CN102159792A - 用于烃井的井下液位的控制 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过物理地监测井下液位来控制烃开采井的井下液位的装置，该装置具有一个井下液位测量器以及一个连接到该液位测量器上的信号装置，该信号装置基于如由该井下液位测量器所测量的井下液位来引起一个泵调整其当前的液体输出。

Description

用于烃井的井下液位的控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年8月15日提交的美国临时申请号61/089,353的权益。关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用

联合研究协议的各方的姓名

不适用

发明背景

(1)发明领域

本发明总体上涉及一种用于从井中提取液体的装置及方法。

(2)相关技术的说明

当设法从井中开采天然气时，时常地从所希望的地层中与天然气同时开采的还有多种液体。如果允许该液体在井眼内逐渐积聚，则这种液体的开采会对这种气体的开采造成不利的影响。然而，在油井的情况下，这种液体是想要移出用于销售的所希望的组分。从井中开采液体的一个实例是当开采甲烷时在煤床层甲烷井内开采了水。

所开采的这种液体典型地是通过泵来移出的。该泵可以是一种能潜水的、抽油杆式的、正向位移的、或者任何其他类型的井下泵。经常在煤床层甲烷井的寿命之初，水的开采量是恒定的，但随着井的老化，液体的开采量是减少的或者是间断的，因此限制了泵必须运行的时间的量。如果该泵将所有的水从该井眼内移出并且该泵继续运行，则它不利地影响或者更快速地减少泵的使用寿命。该泵无液体的运行会引起该泵烧坏或者过早损坏。通过干的或减少的流量运行除了减少泵的寿命或者将该泵损坏之外，还允许气体逃逸到该液体开采管道中并且进入水箱/水池或者水/液体管线之中。这最终导致该气体被释放到大气中。

解决该问题的一个方法应该是人(井的看护者)编程一种用于控制该泵的开/关周期的定时装置。这个开和关周期简单地是一个人基于压力、流量、井龄、等等来猜测该泵应该多长时间泵送一次或者不泵送。这在很大程度上是不准确的并且要求人们在每个单独的井点不断地来监测和修改这些周期。

解决该问题的另一个方法是使用来自表面设备的物理数据来控制该泵何时打开/关闭。然而，这可能是非常难以实现的或者不可能实现的。这些控制器查看除了别的之外以下类型的数据：

(1)该井眼上压力是多少；

(2)该井的深度；

(3)被抽出的液体的重量；

(4)一个该泵送单元上的负载传感器；

(5)该泵送单元所消耗的功率；和/或

(6)该井的开采量。

所有这些控制器都位于该表面上并且时常地是不可靠的。

发明的简要概述

本发明提供了一种装置，该装置通过监测井下的液位来控制烃生产井的井下液位，该装置具有一个井下液位测量器以及一个连接到该液位测量器上的信号装置，该信号装置基于如由该井下液位测量器所测量的井下液位来引起一个泵调整其当前液体输出。监测该井内的井下液位是可以物理地完成的。

这个液位测量器可以具有一种支撑结构以及一个连接到该支撑结构上的浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动并且其位置是由该井下液位来确定的。

该信号装置可以具有一个连接到该浮子上的顶部目标件；一个连接到该浮子上的底部目标件；一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置，由此使从该井中移出的液体的量开始增加；以及一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而使得当该井下液位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置，由此使从该井中移出的液体的量开始减少。

这种支撑结构可以是一个引导件，该引导件允许该浮子在该引导件之内与该液位表面一起移动。

本发明还提供了一种从井中开采天然气的方法，该方法包括：提供一个开采天然气以及一种液体的井；提供一种用于从该井中移出该液体的泵；监测该井内的井下液位；基于该井内的井下液位的物理监测对该泵进行调整以改变从该井中液体的输出并且由此对井下的液位进行控制；并且从该井中开采天然气。监测该井内的井下液位是可以物理地完成的。

这种监测可以通过一个液位测量器来实现并且调整该泵可以通过一个连接到该液位测量器上的信号装置来完成。这个信号装置可以具有：一个连接到该浮子上的顶部目标件；一个连接到该浮子上的底部目标件；一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置由此使从该井中移出的液体的量开始增加；以及一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而使得当该井下液位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置由此使从该井中移出的液体的量开始减少。这个液位测量器可以具有一种支撑结构以及一个连接到该支撑结构上的浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动并且其位置是由井下液位来确定的。

本发明还提供了一种用于从井中移出油的方法，该方法包括：提供一个开采油的井；提供一个用于从该井中移出油的泵；监测该井内的井下油位；基于该井内的井下油位的物理监测对该泵进行调整以改变从该井中油的输出并且由此来对井下油位进行控制；并且从该井中开采该油。监测该井内的井下油位是可以物理地完成的。

这种监测可以通过一个液位测量器来实现并且调整该泵可以通过一个连接到该液位测量器上的信号装置来完成。该信号装置可以具有：一个连接到该浮子上的顶部目标件；一个连接到该浮子上的底部目标件；一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下油位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置由此使从该井中移出的油的量开始增加；以及一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而使得当该井下油位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置由此使从该井中移出的油的量开始减少。该液位测量器可以具有一种支撑结构以及一个连接到该支撑结构上的浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动并且其位置是通过该井下油位确定的。

本发明还提供了一种控制烃开采井的井下液位的装置，该装置具有一个井下传感器，该井下传感器确定一个烃生产井内的一个泵上的压力；一个确定该井眼内气体的表面压力传感器；以及一个连接到该井下压力传感器、该表面压力传感器、以及该泵上的控制器，其中该控制器通过使用用于确定该井下液位的该井下压力读数以及该表面压力读数并且通过调整该泵来计算和控制该井下液位从而使该井下液位保持在一个预定水平上。

本发明还提供了一种装置，该装置具有一个用来计算该井下液位的算法，该算法可以是：(y-x)/(sw)＝z，其中：x＝表面压力，y＝井下压力，z＝液位，并且sw＝比重。

这几个附图的视图的简要说明

图1示出了井下液位控制的一个透视图；

图2示出了该支撑结构的上部部分的一个透视图；

图3示出了该井下液位控制的一个侧视图；

图4示出该井下液位控制的一个顶视图；

图5示出了该井下液位控制的区段的一个顶视图；并且

图6示出了具有一个上位控制以及一个下位控制的一个典型的井配置的一个侧视图；

图7是当该装置使用一个井下压力传感器以及一个表面压力传感器时该装置的一个框图；

图8是一个烃形成的一个剖面图。

本发明的详细说明

定义

“井下液位测量器”-在一个井内可以测量或指示该井内部的液位的任何装置。它可以是一种仪器，该仪器物理地测量该井内液体的垂直深度。它还可以是一种井下压力感应装置，将它用于计算以确定液位。该井下压力感应装置可以与一个表面压力传感器结合使用。

“物理地”-使用一个物体，该物体存在于该井眼内，该物体相对于该液位移动或者同该液位一道移动。

“监测该井内井下液体的量”-物理地测量该井内液体的量或者该液体在该井内所处的液位。它可以只是该井内液体的垂直深度测量值。当该井的这些条件改变时它可以随着时间的推移来完成。

“目标件”-可以是启动一个控制器的任何事物。多个实例包括：一种非接触接近开关装置、特殊金属检测、射频标记开关、浮控开关、磁体感应开关、压力传感器、或者接近开关。

“监测该井下液位”-随着时间推移测量井内液体的高度或深度。这可以是一种使用一个浮子的物理测量。这可以通过许多不同的方式来完成，这些方式包括但不限于：知道该井下泵的体积流量以及最低的烃开采区域与该泵的顶部之间的体积。如果在该烃开采区域与该泵之间存在3桶的井下液体储存，并且该泵具有15分钟内3桶的体积流量，并且接触了一个高位控制器，你可以使用一个可编程控制器(plc)或简单的计时器来将该泵打开持续15分钟然后将它关闭并且等待该液位控制器向它发送再次打开的信号。当该泵打开持续15分钟时，该液位比该泵被打开时的液位少三桶。用来测量的另一种方式可以是使用多个压力传感器。一个井下传感器可以是一个压力传感器。对于每个垂直的英尺压头(水位)已经建立了0.434(水)磅/平方英寸(也称为比重)，这样例如，如果将一个压力传感器刚好放置在该泵之上，你可以基于该压力传感器的读数来停止和启动该泵(在20磅/平方英寸下打开并且在1磅/平方英寸下关闭，它们对应地为46英尺以及2英尺的水位)。一个表面压力装置应该必须被使用以帮助补偿天然的井压。这样，如果在井眼内存在200磅/平方英寸的气体压力，你应该必须从该底部孔压中减去200磅/平方英寸以刚好达到零/中性状态。

“烃开采井”-开采烃类(如，油和天然气)的井。

“信号装置”-可以指示该液位并且给该有待打开和关闭的泵发送信号的任何类型的装置。这种信号装置可以是一个计时器、一个plc或者一个控制装置。

“当液体处于某一液位时给泵发送打开/关闭或者减速或加速的信号”-将该液位传送给泵由此引起该泵基于该量值来打开或关闭。

“引起一个泵来调整其当前液体输出”-启动该泵、停止该泵、增加该泵的移出速度、或者减少该泵的液体移出速度。

“支撑结构”-一种基础结构或引导件。一个实例可见于图1中参考号9。这种结构可以是两件式的或一件式的。它可以是两件式的，该两件式具有连接这两个部件的管道。

“上部支撑结构”-该顶部支撑结构。这个上部支撑结构可以与该下部支撑结构是一体的或者与该下部支撑结构分离。

“下部支撑结构”-该底部支撑结构。这个下部支撑结构可以与该上部支撑结构是一体的或者与该上部支撑结构分离。

“一个浮子”-一个物体，该物体漂浮在该液体的表面上并且被用来测量或指示该液位。

“可与液位一起垂直地上下移动”-与该液位一起移动的能力。

“一个连接到该浮子上的顶部目标件”-一个目标件(参见以上目标件的定义)，该目标件位于该浮子的顶部上，该目标件被用来指示该浮子已经在该井内达到的某一垂直的高度。

“一个连接到该浮子上的底部目标件”-一个目标件(参见以上目标件的定义)，该目标件位于该浮子的底部上，该目标件被用来指示该浮子在该井内已经达到的某一垂直的深度。

“一个上部感应装置”-传送该浮子是处于上位的任何仪器；它可以是一种触发一个电路的打开或关闭的仪器。该上部感应装置可以是一个接近开关或者具有相同最终功能的其他装置或者是一种物理开关。该装置可以接触该目标件或者它可以仅与该目标件接近。

“该顶部目标件是在该上部接近指示器附近的”-该接近指示器是处于与该目标件接近的物理位置。

“发送一个用来打开该泵的信号”-与该泵通信从而使该泵开始运转。

“一个下部感应装置”-传送该浮子是处于低位的任何仪器；它可以是触发一个电路打开或关闭的一种仪器。该下部感应装置可以是一个接近开关或者具有相同最终功能的其他装置或者是一种物理开关。该装置可以接触该目标件或者它可以仅与该目标件接近。

“发送一个信号以关闭该泵”-与该泵通信从而使该泵关闭。

“提供一个开采天然气以及一种液体的井”-供给一个开采天然气以及一种液体的井。

“引起该浮子垂直地上升”-该浮子向上朝着该井的表面或者该支撑结构的顶部移动。

“接合该上部感应装置”-这可以通过任何手段(机械的、电子的、无线电波的、等等)进行接触。它可以是物理的接触或者只是足够近的接触，如一种用来接合电路的接近开关。

“使从该井中移出的液体的量开始增加”-启动或者增加从该井眼中移出液体的速度。典型地通过增加该泵的输出使用该泵来做这件事，增加该泵的输出是或者通过启动该泵亦或增加该泵的速度来进行的。

“引起该浮子垂直地下降”-该浮子向下朝向该井或者该支撑结构的底部移动。

“使从该井中移出的液体的量开始减少”-停止或者放慢从该井眼中移出液体的速度。典型地通过减少该泵的输出使用该泵来做这件事，减少该泵的输出是或者通过将该泵停止亦或降低该泵的速度来进行的。

“提供一个用于移出液体的泵”-供给一个从该井中提取液体的泵。

“监测该井内井下液位”-随着时间推移测量该井内液体的液位。随着时间推移测量该井内液体的高度或深度。这种测量发生在该井内。这可以是一种使用浮子的物理测量。这可以通过多种不同的方式来完成，这些方式包括但不限于：知道该井下泵的体积流量以及该最低的烃开采区域与该泵的顶部之间的体积。如果在该烃开采区域与该泵之间存在3桶的井下液体储存，并且该泵具有在15分钟内3桶的体积流量，并且接触了一个高位控制器，你可以使用一个plc或简单的计时器来使该泵打开持续15分钟然后将它关闭并且等待该液位控制器向它发送再次打开的信号。当该泵打开持续15分钟时，该液位比该泵被打开时的液位少三桶。用来测量的另一种方法可以是使用多个压力传感嚣。一个井下传感器可以是一个压力传感器。对于每个垂直的英尺压头(水位)已经建立了0.434(水)磅/平方英寸(这是使用水的比重计算的)，这样例如，如果将一个压力传感器刚好放置在该泵之上，你可以基于该压力传感器的读数停止和启动该泵(在20磅/平方英寸下打开并且在1磅/平方英寸下关闭，它们对应地为46英尺以及2英尺的水位)。一个表面压力装置将必须被使用以帮助补偿天然的井压。这样，如果在该井眼内存在200磅/平方英寸的气体压力，你应该必须从该底部孔压中减去200磅/平方英寸以刚好达到零/中性状态。

“基于监测井内液体的量将该泵打开和关闭”-当该液位达到某一点时启用该泵并且当该液位达到某一点时停用该泵。

“从该井中开采该液体”-从该井中移出该液体。

“天然气”-一种气态混合物，主要由甲烷组成，发现于地下，广泛地用作燃料。

“当该液体处于某一液位时调整该泵”-打开或关闭或者减速或加速。

“控制烃开采井的井下液位”-调整该井内的液体的液位以将该液位保持在一个希望的液位或希望的液位范围。

“连接”-通过任何方式内部地或外部地附接。例如，该浮子可以是在该支撑结构的内部的或者在其中或者它可以在该支撑结构的外部或外面，但是被附接的。它还可以仅是一种通讯手段。如果该液位测量器以任何方式将该液位传达到该信号装置或者让该信号装置知道该液位装置的位置，可以考虑将该液位测量器连接到该信号装置上。

“井下液位”-如由该液位测量器所测量的该井内液体的垂直测量值。这可以是井内液体的深度或高度或长度。

“如由井下液位测量器所测量的井下液位”-如由该液位测量器从该井的底部所测量的井内液体的垂直高度。

“从而它能够垂直地移动”-允许与水平线垂直上下移动。

“位置是由该井下液位确定的”-在该井以及支撑结构内浮子的位置并且是通过液位来指示的。

“泵”-用于从一个井眼中移出液体的任何装置。

“调整该泵以改变从该井中液体的输出并且由此控制井下的液位”-增加该泵的速度、启动该泵、降低该泵的速度、或者将该泵停止，以控制被移出的液体的量并且由此控制保留在该井中的液体的量，这可以引起该井内液位垂直地上升或垂直地下降。

“基于该井内的井下液位的物理监测”-确定该液位以便对其调整，从而使它处于所希望的液位。完成了这个工作从而或者通过延长该泵的使用寿命来保养泵亦或在天然气的情况下从而防止该液体对天然气开采具有不利影响。这还可以防止气体进入该液体开采系统。

“液体开采系统”-该设备包括：工具和管道、箱、液体管道线、以及用来移出液体的石油管道线。

“从该井中开采天然气”-从该井中移出天然气。

“调整该泵”-增加该泵的速度、启动该泵、降低该泵的速度、或者将该泵停止，以控制被移出的液体的量。

“预先确定的液位”-可以是沿着一个轴线该液体的一个位置、高度的范围、或者该液位的多个高度。多个实例可以是：将液体保持在该地层之下0英尺至50英尺之间、将液体保持在距该地层10英尺之下、或者将该液体保持在该地层之下5英尺处。

“井下油位”-如由该液位测量器所测量的井内的油的垂直测量值。这可以是该井内的油的深度或高度或长度。

“使从该井中移出的油的量开始增加”-启动或增加从该井眼中移出油的速度。典型地通过增加该泵的输出使用该泵来做此事，增加该泵的输出是通过或者启动该泵亦或增加该泵的速度来进行的。

“使从该井中移出的油的量开始减少”-停止或者减慢从该井眼中移出油的速度。典型地通过减少该泵的输出使用该泵来做此事，减少该泵的输出是通过或者停止该泵亦或降低该泵的速度来进行的。

“接合该下部感应装置”-这可以通过任何手段(机械的、电子的、无线电波的、等等)来进行接触。它可以是物理接触或者只是足够近的接触，如用来接合一个电路的一个接近开关。

“允许该浮子在该引导件内与该液位的表面一起移动”-该浮子在由该引导件引导的一个特定路径中移动但与该液体的升高和降低相结合。

“从井中开采天然气”-从该井中移出天然气。

“提供一个开采油的井”-任何开采油的井。

“监测井内的井下油位”-随着时间推移测量井内的油位。随着时间推移测量井内油的高度或深度。这种测量发生在井内。

“调整该泵以改变从该井中油的输出并且由此控制井下油位”-增加该泵的速度、启动该泵、减低该泵的速度、或者将该泵停止，以控制被移出的油的量并且由此控制保留在该井内的油的量，这可以引起该井内油位垂直地上升或垂直地下降。

“基于井内的井下油位的物理监测”-确定油位以便对其调整从而使它处于一个希望的液位。完成了这个工作从而或者通过延长该泵的使用寿命来保养该泵亦或在天然气的情况下从而防止该液体对天然气开采具有不利影响。这还可以防止气体进入该液体开采系统。

“从该井中开采油”-从该井中移出油。

“井下传感器”-一个位于该井内的压力感应装置。它可以优选地位于该泵之上并且是一个潜水泵。

“确定烃井中一个泵上的压力”-指示该泵上直接达到的压力。

“表面压力传感器”-一个位于该表面处或在其附近的压力感应装置。

“确定该井眼内的气体”-该井下液位之上的压力。

“控制器”-一个可编程控制器(plc)，它是一个基于可编程的微处理器的装置，该装置被用于控制机械的、电动的以及电子的设备；或者是基于单个集成电路的一个小型计算机，它包括一个相对简单的CPU，该CPU结合了多种支持功能，如，一个晶体振荡器、计时器、监视定时器、串行以及模拟I/O、等等。

“通过使用用于确定该井下液位的该井下压力读数以及该表面压力读数来计算和控制该井下液位”-使用该压力读数来计算该井下液位。说明

烃的实例是油和天然气。当设法从井中开采油或天然气时，在该井内可以存在气体和液体的一种混合物。当在煤床层甲烷井中开采天然气时，目标是将水从该煤层中移出以便开采甲烷气体。如果水位上升到该煤层的高度之上，则气体开采会受到不利影响。用泵来将水移出从而使水位不会上升到这些煤层之上。

把通过监测该井下液位来控制烃开采井的井下液位的装置2下放到一个具有需要移出的水的煤床层甲烷井中。可以使用Kevlar(或者玻璃纤维或钢-现在存在那些之外的几种变体)强化塑料管道线(Polyflow^TM、Fiberspar^TM、Flexsteel^TM)、管道、或管将装置2下放到该井中。使用Kevlar强化塑料管道线，将装置2经过最低的煤层下放到一个贮槽中，该贮槽被称为鼠洞28。鼠洞28穿入最低的煤层。鼠洞28可以是两三百英尺深或高。鼠洞28是水从该层流入之处，从而使它不干扰甲烷气体开采。煤粉还与水一起落入鼠洞28中。

装置2监测和控制着井内水位从而使水位不上升到煤之上并且也不允许泵16在无水下运行。控制器24在适当的时间将泵16打开/关闭或者将其减慢或将其加速。当水位低时，泵16关闭从而使得泵16不将该井抽干。当水位处于煤层附近的高度时，泵16打开从而使水位不上升到对气体开采造成不利影响的点处。

图1至图4示出了装置2的一个优选实施方案，该装置包括一个不锈钢浮子4。浮子4是一个井下液位测量器，当它连同井下液位一起移动时用来指示或物理地监测该液位。在这个实施方案中，基于如由井下液位测量器所测量的井下液位来引起一个泵调整其当前的液体输出的一个连接到该液位测量器上的信号装置是由以下各项组成的：

(a)在浮子4内部的一个顶部目标件6；

(b)在浮子4内部的一个底部目标件8；

(c)一个上部支撑结构10；

(d)一个下部支撑结构11；

(e)一个上部感应装置12；以及

(f)一个下部感应装置14。

当液位上升至一个被确定为最大液位的点时，该浮子4将在支撑结构9内上升至上部支撑结构10。顶部目标件6将引起上部感应装置12发送一个信号从而或者打开泵16或者增加泵16的液体输出。当泵16被打开或者该输出水平增加时，该井下液位将开始被减少。当井下液位减低时，浮子4将在支撑结构9内降至下部支撑结构11并且底部目标件8将引起下部感应装置14发送一个信号以关闭该泵或者减少液体输出。

支撑结构9是一个用于浮子10的引导件，该支撑结构允许浮子在该引导件内与液体一起移动。

图5示出了优选的实施方案，其中装置2的液位测量器被分成两个浮子4。这些浮子是被管道18分离的。可以使用的管道的一个实例是在由PolyFlow公司拥有的商标POLYFLOW下出售的。

这允许液位的长度被调整到任何预先确定的液位范围。物理测量的长度可以是从刚好在该烃地层之下至500英尺的深度。优选地可以是从烃地层之下5英尺至40英尺。物理测量的液位可以具有500英尺的整体长度测量值或者至凡是该鼠洞被钻到的深度。典型是在天然气井中，该鼠洞具有150英尺的深度，这意味着该液位可以范围从该鼠洞底部处的0到该烃开采层处的150英尺(如从该洞的底部所测量的)。该测量还可以从在该烃层的底部处的0下降至150英尺(它在该洞的底部)来发生。如果鼠洞是150英尺那么不管怎样人们都可以决定在该范围内他们希望的最大和最小水位。

在典型的天然气井中，人们将希望最大液位达到不高于该烃地层的5英尺内，因为他们将不希望液位干扰天然气从烃层中流出。他们将希望最低液位是在该烃地层之下不超过50英尺，从而使泵不会无水运行。这可以从烃地层之下0至500英尺变化，取决于具体的井以及该井的钻孔周围环境以及该井开采所处的条件。

在图5中，上部感应装置12带有最接近烃开采层的浮子4。如果该井是典型的天然气井，可以将该上部感应装置12置于距该烃开采层底部5英尺处。当液位上升至一个点时，其中浮子4在上部支撑结构10内上升并且引起顶部目标件6接合该上部感应装置12，该井下液位已经达到最大点，其中在一个典型的天然气井的情况下，该最大点将在与该烃层相距5英尺之内。当顶部目标件6与上部感应装置12接合时，将泵16进行调整以使从该井中移出的液体的量开始增加。当泵16引起从该井中移出更多的液体时，该井下液位开始减少或下降。当液位下降至一个点时，在该点引起了浮子4在下部支撑结构11内下降并且引起底部目标件8接合下部感应装置14，则该井下液位已经达到最小液位，其中在一个典型的天然气井的情况下，该最小液位是在烃地层之下45英尺。图5中所示的泵16是一个潜水泵。

图6示出了该装置的一个替代实施方案。在图6中，浮子4具有一个顶部目标件6以及一个底部目标件8。该支撑结构9是管道或管。浮子4被连接到支撑结构9上但它是在支撑结构9的外部的。这与该优选实施方案形成对比，其中浮子4是在支撑结构9内的。

图7示出了本发明的另一个实施方案的框图。在这个实施方案中，一个井下压力传感器22必须被刚好定位于该泵之上或者直接在该泵的顶部，从而可以使用它来确定该井下液位。该井下压力传感器22被连接到一个控制器24上。该控制器还被连接到一个表面压力传感器20以及一个泵16上。该控制器通过计算该井下液位来控制井下液位。这是使用以下公式来完成的：

$\frac{y-x}{\mathrm{sw}}=z$

其中：

x＝表面压力

y＝井下压力

z＝液位

sw＝比重。

该表面压力是从表面压力传感器20获得的。该井下压力是从井下压力传感器22获得的。可以根据该液体及其特性将比重编程在控制器24中。

当该液体是水时计算该液位的实例如下：

井下压力读数＝250lb/in²。

表面压力读数＝200lb/in²。

水的比重是62.4lb/ft³。

$\frac{y-x}{\mathrm{sw}}=z$

其中：

x＝表面压力

y＝井下压力

z＝液位

sw＝比重。

$z=\frac{(250\mathrm{lb}/\mathrm{sq}2-200\mathrm{lb}/\mathrm{sq}2)(12\mathrm{in}/\mathrm{ft})(12\mathrm{in}/\mathrm{ft})}{6.24\mathrm{lb}/\mathrm{ft}3}=115\mathrm{ftz}$

为了使用该公式来获得以英尺计的测量值，当该压力是用平方英寸测量的时，必须使用换算因数144，因为一英尺有12英寸并且一平方英尺有144英寸。

只要知道比重就可以计算任何液位。该井下压力传感器测量将符合“物理监测”的定义下的要求，因为该压力传感器是井下的并且具有一个相对于水位变化而变化或移动的薄膜。

用来查看这些压力计算的另一种方法如下。对于每个垂直的英尺压头(水位)，已经建立了0.434磅/平方英寸(这是通过使用水的比重计算的)，这样例如，如果将一个压力传感器刚好放置在该泵之上，你可以基于该压力传感器的读数来停止和启动该泵(在20磅/平方英寸下打开并且在1磅/平方英寸下关闭，它们对应地为46英尺以及2英尺的水位)。一个表面压力装置将必须被使用以帮助补偿天然的井压。这样如果在该井眼内存在200磅/平方英寸的气体压力，你将必须从底部孔的压力中减去200磅/平方英寸以刚好达到零/中性状态。

图8示出一个烃层26。当钻一口井时，该钻机行进穿过烃层26。在烃层26之下的部分是鼠洞28。当从烃层26中开采烃时，井起到一个分离器的作用。液体落入鼠洞中同时气体将上升。如果液位上升到烃层26中，则从层26中开采的气体的量将受到影响。为了从井中移出液体，将一个泵16放置在鼠洞28中以将液体泵送到表面。

可替代地，可以使用其他新兴技术来确定井内的液位。一个实例可以是描绘从一个表面传感器到漂浮在该井下开采出的流体的表面上的一个目标件的距离(见附图)。这个目标件可以或者发射一个可以被接收和计算的定时的脉冲/频率/磁性/超声波/激光。泵功能中特定的开/关或增加或减少可以是非常特异性的并且可以在完成的时后进行建立。

在这些漂浮的目标件发生故障/下沉的情况下，可以改变表面以及一个相应的投入井下的新目标上的目标件的频率应该是必须的。这可以通过RF标签来实现(用于气泵处“快易通”的相同的技术)。该系统可以在表面上被校准或者可以通过将液体从表面放到井下来实现一个实际的在线测试。

另一个选择可以是在井完成时在所确定的液位处放置一个具有安装有接近传感器的井下电线。可以使用如以上描述的相同的漂浮的目标件。在井服务之前，这些接近传感器/电线将必须被卷到该井之外。在吊挂该电线的情况下，将多个安全销遍及该电线周期性地进行放置。也可以将多个铅锤遍及电该线进行放置从而在该电缆被切断的情况下，该电线及传感器将落入该鼠洞之中。

同样一个液位装置以及一个计时器可以与其他已知的信息一起使用以实现所要求的方法。将一个传感器提供在最大液位高度处从而知道该液位何时达到最大液位。该传感器将响应于该液位的物理移动并且将是一个井下液位测量器以及一个信号装置。然后一个控制器或plc将使用该井下泵的体积流量以及最低煤层与该泵的顶部之间的体积来确定该泵的操作的持续时间。例如，如果已知在烃层与该泵之间存在3桶的井下液体储存并且已知该泵在15分钟内可以移动3桶液体，则在15分钟内从该井中移出3桶液体。这样，一旦接触了传感器，plc或者简单的计时器被编程以使该泵打开15分钟然后关闭。该plc将等待直到它接收到来自该传感器的用于给该泵发送再次打开的信号的另一个信号。

以上方法和装置允许该液位控制过程是自主的无需与井的看护人进行人的互动。另外，该装置和方法对于潜水泵是非常有用的，因为当它们无水运行时潜水泵突然弹跳开。如果一个潜水泵无液体地运行五分钟，它会机械地毁坏其自身。另外，具有该装置的管道更适合于与潜水泵一起使用。然而，该方法和装置也可以与一种抽油杆式泵一起使用。

在以上构造和方法中可以做不同的改变而不偏离如在以下权利要求书中限定的本发明的范围。旨在说明的是包含于以上段落中的所有事物(如在附图中示出的)应该解释为说明性的并且不应解释为限制性的。

Claims (17)

1.一种装置，它通过监测一个烃开采井中的井下液位来控制该井的井下液位，该装置包括：

(a)一个井下液位测量器；以及

(b)一个被连接到该液位测量器上的信号装置，该装置基于如由该井下液位测量器所测量的该井下液位来引起一个泵调整其当前的液体输出。

2.如权利要求1所述的装置，其中监测该井中的井下液位是物理地完成的。

3.如权利要求1所述的装置，其中该液位测量器包括：

(a)一种支撑结构；以及

(b)一个连接到该支撑结构上的一个浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动，并且其位置是由该井下液位来确定的。

4.如权利要求3所述的装置，其中该信号装置包括：

(a)一个连接到该浮子上的顶部目标件；

(b)一个连接到该浮子上的底部目标件；

(c)一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置由此使从该井中移出的液体的量开始增加；以及

(d)一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置由此使从该井中移出的液体的量开始减少。

5.如权利要求3所述的装置，其中该支撑结构是一个引导件，该引导件允许该浮子在该引导件之内与该液位的表面一起移动。

6.一种从井中开采天然气的方法，该方法包括：

(a)提供一个开采天然气以及一种液体的井；

(b)提供一个用于从该井中移出该液体的泵；

(c)监测该井中的井下液位；

(d)基于该井中的井下液位的物理监测对该泵进行调整以改变从该井中液体的输出并且由此对该井下液位进行控制；并且

(e)从该井中开采天然气。

7.如权利要求6所述的方法，其中监测该井中的井下液位是物理地完成的。

8.如权利要求6所述的方法，其中：

(a)该监测是通过一个液位测量器来实现的；并且

(b)调整该泵是通过一个连接到该液位测量器上的信号装置来完成的。

9.如权利要求8所述的方法，其中该信号装置包括：

(a)一个连接到该浮子上的顶部目标件；

(b)一个连接到该浮子上的底部目标件；

(c)一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置，由此使从该井中移出的液体的量开始增加；以及

(d)一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而当该井下液位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置，由此使从该井中移出的液体的量开始减少。

10.如权利要求8所述的方法，其中该液位测量器包括：

(a)一种支撑结构；以及

(b)一个连接到该支撑结构上的浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动并且其位置是由该井下液位来确定的。

11.一种用于从一个井中移出油的方法，该方法包括：

(a)提供一个开采油的井；

(b)提供一个用于从该井中移出该油的泵；

(c)监测该井中的井下油位；

(d)基于该井中的井下油位的物理监测对该泵进行调整以改变从该井中油的输出并且由此对该井下油位进行控制；并且

(e)从该井中开采该油。

12.如权利要求11所述的方法，其中监测该井中的井下油位是物理地完成的。

13.如权利要求11所述的方法，其中：

(a)该监测是由一个液位测量器来实现的；并且

(b)调整该泵是由一个连接到该液位测量器上的信号装置来完成的。

14.如权利要求13所述的方法，其中该信号装置包括：

(a)一个连接到该浮子上的顶部目标件；

(b)一个连接到该浮子上的底部目标件；

(c)一个连接到一个上部支撑结构上的上部感应装置，从而当该井下油位引起该浮子垂直地上升时，该顶部目标件接合该上部感应装置，由此使从该井移出的油的量开始增加；以及

(d)一个连接到一个下部支撑结构上的下部感应装置，从而当该井下油位引起该浮子垂直地下降时，该下部目标件接合该下部感应装置，由此使从该井中移出的油的量开始减少。

15.如权利要求13所述的方法，其中该液位测量器包括：

(a)一种支撑结构；以及

(b)一个连接到该支撑结构上的一个浮子，从而该浮子能够垂直地在该支撑结构上下移动并且其位置是由该井下油位来确定的。

16.一种控制一种烃开采井的井下液位的装置，该装置包括：

(a)一个井下传感器，该井下传感器确定一种烃开采井中的一个泵上的压力；

(b)一个表面压力传感器，该表面压力传感器确定该井眼内的气体；以及

(c)一个连接到该井下压力传感器、该表面压力传感器、以及该泵上的控制器，其中该控制器通过使用用于确定该井下液位的该井下压力读数以及该表面压力读数并且通过调整该泵来计算并控制该井下的液位，从而将该井下液位保持在一个预定的水平。

17.如权利要求16所述的装置，其中用于计算该井下液位的算法是：

$\frac{y-x}{\mathrm{sw}}=z$

其中：x＝表面压力；

y＝井下压力；

z＝液位；并且

sw＝比重。

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