CN108431367A

CN108431367A - 监测井或钻井性能的方法和系统

Info

Publication number: CN108431367A
Application number: CN201680075029.3A
Authority: CN
Inventors: A·杜桑
Original assignee: GDF Suez SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-08-21
Also published as: EP3184731A1; US20180371890A1; WO2017108609A1; US10914160B2; BR112018012611B1; AU2016375312A2; AU2016375312B9; ES2928158T3; AU2016375312B2; MX2018007540A; BR112018012611A2; EP3184731B8; BR112018012611B8; AU2016375312A1; FR3045737A1; EP3184731B1; CL2018001606A1

Abstract

本发明涉及一种用于监测井(34)或钻井性能的方法，其中该方法包括：‑接收包括来自井(34)或钻井中的流量计(39)的泵水流量Q的数据，井(34)或钻井至少包括：‑接收来自井(34)或钻井中的水位传感器(37)的水位，‑泵(35)和水位传感器(37)，‑流量计(39)，‑所述泵(35)和水位传感器(35)与计算机装置(36)连接，‑在泵事件时产生一个或多个单位涌水量值Q/s，其特征在于该方法包括‑选择一个或多个在第一规则下可比较的单位涌水量Q/s值，其中第一规则包括基本保持不变的静态水位SWL的值。

Description

监测井或钻井性能的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于监测井性能的替代方法。本发明还涉及对井或钻井性能的预测，从而可以较好地规划维护活动，这致使井或钻井寿命得以显著延长。

背景技术

利用操作泵可以从井或钻井中抽取地下水。评估井的性能是水务操作者的优先考虑事项之一。传统上，使用由专业咨询公司执行的特定泵水试验来实施这种评估，例如井的效率评价方法或雅各布方法，例如在https://www.imwa.info/docs/imwa_2011/IMWA2011_Polak_283.pdf中所述的那样。利用这种方法发现的技术问题之一为，一般来说，井必须在进行测试期间的1天或更长时间内被关闭并且不可用；在某些情况下，必须移除操作泵并将其更换为测试泵，并且因此操作者往往会大约每5年至10年适时推迟测试，这导致对井的性能的技术跟踪不足，原因在于在测试之间，井可能会发生堵塞，从而导致泵水变得非常耗能，并且在最坏的情况下导致井发生不可逆的堵塞，造成不能进一步获取资源的影响。文件WO2014/143708D1公开了一种用于预测泵中的扭矩指示器的值以控制所述泵的性能的方法，但是该方法不涉及对井的性能的评估。

其他方法已知为单位涌水量(specific capacity)计算，所述单位涌水量计算考虑三个或四个阶梯型水位降低测试；每次实施试验时，水况很少相同，并且发现在地下水位的高点和低点之间，单位涌水量可能会变化1至10倍；因此，各测试的比较变得不可靠；这意味着对一年与另外一年的单位涌水量的值进行比较可能会导致错误的解释，并且从而导致在实际上没有必要采取行动时“改进”新设施。

因此需要提供一种用于测试钻井或井中的泵的性能的替代方法。

发明内容

通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求9所述的系统和根据权利要求10所述的计算机程序来克服上述问题。从属权利要求限定了本发明的替代实施例，这些从属权利要求之间可以组合，除了那些相互排斥且技术上不可行的组合之外。以下发明可以应用于井或钻井的监测性能的方法。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于监测井或钻井性能的由计算机实施的方法，

其中，该方法包括：

-从井或钻井中的流量计接收泵水流量Q，

-从井或钻井中的水位传感器接收水位，

-在泵水事件时生成单位涌水量值Q/s的一个或多个值，

其特征在于该方法包括

-选择在第一规则下可比较的一个或多个单位涌水量Q/s的值，所述第一规则包括基本保持不变的静态水位SWL的值。

井或钻井至少包括泵、水位传感器、流量计，所述泵和所述水位传感器与计算机装置相连。

一个或多个单位涌水量Q/s值的选择是选择在第一规则下可比较的值，由此监测井或钻井性能，其中，所述第一规则包括基本上保持不变的静态水位SWL的值。

有利的是，该方法提供实时数据分析，以便于以技术上可实现的方式评估井或钻井性能。除此之外，这种方法还均匀化单位涌水量的值并使得具有可比较的单位涌水量的值成为可能。

单位涌水量的值Q/s可以以m³/h*m表示。

为了获得单位涌水量的值，可以计算比率

-SC比率＝Q/s，

其中：

-Q＝例如以m³/h为单位的流量；

-s＝例如以m为单位的水位降低量；静态水位SWL－泵水水位PWL。

水位或SWL或PWL可以用m MSL或用超过平均海平面的米(m)来表示：在法国为mNGF，在英国为m ODN，等等。

选择在第一规则下(第一规则包括基本保持不变的静态水位SWL的值)可比的单位涌水量Q/s的值的步骤允许过滤掉可能导致关于泵性能的错误结论的值。例如，在堵塞的情况下，过滤掉在第一规则下(第一规则包括基本保持不变的静态水位SWL的值)不可比较的值的事实允许不仅考虑水位降低量的值s(该值可能会受到部分体积被堵塞占用的所带来的影响)，还考虑比率Q/s。这使得结果不受钻井或井中存在的堵塞体积的影响。

静态水位SWL可以是非泵水条件下的钻井或井中的水的高度或非泵水条件下的水位的深度。

在某些实施例中，根据本发明的方法可以在泵操作时间段(例如通常为数年的泵的操作寿命)期间重复迭代，使得可以存储所选择的值。

在某些实施例中，第一规则包括基本保持不变或相等的静态水位SWL的值。在某些实施例中，基本上不变或相等包括SWL的值之间的差异不超过参考值的+5％或-5％。例如，如果

-SWL_reference＝5m³/h*m，则：

-SWL max＝1.05*5＝5.25m³/h*m，

-SWL min＝0.95*5＝4.75m³/h*m。

因此，在如所解释的第一规则之后的某些实施例中，可以认为在所述第一规则下(第一规则包括大体上保持不变的静态水位SWL的值)可比的并且可以被存储的选定值可以是：

-SWL＝5

-SWL＝5.25

-SWL＝5.15

-SWL＝4.8，

-等等。

在某些实施例中，基本不变或相等包括值之间的差异不超过+10％或-10％。

根据本发明的由计算机实施的方法允许使用严格的流量和水位降低量采样协议在井设施的整个操作寿命期间从实时数据来采样单位涌水量Q/s值。通过这种方式，可以在一年中自动收集若干个个单位涌水量值Q/s，从而增加获得针对静态水位SWL的值的可能性。

该方法的优势在于过滤或选择SWL的某些值，并且因此计算Q/s的选定的方式允许在没有误报的情况下监测井的性能。误报可以为检测到由于值Q/s的突然下降而造成的泵内故障或井堵塞。过滤允许过滤掉那些由于SWL值突然变化(例如在一些设施中，从冬季到夏季)而导致Q/s突然下降的值。因此，可以仅在必要时进行维护活动且不考虑误报。

在某些实施例中，根据本发明的方法还可以包括根据所选或存储的一个或多个单位涌水量Q/s值和第二规则来预测井性能。在第二规则下预测井性能的步骤允许可靠地比较测试，这是因为该方法在SWL条件下实施，其中所述SWL条件在第一规则下可比较，所述第一规则包括基本上保持不变的静态水位SWL值。

在某些实施例中，预测可以取决于当前选择的单位涌水量Q/s值，并且第二规则可以包括超过(overpass)预先建立的阈值。因此，如果当前的Q/s超过阈值，则可以预测故障。

在某些实施例中，预测可以取决于单位涌水量Q/s的存储值，并且第二规则可以包括计算单位涌水量Q/s的附加值和超过阈值。超过阈值可以包括取得/获得阈值的更大值或阈值的更低值。因此可以预测故障。例如，附加值可以包括对值的推断，以预测井系统是否将根据预期，在例如数月或数周内不工作。

在某些实施例中，泵事件是泵停止/启动事件，所述泵停止/启动事件包括在至少第一时间段期间停止泵并且在至少第二时间段期间启动泵。有利地，在至少第一时间段期间停止泵允许SWL值不受泵的先前泵水的影响。

在某些实施例中，第一时间段是第一预定时间段，并且继第一时间间隔之后或在第一时间间隔之后的预定时间间隔期间获取第二时间段。有利地，通过在紧跟第一时间间隔之后或在第一时间间隔之后的第二预定时间间隔期间启动泵允许拥有在预定时间点时的值以执行计算。

在某些实施例中，第一时间段是第一预定时间段，并且在从泵启动直到继第一时间间隔之后认为泵水水位稳定的经验时间点为止的时间段期间获取第二时间段。有利地，在这些实施例中，PWL值不需要预定义并且适用于井的特定条件。例如，可以确立PWL的选定值是在1小时的无变化期间内未改变的值。事实上，泵的启动可以延长成在5.5小时期间或仅在2小时期间，但仍然重要的是在所述无变化期间，PWL的值保持基本不变或相等。再一次地，基本不变或相等可包括PWL值之间的差异不超过参考值的+5％或-5％或+10％或+10％。

在某些实施例中，第二时间段为从泵启动直到在第一时间间隔之后泵水水位被认为稳定的经验时间点为止的时间段期间，并且在第二时间段超过第二时间段的最大值的情况中，第二时间段是在第一时间间隔之后的预定时间间隔。例如，如果在2小时的泵水之后(其中PWL已经稳定)实现了第二时间段，则第二时间段为2小时，但是如果在最大值(例如4小时)之后，PWL尚未稳定，则第二时间段固定为4小时或最大值。这些实施例表示前面解释的两个实施例之间的组合。

在某些实施例中，泵事件是泵停止/启动事件，包括以下步骤：

-在从泵停止开始经历时间X(例如X＝1小时)之后接收SWL值；有利地，SWL值不受泵的先前泵水的影响；

-在接收到所述SWL值后最终启动泵；

-接收在泵启动后进行Y小时(例如Y＝4h)的泵水之后的抽水水位PWL；PWL可以用mMSL表示。

在停止/启动事件之后，根据本发明的方法可以包括：

-接收Y小时或流量Q后的瞬时流量；

-计算水位降低量s＝SWL－PWL；

-计算单位涌水量＝Q/s；

根据本发明的方法允许通过SWL过滤单位涌水量值以分析每个参数的趋势。因此，单位涌水量下降可能是由井堵塞、操作流量下降、主管道堵塞或泵性能下降等原因造成。

在某些实施例中，预测可以包括计算附加值：

-总排放顶部，单位为m wc

-泵的整体效率％或/和

-泵的能量比Wh/m³/m wc或/和

-能量消耗比率Wh/m³或/和

-液压效率％或/和

-马达效率％，

根据所述值可以安排维护任务。

在本发明的第二方面中，提供了一种用于监测井或钻井性能的系统，该系统包括：

-一口或多口井，其中至少一口井包括：

-泵，和

-水位传感器

-流量计

-所述泵、水位传感器和流量计连接到计算机装置，所述计算机装置适于执行根据本发明的第一方面的方法。

计算机装置可以是计算机、处理器或任何其它计算装置，其适于通过根据本发明的第一方面的方法来监测和/或预测井或钻井的井性能。

在本发明的第三方面中，提供了一种用于监测井的井性能的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于执行根据本发明的第一方面的方法的代码指令。

附图说明

从以下对多个示例性实施例的描述中及附图将更好地理解本发明，并且本发明的各种特征和优点将显现，其中：

图1A显示了在现有技术中监测没有堵塞的井系统的示例；

图1B示出了其中显示了根据现有技术的井中的单位涌水量值的图表；

图2A显示了在堵塞情况下根据现有技术监测井系统的示例；

图2B示出了其中显示了在堵塞情况下根据现有技术的井中的单位涌水量值的图表；

图3显示了根据本发明的方法的实施模式的示意图；

图4A示出了包括井性能预测的曲线图；

图4B示出了带(band)44中的一些经过滤或选择的SWL值；

图5示出了停止/启动事件，其中单位涌水量＝Q/s针对该停止/启动事件进行计算；

图6示出了用户界面的屏幕截图，其中在不同的曲线图中显示不同的结果和值。

具体实施方式

在本说明书中，将通过与监测井或钻井系统有关的示例来描述本发明。然而，本发明并不局限于这些示例，并且可以应用于监测任何泵水系统。

在图1A中，示出了现有技术的实施例中一年与另一年的单位涌水量值的比较的三个实施例。在图1A的实施例中，在2013年夏季与2013年冬季之间，单位涌水量值Q/s增大。Q/s的增大与冬季的地下水补给有关，冬季的地下水补给提高了SWL。在2014年夏季，如果泵状况在技术上适当，则泵水流量会保持与前一个夏季类似。图1B中的曲线图允许观察：

-A和B之间的Q/s值增加；因此操作者会认为钻井或井况有所改善，而这种增加是由于冬季SWL的增加。因此，操作者可能决定不测量任何未来的水位值，因为他认为将来水泵将运行良好；

-B和C之间的Q/s降低：操作者会认为存在堵塞问题，而事实上，这种下降是由于SWL的自然降低。操作者可能会在未发生堵塞而因此不必要修理的情况下决定开始修理或处理过程，而修理或处理过程需要停止钻井或系统。

如图1A和1B所示，不实施过滤可能导致错误的解释并因此导致在实际上泵可能在良好状态下工作而不需要施以特别行为时重新“改进”设施或处理钻井以消除堵塞。

相比之下，在图2A中示出了出现堵塞的情况，在图2B中可以观察到：

-点D和E之间的Q/s增加；因此操作者可能会认为钻井或井况有所改善，而这种增加是由于冬季SWL的增加。因此，操作者可能决定不测量任何未来的水位值，因为他认为将来水泵将运行良好。由于开始出现堵塞，因此这不是一个良好的解释。

-E和F之间的Q/s降低；因此操作者可能会认为钻井堵塞，这是事实，但这种急剧下降是由于堵塞以及夏季SWL的自然减少而造成。一般来说，操作者不会开始维护任务，原因在于他不能分析正在发生的情况。

在某些实施例中，该系统包括：

-传感器，其测量WCL(Water Current Level)：当前水位和/或

-传感器，其测量泵的位置和/或

-钻井顶部的位置，如果存在多于一口钻井，则可以采用最高位置和/或

-滤器顶部的位置，如果存在多于一个滤器，则可以采用最高位置。

借助图3的解释，图1和图2将可被更好地理解。

图3显示了根据本发明的方法的实施模式的示意图。用户31可以在系统300中使用该方法，所述系统300包括钻井或井或钻井34，所述钻井或井或钻井34至少包括：

-泵35和

-水位传感器37，

-所述泵35和所述水位传感器37连接到计算机装置36。

图3示出了两条线32、33。第一条线32示出了在现有技术中用于评估井性能的事件或任务的顺序；第二条线33表示在实施由计算机36实施的根据本发明的方法时用于评估井性能的事件或任务的顺序。可以看出，该方法不局限于使用计算机，而是广泛地构思成在云或通信工作的若干计算机中加以实施。为了清楚起见，计算装置36在图3中被表示为云36。

在图3的示例中，实施了一种方法，该方法包括监控与数据采集(SupervisoryControl and Data Acquisition-SCADA)并且包括以下步骤：

-SCADA利用水位传感器37提取在重新启动泵水之前在钻井34中的最后一个水位或静态水位SWL；

-SCADA提取在4小时泵水后的钻井34中的水位或泵水水位PWL；

-SCADA利用流量传感器39提取Y小时后的瞬时流量Q；

-水位降低量计算s＝SWL－PWL；

-单位涌水量计算：Q/s；

现有技术的传统系统

在现有技术中，从SCADA中取得的值是通过虚线32直接发送给操作者31的水位测量值。该操作者31仅看到水位并且可以决定根据所述水位测执行维护活动；操作者也可以计算SWL、PWL、Q的值，执行诸如计算等的一些手动操作。所述操作者可以看到与图1B中的虚线11类似的曲线图或图表，操作者可能通过所述虚线决定执行维护任务，原因在于其可以看到从A点至B点的相当急剧的泵性能下降。事实上，Q/s的急剧下降是由于A点处的冬季，SWL增加，这所赋予的Q的值与B点处夏季的Q的值不可相比。以这种方式，操作者31错误地向工作人员38发出对泵35或钻井34执行维护任务的指令。

根据本发明的系统

根据本发明的系统包括诸如电缆或光纤的装置，以通过线路33从诸如水位传感器37或流量计39的元件发送数据至计算机装置36。此外，泵35还可以与计算机装置36进行通信，使得可以自动获取SWL和PWL的值，从而在传感器测量的水位测量值与由泵执行的动作之间建立一些链接。计算机装置36适于执行根据本发明的方法的步骤，该方法过滤掉包括处于允许范围之外的SWL的值或在互相之间可比较的值的数据。以这种方式，由操作者31从线路33接收到的测量值涉及可比较的值，并且因此避免误报。误报可能是由于值Q/s减小而检测到泵中的故障。在根据本发明的系统的情况下，操作者31可以接收到的数据可以是根据图2B的曲线图或图表，其中，线21不像前文提到的线11那样陡峭。此步骤可能不需要维护任务，并且因此操作者31可能不向工作人员38发送执行将在现有技术的系统中被执行的任务的指令。实施根据本发明的方法的直接优点在于，由于不需要制造不必要的替换部件或元件，因此延长了诸如泵的设备的操作寿命。其他优点为不需要为了不必要的维护任务而停止服务，并且因此与现有技术中的情况相比，钻井的运作更多时间地处于服务状态中。

在图4A中，示出了包括井性能预测的曲线图。在轴45中，相对于轴46表示了所选择的Q/s值。在这个示例中，通过从一组存储的单位涌水量Q/s的选定值中应用推断计算获得该预测，在图中的时间点“实时时间”t_实时之前计算所述单位涌水量Q/s的值。所述推断可以是线性衰减函数。所述推断可以是指数衰减函数。例如，预测可以包括所存储的选定值以及第二规则，该第二规则表示在从t_实时开始经历时间段43之后，预测Q/s的值将在点42处超过阈值41，因此将在从t_实时开始经历时间段43之前执行维护工作。

图4B示出了带(band)44中的SWL的一些经滤波或选择的值。

在图5中示出了停止/启动事件，针对该事件计算单位涌水量的值＝Q/s。在此示例中，确定了采用用于计算SWL和PWL以用于计算单位涌水量Q/s所要求的时间段：

-对于SWL，在泵停止之后的1小时后；和

-对于PWL，泵启动后4小时。

在图5中可以看到两个曲线图：相对于时间t从泵泵送出的流量51和相对于时间t的在钻井或井中的水位52。

在第一周期中，当泵37泵水时，泵已经启动，水位50低并且被泵送的流量51处于工作值。在时间点t1，泵停止并且在时长1小时的第一时间段53期间不泵水，直到时间点t2。可以采用值SWL_1来计算Q/s，原因在于该值是根据示例的所要求的在泵停止后1小时的值。在时间段53之后，在t2处，泵再次启动并且流量59达到其工作值，因此在第二时间段54期间，钻井中的水位50减小。泵启动之后的第二时间段54是45分钟。由于第二时间段54短于取用PWL所要求的时间段，所以该周期不能用于取用值PWL_1 57并且因此不能用于取用单位涌水量。我们需要等待另一个周期。

在第二周期中，泵在从t3到t4的1小时(这是用于取用SWL_2所要求的值)的第三时间段55内停止运行。在t4，泵再次启动并持续4小时或更长时间的时间段56；这样，该周期有效，因为满足了所要求的启动后4小时和停止后1小时的条件，这样可以获取值PWL_258。

在第二周期之后，可以确定s＝SWL_2－PWL_2和Q/s。

在某些实施例中，由计算机实施的方法可以以图形表示的方式显示预测、结果和水位。在图6所示的示例中，示出了用户界面的屏幕截图，其中，在不同的图中显示了不同的结果和值。

Claims

1.一种用于监测井(34)或钻井性能的由计算机实施的方法，其中所述方法包括如下步骤：

-从所述井(34)或钻井中的流量计(39)接收泵水流量Q信息；

-从所述井(34)或钻井中的水位传感器(37)接收水位信息；

-在泵事件时生成一个或多个单位涌水量值Q/s；

其特征在于所述方法包括如下步骤：

-选择在第一规则下可比较的一个或多个单位涌水量Q/s值，所述第一规则包括基本保持不变的静态水位SWL的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，这些步骤在泵操作时间段期间重复迭代，从而能够存储所生成的值。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括根据所选或所存储的一个或多个单位涌水量Q/s的值和第二规则预测井性能。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预测可以取决于当前选择的单位涌水量Q/s的值，并且所述第二规则包括超过预先建立的阈值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述预测取决于存储的单位涌水量Q/s的值，并且所述第二规则包括计算单位涌水量Q/s的值的附加值和超过阈值。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述泵事件是泵停止/启动事件，所述泵停止/启动事件包括在至少第一时间段(53、55)期间停止所述泵(35)，并且在至少第二时间段(54、56)期间启动所述泵。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一时间段(53、55)是第一预定时间段(53、55)，并且在第一时间间隔之后的第二预定时间间隔(56)期间执行所述泵的启动。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述第一时间段(53、55)是第一预定时间段(53、55)，并且在从所述泵启动直到在所述第一时间间隔之后的所述泵水水位被认为是稳定的经验时间点为止这段时间获取所述第二时间段。

9.一种用于监测井或钻井性能的系统(300)，所述系统(300)包括：

-一口或多口井(34)，其中，至少一口井(34)包括：

-泵(35)和

-水位传感器(37)，

-流量计(39)，

-所述泵(35)、所述水位传感器(37)和所述流量计连接至适于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的计算机装置(36)。

10.一种计算机程序产品，用于

-监测井或钻井的性能，所述计算机程序产品包括用于执行根据权利要求1至2中任一项所述的方法的代码指令

-和/或预测井或钻井的性能，所述计算机程序产品包括用于执行根据权利要求3至8中任一项所述的方法的代码指令。