнительно снизить скорость флюида. Если твердый материал накапливается в верхней части насоса, это может помешать вращению эксцентриковой роторной оси и приводной колонны насосной штанги. Проблема может постепенно усугубляться, приводя к ситуации, когда насос больше не может перекачивать флюид на поверхность. Скважина в этом конечном состоянии обычно называется «забитая песком» или «заиленная».

[0003] Традиционно операторы по добыче нефти и газа часто позволяют скважинам прокачиваться до тех пор, пока не будет зафиксирована необычно высокая нагрузка от крутящего момента. В некоторых случаях ситуация остается незамеченной, и скважина может «забиться песком». В любом случае требуется вмешательство. Вмешательство может заключаться в ручном сливе жидкости вниз в межтрубное пространство между обсадной/насосно-компрессорной колоннами и попытку перекачивания на более высокой скорости в попытке создать поток в режиме критической скорости. Эта процедура иногда облегчает проблему, но, как правило, требуется более сложное вмешательство. Усиленное вмешательство заключается в поднятии колонны насосных штанг, соединенных с винтовым насосом, чтобы отсоединить ротор винтового насоса от статора. Поскольку винтовые насосы редко устанавливаются с постоянным клапаном, это открывает неограниченный канал внутри насосно-компрессорной колонны от нижнего уровня до всасывающего отверстия насоса. Затем флюид может быть закачан вниз насосно-компрессорной колонны, чтобы обратить поток оставшегося твердого материала вниз насосно-компрессорной колонны и выйти в межтрубное пространство обсадной колонны. Затем ротор может быть снова установлен и возобновить закачку.

[0004] Такие вмешательства, однако, являются дорогостоящими и приводят к значительному непродуктивному времени для скважины. В некоторых случаях действия, предпринимаемые для очистки напорного трубопровода скважины, могут привести к вытеснению песка или ила в продуктивный пласт, что является нежелательной ситуацией, которая может уменьшить суммарную добычу из скважины.

[0005] Соображения по поводу метановых скважин угольных пластов

[0006] Хотя накопление твердых частиц в эксплуатационном напорном трубопроводе является нежелательной ситуацией для любой нефтяной или газовой скважины, это особенно проблематично в метановых скважинах угольных пластов. При добыче метана в угольных пластах простои, связанные с состоянием «забивания песком», особенно вредны для производства. Когда скважина возвращается в режим качания насосом, может пройти несколько дней, прежде чем возобновится добыча газа. Метановые скважины угольных пластов также сложнее поддерживать в чистоте, поскольку добываемая вода имеет более низкую вязкость, чем нефть, добываемая большинством нефтяных скважин. Поскольку критическая скорость, необходимая для переноса твердых частиц на поверхность, обратно пропорциональна вязкости жидкости, в метановых скважинах угольных пластов необходимо поддерживать значительно более высокие скорости потока, чтобы поддерживать чистый эксплуатационный напорный трубопровод. Ситуация с метановыми скважинами угольных пластов особенно осложняется тем фактом, что добыча воды из этих скважин снижается, поскольку скважина продолжает откачиваться. В целом, дебит воды из этих скважин постоянно снижается, а дебит газа увеличивается. В результате отдающий пласт часто обеспечивает недостаточное количество воды для поддержания критической скорости через насос и насосно-компрессорную колонну.

[0007] Один из подходов к решению этой проблемы заключается в непрерывном введении дополнительных количеств добавочной чистой жидкости на всасывающем отверстии насоса или рядом с ним. С объемом резервуарной жидкости, дополненным этим введенным объемом, насос может работать с более высоким расходом. Используя эту технологию, можно постоянно поддерживать критическую скорость внутри насосно-компрессорной колонны. Для этого типа работы жидкость может просто сбрасываться в межтрубное пространство обсадной колонны и подаваться на всасывающее отверстие насоса. Такой подход иногда используется. Но, опять же, метановые скважины угольных пластов представляют особую проблему для такой технологии. Поскольку межтрубное пространство обсадной колонны используется в качестве добычного трубопровода для газовой фазы, трудно заставить вводимую жидкость (воду) падать против потока газа в межтрубном пространстве.

[0008] В некоторых установках третий трубопровод (в дополнение к насосно-компрессорной колонне и межтрубному пространству между обсадной и насосно-компрессорной колоннами) установлен в скважине для облегчения непрерывного введения жидкости. Полые насосные штанги являются одним из средств обеспечения дополнительного трубопровода, но значительно увеличивают стоимость и сложность установки.

[0009] Модификация процедуры непрерывного сброса заключается в прерывистом введении порции жидкости в ствол скважины при одновременном увеличении расхода насоса. Такая процедура может быть использована для промывки скопившихся твердых частиц из насосно-компрессорной колонны. Для закачки порции жидкости необходимо будет временно закрыть клапан потока обсадной колонны, чтобы позволить жидкости упасть на дно скважины. Если процедура выполняется с надлежащей частотой, насосно-компрессорная колонна может поддерживаться относительно чистой от скопления твердых частиц. Процедура может быть выполнена вручную, используя автоцистерну с водой и насосом, а также оператора для выполнения всех этапов процедуры. Из-за времени, необходимого для завершения процедуры на одной скважине, вполне вероятно, что один оператор может промывать только четыре или пять скважин в день. При незначительном обслуживании такой ручной подход может быть приемлемым.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] В соответствии с первым типовым аспектом изобретения раскрыта автоматизированная промывочная система для использования с системой винтового насоса. Система винтового насоса содержит обсадную колонну скважины с межтрубным пространством, винтовой насос, расположенный внутри обсадной колонны скважины, двигатель, функционально связанный с винтовым насосом, контроллер, функционально связанный с двигателем, а также клапан газового потока, связанный с межтрубным пространством и функционально связанный с контроллером. Автоматизированная промывочная система содержит источник промывочной жидкости, выполненный с возможностью быть функционально связанным с контроллером, и промывочный клапан гидравлически связанный с источником промывочной жидкости и межтрубным пространством обсадной колонны скважины. Промывочный клапан выполнен с возможностью управления потоком промывочной жидкости между источником промывочной жидкости и межтрубным пространством и функционально связан с контроллером. После получения команды на инициирование цикла промывки, контроллер закрывает клапан газового потока, открывает промывочный клапан, чтобы обеспечить возможность подачи промывочной жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство, и увеличивает скорость винтового насоса путем подачи сигнала двигателю, чтобы выполнить очистку обсадной колонны скважины.

[0011] В соответствии с еще одним типовым аспектом данного изобретения система винтового насоса содержит обсадную колонну скважины с межтрубным пространством, винтовой насос, расположенный внутри обсадной колонны скважины, и двигатель, функционально связанный с винтовым насосом. Контроллер функционально связан с двигателем, а клапан газового потока сообщен с межтрубным пространством обсадной колонны скважины и расположен в линии потока флюида. Автоматизированная промывочная система функционально связана с контроллером и содержит источник промывочной жидкости, а также промывочный клапан гидравлически связанный с источником промывочной жидкости и межтрубным пространством обсадной колонны скважины. Промывочный клапан выполнен с возможностью управления потоком промывочной жидкости между источником промывочной жидкости и межтрубным пространством и функционально связан с контроллером. После получения команды на инициирование цикла промывки, контроллер закрывает клапан газового потока, чтобы остановить восходящий поток флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины, открывает промывочный клапан, чтобы позволить промывочной жидкости направиться из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство, и увеличивает скорость винтового насоса путем подачи сигнала двигателю, чтобы выполнить очистку обсадной колонны скважины.

[0012] В соответствии с дополнительным типовым аспектом данного изобретения раскрыт способ автоматической промывки обсадной колонны скважины системой винтового насоса. Способ включает инициирование посредством контроллера цикла промывки автоматизированной промывочной системы, функционально связанной с системой винтового насоса, и отключение посредством контроллера управления эксплуатационной скоростью винтового насоса системы винтового насоса. Способ дополнительно включает закрытие посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины и инициирование посредством контроллера процесса вычисления объема промывочной жидкости. Способ также включает открытие посредством контроллера промывочного клапана, чтобы позволить жидкости направиться из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины, и инициирование посредством контроллера процесса вычисления извлечения объема промывочной жидкости. Способ также дополнительно включает, после накопления промывочной жидкости в межтрубном пространстве, увеличение скорости насоса для начала промывки обсадной колонны скважины. Кроме того, способ включает поддержание увеличенной скорости насоса до тех пор, пока как минимум либо не истечет предварительно заданное время промывки, либо не будет превышен вычисленный промывочный объем, и закрытие промывочного клапана для завершения промывки обсадной колонны скважины. Наконец, способ включает повторное открытие посредством контроллера клапана газового потока и возобновление управления эксплуатационной скоростью винтового насоса.

[0013] В еще одном типовом аспекте данного описания изобретения раскрыт способ оценки количества промывочной жидкости, вводимой в обсадную колонну скважины системы винтового насоса для осуществления промывки обсадной колонны скважины. Способ включает инициализацию посредством контроллера системы винтового насоса промывочного объема до нуля в ответ на закрытие клапана газового потока для инициирования цикла промывки, а также определение посредством контроллера одного из: (1) расхода потока промывочной жидкости с помощью или промывочного расходомера, или расхода потока, введенного пользователем; или (2) начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости с помощью датчика уровня источника промывочной жидкости. Способ дополнительно включает, после истечения предварительно установленного вычислительного периода, вычисление посредством контроллера одного из: (1) добавленного объема промывочной жидкости и прибавление добавленного объема промывочной жидкости к накопленному объему; или (2) текущего объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости на основе уровня жидкости, измеренного датчиком уровня, и вычитание посредством контроллера текущего объема промывочной жидкости из исходного объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости.

[0014] В другом типовом аспекте данного описания изобретения также раскрыт способ автоматического измерения количества объема промывочной жидкости, извлеченного из обсадной колонны скважины системы винтового насоса во время промывки обсадной колонны скважины. Способ включает инициализацию посредством контроллера системы винтового насоса значения извлеченного объема промывочной жидкости до нуля сразу после открытия промывочного клапана автоматизированной промывочной системы, чтобы позволить промывочной жидкости направиться из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины, а также определение посредством контроллера базового расхода потока с помощью расходомера. Способ дополнительно включает сразу после истечения заданного периода времени, измерение посредством контроллера текущего расхода потока флюида, откачиваемого из обсадной колонны скважины, при этом текущий расход потока равен расходу поверхностной линии потока. Способ также включает вычисление посредством контроллера извлеченного добавленного объема промывочной жидкости и определение посредством контроллера нового извлеченного объема промывочной жидкости.

[0015] В соответствии с еще одним типовым аспектом данного описания изобретения раскрыт другой способ автоматической промывки обсадной колонны скважины системы винтового насоса. Способ включает отключение посредством контроллера управления эксплуатационной скоростью винтового насоса системы винтового насоса, а затем закрытие посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины. Способ также включает инициирование посредством контроллера процесса вычисления объема промывочной жидкости и открытие посредством контроллера промывочного клапана, чтобы позволить жидкости направиться из источника промывочной жидкости в обсадную колонну скважины. Способ также дополнительно включает, сразу после накопления промывочной жидкости в межтрубном пространстве, увеличение скорости насоса посредством контроллера для начала промывки обсадной колонны скважины и закрытие посредством контроллера промывочного клапана.

[0016] В дополнительном соответствии с любым одним или большим количеством типовых аспектов автоматизированная промывочная система, система винтового насоса или любой способ в соответствии с данным описанием изобретения могут включать одну или большее количество из следующих дополнительных предпочтительных форм.

[0017] В некоторых предпочтительных формах система может дополнительно содержать насос для создания давления промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости. Насос может быть расположен сзади по ходу от источника промывочной жидкости и функционально связан с контроллером таким образом, что насос управляется контроллером посредством сигнала. Кроме того, система может дополнительно содержать расходомер, расположенный сзади по ходу от источника промывочной жидкости, который предназначен для измерения количества промывочной жидкости, вводимой в межтрубное пространство обсадной колонны скважины. Расходомер может быть связан с контроллером, чтобы предоставлять в контроллер сигнал, указывающий измеренное количество вводимой промывочной жидкости. Кроме того, система может включать устройство регулирования скорости, соединенное с двигателем и выполненное с возможностью управления двигателем посредством как минимум либо электрического кабеля, либо гидравлической линии. Более того, устройство регулирования скорости может быть функционально связано с контроллером, а контроллер может управлять скоростью устройства регулирования скорости посредством сигнала. Кроме того, система может содержать датчик уровня, расположенный в источнике промывочной жидкости.

[0018] В некоторых других предпочтительных формах винтовой насос может быть гидравлически связан с линией потока флюида, а система винтового насоса может дополнительно содержать клапан обсадной колонны в линии потока флюида. Кроме того, система может содержать насосно-компрессорную колонну, соединенную с винтовым насосом и расположенную внутри межтрубного пространства, и фонтанный тройник, так что флюид из винтового насоса проходит через насосно-компрессорную колонну и выходит из фонтанного тройника. Система может дополнительно содержать расходомер насосно-компрессорной колонны, расположенный сзади по ходу от фонтанного тройника, при этом расходомер насосно-компрессорной колонны измеряет флюид, покидающий фонтанный тройник и проходящий через линию потока.

[0019] В еще некоторых других предпочтительных формах способ может включать при этом инициирование цикла промывки, что является соответствием как минимум одному из: (1) предварительно заданное время соответствует требованиям; (2) крутящий момент насоса превышает предварительно заданный высший предел крутящего момента; или (3) ручной ввод данных в рабочую станцию, связанную с контроллером. Способ также может включать фиксирование настройки скорости двигателя для управления эксплуатационной скоростью посредством контроллера, чтобы дать возможность контроллеру сбросить скорость двигателя до зафиксированной настройки скорости двигателя для управления эксплуатационной скоростью сразу после завершения цикла промывки. Кроме того, способ может включать определение, истекло ли время оседания жидкости, и, по истечении времени оседания жидкости, инициирование процесса вычисления промывочного объема.

[0020] В других предпочтительных формах процесс или способ вычисления объема промывочной жидкости может включать: (1) инициализацию промывочного объема до нуля; (2) определение одного из: (а) расхода потока промывочной жидкости посредством или промывочного расходомера, или расхода потока, введенного пользователем; или (b) начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости датчиком уровня; и (3) сразу после истечения вычислительного периода времени вычисление одного из: (a) добавленного объема промывочной жидкости и прибавление добавленного объема промывочной жидкости к накопленному объему для получения оцененного количества объема промывочной жидкости, введенного в межтрубное пространство обсадной колонны скважины; или (b) текущего объема промывочной жидкости на основе уровня жидкости, измеренного датчиком уровня и вычитание текущего объема промывочной жидкости из начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости.

[0021] В еще других предпочтительных формах открытие посредством контроллера промывочного клапана для подачи жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины может включать либо предоставление периода времени промывочному клапану для завершения цикла хода, либо запуск насоса, расположенного сзади по ходу от источника промывочной жидкости, для начала течения промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины. Кроме того, процесс вычисления извлечения объема промывочной жидкости может включать: (1) инициализацию значения извлеченного объема промывочной жидкости равное нулю; (2) определение базового расхода потока с помощью расходомера; (3) определение, истек ли вычислительный период времени; (4) по истечении вычислительного периода времени, измерение текущего расхода потока флюида, откачиваемого из обсадной колонны скважины, при этом текущий расход потока равен расходу поверхностной линии потока; (5) вычисление извлеченного добавленного объема промывочной жидкости, включающее вычитание базового расхода потока из текущего расхода потока; и (6) определение нового извлеченного объема промывочной жидкости путем прибавления вычисленного извлеченного добавленного объема промывочной жидкости к ранее вычисленному извлеченному объему промывочной жидкости до завершения программы контроллером.

[0022] Кроме того, способ может включать инициирование времени падения жидкости после инициирования вычисления извлечения объема промывочной жидкости и определения того, что время падения жидкости истекло, чтобы учесть задержку во времени между началом введения промывочной жидкости и моментом, когда промывочная жидкость накапливается в забое обсадной колонны скважины. Кроме того, способ может включать завершение посредством контроллера вычисления промывочного объема после того, как промывочный клапан закрыт. Кроме того, способ может включать повторное открытие посредством контроллера клапана газового потока для возобновления нормального потока флюида, такого как газ, которое происходит сразу после определения истечения времени падения жидкости. Способ также может включать поддержание увеличенной скорости насоса до тех пор, пока не истечет время откачки после промывки или пока вычисление извлечения объема промывочной жидкости не превысит оцененный введенный объем промывочной жидкости, а затем не завершит процесс вычисления извлечения объема промывочной жидкости. Наконец, способ может включать, сразу после завершения процесса вычисления извлечения объема промывочной жидкости, возвращение винтового насоса посредством контроллера к управлению нормальной скоростью.

[0023] Раскрыты дополнительные необязательные аспекты и отличительные признаки, которые могут быть организованы любым функционально подходящим образом, либо отдельно, либо в любой функционально осуществимой комбинации, в соответствии с принципами данного описания изобретения. Другие аспекты и преимущества станут очевидными при рассмотрении следующего подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0024] На описанных ниже графических материалах изображены различные аспекты системы и способов раскрытые в данном документе. Следует понимать, что на каждой фигуре изображен пример осуществления конкретного аспекта раскрытой системы и способов и что каждая из фигур предполагает соответствие их возможному примеру. Кроме того, там, где это возможно, нижеследующее описание ссылается на ссылочные номера, которые содержатся на нижеследующих фигурах, на которых конструктивные особенности, изображенные на нескольких фигурах, обозначены постоянными ссылочными номерами.

[0025] На графических материалах изображены расположения, которые обсуждаются в данном документе, однако при этом понимается, что настоящие примеры осуществления изобретения не ограничиваются определенными изображенными расположениями и техническими средствами, при этом:

[0026] на фиг. 1 изображен схематический вид автоматизированной промывочной системы для использования с системой винтового насоса в соответствии с одним аспектом данного изобретения;

[0027] на фиг. 2 изображена блок-схема, демонстрирующая способ автоматизированной промывки для использования с системой винтового насоса, изображенной на фиг. 1;

[0028] на фиг. 3 изображена блок-схема, демонстрирующая способ вычисления промывочного объема способа автоматизированной промывки в соответствии с фиг. 2; а также

[0029] на фиг. 4 изображена блок-схема, демонстрирующая способ вычисления извлечения промывочного объема в способе автоматизированной промывки в соответствии с фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0030] В целом раскрыта автоматизированная промывочная система для использования с системой винтового насоса. Автоматизированная промывочная система содержит источник промывочной жидкости, который коммуникативно и функционально связан с контроллером системы винтового насоса таким образом, что источник промывочной жидкости реагирует на сигналы и/или команды от контроллера. Автоматизированная промывочная система дополнительно содержит промывочный клапан, гидравлически связанный с источником промывочной жидкости и межтрубным пространством обсадной колонны скважины системы винтового насоса. Промывочный клапан управляет потоком промывочной жидкости между источником промывочной жидкости и межтрубным пространством. Так выполнено, что сразу после получения команды на инициирование цикла промывки, контроллер оценивает количество промывочной жидкости из источника промывочной жидкости, которое было введено межтрубное пространство. Затем контроллер автоматически открывает промывочный клапан, чтобы позволить предварительно установленному количеству промывочной жидкости из источника промывочной жидкости направиться в межтрубное пространство, и увеличивает скорость винтового насоса посредством сигнала для двигателя, функционально связанного с винтовым насосом, чтобы выполнить очистку обсадной колонны скважины.

[0031] Обратимся теперь к фиг. 1, на которой изображена автоматизированная промывочная система 10 для использования с системой 20 винтового насоса. Система 20 винтового насоса содержит обсадную колонну 22 скважины с межтрубным пространством 24 и винтовой насос 26, расположенный внутри межтрубного пространства 24 обсадной колонны 22 скважины. В этом примере винтовой насос 26 установлен на конце насосно-компрессорной колонны 25, также расположенной внутри межтрубного пространства 24 обсадной колонны скважины. Колонна 28 насосных штанг соединяет винтовой насос 26 с двигателем 30, расположенным на поверхности над винтовым насосом 26, например, который может называться системой верхнего привода. Специалисту в данной области техники очевидно, что в качестве альтернативы двигатель 30 может быть установлен в забое скважины, например, ниже поверхности над винтовым насосом 24 или в межтрубном пространстве 24 обсадной колонны 22 скважины, в качестве электрического погружного винтового насоса (ЭПВН), а также все подпадающие под объем данного описания изобретения.

[0032] Двигатель 30 управляется устройством 32 регулирования скорости. Устройство 32 регулирования скорости может быть или электрическим приводом с регулируемой скоростью, или гидравлическим насосом с возможностью регулировки скорости. Устройство 32 регулирования скорости функционально и коммуникативно связано с двигателем 30 посредством электрического кабеля 34 или одной или большего количества гидравлических линий 35.

[0033] Система 20 винтового насоса дополнительно содержит контроллер 36. Как изображено на фиг. 1, контроллер 36 коммуникативно связан с устройством 32 регулирования скорости посредством как минимум или электрического кабеля 38, или беспроводной сети. Контроллер 36 может отправлять команду на устройство 32 регулирования скорости, например, посредством сигнала для оперирования и/или управления скоростью двигателя 30 и, таким образом, винтового насоса 26. В одном примере контроллер 36 содержит передатчик 37, приемник 39, процессор 41, память 43, вход 45 и сетевой интерфейс 47, как описано более подробно ниже.

[0034] В некоторых примерах расходомер 40 установлен в системе винтового насоса 20 ПК, а контроллер 36 функционально и коммуникативно связан с расходомером 40 посредством по меньшей мере или электрического кабеля или беспроводной сети 42. В результате выходной сигнал расходомера 40, например, может передаваться на контроллер 36 посредством сигнала 42а расходомера.

[0035] Система 20 винтового насоса может еще дополнительно содержать клапан 44 обсадной колонны, который соединен с межтрубным пространством 24 обсадной колонны 22 скважины и расположен внутри линии 46 потока флюида, такой как линия потока газа. Кроме того, клапан 48 газового потока также расположен внутри линии 46 потока флюида сзади по ходу от клапана 44 обсадной колонны. Дополнительно, другой клапан 78 обсадной колонны может быть присоединен к межтрубному пространству 24 обсадной колонны 22 скважины на стороне, противоположной другому клапану 44 обсадной колонны, как дополнительно изображено на фиг. 1. Клапан 78 обсадной колонны также может быть расположен внутри линии 46 потока флюида. В других примерах клапан 78 обсадной колонны не может быть соединен с какой-либо линией потока флюида.

[0036] При нормальных условиях эксплуатации, добываемый флюид, такой как газ, отделяется от жидкости забоя в межтрубном пространстве 24 обсадной колонны 22 скважины и течет вверх по межтрубному пространству 24 через клапан 44 обсадной колонны и клапан 48 газового потока, и выходит в линию 46 потока газа. Флюид, также добытый через винтовой насос 26, перемещается или течет вверх по насосно-компрессорной колонне 25 и выходит из фонтанного тройника 50. В некоторых случаях, как отмечалось, расходомер 40 установлен сзади по ходу от фонтанного тройника 50, как изображено на фиг. 1, и измеряет флюид, покидающий фонтанный тройник 50 и проходящий через линию 46 потока флюида.

[0037] Все еще ссылаясь на фиг. 1, и, как отмечено, система 20 винтового насоса функционально связана с автоматизированной промывочной системой 10. Более конкретно, автоматизированная промывочная система 10 содержит источник 60 промывочной жидкости, который коммуникативно связан с контроллером 36 системы 20 винтового насоса. Источник 60 промывочной жидкости подает жидкость, такую как промывочная жидкость, которая используется для процесса промывки, как описано более подробно ниже, и может включать несколько источников жидкости. В одном примере источник 60 промывочной жидкости является резервуаром чистой жидкости. В другом примере источником 60 промывочной жидкости является цистерна.

[0038] Например, в зависимости от источника жидкости и давления протекающего газа или жидкости, насос 62 может содержаться, а в некоторых случаях и необходим, для повышения давления жидкости из источника 60 промывочной жидкости. Как изображено на фиг. 1, насос 62 расположен сзади по ходу от источника 60 промывочной жидкости, а также коммуникативно связан с контроллером 36 системы 20 винтового насоса, например, посредством электрического кабеля 66. Как таковой, контроллер 36 может управлять состоянием насоса 62 с помощью сигнала 67, например, который проходит вдоль электрического кабеля 66 между контроллером 36 и насосом 62.

[0039] Если насос 62 не содержится, контроллер 36 может быть напрямую связан, например, с источником 60 промывочной жидкости с помощью электрического кабеля 66. В этом случае контроллер 36 рассчитывает количество промывочной жидкости с использованием указателя уровня или датчика 61 уровня, расположенного в емкости или цистерне промывочной жидкости источника 60 промывочной жидкости. Более конкретно, контроллер 36 может соотносить изменение уровня жидкости в емкости или цистерне для промывочной жидкости источника 60 промывочной жидкости, используя датчик 61 уровня, например, для оценки объема промывочной жидкости, как более подробно объяснено ниже в соответствии с фиг. 3.

[0040] Автоматизированная промывочная система 10 также содержит промывочный клапан 64, гидравлически связанный и расположенный сзади по ходу от источника 60 промывочной жидкости. Промывочный клапан 64 также может быть гидравлически связанным с клапаном 44 обсадной колонны в линии 46 потока флюида, такой как линия потока газа, и межтрубным пространством 24 обсадной колонны 22 скважины системы 20 винтового насоса. В качестве альтернативы, промывочный клапан 64 может быть гидравлически связанным с альтернативным клапаном 78 обсадной колонны и межтрубным пространством 24 обсадной колонны 22 скважины системы 20 винтового насоса. Выполненный таким образом промывочный клапан 64 управляет потоком жидкости, такой как промывочная жидкость, между источником 60 промывочной жидкости и межтрубным пространством 24. Кроме того, и как изображено на фиг. 1, промывочный клапан 64 является также функционально связанным с контроллером 36 системы 20 винтового насоса, например, посредством как минимум или электрическим кабелем 69, или беспроводной сетью. Таким образом, контроллер 36 также управляет работой промывочного клапана 64 посредством одного или большего количества сигналов, например, через электрический кабель или беспроводную сеть.

[0041] В одном примере сразу после получения команды на инициирование цикла промывки автоматизированной промывочной системы 10 контроллер 36 системы 20 винтового насоса закрывает клапан 48 газового потока, чтобы остановить восходящий поток флюида в межтрубном пространстве 24 обсадной колонны 22 скважины при нормальной работе системы 20 винтового насоса. Затем контроллер 36 автоматически оценивает количество промывочной жидкости из источника 60 промывочной жидкости, которое было введено в межтрубное пространство 24 обсадной колонны 22 скважины. Затем контроллер 36 автоматически открывает промывочный клапан 64 по сигналу 69, чтобы дать возможность жидкости, такой как промывочная жидкость из источника 60 промывочной жидкости, направиться и протекать в межтрубное пространство 24. Кроме того, контроллер 36 также автоматически увеличивает скорость винтового насоса 26 посредством сигнала 38 для двигателя 30 посредством устройства 32 регулирования скорости, соединенного с двигателем 30, чтобы произвести очистку как минимум одного из обсадной колонны 22 скважины, насоса 26 и насосно-компрессорной колонны 25, как объяснено ниже.

[0042] В некоторых примерах, как изображено на фиг. 1, обратный клапан 74 расположен сзади по ходу от промывочного клапана 64 и предотвращает протекание любого флюида в направлении промывочного клапана 64 во время нормальной работы системы 20 винтового насоса. Кроме того, и в других примерах расходомер 76 необязательно расположен сзади по ходу от источника 60 промывочной жидкости и измеряет количество промывочной жидкости, вводимой в межтрубное пространство 24 обсадной колонны 22 скважины. Подобно другим компонентам автоматизированной промывочной системы 10, расходомер 76 также функционально и коммуникативно связан с контроллером 36 системы 20 винтового насоса посредством как минимум или электрического кабеля 75, или беспроводной сети. В одном примере расходомер 76 подает сигнал на контроллер 36, причем сигнал, поданный в контроллер 36, указывает на измеренное количество вводимой промывочной жидкости.

[0043] Как также изображено на фиг. 1, рабочая станция 21 может быть коммуникативно связана с контроллером 36, например, посредством как минимум или беспроводного соединения, или электрического соединения. В одном примере рабочая станция 21 содержит передатчик 23 для передачи одного или большего количества сигналов 29 в приемник 39 контроллера 36, чтобы начать цикл промывки. Рабочая станция 21 также может содержать память 27.

[0044] Обратимся теперь к фиг. 2, на которой представлена блок-схема, изображающая способ 100 автоматической промывки обсадной колонны 22 скважины системы 20 винтового насоса. Более конкретно, на этапе 102 запускается цикл промывки, в результате чего контроллер 36 принимает команду, такую как сигнал, для инициирования цикла промывки автоматизированной промывочной системы 10. В одном примере контроллер 36 непрерывно отслеживает крутящий момент на двигателе 30. Этот крутящий момент обычно определяется (например, не измеряется непосредственно) устройством 32 регулирования скорости. По существу, контроллер 36 постоянно отслеживает крутящий момент посредством сигнала 38. Когда значение крутящего момента, полученное контроллером 36, превышает предварительно установленное значение, такое как введенное человеком заданное значение или целевое значение, контроллер 36 определяет, что наступило время запустить цикл промывки.

[0045] В еще одном примере цикл промывки запускается вручную, например, вводится вручную на рабочей станции 21 (фиг. 1), коммуникативно связанную с контроллером 36. Таким образом, после ручного ввода на рабочей станции 21, для начала цикла промывки автоматизированной промывочной системы 10 передатчик 23 рабочей станции 21 передает сигнал в приемник 39 контроллера 36 для начала цикла промывки. В другом примере цикл промывки может быть запущен вручную оператором, обеспечивающим ввод в локальный человеко-машинный интерфейс (HMI), такой как клавиатура/дисплей, или графическое устройство с сенсорным экраном или другое подобное устройство, которое обменивается данными с контроллером 36. В еще одном примере цикл промывки может запускаться через другой контроллер, такой как программируемый логический контроллер (ПЛК), который может контролировать работу контроллера 36 системы 20 винтового насоса. Кроме того, цикл промывки может быть запущен мгновенным контактным переключателем, который нажимает оператор. Специалист в данной области техники поймет, что, кроме того, могут быть реализованы дополнительные, различные другие способы ручного запуска цикла промывки, и все они попадают в объем данного описания изобретения.

[0046] На этапе 104 и в ответ на инициирование цикла промывки автоматизированной промывочной системы 10 контроллер 36 автоматически отключает управление эксплуатационной скоростью системы 20 винтового насоса. Затем на этапе 106 клапан 48 газового потока закрывают, например, для прекращения восходящего потока в межтрубном пространстве 24.

[0047] На этапе 108, например, контроллер 36 фиксирует как минимум или определенную, или сохраненную текущую настройку скорости двигателя 30, так что, например, контроллер 36 может сбросить команду скорости в конце цикла промывки до фиксированной настройки скорости двигателя 30. В одном примере скорость забойного участка винтового насоса 26 равна скорости удержания из настройки скорости двигателя 30. Контроллер 36 затем фиксирует и сохраняет эту скорость удержания в памяти 43 контроллера 36 для использования в более позднее время.

[0048] Затем на этапе 110 контроллер ожидает в течение предварительно заданного периода времени, чтобы дать возможность жидкости, такой как газ, осесть. Другими словами, контроллер 36 ожидает некоторый период времени, чтобы позволить потоку флюида в межтрубном пространстве 24 обсадной колонны 22 скважины осесть после закрытия клапана 44 обсадной колонны. В одном примере время оседания газа устанавливается на период времени, а контроллер 36 ожидает, пока этот период времени не истечет после закрытия клапана 48 газового потока. Период времени может составлять 10 секунд или период времени, больший или меньший, чем 10 секунд, и все они попадают в объем данного описания изобретения.

[0049] На этапе 112 контроллер 36 системы 20 винтового насоса автоматически инициирует процесс 200 вычисления промывочного объема, который включает оценку количества промывочной жидкости, которая была введена в межтрубное пространство 24 обсадной колонны 22 скважины, как более подробно объяснено ниже в соответствии с фиг. 3.

[0050] Затем на этапе 114 контроллер 36 автоматически открывает промывочный клапан 64, позволяя жидкости течь из источника 60 промывочной жидкости в межтрубное пространство 24 обсадной колонны 22 скважины. В некоторых случаях требуется, чтобы промывочная жидкость находилась под давлением, и существует несколько способов повышения давления промывочной жидкости из источника 60 промывочной жидкости, включая использование насоса. В некоторых примерах жидкость из источника 60 промывочной жидкости может быть откачанной и рециркулированной жидкостью или флюидом, которая была обработана с помощью установки сортировки или разделения для удаления твердого материала. В другом примере и, в более общем смысле, контроллеру 36 необходимо предоставить время для промывочного клапана 64, чтобы завершить свой цикл хода, а затем запустить поверхностный насос, такой как насос 62, для начала течения жидкости в межтрубное пространство 24. Более конкретно, и в одном примере, на этапе 116 контроллер 36 определяет, истекло ли предварительно установленное время для времени хода клапана. Если нет, контроллер 36 продолжает ждать, пока не будет выполнено предварительно установленное время. Если да, контроллер 36 запускает промывочный насос 62, если промывочный насос 62 используется.

[0051] На этапе 120 контроллер автоматически инициирует процесс 300 вычисления извлечения объема промывочной жидкости, который включает измерение количества извлеченного объема промывочной жидкости, как объяснено более подробно ниже в соответствии с фиг. 4. После инициирования процесса 300 вычисления извлечения объема промывочной жидкости контроллер 36 определяет, истек ли предварительно установленный на этапе 122 период времени падения жидкости, чтобы учесть задержку во времени между началом ввода и моментом, когда жидкость, такая как промывочная жидкость, начинает накапливаться в забое. Эта временная задержка зависит от определенных характеристик обсадной трубы 22 скважины, таких как, например, отклонение ствола скважины, измеренная глубина и вертикальная глубина всасывающего отверстия насоса. В одном примере значение в шестьдесят секунд обычно достаточно для вертикальной скважины с глубиной приблизительно 1000 метров. Конечно, специалист в данной области техники поймет, что периоды времени, большие или меньшие, чем шестьдесят секунд, также могут быть установлены и все они попадают в объем данного описания изобретения. Например, для более глубоких скважин и более наклонных скважин требуется больше времени. Кроме того, старые скважины, как правило, имеют более грубые обсадные трубы из-за коррозии, поэтому значение увеличивается. В случае сомнений, период времени должен быть завышен для предварительно установленного на этапе 122 времени таймера падения жидкости, чтобы предотвратить, например, работу насоса 26 всухую.

[0052] По истечении предварительно установленного на этапе 122 времени и после накопления промывочной жидкости в забойной части межтрубного пространства 24 контроллер 36 автоматически увеличивает на этапе 124 скорость насоса 26 системы 20 винтового насоса. Другими словами, контроллер 36 увеличивает забойную скорость насоса 26, чтобы начать промывку обсадной колонны 22 скважины, насоса 26 и насосно-компрессорной колонны 25. Повышенная скорость насоса поддерживается до тех пор, пока не истечет предварительно установленное время промывки или пока вычисленный/оцененный объем промывочной жидкости не достигнет заданного целевого промывочного объема.

[0053] Более конкретно, на этапе 126 контроллер 36 сначала определяет, истекло ли предварительно установленное время промывки. Если нет, то контроллер 36 затем на этапе 128 определяет, превышает ли измеренный или оцененный объем промывочной жидкости заданный целевой промывочный объем. Если нет, то контроллер 36 поддерживает увеличенную скорость и снова будет определять на этапе 126, истекло ли предварительно установленное время промывки, например, до тех пор, пока либо не истекло время, либо измеренный на этапе 128 промывочный объем не превышает целевой промывочный объем.

[0054] На этапе 130 после того, как одна из целей на этапе 126 или этапе 128 (время или объем) была превышена, контроллер 36 затем останавливает насос 62 автоматизированной промывочной системы 10 (если насос 62 содержится) и закрывает промывочный клапан 64. После того как промывочная жидкость больше не поступает в обсадную колонну 22 скважины, на этапе 132 контроллер 36 завершает вычисление объема промывочной жидкости.

[0055] На этапе 134 контроллер 36 определяет, истекло ли предварительно установленное время для времени падения жидкости, чтобы позволить конечной порции жидкости промывочной жидкости достичь нижнего участка обсадной колонны 22 скважины. По истечении этого времени контроллер 36 открывает клапан 48 газового потока.

[0056] После повторного открытия клапана 48 газового потока повышенная скорость насоса поддерживается в течение дополнительного периода времени до тех пор, пока на этапе 138 не истечет предварительно установленное время откачки после промывки или пока на этапе 140 вычисление извлечения объема промывочной жидкости не достигнет значения, превышающего оцененный объем введенной промывочной жидкости. Иными словами, на этапе 138 контроллер 36 сначала определяет, истекло ли предварительно установленное время откачки после промывки. Если нет, то на этапе 140 контроллер 36 затем определяет, достигло ли вычисление извлечения объема промывочной жидкости значения, превышающего оцененный объем введенной промывочной жидкости. Если нет, то контроллер 36 продолжает поддерживать повышенную скорость насоса 26 до тех пор, пока не будет выполнено одно из условий на этапе 138 или на этапе 140.

[0057] Когда любое из двух условий на этапе 138 или на этапе 140 выполняется, на этапе 142 контроллер 36 завершает или заканчивает процесс 300 вычисления извлечения объема промывочной жидкости. На этапе 144 контроллер 36 затем сбрасывает скорость управления двигателя 30 до скорости удержания двигателя 30, зафиксированной в начале цикла промывки системы 20 винтового насоса.

[0058] На этапе 146 контроллер 36 затем возвращается к своим процессам управления эксплуатационной скоростью и процесс цикла промывки ожидает следующего запуска активации.

[0059] Обратимся теперь к фиг. 3, на которой изображена блок-схема, отображающая способ 200 вычисления промывочного объема. Способ 200 включает способ оценки количества промывочной жидкости, которое было введено в межтрубное пространство 24 системы 20 винтового насоса для осуществления промывки обсадной колонны 22 скважины, насоса 26 и насосно-компрессорной колонны 25. Как описано выше, промывочная жидкость поступает из источника 60 промывочной жидкости автоматизированной промывочной системы 10, соединенной с системой 20 винтового насоса.

[0060] Более конкретно, на этапе 202 способ 200 вычисления объема промывочной жидкости начинается, например, посредством контроллера 36. После получения команды на начало способа 200 вычисления объема промывочной жидкости на этапе 204 контроллер 36 инициализирует объем промывочной жидкости равный нулю.

[0061] На этапе 206 определяется, доступен ли промывочный расходомер. Иными словами, в одном примере контроллер 36 определяет, доступен ли промывочный расходомер, такой как расходомер 76. Если расходомер доступен, как в примере, изображенном на фиг. 1, в котором расходомер 76 расположен сзади по ходу от источника 60 промывочной жидкости и функционально связан с контроллером 36, на этапе 208 расход потока промывочной жидкости фиксируется контроллером 36 как текущий расход расходомера. Другими словами, контроллер 36 фиксирует расход потока расходомера 76 и использует это значение в качестве расхода потока промывочной жидкости. Если расходомер 76 недоступен, на этапе 210 сначала определяется, доступен ли датчик 61 уровня (фиг. 1) цистерны источника 60 промывочной жидкости. Более конкретно, если расходомер недоступен, а источник 60 промывочной жидкости содержит цистерну, которая содержит жидкость, то объем может быть соотнесен с уровнем жидкости в цистерне, при этом датчик 61 уровня (фиг. 1) может использоваться для оценки количества промывочной жидкости, введенной в межтрубное пространство 24, как объяснено более подробно ниже. Однако если контроллер 36 определяет, что датчика 61 уровня нет, введенный пользователем на этапе 212 расход потока, например, может использоваться контроллером 36 в качестве расхода потока промывочной жидкости. В одном примере, если насос 62, используемый для повышения давления промывочной жидкости из источника 60 промывочной жидкости, имеет объемный тип, расход потока насоса 62 может быть оценен, например, из информации изготовителя и предоставлен контроллеру 36, например, через рабочую станцию 21.

[0062] Если расход потока измерен 208 или оценен 212, контроллер 36 затем запускает таймер 214 вычислительного периода и на этапе 216 определяет, истек ли предварительно установленный вычислительный период. В одном примере вычислительный период времени включает предварительно установленный период времени в диапазоне от 1 секунды до 20 секунд. Например, если содержится расходомер 76, установка этого значения в 1 секунду может обеспечить более высокую точность вычисленного объема промывочной жидкости. В другом примере, если оценивается расход потока, например, в отсутствии расходомера 76 и отсутствии датчика 61 уровня, нет причины устанавливать вычислительный период времени на небольшое значение, поскольку результирующее вычисленное накопление объема промывочной жидкости будет одинаково для всех вычислительных периодов. В любом случае, специалист в данной области техники поймет, что предварительно заданный вычислительный период может быть вне диапазона от 1 секунды до 20 секунд, например, такой как более чем 20 секунд, и все они попадают в объем данного описания изобретения.

[0063] После истечения предварительно установленного периода времени вычислительного периода времени, на этапе 218 контроллер 36 вычисляет добавленный объем промывочной жидкости. Более конкретно, значение расхода потока математически интегрируется для получения нового добавленного объема вводимой промывочной жидкости. В одном примере объем добавленной промывочной жидкости вычисляется в соответствии со следующим уравнением: объем добавленной промывочной жидкости = расход потока промывочной жидкости * вычислительный период.

[0064] Затем на этапе 220 добавленный объем промывочной жидкости прибавляется к предыдущему накопленному объему промывочной жидкости, чтобы получить новую оценку объема введенной промывочной жидкости. Другими словами, объем промывочной жидкости рассчитывается в соответствии со следующим уравнением:

промывочный объем = объем промывочной жидкости + добавленный объем промывочной жидкости.

[0065] Затем на этапе 222 контроллер 36 автоматически определяет, следует ли продолжать вычислительный способ 200 на основании, например, был ли принят какой-либо сигнал завершения. Если сигнал завершения не был получен, способ 200 продолжается. Например, если контроллер 36 принял сигнал завершения, то способ 200 затем заканчивается на этапе 224.

[0066] В качестве альтернативы, и возвращаясь к этапу 210, если расходомер 76 промывочной жидкости недоступен, но доступен датчик 61 уровня (фиг. 1) для измерения уровня жидкости внутри, например, источника 60 промывочной жидкости, такого как цистерна, то на этапе 226 вычислительный способ 200 записывает начальный уровень в цистерне и соотносит этот уровень с начальным объемом цистерны. Специалист в данной области техники поймет, что корреляция между уровнем жидкости и объемом цистерны может быть выполнена различными способами. Среди этих способов есть простые алгебраические уравнения, которые предполагают, что цистерна имеет стандартную (например, цилиндрическую) форму. Другие способы включают таблицы связывания, которые предоставляют справочную таблицу для получения объема содержащейся жидкости в зависимости от уровня цистерны.

[0067] Затем на этапе 228, контроллер 36запускает таймер 228 вычислительного периода и на этапе 230 определяет, истек ли предварительно установленный вычислительный период. В одном примере вычислительный период времени включает в себя предварительно установленный период времени в диапазоне 20 секунд. Специалист в данной области техники поймет, что предварительно установленный период вычисления может быть, например, больше или меньше, чем 20 секунд, и все они попадают в объем данного описания изобретения.

[0068] После истечения предварительно установленного периода времени вычислительного периода времени, на этапе 232 контроллер 36 вычисляет текущий объем цистерны. Более конкретно, текущий уровень в цистерне коррелируют с объемом содержащейся жидкости. Затем на этапе 234 текущий объем жидкости вычитается из предыдущего накопленного объема промывочной жидкости для получения новой оценки объема вводимой промывочной жидкости. Другими словами, объем промывочной жидкости вычисляется в соответствии со следующим уравнением:

промывочный объем = начальный объем в цистерне - текущий объем промывочной жидкости.

[0069] Затем на этапе 236 контроллер 36 автоматически определяет, следует ли продолжать вычислительный способ 200 на основании, например, был ли принят какой-либо сигнал завершения. Если сигнал завершения не был получен, способ 200 продолжается. Например, если контроллер 36 принял сигнал завершения, то способ 200 затем заканчивается на этапе 224.

[0070] Обратимся теперь к фиг. 4, на которой изображена блок-схема последовательности операций, отображающая способ 300 вычисления извлечения объема промывочной жидкости. Способ 300 включает способ автоматического измерения количества объема промывочной жидкости, извлеченного из обсадной колонны 22 скважины системы 20 винтового насоса во время промывки обсадной колонны 22 скважины. На этапе 302 способ 300 инициируется контроллером 36 системы 20 винтового насоса сразу после открытия промывочного клапана 64 (фиг. 1), чтобы обеспечить возможность введения промывочной жидкости в межтрубное пространство 24 обсадной колонны 22 скважины.

[0071] На этапе 304 извлеченный объем промывочной жидкости инициализируется до значения равного нулю. Затем контроллер 36 определяет базовый расход потока через расходомер, например, расходомер 76. Более конкретно, на этапе 306 контроллер 36 сначала определяет, доступен ли расходомер. Если расходомер недоступен, способ 300 завершается в блоке 322 с накопленным объемом промывочной жидкости, равным нулю. Однако, если расходомер доступен, контроллер 36 измеряет базовый расход потока с расходомера 40 для определения базового количества жидкости, откачиваемой из скважины. Это базовое количество обеспечивается пластом для добычи нефти/газа, который находится в забойной части обсадной колонны 22 скважины. Когда скорость двигателя/насоса изменяется, жидкость извлекается с большим расходом, чем до изменения. Желательно продолжать откачивать базовое количество жидкости (обеспечиваемой добывающим пластом) плюс количество промывочной жидкости, сбрасываемой в обсадную колонну 22 скважины.

[0072] На этапе 310 определяется, например, контроллером, истек ли второй предварительно заданный вычислительный период. В одном примере второй предварительно установленный вычислительный период времени составляет пять секунд, но специалист в данной области техники поймет, что значение может быть меньше или больше, чем пять секунд, и все они попадают в объем данного описания изобретения.

[0073] На этапе 312 и сразу после истечения этого предварительно установленного периода времени, например, второго предварительно установленного вычислительного периода времени, текущий расход флюида или жидкости, откачиваемого из скважины, измеряется с использованием сигнала 42a от расходомера 40, например, таким устройством как контроллер 36. Измеренный текущий расход потока равен расходу поверхностной линии потока.

[0074] Затем на этапе 314 измеренный текущий расход потока используется для вычисления добавленного извлеченного объема промывочной жидкости. Для вычисления добавленного извлеченного объема промывочной жидкости базовый расход потока вычитается из текущего расхода потока, а затем умножается на вычисленное время. Другими словами, добавленный извлеченный объем промывочной жидкости вычисляется в соответствии со следующим уравнением:

Добавленный объем промывочной жидкости = (текущий расход потока - базовый расход потока) * вычислительный период.

[0075] На этапе 316, например, таким устройством как контроллер 36, определяется новый извлеченный объем промывочной жидкости путем прибавления добавленного извлеченного объема промывочной жидкости к ранее вычисленному извлеченному объему промывочной жидкости до прекращения вычислений контроллером 36 системы 20 винтового насоса. Более конкретно, новый извлеченный объем промывочной жидкости вычисляется в соответствии со следующим уравнением:

Новый извлеченный объем промывочной жидкости = предыдущий извлеченный объем промывочной жидкости + добавленный извлеченный объем промывочной жидкости.

[0076] На этапе 320 контроллер 36 определяет, следует ли продолжать способ 300 извлечения объема промывочной жидкости на основании, например, был ли принят какой-либо сигнал завершения. Если сигнал завершения не был получен, способ 300 продолжается. Например, если контроллер 36 принял сигнал завершения, то на этапе 322 процесс 300 заканчивается.

[0077] Как будет понятно специалисту в данной области техники, новая автоматизированная промывочная система 10 и способ 100, например, имеют несколько преимуществ. Например, не требуется ручного вмешательства для системы 20 винтового насоса для очистки обсадной колонны 22 скважины, межтрубного пространства 24, насоса 26 и/или насосно-компрессорной колонны 25. В результате устраняется непродуктивное время остановки и ручной очистки обсадной колонны 22 скважины системы 20 винтового насоса, а система 20 винтового насоса работает более эффективно. Кроме того, затраты, связанные с ручной очисткой системы 20 винтового насоса, также исключаются благодаря автоматизированной промывочной системе 10 и способа 100.

[0078] Для метановых скважин угольных пластов трудность попадания вводимой жидкости, такой как вода, при падении против потока газа в межтрубное пространство скважины значительно снижается, если не устраняется, благодаря отличительным признакам новой автоматизированной промывочной системы и способа, описанных выше. Кроме того, также исключается установка третьего трубопровода для облегчения непрерывного введения жидкости в метановые скважины угольных пластов, что снижает стоимость и сложность всей системы и повышает эффективность, например, способа очистки обсадной колонны скважины.

[0079] Кроме того, несмотря на попытки ручного прерывистого введения жидкости в ствол скважины при одновременном увеличении расхода насоса в системах винтового насоса, автоцистерна с водой и оператор-человек обычно должны выполнять такие ручные процедуры, значительно увеличивая время очистки одиночной скважины и ограничивая таким ручным обслуживанием на малое обслуживание скважин. Напротив, новая автоматизированная промывочная система 10 и способ 100 исключают использование автоцистерны с водой и оператора-человека, сокращая время на очистку обсадной колонны скважины. Кроме того, новая автоматизированная промывочная система 10 и способ 100 (в отличие от современных ручных методов) могут эффективно использоваться в крупномасштабных системах винтовых насосов, таких как системы винтовых насосов, имеющие более пяти винтовых насосов и соответствующие обсадные колонны скважин.

[0080] В данном описании множественные примеры могут реализовать компоненты, операции или структуры, описанные как единичные примеры. Хотя отдельные операции одного или большего количества способов показаны и описаны как отдельные операции, одна или большее количество отдельных операций могут быть выполнены одновременно, и нет никаких требований, чтобы операции выполнялись в показанном порядке. Структуры и функциональные возможности, показанные как отдельные компоненты в примерах конфигураций, могут быть реализованы как объединенная структура или компонент. Аналогично, структуры и функциональные возможности, представленные в виде единственного компонента, могут быть реализованы в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, дополнения и усовершенствования попадают под объем объекта изобретения данного документа.

[0081] Кроме того, в контексте данного документа любая ссылка на "один вариант реализации изобретения" или на "вариант реализации изобретения" означает, что конкретный элемент, признак, структура или характеристика, описанная в связи с вариантом реализации изобретения, включена по меньшей мере в один вариант реализации изобретения. Появление фразы «в одном варианте» в различных местах описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления.

[0082] Некоторые примеры могут быть описаны с использованием выражений «соединенный» и «связанный» вместе с их производными. Например, некоторые варианты осуществления могут быть описаны с использованием термина «соединенный», чтобы указать, что два или большее количество элементов находятся в непосредственном физическом или электрическом контакте. Однако термин «соединенный» может также означать, что два или большее количество элементов не находятся в прямом контакте друг с другом, но тем не менее по-прежнему совместно действуют или взаимодействуют друг с другом. Примеры не ограничены в этом контексте.

[0083] В контексте данного документа термины «содержит», «содержащий», «включает», «включающий», «имеет», «имеющий» или любые другие их варианты предназначены для охвата неисключительного включения. Например, процесс, способ, изделие или устройство, которое содержит список элементов, не обязательно ограничен только этими элементами, но может включать в себя другие элементы, которые явно не перечислены или не присущи такому процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если прямо не указано иное, «или» относится к включающему или не исключающему или. Например, условие A или B удовлетворяется любым из следующих условий: A истинно (или присутствует) и B ложно (или не присутствует), A ложно (или не присутствует) и B истинно (или присутствует) и оба A и B верны (или присутствуют).

[0084] Кроме того, использование неопределенных артиклей используется в данном документе для описания элементов и компонентов вариантов осуществления. Это сделано просто для удобства и чтобы передать общий смысл описания. Данное описание и нижеследующую формулу изобретения следует понимать как включающее один или по меньшей мере один, а единственное число также включает множественное число, если только не очевидно, что это означает иное.

[0085] Это подробное описание следует рассматривать в качестве примеров, и не описывающее каждый возможный вариант реализации изобретения, поскольку описание каждого возможного варианта реализации изобретения было бы затруднительным, если не невозможным. Можно реализовать многочисленные различные варианты реализации изобретения с помощью либо современной технологии, либо технологии, разработанной после даты подачи данной заявки.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к использованию винтовых насосов с автоматизированной промывкой. Способ включает инициирование посредством контроллера цикла промывки автоматизированной промывочной системы, функционально связанной с системой винтового насоса, отключение посредством контроллера управления эксплуатационной скоростью винтового насоса системы винтового насоса, закрытие посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны, открытие посредством контроллера промывочного клапана для выпуска жидкости из источника в межтрубное пространство обсадной колонны. Сразу после накопления промывочной жидкости в межтрубном пространстве увеличивают скорость насоса посредством контроллера для начала промывки обсадной колонны, поддерживают увеличенную скорость насоса до тех пор, пока как минимум или не истечет предварительно установленное время промывки, или не будет превышен расчетный промывочный объем. Закрывают посредством контроллера промывочный клапан для завершения промывки обсадной колонны и повторно открывают посредством контроллера клапан газового потока и возобновляют управление эксплуатационной скоростью винтового насоса. Повышается эффективность очистки за счет автоматизированного контроля и управления процессом, снижаются временные затраты. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ автоматической промывки обсадной колонны скважины системы винтового насоса, включающий:

инициирование посредством контроллера цикла промывки автоматизированной промывочной системы, функционально связанной с системой винтового насоса;

отключение посредством контроллера управления эксплуатационной скоростью винтового насоса системы винтового насоса;

закрытие посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины;

открытие посредством контроллера промывочного клапана для выпуска жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины;

сразу после накопления промывочной жидкости в межтрубном пространстве, увеличение скорости насоса посредством контроллера для начала промывки обсадной колонны скважины;

поддержание увеличенной скорости насоса до тех пор, пока как минимум или не истечет предварительно установленное время промывки, или не будет превышен расчетный промывочный объем;

закрытие посредством контроллера промывочного клапана для завершения промывки обсадной колонны скважины; и

повторное открытие посредством контроллера клапана газового потока и возобновление управления эксплуатационной скоростью винтового насоса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инициирование цикла промывки является соответствием как минимум одному из: (1) предварительно заданное время соответствует требованиям; (2) крутящий момент насоса превышает предварительно заданный высший предел крутящего момента; или (3) ручной ввод данных в рабочую станцию, связанную с контроллером.

3. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий фиксирование настройки скорости двигателя для управления эксплуатационной скоростью посредством контроллера, чтобы дать возможность контроллеру сбросить скорость двигателя до зафиксированной настройки скорости двигателя для управления эксплуатационной скоростью сразу после завершения цикла промывки.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий определение, истекло ли время оседания жидкости, и, по истечении времени оседания жидкости, инициирование процесса вычисления промывочного объема.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий инициирование посредством контроллера процесса вычисления объема промывочной жидкости, при этом процесс вычисления объема промывочной жидкости включает: (1) инициализацию промывочного объема до нуля; (2) определение одного из: (а) расхода потока промывочной жидкости посредством или промывочного расходомера, или расхода потока, введенного пользователем; или (b) начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости датчиком уровня; и (3) сразу после истечения вычислительного периода времени вычисление одного из: (а) добавленного объема промывочной жидкости и прибавление добавленного объема промывочной жидкости к накопленному объему для получения оцененного количества объема промывочной жидкости, введенного в межтрубное пространство обсадной колонны скважины; или (b) текущего объема промывочной жидкости на основе уровня жидкости, измеренного датчиком уровня и вычитание текущего объема промывочной жидкости из начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что открытие посредством контроллера промывочного клапана для выпуска жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины может включать либо предоставление периода времени промывочному клапану для завершения цикла хода, либо запуск насоса, расположенного сзади по ходу от источника промывочной жидкости, для начала течения промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий инициирование посредством контроллера процесса вычисления извлечения объема промывочной жидкости, при этом процесс вычисления извлечения объема промывочной жидкости включает: (1) инициализацию значения извлеченного объема промывочной жидкости равное нулю; (2) определение базового расхода потока с помощью расходомера; (3) определение, истек ли вычислительный период времени; (4) по истечении вычислительного периода времени, измерение текущего расхода потока флюида, откачиваемого из обсадной колонны скважины, при этом текущий расход потока равен расходу поверхностной линии потока; (5) вычисление извлеченного добавленного объема промывочной жидкости, включающее вычитание базового расхода потока из текущего расхода потока; и (6) определение нового извлеченного объема промывочной жидкости путем прибавления вычисленного извлеченного добавленного объема промывочной жидкости к ранее вычисленному извлеченному объему промывочной жидкости, пока контроллер не завершит программу.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий инициирование времени падения жидкости после инициирования вычисления извлечения объема промывочной жидкости и определения того, что время падения жидкости истекло, чтобы учесть задержку во времени между началом введения промывочной жидкости и моментом, когда промывочная жидкость накапливается в забое обсадной колонны скважины.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий завершение посредством контроллера вычисления промывочного объема после того, как промывочный клапан закрыт.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что повторное открытие посредством контроллера клапана газового потока происходит сразу после определения истечения времени падения жидкости.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий поддержание увеличенной скорости насоса до тех пор, пока не истечет время откачки после промывки или пока расчет извлечения объема промывочной жидкости не превысит оцененный введенный объем промывочной жидкости, а затем не завершит процесс вычисления извлечения объема промывочной жидкости.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, сразу после завершения процесса вычисления извлечения объема промывочной жидкости, происходит возвращение винтового насоса посредством контроллера к управлению нормальной скоростью.

13. Способ оценки количества промывочной жидкости, вводимой в обсадную колонну скважины системы винтового насоса для осуществления промывки обсадной колонны скважины, промывочной жидкости из источника промывочной жидкости автоматизированной промывочной системы соединенной с системой винтового насоса, причем автоматизированная промывочная система содержит промывочный клапан, функционально связанный с контроллером системы винтового насоса и обсадной колонной скважины, при этом способ включает:

инициализацию посредством контроллера системы винтового насоса значения промывочного объема до нуля в ответ на закрытие клапана газового потока для инициирования цикла промывки;

определение посредством контроллера одного из: (1) расхода промывочной жидкости с помощью или промывочного расходомера, или расхода потока, введенного пользователем; или (2) начального объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости с помощью датчика уровня источника промывочной жидкости; и

после истечения предварительно установленного вычислительного периода вычисление посредством контроллера одного из: (1) дополнительного объема промывочной жидкости и прибавление дополнительного объема промывочной жидкости к накопленному объему; или (2) текущего объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости на основе уровня жидкости, измеренного датчиком уровня, и вычитание посредством контроллера текущего объема промывочной жидкости из исходного объема промывочной жидкости в источнике промывочной жидкости.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий определение посредством контроллера, истек ли предварительно установленный вычислительный период после того, как или определен расход потока промывочной жидкости, или определен начальный объем промывочной жидкости.

15. Способ по любому из пп. 13 или 14, отличающийся тем, что определение расхода потока промывочной жидкости с помощью или промывочного расходомера, или расхода потока, вводимого пользователем, включает определение расхода потока промывочной жидкости с помощью промывочного расходомера, включающее фиксацию посредством контроллера расхода потока промывочного расходомера и использование зафиксированного расхода потока в качестве расхода потока промывочной жидкости.

16. Способ по любому из пп. 13-15, отличающийся тем, что определение расхода потока промывочной жидкости с помощью или промывочного расходомера, или расхода потока, введенного пользователем, включает определение расхода потока промывочной жидкости с помощью расхода потока, введенного пользователем, включающее оценивание расхода потока насоса, расположенного сзади по ходу от источника промывочной жидкости, и предоставление оценки контроллеру.

17. Способ по любому из пп. 13-16, отличающийся тем, что способ осуществляется после закрытия посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины.

18. Способ по любому из пп. 13-17, отличающийся тем, что способ осуществляется перед: (1) открытием посредством контроллера промывочного клапана для выпуска жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины; и (2) увеличением посредством контроллера скорости винтового насоса для начала очистки обсадной колонны скважины.

19. Способ автоматического измерения количества объема промывочной жидкости, извлеченного из обсадной колонны скважины системы винтового насоса во время промывки обсадной колонны скважины, промывочной жидкости из источника промывочной жидкости автоматизированной промывочной системы, соединенного с системой винтового насоса, включающий:

инициализацию посредством контроллера системы винтового насоса значения извлеченного объема промывочной жидкости, равного нулю, сразу после открытия промывочного клапана автоматизированной промывочной системы для выпуска промывочной жидкости из источника промывочной жидкости в межтрубное пространство обсадной колонны скважины;

определение посредством контроллера базового расхода потока с помощью расходомера;

сразу после истечения предварительно установленного периода времени, измерение посредством контроллера текущего расхода потока флюида, откачиваемого из обсадной колонны скважины, при этом текущий расход потока равен расходу поверхностной линии потока;

вычисление посредством контроллера извлеченного дополнительного объема промывочной жидкости; и

определение посредством контроллера нового извлеченного объема промывочной жидкости.

20. Способ по п. 19, дополнительно включающий определение посредством контроллера, истекло ли время вычислительного периода после определения базового расхода потока посредством расходомера.

21. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что вычисление посредством контроллера извлеченного дополнительного объема промывочной жидкости включает вычитание базового расхода потока из текущего расхода потока.

22. Способ по любому из пп. 19-21, отличающийся тем, что определение посредством контроллера нового извлеченного объема промывочной жидкости включает прибавление извлеченного добавленного объема промывочной жидкости к ранее вычисленному добавленному объему промывочной жидкости, пока не прекратятся вычисления контроллером системы винтового насоса.

23. Способ автоматической промывки обсадной колонны скважины системы винтового насоса, включающий:

отключение посредством контроллера управления эксплуатационной скоростью винтового насоса системы винтового насоса;

закрытие посредством контроллера клапана газового потока для остановки восходящего потока флюида в межтрубном пространстве обсадной колонны скважины;

инициирование посредством контроллера процесса вычисления объема промывочной жидкости;

открытие посредством контроллера промывочного клапана для выпуска жидкости из источника промывочной жидкости в обсадную колонну скважины; при этом, сразу после накопления промывочной жидкости в межтрубном пространстве, увеличение скорости насоса посредством контроллера для начала промывки обсадной колонны скважины; и

закрытие посредством контроллера промывочного клапана.

24. Способ по п. 23, дополнительно включающий инициирование посредством контроллера процесса вычисления объема промывочной жидкости после открытия промывочного клапана;

25. Способ по любому из пп. 23 или 24, дополнительно включающий, после увеличения скорости насоса, поддержание увеличенной скорости насоса до тех пор, пока как минимум или не истечет предварительно установленный период времени, или не будет превышен расчетный промывочный объем.

26. Способ по любому из пп. 23-25, дополнительно включающий, после закрытия промывочного клапана, повторное открытие посредством контроллера клапана обсадной колонны и возобновление управления эксплуатационной скоростью винтового насоса.