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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern
der Förderung
aus Ölbohrungen
und insbesondere zum Verbessern der Förderung aus Gaslift-Ölbohrungen.
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Wie
in der Technik hinlänglich
bekannt ist, werden Gaslifttechniken bei Ölbohrungen angewendet, die
nur mit Schwierigkeiten zufriedenstellende Fluidlevel auf der Basis
eines natürlichen
Formationsdrucks fördern
können.
Solche Bohrungen haben typischerweise einen Formationsdruck, der
nicht ausreicht, um Fluide mit einem akzeptablen Volumen zur Oberfläche zu treiben.
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Die
Gaslifttechnik beinhaltet das Injizieren von Gas in die Verrohrung
eines Ölbohrlochs
durch ein oder mehrere Ventile, die sich typischerweise in unterschiedlichen
Höhen entlang
des Bohrlochs befinden. Je nach der angewendeten Technik kann die Begasung
im Wesentlichen kontinuierlich in die Fluidsäule im Bohrloch erfolgen, so
dass diese Fluidsäule
abgeleichtert wird, um das Fördervolumen
zu erhöhen,
das mit natürlichem
Formationsdruck erzielt werden kann. Alternativ kann die Begasung
intermittierend in einem wiederholten oder zyklischen Prozess erfolgen,
um sukzessive Fluidmengen am Bohrlochkopf zu erzeugen.
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Mit
Gaslifttechniken können
zwar ausgezeichnete Ergebnisse für
bestimmte Ölbohrungsarten
erzielt werden, aber jedes Bohrloch ist im Hinblick auf Bohrloch-
oder Formationsdruck, Bohrloch- oder Formationstemperatur, Tiefe
zur Produktionsformation, geothermischen Gradienten entlang der
vertikalen Höhe
des Bohrlochs und zahlreiche andere Faktoren unterschiedlich. Daher
ist das Ermitteln der optimalen Betriebsparameter für eine Gaslifttechnik
ein zeitaufwändiger
Experimentierprozess, der extensive Überwachung erfordern kann und
trotzdem keine ideale Produktivität erbringt.
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Das
US-Patent Nr. 4,267,885 von Sanderford betrifft ein Verfahren zum
Optimieren der Förderung
aus einer kontinuierlichen oder intermittierenden Gasliftbohrung,
die das Begasungsvolumen experimentell erhöht und/oder verringert, während die Temperatur
von an der Oberfläche
geförderten
Fluiden überwacht
wird. Gemäß diesem
Verfahren wird die Begasung nach Bedarf erhöht und/oder verringert, so
dass eine höchstmögliche Fluidtemperatur an
der Oberfläche
entsteht. Für
eine intermittierende Förderung
wird ein ähnliches
Verfahren offenbart, bei dem das Fördervolumen pro Begasungszyklus
in einem Versuch überwacht
wird, das Begasungsvolumen zu ermitteln, das die höchstmögliche Fluidtemperatur
an der Oberfläche
ergibt. In beiden Fällen wird
durch kontinuierliches Experimentieren das Begasungsvolumen geändert und
dann gewartet, um die Auswirkungen der Änderung an der Oberfläche zu beobachten.
Somit ist '885 von
Sanderford ein Experimentierverfahren (Trial and Error) und hat
die bei einem solchen Verfahren zu erwartenden Nachteile.
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Im
Hinblick auf das oben Gesagte ist es offensichtlich, dass weiterhin
Bedarf an einem/-r vorteilhaften Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern der
Förderung
aus einer Gasliftbohrung besteht.
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Es
ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Optimieren der Förderung
aus einer Gasliftbohrung bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Optimieren der Förderung
aus einer Gasliftbohrung bereitzustellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung bereitzustellen, die leicht an die stark variierenden
Bedingungen in unterschiedlichen Gasliftbohrlöchern angepasst werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung bereitzustellen, das/die das Bohrlochverhalten
für die
spezifischen Bedingungen eines bestimmten Bohrlochs erlernt und
Begasung und Förderung
aus dem Bohrloch auf der Basis von Mustererkennung und vergangenem
Bohrlochverhalten steuert, um die Notwendigkeit für einen
ausgedehnten oder kontinuierlichen Experimentierbetrieb signifikant
zu reduzieren und/oder ganz zu vermeiden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
offensichtlich.
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Die
Probleme werden mit den Lehren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Besondere Weiterentwicklungen
sind in den Unteransprüchen dargelegt.
In den Rahmen der Erfindung fallen alle Kombinationen von wenigstens
zwei der beschreibenden Elemente und technischen Merkmale, die in den
Ansprüchen
und/oder in der Beschreibung offenbart sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden leicht die obigen Aufgaben und Vorteile gelöst bzw. erzielt.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zur Optimierung der Förderung aus einer Gasliftbohrung bereitgestellt,
das die folgenden Schritte umfasst: Erhalten eines statistischen
Modells des Förderverhaltens
einer Gasliftbohrung, wobei das Förderverhalten bekannte Muster
zumindest eines Fördermerkmals und
entsprechende Betriebsparameter aufweist; Betreiben des Gasliftbohrlochs
mit anfänglichen
Betriebsparametern; Erhalten eines Echtzeitwertes des Fördermerkmals
aus dem Gasliftbohrloch mit den anfänglichen Betriebsparametern;
Vergleichen des Echtzeitwertes des Fördermerkmals mit dem Modell, um
zu bestimmen, ob ein bekanntes Muster festgestellt wird; und wenn
ein bekanntes Muster festgestellt wird, Anpassen der Betriebsparameter
an die entsprechenden Betriebsparameter.
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Das
wenigstens eine Fördermerkmal
kann ausgewählt
werden aus der Gruppe bestehend aus der Temperatur des geförderten
Fluids, dem Volumen des geförderten
Fluids, dem Verhältnis
zwischen Gas und Öl
des geförderten
Fluids und Kombinationen davon. Bei einem anderen Merkmal kann das
wenigstens eine Fördermerkmal
die Temperatur des geförderten
Fluids umfassen.
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Die
Erfindung kann ferner den Schritt umfassen, dass die anfänglichen
und entsprechenden Betriebsparameter ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend
aus Begasungsgeschwindigkeit, Begasungsort, Begasungsdauer und Kombinationen
davon.
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Der
Schritt des Erhaltens des statistischen Modells kann die folgenden
Schritte umfassen: Betreiben des Gasliftbohrlochs mit den anfänglichen Betriebsparametern
und Aufzeichnen entsprechender Werte des wenigstens einen Fördermerkmals, um
das statistische Modell bereitzustellen; vorteilhafterweise kann
der genannte Erhaltungsschritt ferner das periodische Auswählen neuer
Werte der Betriebsparameter umfassen, um Muster der Werte des genannten
wenigstens einen entsprechenden Fördermerkmals zu erzeugen; oder
der Schritt kann ferner den Schritt des Durchführens einer Diagnostik umfassen,
indem das statistische Modell verwendet wird, um empfohlene Betriebsparameter
zu erhalten, und die empfohlenen Betriebsparameter validiert werden,
um ein validiertes statistisches Modell zu erhalten.
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Der
Erfinder zeigt, dass der genannte Schritt des Erhaltens eines Echtzeitwertes
des Fördermerkmals
das Erhalten einer Serie von Echtzeitwerten umfasst, und dass der
Vergleichsschritt das Vergleichen der Serie von Echtzeitwerten mit
dem Modell umfasst, um zu bestimmen, ob die Serie mit einem bekannten
Muster des Modells übereinstimmt, und/oder
dass die Erfindung ferner den Schritt umfasst, dass, wenn in dem
Vergleichsschritt für
ein bestimmtes Muster von Echtzeitwerten der Fördermerkmale kein bekanntes
Muster festgestellt wird, die Eingabe von zusätzlichen entsprechenden Betriebsparametern
und das Hinzufügen
des bestimmten Musters von Echtzeitwerten und der zusätzlichen
entsprechenden Betriebsparameter zum statistischen Modell anfordert.
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Die
genannten Betriebsparameter können die
Begasungsgeschwindigkeit, den Begasungsort und die Begasungsdauer
umfassen.
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Weiter
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zur Optimierung der Förderung aus einer Gasliftbohrung
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: Mittel zum Speichern eines
statistischen Modells des Förderverhaltens,
wobei das Förderverhalten
wenigstens ein Fördermerkmal
und entsprechende Betriebsparameter beinhaltet; Mittel zum Erhalten
eines Echtzeitwertes des Fördermerkmals aus
der Gasliftbohrung bei anfänglichen
Betriebsparametern; Mittel in Zusammenhang mit den Mitteln zum Speichern
und den Mitteln zum Erhalten, zum Vergleichen des Echtzeitwertes
des Fördermerkmals mit
dem Modell zur Bestimmung, ob ein bekanntes Muster festgestellt
wird; und Mittel zum Anpassen der Betriebsparameter an die entsprechenden
Betriebsparameter, wenn ein bekanntes Muster festgestellt wird.
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Die
Erfindung beinhaltet, dass das statistische Modell das wenigstens
eine Fördermerkmal und
die entsprechenden Betriebsparameter enthalten kann, die aus einem
Bohrbetrieb von wenigstens 30 Minuten Dauer erhalten werden; diese
entsprechenden Betriebsparameter des statistischen Modells können validiert
werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, die einen mehrstufigen Prozess
gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch darstellen. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2 eine
schematische Darstellung der Installations-, Diagnostik- und Betriebsphasen
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren
der Förderung
aus einer Gasliftbohrung und insbesondere zum Optimieren der Ölförderung
aus einem Ölbohrloch,
die mit kontinuierlichen oder intermittierenden Gaslifttechniken erfolgt.
Das/die erfindungsgemäße Verfahren
und Vorrichtung arbeiten vorteilhafterweise dadurch, dass sie ein
statistisches Modell des Bohrlochverhaltens für ein Bohrloch auf der Basis
von gesammelten Echtzeitdaten aus dieser Bohrung konstruieren, das dann
gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt wird, um optimierte Betriebsparameter zu bestimmen,
die speziell auf dieses Bohrloch zugeschnitten sind, um die Notwendigkeit
für kontinuierliches
Experimentieren für
dieses Bohrloch zu optimieren und/oder ganz zu eliminieren.
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1 illustriert
schematisch eine typische Gasliftumgebung mit einem Bohrloch 10,
das von der Oberfläche 12 zu
einer Produktionsformation 14 gebohrt wurde, und mit einem
Casing 16, einem Förderrohr 18 und
einem ringförmigen
Raum 20, der zwischen dem Casing 16 und dem Förderrohr 18 definiert
wird. Wie gezeigt, weist das Casing 16 typischerweise Perforationen 22 auf,
damit erwünschte Fluide
in den ringförmigen
Raum 20 und das Förderrohr 18 eintreten
können.
Wie gezeigt, wird bei einer typischen Gasliftbohrung Gas durch eine
oder mehrere bei 24 schematisch dargestellte Ventile gespeist und
tritt in den Innenraum des Förderrohrs 18 beispielsweise
durch ein oder mehrere Futterrohre 26 ein. Bei einer kontinuierlichen
Begasungstechnik dient diese Begasung zum Verringern der Fluiddichte im
Förderrohr 18,
so dass dieses Fluid leichter mit natürlichem Formationsdruck und/oder
durch Pumpen gefördert
werden kann. Bei einer intermittierenden Gaslifttechnik erfolgt
die Begasung intermittierend in den ringförmigen Raum 20, so
dass Zeit zwischen Injektionen verstreichen kann, damit sich ausreichend
Fluid im Förderrohr 18 ansammeln
kann, und jede Gasinjektion dient zum Treiben einer Menge eines
solchen akkumulierten Fluids zur Oberfläche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Temperaturwandler 28 mit an der Oberfläche gefördertem
Fluid verbunden, um Echtzeittemperaturmessungen des geförderten
Fluids zu erhalten. Diese Informationen werden einem Prozessor 30 zugeführt, der
die Informationen zum Erzeugen eines statistischen Modells des Förderverhaltens
des Bohrlochs benutzt. Dieses Modell basiert auf den erhaltenen Echtzeittemperaturmessungen
und könnte
bei Bedarf auf weiteren Förderdaten
wie Strömungsmuster und/oder
Gas/Wasser/Rohöl-Verhältnissen
basieren oder diese enthalten. Das Modell oder die Datenbank beinhaltet
auch gespeicherte Betriebsparameter, die bestimmten Mustern des
statistischen Modells wie z.B. Oberflächentemperaturmuster des geförderten Fluids
entsprechen, die nach einem ausreichenden Installations- und Diagnostikbetrieb
zum Steuern der Förderung
aus dem Bohrloch gemäß der Erfindung abgerufen
werden.
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Nach
der anfänglichen
Installation des Prozessors 30 an einem oder mehreren Bohrlöchern 10 wird
der Prozessor 30 in einem Installationsmodus betrieben,
vorzugsweise für
einen Zeitraum von wenigstens etwa dreißig Minuten, um ausreichend
Daten zu sammeln, um das statistische Modell nach Bedarf gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erzeugen. Der Prozessor 30 kann z.B. als Teil
oder Element eines Steuer- und Datenerfassungsüberwachungsystems installiert
werden, das mit einem oder mehreren produktiven Bohlöchern assoziiert
ist. Durch den Temperaturwandler 28 erhält der Prozessor 30 Echtzeittemperaturinformationen,
sobald diese zur Verfügung
stehen, und jeder empfangene Temperaturabtastwert wird sofort zum
Aktualisieren des statistischen Modells verwendet. Auf diese Weise
wird das statistische Modell auf der Basis von Verhaltens- und Betriebsparametern
des tatsächlichen
zu steuernden Bohrlochs erzeugt und das Modell hat daher einen sehr
hohen Genauigkeitsgrad.
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Während der
Installationsphase passen sich die meisten modellbezogenen Parameter
selbst an, vorzugsweise durch den Prozessor 30, so dass
ein ausreichendes Modell mit relevanten Fördermerkmalen erstellt werden
kann. Einige Parameter, wie z.B. Ansprechzeit oder Aktion-Reaktion-Intervall,
können entweder
manuell angepasst oder eingegeben oder vom Prozessor 30 vor
der Installationsphase bestimmt werden. Dieser Parameter repräsentiert
die Zeit, die notwendig ist, damit eine spezifische getroffene Maßnahme in
der Temperatur von Fluiden am Bohrlochkopf reflektiert wird.
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Nach
einer ausreichenden Erstellung des statistischen Modells durch den
Betrieb im Installationsmodus wird der Prozessor 30 dann
in einem Diagnostik-Modus gefahren. In diesem Modus werden Echtzeittemperaturmessungen überwacht,
um ein tatsächliches
Förderverhalten,
z.B. eine Reihe von Temperaturmessungen, mit dem statistischen Modell zu
vergleichen. Dieser Vergleich wird in dem Bemühen durchgeführt, eine
Musterübereinstimmung
einer Reihe von empfangenen Temperaturmessungen mit einer Reihe
von Werten im statistischen Modell durchzuführen. Wenn ein bekanntes Muster
erfasst wird, dann werden Steuermaßnahmen zum Modifizieren von einem
oder mehreren Betriebsparametern vom Prozessor 30 ausgegeben,
z.B. Befehle zu den Ventilen 24 zum Modifizieren der Begasung.
Zweck solcher Befehle wäre
es, die Förderung
aus dem Bohrloch auf der Basis vergangener Leistungen zu optimieren,
gemäß Darstellung
in dem statistischen Modell. Wie nachfolgend erörtert, werden diese Befehle
im Diagnostik-Modus validiert. Nach einem ausreichenden Diagnostik-Betrieb
ist der Prozessor 30 dann für den Einsatz im Bohrbetrieb
bereit.
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Bestimmte
Muster können
auch Probleme anzeigen. So könnten
beispielsweise tatsächliche Messungen
Anomalien beinhalten, die unerwünschtes
Gasrecycling anzeigen, und das statistische Modell kann solche Anomalien
erkennen, wenn sie mit vergangenem Verhalten übereinstimmen, und kann Befehle
für eine
Korrekturmaßnahme
ausgeben.
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Wenn
kein Muster erkannt wird, dann fordert der Prozessor 30 einen
Bediener auf, geeignete Steuermaßnahmen einzugeben, und das
nicht erkannte Muster wird dann zusammen mit eingegebenen Steuermaßnahmen
zum statistischen Modell hinzugefügt, so dass das Modell erweitert
wird, um zusätzliche
Verhaltensmuster des Bohrlochs zu erkennen und bei Bedarf darauf
zu reagieren. Auf diese Weise wird das System der vorliegenden Erfindung
in die Lage versetzt, eine Begasung bei fortlaufendem Prozess besser
zu steuern.
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1 illustriert
ferner den Betrieb der Erfindung. Der Prozessor 30 führt eine
Reihe von Schritten aus, einschließlich Schritt 32,
in dem eine statistische Echtzeitsignalverarbeitung durchgeführt und ein
statistisches Modell erstellt oder aktualisiert wird, Schritt 34,
in dem Echtzeitwerte in dem Modell mit tatsächlichen Förderereignissen und/oder Betriebsparametern
verbunden werden, um das anfängliche Modell
zu vervollständigen,
Schritt 36, in dem Echtzeitwerte oder Wertemuster mit dem statistischen Modell
verglichen werden, um zu ermitteln, ob eine Musterübereinstimmung
vorliegt, und, wenn eine Übereinstimmung
erfasst wird, Schritt 38, in dem Steuermaßnahmen
zum Optimieren der Förderung an
Begasungsventile 24 ausgegeben werden, und wenn keine Musterübereinstimmung
erfasst wird, Schritt 40, in dem ein Bediener aufgefordert
wird, manuell Steuermaßnahmen
einzugeben. In Schritt 40 können die zusätzlichen
von einem Bediener eingegebenen Steuermaßnahmen Maßnahmen sein, um potentielle
Probleme zu korrigieren, anstatt Maßnahmen zum Optimieren der
Förderung.
In jedem Fall wird die vom Bediener getroffene Maßnahme in
der Datenbank gespeichert und mit dem Modell zur nachfolgenden Verwendung
bei Bedarf unter denselben Bedingungen assoziiert.
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2 illustriert
schematisch eine Ablauftabelle des Betriebs des/der erfindungsgemäßen Verfahrens
und Vorrichtung während
der Installations-, Diagnostik- und Betriebsphasen oder -stufen.
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Während der
Installationsstufe wählt
der Prozessor 30 automatisch Begasungsparameter, mit denen
das Bohrloch gefahren wird, und Fördermerkmale werden im statistischen
Modell aufgezeichnet. Dies erfolgt vorzugsweise für wenigstens
etwa 30 Minuten, um die Basis für
ein statistisches Modell zu bilden, das die Bohrlochleistung bei
verschiedenen automatisch gewählten
Begasungsparametern reflektiert. Diese Installationsphase ist in 3 durch die Schritte 50, 60 und 70 dargestellt.
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Nach
der Installation werden das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung in einer Diagnostik-Phase
gefahren, in der spezifische Begasungsparameter, die bestimmten
Förderungsmustern
entsprechen, manuell eingegeben und/oder validiert werden, um die
Vorbereitung des statistischen Modells für die Verwendung beim Optimieren der
Förderung
aus dem Bohrloch abzuschließen.
In dieser Stufe können
spezifische Muster der Bohrlochleistung erkannt werden, die Anomalien
wie unerwünschtes
Gasrecycling anzeigen, und entsprechende Korrekturmaßnahmen
können
manuell eingegeben und validiert werden, um sie in das statistische
Modell einzubauen. Die Diagnostik-Stufe des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung ist in 2 durch die Schritte 80, 90, 100 und 110 dargestellt.
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Nach
den Installations- und Diagnostik-Stufen sind das Verfahren und
die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Verwendung beim Steuern der
Förderung
aus einem oder mehreren Bohrlöchern
bereit. Dieser Vorgang ist in 2 durch Schritt 120 angedeutet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhalten die Steuermaßnahmen oder Betriebsparameter, die
vom Prozessor 30 ausgegeben werden können, Begasungsparameter wie
Gasströmungsgeschwindigkeit
und Zeit oder Dauer der Begasung, mögliche Änderungen des Begasungspunktes
entlang der Bohrlochhöhe,
Ein-Ausschaltzustand der Begasung zu einem bestimmten Bohrloch und
dergleichen. Der „Ein-Aus"-Parameter bezieht
sich auf den Begasungsstatus zu einem bestimmten Bohrloch und könnte zum
Umschalten auf ein anderes Bohrloch zum Steuern oder Optimieren
verwendet werden. Es gibt auch Situationen, in denen ein Bohrloch
von selbst auf einen Ein-Ausschaltzustand
trifft. So könnte
beispielsweise ein Ein-Ausschaltzustand
durch eine Begasungsgeschwindigkeit zu einem Bohrloch ausgelöst werden,
die zu hoch ist und ein Sicherheitssystem in einen Ausschaltzustand
schaltet.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
arbeiten wie oben angegeben und das Verfahren wird, nach Abschluss
eines Zyklus, in einem neuen Bohrloch durchgeführt oder wird im nächsten Betriebszyklus
des aktuellen Bohrlochs durchgeführt.
Auf diese Weise wird leicht verständlich, dass das Verfahren
und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Optimieren der
Förderung
von einer Reihe von Bohrlöchern
zum Einsatz kommen können.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind adaptiv
und iterativ und erlauben vorteilhafterweise die Optimierung von
Betriebsparametern eines Gasliftbohrlochs auf der Basis von Mustererkennung
vergangener Leistungen des Bohrlochs, um dadurch die Notwendigkeit
für Experimente
für den
Bohrlochbetrieb erheblich zu reduzieren.