EA001831B1

EA001831B1 - Управление выкачиванием текучих сред из многочисленных скважин посредством эвм

Info

Publication number: EA001831B1
Application number: EA200000348A
Authority: EA
Inventors: Эдвард А. Корлью; Генри Б. Стин III; Джон В. Смит
Original assignee: Эдвард А. Корлью; Генри Б. Стин III; Джон В. Смит
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2001-08-27
Also published as: EA200000348A1; AU9575598A; CN1278893A; US6048175A; EP1025332A2; WO1999015756A3; EP1025332A4; CA2304775A1; WO1999015756A2

Abstract

Изобретение относится к системе для управления одним или несколькими скважинными насосами с целью обеспечения выкачивания по потребности. В системе используется устройство управления от ЭВМ, которое совместно с датчиками оперативно контролирует работу насоса и управляет ею, тем самым управляя текучей средой в стволе скважины. Система постоянно находится в одном из трех режимов - режиме оперативного контроля, режиме выкачивания и режиме восстановления. В пределах каждого цикла режимов система проводит многочисленные проверки на входящей в нее аппаратуре. Данные, полученные в течение проверки, запоминаются в подходящих базах данных, а также проверяются на соответствие предварительно определенным нормам. В случае невыполнения функций внутри аппаратуры и других наблюдаемых и/или оперативно контролируемых функций, система может включать систему уведомления, например, центральной аппаратуры оперативного контроля. Предложен насос с датчиком текучей среды для обнаружения присутствия текучей среды и сообщения об этом присутствии в систему оперативного контроля с ЭВМ. Датчик пробки уведомляет ЭВМ о начале и конце предварительно определенного количества жидкости. Над стволом скважины может быть размещен внешний корпус с молниеотводом, содержащий ЭВМ оперативного контроля и связанные с ней средства считывания сигналов. По меньшей мере, один шунтирующий клапан прикреплен вдоль линий вытеснителя и возврата на одной прямой с ними для отработки скопления текучей среды. Резервуар приемника-сепаратора имеет элемент сепаратора для отделения газа от текучей среды.

Description

Предпосылки создания изобретения Область техники, к которой относится изобретение

Предложенное изобретение относится к управлению насосной системой посредством ЭВМ, обеспечивающему автоматический оперативный контроль и последующее удаление текучей среды по потребности.

Краткое описание предшествующего уровня техники

Существует несколько разных насосов для выкачивания нефти и воды. Наиболее широко распространен способ выкачивания нефти путем использования насоса-качалки (балансирного насоса), соединенного со штоками и трубами. Способам, при которых используется воздух для выталкивания текучих сред на поверхность, соответствуют эрлифтные насосы, центробежные пневмонасосы и воздушные насосы, которым необходимы давления, достаточные для преодоления гидростатического напора текучей среды в скважине.

Насосы-качалки относительно дороги, громоздки и, вследствие тяжести агрегата, при его установке, демонтаже и техническом обслуживании, требуется кран или лебедка. Как правило, эти агрегаты снабжены приводами от электрических двигателей, и КПД подъема нефти таким агрегатом на месторождении очень низкая, обычно менее одного процента.

Эрлифтная система проста в эксплуатации, но это зависит от относительных плотностей жидкости и/или смеси воздуха и жидкости, так что для более глубоких скважин необходимые давление и объем воздуха довольно велики. Кроме того воздух в этой системе часто эмульгирует нефть. Типовая эрлифтная система описана в патенте США № 759706. Энтони (Ап11юпу) и др. в патенте США № 4092087 также обсуждают очень сложный насос с пневмоприводом, в котором сжатый газ или воздух под давлением в диапазоне 172,37 кПа - 2,413 Мпа (25-350 фунтов-сил на квадратный дюйм (фнс/кв.д) используется с большим поплавковым обратным клапаном, чтобы заставить насос нагнетать текучую среду в трубу. Очевидно, что эта сложная конструкция является довольно дорогой.

Воздушные насосы сконструированы таким образом, что текучая среда проходит через шаровой клапан, находящийся на днище резервуара насоса. В патенте США № 919416, выданном Булколту (Вои1саи11), и патенте Японии № 56821299, выданном Накаяме (№1кауата). рассматривается такая система с воздуховодной трубой, соединенной с верхушкой резервуара, и трубой вывода текучей среды, проходящей к днищу резервуара. После заполнения резервуара текучей средой, протекающей через шаровой клапан днища, к воздуховодной трубе прикладывают давление воздуха, которое закрывает клапан днища и нагнетает содержимое текучей среды вверх в трубу вывода. Если уровень теку чей среды над насосом составляет несколько сотен футов или более, необходимо значительное давление воздуха для преодоления гидростатического уровня текучей среды вблизи клапана днища, а для нагнетания текучей среды к поверхности необходимо еще большее давление. Маклин (МсЬеап) и др. в патенте США № 3647319 применяют аналогичный способ с добавлением шарового клапана в трубе вывода текучей среды, чтобы предотвратить возврат текучей среды, находящейся в трубе вывода, в резервуар насоса. Этот агрегат требует довольно большого давления воздуха для подъема текучей среды из более глубоких скважин. В колонке 3 рассматриваемого патента его авторы указывают, что полный выкид будет происходить с любой глубины в пределах диапазона от 0 до 91,44 м (300 футов). На глубине 304,8 (1000 футов) потребуются давление около 3,172 Мпа (460 фн-с/кв.д) и большой объем воздуха для вывода воды из ствола скважины.

Несмотря на достигнутые успехи в разработке оборудования для выкачивания нефти или воды из ствола скважины, системы обычно работают в повременном режиме, качая вне зависимости от того, присутствует нефть или вода, или нет. Это вызывает повышенный износ оборудования, а также значительное энергопотребление. Известные системы обуславливают необходимость нахождения на рабочем месте оператора насосного оборудования для подтверждения факта работы системы надлежащим образом. Кроме того, в известных системах не предусмотрены меры безопасности, которые важны для защиты нашей окружающей среды. В данном изобретении предложена система с ЭВМ, управляющая оборудованием выкачивания и хранения многочисленных скважин для обеспечения выкачивания по потребности и оперативно контролирующая это оборудование. Возможности оперативного контроля также обеспечивают особенности защиты, которые способствуют предотвращению утечек или краж нефти при использовании минимальной рабочей энергии.

Краткое изложение сущности изобретения

В изобретении предложена система для управления одним или более скважинными насосами с возможностью выкачивания по потребности. В системе используется устройство управления от ЭВМ, которое совместно с датчиками оперативно контролирует работу насоса и управляет ею, тем самым управляя текучей средой в стволе скважины. Система постоянно находится в одном из трех режимов. Большую часть времени система находится в «режиме один», т.е. режиме оперативного контроля, во время которого система ожидает, когда произойдет обнаружение текучей среды или какоголибо иного подходящего инициатора. Как только система обнаружит инициатор, например, текучую среду, устройство управления запустит «режим два», т.е. произойдет инициирование цикла выкачивания. «Режим два», т.е. режим выкачивания, начинается подачей газавытеснителя и заканчивается, когда на поверхности обнаруживается пробка текучей среды, сигнализируя устройству управления об окончании подачи газа-вытеснителя. В этот момент устройство управления вводит период восстановления системы, или «режим три». Этот период восстановления обеспечивает время для подкачки давления газа-вытеснителя, выравнивания давления в камере насоса с давлением в стволе скважины, подкачки текучей среды из ствола скважины в камеру, а также время для стабилизации датчика в скважине, если он применяется.

В пределах каждого цикла режимов система осуществляет многочисленные проверки эксплуатируемого оборудования. Данные, полученные во время проверки, запоминаются в подходящих базах данных, а также проверяются на соответствие предварительно определенным нормам. В случае неправильного выполнения функций внутри оборудования или других наблюдаемых и/или оперативно контролируемых функций, система может включать систему оповещения, например, пост централизованного оперативного контроля.

Насос, предлагаемый для использования в системе, содержит камеру насоса и и-образную камеру вблизи одного конца камеры насоса. Из камеры насоса в и-образную камеру проходит система клапана. Система клапана представляет собой пустотелый многоугольник, имеющий, по меньшей мере, одно седло клапана, содержащее проход клапана. Запорный шар блокирует проход клапана в течение режима выкачивания и допускает протекание текучей среды в камеру насоса в течение режима оперативного контроля. и-образная камера содержит впускные отверстия для жидкости, позволяющие текучей среде попадать в и-образную камеру и течь через проход клапана в камеру насоса. К камере насоса прикреплена линия вытеснителя для обеспечения доступа вытеснителя в камеру и вытеснения текучей среды по линии возврата жидкости. Линия возврата текучей среды проходит в камеру на одном конце и ведет из ствола скважины в хранилище текучей среды, например, резервуар для хранения. Датчик текучей среды внутри камеры обнаруживает её присутствие внутри камеры насоса. Для обнаружения начала и конца предварительного определенного количества текучей среды, либо вблизи насоса, либо в удаленном месте может быть размещен датчик пробки.

Над стволом скважины может быть размещен внешний корпус, содержащий ЭВМ оперативного контроля и связанные с ней средства считывания сигналов. Молниеотвод, содержащий заземляющий электрод, находится рядом со стояком силовой проводки. Имеется пара заземляющих проводов, один из которых на одном конце прикреплен к электроду и на другом конце - к внешнему корпусу, а другой прикреплен на одном конце к корпусу и на другом к ЭВМ к клетке Фарадея. Вдоль линий вытеснителя и возврата на одной прямой с ними закреплен, по меньшей мере, один шунтирующий клапан. Шунтирующий клапан имеет корпус, содержащий углубленную приемную зону, канал линии вытеснителя, канал линии возврата жидкости и соединительный проход между этими каналами. В корпус рядом с приемной зоной проходит силовой цилиндр с входным и выходным соединителями. С входами и выходами цилиндра соединен ряд соединительных шлангов для подсоединения многочисленных шунтирующих клапанов. Пластина клапана, соединенная с возможностью поворота с приемной зоной, имеет открытое отверстие и прикреплена к силовому цилиндру для поворота отверстия в положение, соосное с соединительным проходом, и из этого положения в ответ на перемещение цилиндра. Элемент включения цилиндра включает перемещение цилиндра в ответ на введение в контакт с текучей средой в стволе скважины.

Резервуар приемника-сепаратора имеет основание с многочисленными соединителями, корпус, находящийся в контакте с основанием, крышку сепаратора, корпус электронных приборов, находящийся рядом с крышкой сепаратора, и верхушку корпуса. Труба выпуска текучей среды соединена с одним из многочисленных соединителей для транспортировки жидкости, собранной в основании. Газовая труба проходит в корпус и выходит из основания для удаления газа, отделенного от жидкости. Защитная линия, имеющая предохранительный клапан в основании корпуса, проходит в корпус рядом с газовой трубой. Линия подачи вытеснителя проходит в резервуар для соединения через трехпутевой клапан с линией подачи, ведущей к насосу. Линия возврата текучей среды доставляет её из ствола скважины в корпус для отделения от любого газа, содержащегося в текучей среде. Сепаратор, расположенный на конце линии возврата текучей среды, отстоит от крышки сепаратора и имеет тройниковый соединитель с расположенными под углом выпускными отверстиями. Расположенные под углом выпускные отверстия направляют текучую среду под некоторым углом падения на основание, откуда ее удаляют. По меньшей мере, один датчик внутри резервуара поддерживает связь с устройством управления. Датчики размещены внутри резервуара на разных высотах. Трехпутевой клапан имеет соединитель линии подачи, соединитель линии вытеснителя и соединитель линии вывода. Подвижный элемент чередует соединение линии вытеснителя с линией вывода и линией подачи для соединения линии вытеснителя с линией подачи в первом положении и линии вытеснителя с линией вывода во втором положении.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, при рассмотрении его вместе с прилагаемыми чертежами, на которых фиг. 1 изображает вид сбоку в частичном разрезе системы в режиме выкачивания;

фиг. 2 изображает вид сбоку в частичном разрезе предложенной насосной системы перед введением в режим выкачивания;

фиг. 3 изображает вид сбоку с вырезом насосной системы, показанной на фиг. 1, в стволе скважины;

фиг. 4 изображает вид сбоку с вырезом другого конкретного варианта осуществления насоса;

фиг. 5 изображает вид сбоку с вырезом дополнительного конкретного варианта осуществления насоса;

фиг. 6 изображает вид сбоку корпуса насосной системы для использования с предложенной системой;

фиг. 7 изображает схему системы с ЭВМ, соответствующей настоящему изобретению;

фиг. 8 изображает блок-схему возможного алгоритма программного обеспечения;

фиг. 9 изображает вид сбоку с вырезом шунтирующего клапана, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 10 изображает вид сверху шунтирующего клапана, показанного на фиг. 9;

фиг. 11 изображает сечение на виде сбоку наружной стороны шунтирующего клапана;

фиг. 12 изображает вид спереди с вырезом шунтирующего клапана;

фиг. 13 изображает вид спереди наружной стороны резервуара сепаратора текучей среды и газа;

фиг. 14 изображает вид сбоку внутренности резервуара сепаратора текучей среды и газа, фиг. 15 изображает дополнительный вид сбоку внутренности резервуара сепаратора текучей среды и газа;

фиг. 16 изображает вид изнутри снизу основания резервуара сепаратора-приемника;

фиг. 17 изображает вид сбоку с вырезом основания крышки сепаратора-приемника;

фиг. 18 изображает вид сверху внутренности резервуара сепаратора-приемника;

фиг. 19 изображает вид сверху дефлектора текучей среды, используемого во входной точке отверстий для выпуска газовой фазы и сброса давления газовой фазы;

фиг. 20 изображает вид сверху верхушки крышки резервуара сепаратора-приемника, показывающий сквозную подводку для труб, входящих в отсек клапана управления;

фиг. 21 изображает вид с вырезом резервуара сепаратора-приемника, показывающий датчики уровня текучей среды;

фиг. 22 изображает вид сбоку с вырезом трехпутевого клапана, используемого в режиме восстановления;

фиг. 23 изображает вид сбоку с вырезом трехпутевого клапана в режиме выкачивания.

Подробное описание изобретения

Предложенное выкачивание по потребности обеспечивает повышенный примерно на 20% уровень добычи с одновременным обеспечением экономии энергии. Поскольку насос работает только в присутствии текучей среды, достигается дополнительная экономия за счет сокращения технического обслуживания при автоматическом восприятии естественных изменений потока жидкости. В известных системах оператору насосного оборудования приходится вносить любые требуемые своевременные изменения, основанные во многих случаях на оценках «по наитию».

Несколько насосов, таких как предложенный в патенте США № 4842487, выданном Букмену (Висктап) и др., который упоминается здесь в том смысле, как если бы был описан полностью, предназначены для удовлетворения потребности в компактных насосах с целью использования в стволах скважин и т.п. Однако ни один из этих насосов не обеспечивает средство для управления циклом выкачивания иначе, чем это делают реле уровня, основанные на принципе «выключить-выключить». В данном изобретении, предложенное устройство управления от ЭВМ для использования со сква-жинными насосами, включая насос по патенту США № 4842487, улучшает управление насосом для повышения темпов добычи и снижения издержек технического обслуживания. Кроме того, использование системы с устройством управления от ЭВМ может обеспечить возможности дистанционного оперативного контроля, а также компиляции данных, относящихся к производительности скважины и работоспособности насоса.

Для пояснения, в рамках заявки употребляются следующие термины и определения.

Р₁ - это давление на выкиде насоса (фнс/кв.д). Это длительное давление газавытеснителя, подаваемого к поверхности текучей среды в линии вытеснителя во время протекания цикла выкачивания. Это давление приводит к перемещению поверхностей раздела газа и текучей среды, как в линии вытеснителя, так и в линии возврата текучей среды. Его значение не может превышать максимальное стандартное давление на выкиде насоса (МаксСДВН) и не должно быть меньше, чем минимальное стандартное давление на выкиде насоса (Мин СДВН). Давление на выкиде насоса устанавливают равным 90% уставки устройства управления давлением и заведомо ниже, чем в устрой001831 ствах отключения устройств управления давлением в открытых скважинах. Указанное последним МинСДВН не следует устанавливать на уровне, меньшем, чем давление, которое может вызвать формирование настолько малых длин (1) пробок, что они станут неэффективными и приведут к излишним циклам выкачивания при выкачивании с допустимой скоростью. Вообще говоря, МаксСДВН не должно превышать 1,551 Мпа (225 фн-с/кв.д) (уставка управления давлением равна 1,724 Мпа (250 фн-с/кв.д)). Кроме того, МинСДВН в большинстве случаев не должно быть меньше, чем 344,74 кПа (50 фнс/кв.д). В вышеуказанных пределах Р₁ можно находить путем решения следующего уравнения, подвергаемого коррекции посредством экспериментального подтверждения. Можно ожидать, что в динамическом режиме перекачивания конкретные показатели текучей среды, такие как вязкость, поверхностное натяжение и температура, а также плавность трубопровода вдоль труб и скорость поверхности текучей среды придется рассматривать для того, чтобы прийти к точному решению относительно номинального давления на выкиде насоса (НДВН).

НДВН(фн-с/кв.д)=0,433хПхЬ, где

0,433 - константа, соответствующая выбранным единицам измерения;

Ό - плотность текучей среды в клапанах вдоль столба; чистая вода - 1,00; соляной раствор - 1,01-1,2, как правило - 1,1; нефть - 0,851,1, как правило - 0,9;

- длина столба над точкой измерения давления, в футах.

Р₀ - это давление газа внутри линии возврата текучей среды. Это давление может быть вызвано остаточным давлением, используемым для опорожнения приемника в систему батареи проточной линии-резервуара, и/или может быть вызвано улавливанием попутного газа и процессами рециркуляции. В первом случае Р₀ должно быть почти равным нулю (0), поскольку пробка текучей среды подается в батарею резервуара. В последнем случае это остаточное давление следует компенсировать путем подачи попутного давления и давления впуска на компрессор вытеснителя.

Устройство управления от ЭВМ запрограммировано на работу в трех режимах - оперативного контроля, выкачивания и восстановления. В режиме оперативного контроля система ожидает появления инициатора, что отражается в одном или более входных сигналах переменных, получаемых от датчиков, указывающих, что в насосной системе присутствует некоторый объем текучей среды, для обеспечения ее эффективного выкачивания на поверхность. Если уровень текучей среды не достиг датчика, система продолжает свою работу по оперативному контролю. Если текучая среда обнаружена, система переводится в режим выкачивания.

В программной среде в течение режима оперативного контроля также одновременно работает подпрограмма контрольного таймера. Контрольный таймер служит средством резервирования для системы выкачивания по потребности, включающим режим выкачивания на основании предварительно установленного или адаптируемого временного интервала, а не потребности, инициируемой датчиками. Следовательно, режим перекачивания инициируется либо при наличии достаточного количества текучей среды, либо после превышения периода отсчета контрольного таймера. Подпрограмма контрольного таймера предусмотрена для гарантии поддерживаемой добычи текучей среды из скважины даже при отсутствии сигнала инициирования, основанного на входном сигнале переменной, получаемой от датчика, и передаваемого в устройство управления от ЭВМ. Эта функция обеспечивает непрерывное инициирование режимов выкачивания, если, например, датчик функционирует неправильно. Периоды времени между прошлыми инициированиями режима выкачивания сохраняются в специальной памяти устройства управления, обеспечивая таким образом самопрограммирование или адаптацию периода отсчета контрольного таймера с учетом самых последних и, вероятно, наилучших данных. Эта адаптивная способность продолжает проявляться даже тогда, когда режимы выкачивания инициируются контрольным таймером, а не в результате выкачивания по потребности. Эта непрерывная адаптивная способность позволяет системе сохранять наивысший возможный дебит и КПД даже в отсутствие входного сигнала от всех датчиков. Эта адаптивность, в частности, является результатом обратной связи от нижнего датчика 1110 уровня текучей среды, расположенного в резервуаре 1000 сепаратора-приемника и более подробно описанного в связи с фиг. 21. Когда запрограммированное число циклов выкачивания пройдет при отсутствии показаний наличия текучей среды, формируемых нижним датчиком 1110 уровня жидкости, период отсчета контрольного таймера будет продлен на время между циклами выкачивания. Наступление циклов выкачивания без достаточного количества текучей среды может указывать, в зависимости от входных сигналов других датчиков, что в насосе было меньше жидкости, чем нужно для инициирования оптимального режима выкачивания. И наоборот, период отсчета контрольного датчика может быть сокращен снова под управлением программы, если верхний датчик 1130 уровня жидкости, размещенный в резервуаре 1000 сепаратора-приемника, указывает наличие текучей среды в течение или слишком быстро после наступления режима выкачивания. В этом случае, в зависимости от сигналов других датчиков, это может указывать, что в насосной системе было больше текучей среды, чем нужно для инициирования оптимального режима выкачивания.

После режима восстановления устройство управления осуществляет оперативный контроль датчика для проверки на присутствие текучей среды. Хотя приводимые здесь сведения описывают использование датчика в скважине, можно использовать другие средства для обнаружения присутствия текучей среды. Поэтому упоминание конкретного датчика не следует считать ограничением объема притязаний, так как критичным является обнаружение уровня текучей среды, а не обязательно способ обнаружения этого уровня. Кроме того, слово «датчик» используется здесь как родовой термин и может включать в себя термисторы, тройниковые соединители датчиков (описываемые ниже), световой датчик обнаружения уровня для считывания показаний обратного рассеивания, волоконно-оптические и ультразвуковые приборы, и т.д.

К двум дешевым способам обнаружения присутствия текучей среды на уровне датчика относятся обнаружение за счет изменения либо напряжения, либо давления. В случае датчика 20 изменения напряжения, показанного на фиг. 1, имеется изменение напряжения, возникающего между двумя клеммами полупроводникового резистора, который проводит регулируемый постоянный ток. Изменение напряжения является результатом изменения сопротивления этого резистора ввиду заметного изменения температуры, связанного с его работой в газофазной среде ствола скважины, по сравнению с его температурой в жидкофазной среде. Важно, что величина этого регулируемого постоянного тока координируется с рассеивающей способностью датчика, поскольку отсутствие координации тока и рассеяния может вызвать перегрев датчика. Хотя эта координация будет зависеть от типа используемого датчика, потребность в корреляции этих двух показателей очевидна для специалистов в данной области техники. Можно использовать многочисленные способы и датчики для указания присутствия текучей среды и для инициирования режима выкачивания, некоторые из которых упоминаются ниже.

В конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг. 2, используют давление для обнаружения присутствия текущей среды в стволе скважины. Этот конкретный вариант осуществления представляет собой альтернативу датчику низкого напряжения. В узле 60 тройникового датчика используются две капиллярные трубки 62 и 64, проходящие в ствол скважины примерно на глубине камеры 14. Этого проще всего достичь путем прикрепления узла 60 тройникового датчика к внешней линии 12 возврата текучей среды на конкретной глубине вблизи точки входа в камеру сбора 14. Вместо этого, как показано, тройниковый датчик 60 может проходить по линии 26 вытеснителя в камеру 14. Эти две капиллярные трубки 62 и 64 объединяют путем использования тройникового соединителя 66 с получением одного открытого и направленного вниз отверстия 68. Направленное вниз отверстие 68 открыто для приема текучей среды по мере ее подъема в стволе скважины. Первая капиллярная трубка 62 соединена на поверхности с источником газа, находящегося под высоким давлением, того же типа, что и используемый в качестве вытеснителя для выкачивания; при этом требуется расход менее 0,7 см³/с (0,1 кубического фута в час (куб.фт/ч)). Вторая капиллярная трубка 64 соединена на поверхности с измерительным преобразователем перепада давления, способным показывать давление полной шкалы, равное максимальному имеющемуся давлению, вытеснителя или превышающее его. Эталонное отверстие измерительного преобразователя перепада давления сообщается с кольцевым пространством устья скважины в целях компенсации давления. Когда направленное вниз отверстие 68 открыто, то есть не погружено в текущую среду, давление, прикладываемое к измерительному преобразователю перепада давления посредством капиллярной трубки 64, по существу, равно давлению в кольцевом пространстве. Электрический сигнал, выдаваемый из измерительного преобразователя в этих условиях, должен указывать нулевой перепад давления. Когда направленное вниз отверстие 68 погружается в жидкость, давление, необходимое для преодоления гидростатического напора жидкости, в которую происходит погружение, и продолжения протекания газа, находящегося под высоким давлением, через погруженное отверстие 68, возрастает. Следовательно, по мере подъема текучей среды внутри ствола скважины, свободное протекание газа сквозь капиллярную трубку 62 блокируется. Поскольку протекание газа продолжается, по существу, с той же скоростью, внутри капиллярной трубки 62, в конце концов, возникает достаточное давление для вытеснения пузыря газа через направленное вниз отверстие 68. Это увеличение давления газа передается посредством второй капиллярной трубки 64 к измерительному отверстию измерительного преобразователя перепада давления, находящемуся около устройства управления 120 (фиг. 6). Устройство управления 120 выполнено с возможностью расчета уровня (11) текучей среды над направленным вниз отверстием 68 путем считывания сигнала, сформированного таким образом измерительным преобразователем, в соответствии со следующей зависимостью:

Ь=(Рфн-с/кв.д))/(НЙО X §), где

Вйо - удельный вес текучей среды, которую нужно обнаружить;

д - усилие в фунтах силы, создаваемое тяжестью, которое прикладывается к поверхности площадью 6,45 см²-см (один квадратный дюйм) столбом чистой воды высотой 30,5 см (один фут), и й - высота в футах текучей среды, обнаруживаемой над погруженным отверстием.

Этот способ обеспечивает не только обнаружение текучей среды в стволе скважины, но и количественное выражение высоты текучей среды над направленным вниз отверстием 68. Использование узла 60 тройникового датчика обуславливает размещение дорогостоящей аппаратуры, т.е. измерительного преобразователя перепада давления, над землей в защищенной среде и возможность воздействия среды ствола скважины на пластмассовый тройниковый соединитель 66 и капиллярные трубки 62 и 64. Дополнительное преимущество вводится за счет исключения любых электрических или электропроводных элементов в среде ствола скважины. Исключение электрических элементов резко уменьшает возможности повреждения системы ударами молнии.

Система остается в режиме выкачивания до тех пор, пока датчик 28 пробки, используемый с конкретной системной конфигурацией, не инициирует окончание режима выкачивания. В альтернативном варианте, режим выкачивания может длиться в течение предварительно определенного, хотя и программируемого, периода времени, однако, это не оптимальный конкретный вариант осуществления, поскольку он снижает КПД насосной системы. Сразу же после завершения режима выкачивания вводится режим восстановления.

Режим восстановления - это время, в течение которого датчик 20, если он применяется, и компрессор 40 переводятся в исходное состояние и восстанавливаются. Кроме того, в течение режима восстановления обеспечивается выравнивание давления в линии 26 газа-вытеснителя с давлением в стволе скважины. Режим восстановления, подробнее описываемый ниже, длится в течение предварительно устанавливаемого, хотя и программируемого, временного интервала, который основан на временах восстановления и перевода в исходное состояние, необходимых для аппаратуры, используемой в данный момент.

Насос 10, изображенный на фиг. 1-3, представляет собой пример насоса, который можно использовать с настоящим изобретением. Насос 10 имеет линию 12 возврата текучей среды, которая служит каналом для ее транспортировки из камеры сбора 14 в резервуар для хранения на поверхности. Нижняя часть насоса 10 имеет многочисленные впускные отверстия 18, расположенные по всей периферии впускной зоны 16, которые могут иметь любую конфигурацию, удобную для изготовления. Когда текучая среда поднимается внутри ствола скважины, она попадает во впускную зону 16 через впускные отверстия 18. Хотя впускные отверстия 18, изображенные на чертежах, находятся на сторо нах насоса 10, впускные отверстия могут также располагаться вдоль днища насоса или гденибудь в другом месте. Поднятие впускных отверстий облегчает отделение текучих сред от нежелательных твердых частиц, например, песка, ила, или окалины. Следует отметить, что впускные отверстия могут находиться в месте, наиболее подходящем для условий, встречающихся в стволе скважины, и/или типа выкачиваемой текучей среды. Как показано посредством стрелок на фиг. 2, гидростатическое давление вынуждает текучую среду подниматься из впускной зоны 16 через открытый конец прохода 22 клапана в камеру 14 сбора. Проход 22 клапана снабжен седлами 24 клапана, которые, допуская протекание вверх через отверстия 32, обеспечивают приемную зону для запорных шаров 30 сразу же после прекращения протекания вверх. Когда жидкость поднимается по проходу 22 клапана, запорные шары 30 поднимаются со своих седел за счет очень малого перепада давления, позволяя текучей среде течь в камеру сбора 14. Реагируя на гидростатическое давление текучей среды в стволе скважины, текучая среда продолжает подниматься внутри камеры сбора 14. Сразу же после заполнения камеры 14, текучая среда продолжает подниматься по линии 26 вытеснителя до тех пор, пока не вступает в контакт с датчиком 20 в скважине или тройниковым датчиком 60. Линия 26 вытеснителя переносит находящийся под давлением газвытеснитель к поверхности раздела газа и текучей среды в выкачиваемой текучей среде до ее попадания в камеру сбора 14. Благодаря соединению между трехпутевым клапаном управления 1090 в течение режимов восстановления и оперативного контроля, возникает возможность легкого перемещения газа, который изначально присутствует внутри камеры сбора 14 и линии 26 вытеснителя, поступающей текучей средой. Это обеспечивает равенство давлений между газом в кольцевом пространстве и камере 14, обеспечивая тем самым свободное попадание текучей среды в камеру сбора 14.

Сразу же после того, как текучая среда поднялась настолько, что в нее погрузился датчик 20 текучей среды в скважине, в устройство управления 120 посылается сигнал о том, что текучая среда поднялась до подходящего уровня, и он, вместе со входными сигналами других датчиков, инициирует режим выкачивания. Размещение датчика внутри линии 26 вытеснителя обеспечивает дополнительное преимущество очистки датчика по мере протекания вытеснителя по линии 26 вытеснителя.

Хотя устройство управления 120 с ЭВМ предварительно настроено на оперативный контроль величины необходимых критериев в каждой скважине 104, конкретное напряжение, формируемое датчиком 20 текучей среды и соответствующее предпочтительному уровню жидкости для инициирования режима выкачи13 вания, следует программировать индивидуально для оптимального управления. Аналогичным образом, конкретное напряжение, соответствующее уровню текучей среды ниже того, при котором инициируется режим выкачивания, также программируют индивидуально. Это обеспечивает высочайшую надежность функции управления при одновременном нивелировании воздействия таких переменных, как температура текучей среды в стволе скважины и другие тепловые кинетические свойства выкачиваемых жидкостей, длина сигнального кабеля датчика, свойства материала и допуск датчика. Эта процедура называется здесь процедурой калибровки влажного датчика и сухого датчика, осуществление которой подробнее описано ниже.

Когда в системе используется датчик в скважине, датчик 20 должен быть запрограммирован на «изучение» подходящих откликов. После завершения механической установки элементов насосной системы в скважине, включая трубопроводы 26 и 12 вытеснителя и текучей среды, на поверхности закрепляют крышку трубной головки. Узел датчика 20 уровня текучей среды и сигнального кабеля 24 подают в отверстие доступа в крышке головки и опускают внутрь линии 26 вытеснителя. Узел сигнального кабеля 34 и датчика 20 должен быть изготовлен из материалов, которые обеспечивают адекватную прочность и стойкость к текучим средам, естественно присутствующим в стволе скважины, а также возможным обрабатывающим химическим веществам. Кроме того, сигнальный кабель 34 должен быть наделен подходящими электрическими свойствами для обеспечения связи датчика 20 с устройством управления.

Когда другой конец сигнального кабеля 34 соединен с устройством управления 120, показанная на фиг. 6 лампочка 180 влажного состояния датчика мигает. Это указывает, что устройство управления 120 готово к программированию для распознавания влажного состояния. Датчик 20 выполнен с возможностью продвижения на измеренное расстояние вниз внутри линии 26 вытеснителя до тех пор, пока он не погрузится в текучую среду, уровень которой предварительно установлен. Для приема сигнала от датчика 20 в качестве достоверного сигнала влажного состояния, нажимают кнопку 188 оператора и удерживают до тех пор, пока лампочка 180 влажного состояния датчика не отключится.

После этого мигает лампочка 182 сухого состояния, указывая, что устройство управления 120 выполнено с возможностью программирования для распознавания состояния сухого датчика. В этот момент датчик 120 поднимают приблизительно на 7,62 м (25 футов) над предварительно определенным уровнем жидкости в камере сбора 14 и/или линии 26 вытеснителя. Вокруг сигнального кабеля 34 у отверстия для доступа закрепляют выдерживающий давление фитинг, чтобы ограничить давление вытеснителя внутри линии 26 вытеснителя. После этого вручную инициируют режим выкачивания. После завершения режимов выкачивания и восстановления, программирование устройства управления 120 может быть завершено. Лампочка 182 сухого состояния продолжает мигать, указывая, что устройство управления 120 готово к программированию на значение сухого состояния датчика. Датчик 120 уже приведен к требуемым условиям путем его погружения в выкачиваемую текучую среду, а также к типовым условиям, которые существуют в рамках режимов выкачивания и восстановления. Для приема сигнала от датчика 20 в качестве достоверного сигнала сухого состояния, снова нажимают кнопку 188 оператора и удерживают ее до тех пор, пока лампочка 182 сухого состояния не отключится.

Пользуясь вышеупомянутыми данными, система рассчитывает значение средней точки между опытными значениями влажного состояния датчика и сухого состояния датчика и запоминает это значение, плюс или минус возмущение, в качестве порога для достоверного обнаружения текучей среды. Этот способ программирования обеспечивает высочайшую надежность работы устройства управления и фактически исключает ложные отклики на входной сигнал датчика об обнаружении текучей среды. Некоторые датчики не будут требовать уставок влажного и сухого состояния, хотя обязательность задания этих уставок будет очевидна для специалистов в данной области техники.

В режиме оперативного контроля, индикаторные лампочки 180 и 182 указывают состояние датчика 20 как влажное или сухое, соответственно. Обе эти индикаторные лампочки погашены в течение режима восстановления, во время которого на датчик 20 устройством управления 120 кратковременно подается больший ток для ускорения восстановления датчика от воздействий погружения в текучую среду и протекания газа-вытеснителя. Этот кратковременный повышенный ток обеспечивает более быстрый стабильный сигнал обнаружения уровня текучей среды и сразу же после завершения режима восстановления. В то же время, начиная с режима восстановления, обеспечивается возможность выравнивания давления газа внутри камеры 14 сбора посредством трехпутевого клапана управления 1090 (фиг. 22 и 23). Давление в кольцевом пространстве позволяет текучей среде попадать в камеру 14 сбора, линию 26 вытеснителя и линию 12 текучей среды и повторно заполнять их. Только после завершения режима восстановления и вхождения в режим оперативного контроля уровень сигнала от датчика 20 будет считаться достоверным для указания уровня текучей среды.

Следует отметить, что корпус 50 может быть дополнительно снабжен средствами ввода интерфейса устройства управления, например, клавиатурой, сенсорным экраном, инфракрасными, радиочастотными и т.д. Интерфейс устройства управления дает пользователю возможность вносить необходимые изменения в программу на месторождении.

Немедленное понижение тока, подаваемого в датчик 20, обеспечивает более точную кривую отклика в случае, если текучая среда течет обратно в ствол скважины быстрее, чем это предварительно введено в систему путем программирования. Скорость изменения тока предпочтительно является предварительно установленным значением, которое не может определять пользователь.

В течение режима выкачивания давление газа предпочтительно прикладывается посредством трехпутевого клапана 1090 по линии 26 вытеснителя для вытеснения текучей среды из камеры 14 вверх по линии 12 текучей среды. Давление также заставляет запорные шары 30 покоиться на седлах 24 клапана, тем самым блокируя отверстия 32. Путем блокировки отверстий 32 предотвращается выход текучей среды, находящейся внутри камеры 14 сбора, по проходу 22 клапана, а также предотвращается попадание дополнительной текучей среды в камеру 14 сбора. Когда вытеснитель движется по линии 26 вытеснителя, он перемещает текучую среду, собранную в камере 14 сбора, наружу через единственный доступный проход, т.е. трубу 12 выпуска текучей среды. Хотя описываемая система связана с переносом пробки текучей среды за счет изменения диаметра труб и увеличения тем самым объема вытеснителя, можно переносить текучую среду в столбце, а не в пробке. Дополнительного управления объемом текучей среды, выносимой на поверхность, можно добиться посредством изменения размера камеры 14 сбора и продолжительности режима выкачивания.

Давление для перемещения пробки жидкости можно обеспечить компрессором либо с электрическим, либо с газовым приводом. В альтернативном варианте, можно использовать давление газа в стволе скважины, как описано в патенте США № 5006046, который упоминается здесь в том смысле, как если бы был описан полностью. Компрессор или источник газа оперативно контролируется устройством 120 управления, чтобы позволить единственному источнику доставлять сжатый газ к многочисленным скважинам. Работа компрессора 40 оперативно контролируется устройством 120 управления, при этом о любом неправильном функционировании немедленно сообщается в центральный отчетный узел. Работу компрессора 40 можно характеризовать профилем восстановления в пределах предварительно определенного периода времени. Рабочий диапазон компрессора 40 предварительно задают при предварительно определенном давлении для минимизации износа, разрывов и энергопотребления. Обеспечивая связь между компрессором 40 и устройством 120 управления внутри корпуса 50, можно контролировать давление в резервуаре для хранения вытеснителя (не показан) и манипулировать этим давлением для координации с потребностями цикла выкачивания. Диапазон рабочего давления компрессора 40 можно лишь изменять в конкретной полосе, попрежнему предусматривая управляющие приборы защиты, включая электромеханическое реле давления, защитный отключающий или предохранительный клапан.

В случае, если резервуар 1000 приемникасепаратора, который здесь описан, не используется, необходим датчик пробки. На фиг. 3 показано, что датчик 28 пробки не находится в стволе скважины. Когда устройство 120 управления принимает сигнал о том, что пробка достигла поверхности, или после запрограммированной задержки, система автоматически прекращает цикл выкачивания. В случае, если датчик 28 функционирует неверно, устройство управления 120 продолжит приложение давления газавытеснителя в цикле выкачивания в течение максимального времени цикла выкачивания. Датчик 28 может быть либо механическим, либо немеханическим датчиком текучей среды с аналоговым или цифровым выходом. Если датчик текучей среды выдает аналоговый сигнал, система 120 должна быть запрограммирована на пороговое значение обнаружения. Если датчик текучей среды выдает цифровой сигнал, то нужно будет запрограммировать систему 120 на тот цифровой уровень, который имеется в результате срабатывания включенного датчика текучей среды.

Для оптимизации КПД системы, режим выкачивания можно прекращать сразу же после обнаружения пробки, позволяя остаточному давлению проталкивать пробку в резервуар 42 для хранения. Поэтому датчик 48 нужно размещать на достаточном расстоянии от насоса 10, чтобы позволить остаточному давлению проталкивать пробку на конечное расстояние в резервуар 42 для хранения. Точное расстояние датчика 48 пробки от резервуара 42 для хранения зависит от конфигурации системы, т.е. от выкачиваемого материала, скорости течения текучей среды в ствол скважины, глубины выкачивания и т. д. В случае отказа датчика, уставка контрольного таймера регулирует режимы выкачивания на повременной основе до тех пор, пока не будет возможно отремонтировать датчик. После режима выкачивания система находится в режиме восстановления, в котором имеется возможность выравнивания давления в линии 26 вытеснителя и камере 14 с давлением в стволе скважины. Как указано выше, режим восстановления проводится на повременной основе и, сразу же по истечении предварительно установленного времени, система снова будет оперативно контролировать датчик в скважине на присутствие текучей среды.

Датчик 20 может включать в себя средство для измерения перепада давления на насосе, тем самым консолидируя все средства оперативного контроля в одно устройство, удобное для доступа. В альтернативном варианте, датчик 20 можно использовать для оперативного контроля или восстановления гидростатического давления, с указанием присутствия текучей среды в насосе и/или высоты текучей среды. Резервуар 42 для хранения можно оснастить однопутевым клапаном в выпускном отверстии для текучей среды, чтобы предотвратить обратное течение. Однако в оптимальном случае сепаратор фаз текучей среды и газ-приемник-сепаратор 1000, описанный в связи с фиг. 13-21, располагают между резервуаром 42 для хранения и трубой 12 выпуска текучей среды. Приемник-сепаратор 1000 содержит верхний и нижний датчики уровня, исключая тем самым необходимость датчика 28.

В альтернативной конфигурации насоса 400, изображенной на фиг. 4, основание 404 камеры 406 сбора модифицировано. Проход 402 клапана модифицирован, так что он выходит за раму 408 основания, а основание 404 сделано криволинейным. Эта конфигурация увеличивает поток текучей среды вверх, а также предотвращает застой в углах. Впускная камера 412 в этом конкретном варианте осуществления является сменной, чтобы обеспечить возможность использования альтернативных впускных камер с одним и тем же насосом. Это позволяет использовать один и тот же насос со впускными пространствами, соответствующими различным условиям в стволе скважины и выкачиваемой текучей среды. В насосе 400 впускная камера 412 имеет впускные отверстия 414, расположенные сверху камеры 412, а не вдоль длины камеры 412. Впускная камера 412 прикреплена к насосу 400 посредством использования резьбового кольца 416, прикрепленного к основанию 408 насоса. Впускная камера 412 снабжена сопрягающим приемным резьбовым кольцом 418. Можно использовать другие, очевидные для специалистов в данной области техники способы крепления, при которых изменится расположение впускных отверстий. В альтернативном варианте, показанном на фиг. 5, основание 452 камеры выполнено криволинейным, однако, впускное отверстие 454 камеры сбора остается выполненным заподлицо с рамой 456 основания.

Текучая среда протекает в ствол скважины с некоторого уровня или уровней, известного (известных) в области нефтяных скважин под названием продуктивной зоны (продуктивных зон). Текучая среда продолжает течь в ствол скважины до тех пор, пока гидростатическое давление текучей среды внутри ствола скважины не станет, по существу, равным давлению, прикладываемому текучей средой, текущей в ствол скважины. В этот момент, благодаря гидростатическому давлению, возникающему из-за присутствия текучей среды внутри ствола скважины, поток текучей среды из продуктивной зоны в ствол скважины уменьшается до минимума. Только остаточное давление, создаваемое из-за того, что газ или жидкость присутствует в окружающей продуктивной зоне (окружающих продуктивных зонах), может вызвать какойлибо дополнительный подъем уровня текучей среды в стволе скважины. Хотя это остаточное давление может быть вызвано естественными причинами, например, захваченным или растворенным газом, или быть результатом применения способов вторичного или третичного восстановления, его воздействия очень трудно предсказать. В известных системах, которые переводятся в активный режим на повременной основе, жидкость может оставаться на этом уровне в течение значительного периода времени, в зависимости от того, насколько точно установлен таймер. В рассматриваемой системе жидкость выкачивается по потребности, то есть, когда параметр управления достиг некоторого конкретного значения; например, если цель заключается в том, чтобы максимизировать добычу необходимой текучей среды, эту текучую среду нужно поддерживать на уровне в стволе скважины, равном уровню продуктивной зоны (продуктивных зон) добычи, или меньшем, чем этот уровень. Если позволить текучей среде подняться выше этого уровня, то неизменным результатом будет более низкая скорость возврата в ствол скважины и, следовательно, более низкая скорость добычи текучей среды. Датчик 20 текучей среды в стволе скважины, расположенный на уровне самой низкой продуктивной зоны добычи, можно рассматривать как средство инициирования циклов выкачивания таким образом, что уровень текучей среды поддерживается на этом уровне, максимизируя таким образом добычу из скважины.

Известные системы, за счет выкачивания текучей среды в течение предварительно установленного периода времени, зачастую выкачивают слишком много, приводя к тому, что уровень текучей среды опускается ниже продуктивной зоны (продуктивных зон). Как только уровень текучей среды опускается ниже самой низкой продуктивной зоны, прерывается когезия текучей среды, в результате чего необходимо повторно заполнить саму скважину. Это замедляет протекание текучей среды в ствол скважины до тех пор, пока текучая среда не получит время для повторного установления когезии. Предложенная система настраивается на прекращение выкачивания до удаления текучей среды ниже продуктивной зоны, предотвращая таким образом любое прерывание когезии. Этого можно достичь либо регулированием высоты выкачивания, либо программированием, либо расположением датчика в продуктивной зоне (продуктивных зонах).

В некоторых регионах, особенно зимой, парафин, содержащийся в текучей среде, выделяется в стоячей текучей среде. Поскольку парафин склонен прилипать к металлу, это выделение вызывает засорение металлических насосов и связанных с ними металлических частей. В предлагаемой системе, за счет предотвращения появления стоячей текучей среды, парафин не имеет возможности выделяться, и вопрос получения значения прилипания к оборудованию снимается. Песчаные и гранулированные грунты создают другую проблему со стоячей текучей средой в связи с известными системами. Песок может оседать внутри ствола скважины, создавая возможность засорения продуктивной зоны, замедления протекания текучей среды и возникновения износа оборудования. Путем использования выкачивания по потребности не допускают скапливания песка выше продуктивной зоны. По мере попадания текучей среды в ствол скважины из продуктивной зоны (продуктивных зон), возможна транспортировка ила и песка вместе с жидкостью. Когда текучая среда поднимается до подходящего уровня для инициирования режима выкачивания, все содержимое - жидкость, песок и ил -выходит из линии 26 вытеснителя, камеры сбора 10 и линии 12 возврата текучей среды. Накопление песка и ила внутри ствола скважины эффективно предотвращают путем полного опорожнения насосной системы. Кроме того, за счет обеспечения почти постоянного потока текучей среды в ствол скважины, в зависимости от геологического строения и пористости разрабатываемой формации, зачастую открываются новые каналы, обеспечивая увеличенный поток текучей среды.

На фиг. 6 изображен возможный корпус 50. Кроме индикаторной лампочки 180 влажного состояния датчика, индикаторной лампочки 182 сухого состояния датчика, лампочки 184 пробки и кнопки 188 для контроля системы предусмотрены другие лампочки и средства считывания сигналов, построенные на светодиодах. Для указания наличия питания и прохождения программы предусмотрена лампочка 192 прохождения программы. Лампочка «состояние в норме» 194 указывает, что, хотя некоторые уставки могут отличаться от предварительно установленных стандартов, система запущена, работает и будет продолжать выкачивание. Система запрограммирована на обеспечение максимальной добычи и поэтому будет работать, даже если уставки, например, давление компрессора, отклоняются от запрограммированной величины, основанной на предварительно установленных стандартах. Поскольку все электронные приборы соединены с устройством 120 управления, оно получает информацию о любых отклонениях и будет сообщать об отклонениях, не отключая систему. Вместе с тем, система должна быть запрограммирована на полное отключение в случае конкретных отклонений, угрожающих работоспособности системы. Информация о любых отклонениях, корректируемых вручную или схемно, сообщается для проведения коррекции.

Лампочка 190 режима выкачивания указывает, что система находится в режиме выкачивания. Из-за тихой работы системы трудно определить, осуществляет ли она выкачивание, без индикатора, например, светового или звукового. Кнопка 186 интерфейса пользователя позволяет пользователю вручную инициировать и оканчивать цикл выкачивания.

Лампочка 192 наличия питания указывает, что система получает электропитание и что проходит программа обработки. В случае сбоя питания, система не теряет никакие запрограммированные параметры. Лампочка 196 ошибки используется для указания проблемы, связанной либо с программой, либо с параметрами системы. Каждый раз при подаче электропитания в систему, лампочка ошибки загорается на время выполнения диагностической программы. Если проверка системы не выявляет какие-либо проблемы, лампочка ошибки гаснет. Однако, если в системе возникает проблема, лампочка 196 ошибки продолжает гореть и, в зависимости от типа ошибки, система либо продолжает работать, либо полностью отключится. Если по какой-то причине испорчен параметр в памяти, лампочка ошибки продолжает гореть вместе с лампочкой «состояние в норме» 194, и в этот момент система предпочтительно продолжает работу на короткий период времени для уменьшения времени простоя при добыче. Лампочки и линейки средств считывания сигналов, описанные здесь, упомянутые лишь в качестве примера, и можно использовать другие индикаторы, в зависимости от выкачиваемой жидкости, местоположения корпуса и т. д.

Можно запрограммировать новые параметры, пользуясь интегральной схемой (ИС) системного программиста, содержащей параметры по умолчанию. ИС процессора заменяют на ИС программы по умолчанию, включают электропитание и вводят параметры по умолчанию. Система осуществляет проверку, чтобы убедиться, что программа проходит надлежащим образом, а если это не так, включает лампочку ошибки. Когда параметры запомнены правильно, эту ИС удаляют и заменяют на исходную ИС. Установка исходных параметров может занимать некоторое время, однако программирование устройств управления после этого занимает лишь минуты. Это относится к ситуациям, когда многочисленные индивидуальные устройства управления 120 сначала устанавливают на месте добычи, задавая в них общие параметры. Можно добиться значительной экономии времени, путем «клонирования» программируемых интегральных схем этого типа для установки.

Значения уровня влажного и сухого состояния датчика текучей среды в стволе скважины запоминаются в устройстве 120 управления после установки. Эти значения затем стираются путем нажатия кнопки 186 пользователя и циклической подачи электропитания в систему. После подачи электропитания в систему при нажатой кнопке пользователя, индикаторная лампочка 180 влажного состояния датчика начнет мигать в течение нескольких секунд. Лампочка 196 ошибки также будет мигать синхронно с индикаторной лампочкой 180 влажного состояния датчика столько времени, сколько будет нажата кнопка 186 оператора. Это указывает, что значение уровня влажного состояния почти соответствует возврату к исходному значению. Через несколько секунд индикаторная лампочка 180 влажного состояния датчика прекратит мигание, и начнет мигать индикаторная лампочка 182 сухого состояния датчика. И вновь, если кнопка 186 пользователя нажата, лампочка 196 ошибки будет мигать синхронно с индикатором 182 сухого датчика, указывая, что значение уровня сухого состояния почти соответствует возврату к исходному значению. Если пользователь не хочет возвращать значение уровня сухого состояния к исходному значению, он просто отпускает кнопку 186 пользователя и ожидает истечения времени отсчета таймера. То же самое применимо к значению уровня влажного состояния, поскольку кнопку 186 пользователя отпускают, а индикаторная лампочка 180 влажного состояния датчика мигает до тех пор, пока не начнет мигать индикаторная лампочка 182 сухого состояния датчика. В альтернативном варианте, устройство 120 управления можно запрограммировать так, чтобы позволить пользователю устанавливать только значение уровня сухого датчика в стволе скважины и позволить устройству 120 управления рассчитывать значение для влажного датчика, или наоборот.

Предпочтительно отображение вовне как можно большей информации, чтобы предотвратить повторное открывание возможного корпуса 50, поддерживая таким образом безопасность. Корпус 50 содержит верхний купол 200 и стационарное основание 204. Верхний купол 200 можно снимать со стационарного основания 204 для обеспечения доступа к устройству 120 управления и любым отображаемым внутри данным или реле. В блоках, не включенных в сеть, данные придется отображать в блоке в светодиодном окне 210. Данные можно отображать в предварительно установленных отчетах либо на повременной основе, либо по вызову. Кнопочная панель 208, если она доступна снаружи, должна быть наделена функцией блокировки для предотвращения несанкционированного доступа. В альтернативном варианте, кнопка

186 пользователя может быть доступна только изнутри корпуса 50.

Важным вопросом является защита устройства 120 управления и другой аппаратуры от ударов молнии. Простое применение клетки Фарадея сохраняет вероятность воздействия ударов молнии на систему и повреждения датчиков, опущенных на 305 м (1000 футов) ниже поверхности. Поэтому в грунт рядом с опорой 702 стояка силовой проводки устанавливают электрод 700 заземляющего типа. Электрод 700 служит в качестве комбинированного молниеуловителя и вывода заземления и применим в случае как воздушной, так и подземной силовой проводки. Одножильный медный заземляющий провод 704, соответствующий номеру 6 по американскому сортаменту проводов и проволок, или эквивалентный, протягивают от электрода 700 к стационарному основанию 204, где его подвешивают на фланцевую лапу 206. Провод 704 может быть закопан несколько ниже поверхности грунта. Второй заземляющий одножильный медный провод, соответствующий номеру 6 по американскому сортаменту проводов и проволок, подвешивают на фланцевую лапу 208 и протягивают к заземляющему проводнику внутренней аппаратуры и внутренней клетке Фарадея (не показана). Это обеспечивает связь всех не проводящих ток металлических деталей с общим заземляющим выводом, по существу, исключая таким образом любую разность потенциалов. Такая компоновка представляет молнии возможность ударить в предпочтительный молниеуловитель - заземляющий вывод 700, обеспечивая безвредное замыкание тока на «землю» посредством заземляющего проводника 704, фланцевой лапы 206 колонны и стационарного основания 204. Любое повышение потенциала, возникающее вследствие удара молнии, также должно восприниматься заземляющим проводником аппаратуры и всеми связанными с ним и не проводящими ток металлическими деталями, обеспечивая тем самым наибольшую возможную защиту для соответствующей электронной аппаратуры.

Либо внутри корпуса 50, либо рядом с корпусом 50 предпочтительно имеется датчик температуры для оперативного контроля температуры окружающей среды. Для аппаратуры может оказаться вредным выкачивание при температурах ниже минимальной температуры окружающей среды, что связано с безопасностью выкачивания. В известных системах насос приходится отключать вручную, когда температуры падают ниже точки безопасной эксплуатации. Повторный запуск после этого отключения также приходится осуществлять вручную, что приводит к возникновению значительного времени простоя при добыче. Предложенная система непрерывно измеряет температуру окружающей среды и прерывает выкачивание, когда температура окружающей среды падает до предварительно установленной температуры. Как только температура поднимается выше предварительно установленного значения, происходит автоматический повторный запуск системы. Таким образом, в полуденную погоду, когда температуры становятся выше, система повторно запустится и будет работать до тех пор, пока температура не упадет. Таким путем минимизируют потери при добыче и обеспечивают безопасность. Кроме того, достигается увеличенная продолжительность режима выкачивания, когда температуры окружающей среды достигают минимальной температуры для выкачивания. Эта стратегия управления предполагает, что очень небольшое количество остаточной жидкости будет оставаться в находящихся над землей элементах насосной системы, и таким образом облегчает простейшее восстановление полной работоспособности после возврата к безопасным температурам окружающей среды.

Предложенную насосную систему можно устанавливать отдельно для одной скважины или включать в сеть для многочисленных скважин. Система 100 устройств управления скважинами от ЭВМ, изображенная на фиг. 7, состоит из ведущего устройства 102 управления, которое обрабатывает процесс выкачивания и сбор данных для устройства 120 управления каждой скважины, с которым соединен этот блок. В очень больших системах ведущее устройство управления 120 может осуществлять связь с центром 110 оперативного контроля. Связь между устройством 120 управления отдельной скважины, ведущим устройством управления 102 и центром 110 оперативного контроля может осуществляться любым способом, известным в данной области техники, например, по радио, с помощью сотовой связи, через спутник или посредством жесткого монтажа. Сравнение между стоимостью аппаратуры для запуска системы и стоимостью установки каналов 106 связи могло бы, вообще говоря, дать определение числа скважин, подключаемых к каждому ведущему устройству 102 управления. В некоторых случаях, экономические показатели могут быть наиболее выгодными, когда каждая скважина 104 имеет устройство 120 управления. В других пунктах и/или местностях возможно подсоединение многочисленных устройств 120 управления к одному ведущему устройству 102 управления. В меньших организациях ведущее устройство 102 управления может представлять собой всего лишь ЭВМ и быть снабженным программным обеспечением для выдачи требуемых отчетов. Устройства 102 управления могут загружать информацию в центр 110 оперативного контроля, из базы данных в базу данных, по предварительно запрограммированному графику, или обрабатывать информацию, загружая только предварительно запрограммированные отчеты. ЭВМ, используемые в предлагаемой системе, должны иметь достаточные возможности для манипулирования информацией в формате, который желателен пользователю. Включение одной или более ЭВМ в предлагаемые системы является предметом конкретных примеров. Любые из элементов, описываемых здесь, можно объединять с другими описанными элементами, так что устройство управления, используемое в системе, выкачивающей текучей среды непосредственно в резервуар для хранения, может быть встроено в устройство управления резервуаром приемника-сепаратора. Совокупность признаков станет очевидной для специалистов в данной области техники ввиду приводимого здесь описания.

В некоторых случаях, например, при возобновлении подачи электропитания после отключения, в последовательной цепи могут одновременно находиться более одного устройства 120 управления скважины. Хотя ведущее устройство 102 управления может обрабатывать данные более одного устройства 120 управления одновременно, любое совместно используемое механическое устройство, например компрессор 40, может обслуживать только один ствол скважины в некоторый момент времени. Поэтому каждому устройству 120 управления скважины присваивается номер приоритета для обозначения приоритета выкачивания для этого устройства управления в пределах системы. Номера приоритетов могут быть основаны на любых предварительно установленных критериях.

В случаях, когда система изначально установлена в виде сети, отдельное устройство 120 управления может быть исключено, если при этом датчики внутри насоса и резервуара приемника сообщают показания непосредственно ведущему устройству 102 управления. Вместе с тем, процесс остается одним и тем же независимо от того, осуществляется ли контроль в отдельном устройстве 120 управления или в ведущем устройстве 102 управления.

Предпочтительно, чтобы все материалы были нержавеющими, поскольку они подвергаются длительному воздействию окружающей среды. Совместимость с источниками питания 115 или 230 вольт позволяет использовать систему без изменения по всему миру. Все системы должны быть молниестойкими и надежно заземленными и иметь защиту от перенапряжения, предпочтительно, такую как описанная выше, для предотвращения или, по меньшей мере, минимизации штормового повреждения.

В случаях, когда выкачиваемая жидкость из нескольких насосов может попадать в один приемный резервуар, при каждом включении регистрируется выкачиваемая жидкость. Если насос включается, а резервуар не регистрирует прием жидкости, то после одного цикла индицируется наличие проблемы. Скважина или скважины 104, в которой (которых) эта проблема существует, можно немедленно отключить, предотвращая возможный разрыв линии из-за возникающей проблемы. Датчики резервуара для хранения также позволяют ведущему устройству управления 102 поддерживать отслеживание выкачиваемой текучей среды и определять наиболее эффективный график замеров уровня для транспортера текучей среды с целью получения замера уровня текучей среды из резервуара 42 для хранения. Управление уровнями текучей среды в этих резервуарах для хранения важно потому, что в них нельзя допускать переполнение; в противном случае добытая текучая среда теряется, что приводит к загрязнению окружающей среды и к вероятным штрафам и санкциям со стороны органов, в юрисдикции которых находится месторождение. Это остается в силе для всех выкачиваемых текучих сред, будь то нефть или минерализованная вода.

Система, проиллюстрированная здесь, обладает многими параметрами, большинство которых составляют предварительно установленные на заводе-изготовителе и три уставки пользователя (порог обнаружения влажного и сухого состояния датчика жидкости, а также пробки). Устройство 120 управления или ведущее устройство 102 управления запрограммировано на оперативный контроль и проверку скважин 104, уровня жидкости в резервуаре 42 для хранения, а также компрессора 40, и запоминает эту оперативно контролируемую информацию в аппаратных базах данных. На фиг. 8 изображена блок-схема возможного алгоритма работы предлагаемой системы. Общеизвестно, что существуют различные языки, а также базы данных, которые позволяют достичь желаемых результатов.

Однако существует последовательность этапов, перекрестная проверки и результаты которых важны, и можно использовать любую программу, которая удовлетворяет этим критериям.

Резервуар 42 для хранения и вспомогательные системы предпочтительно размещены под землей для минимизации воздействия окружающей среды и улучшения эстетики. Ввиду компактных размеров аппаратуры, низкого уровня звука и чистоты, предлагаемую систему легче внедрять как в городских, так и в сельских районах, чем известные системы. Важно, что в систему встроены признаки безопасности для минимизации любого экологического вреда. Один из встроенных признаков безопасности включает в себя датчик уровня (не показан) в резервуаре 42 для хранения, предназначенный для немедленного уведомления о возможной утечке или краже текучей среды, являющейся содержимым резервуара. Поскольку датчик уровня резервуара для хранения выполнен с возможностью решения вопроса о пополнении текучей среды, возникающего при каждом цикле выкачивания, уменьшение или прерывание пополнения текучей среды должно приводить к уведомлению о возможной утечке в некоторой части насосной системы. Поскольку существует возможность утечки в линии 12 текучей среды между верхней частью скважины 104 и резервуаром 42 для хранения, систему можно запрограммировать на прекращение любой последующей работы до тех пор, пока оператор не удостоверится, что не будет нанесен никакой ущерб окружающей среде. За счет непрерывного оперативного контроля уровня текучей среды, устройство управления 120 узнает, сколько текучей среды выкачивается каждый раз. Если количество выкачиваемой текучей среды остается одним и тем же, а время между отключением и включением уменьшается до значения, которое ниже предварительно запрограммированных допусков, устройство 120 управления уведомляет либо ведущее устройство 120 управления, либо центр 110 оперативного контроля о вероятной утечке в трубе 12 выпуска текучей среды. Кроме того, если количество выкачиваемой текучей среды падает ниже предварительно запрограммированных уровней, ведущее устройство 102 управления уведомляет центр 110 оперативного контроля о том, что в системе возникла проблема. Таким образом, если датчик не работает, система может продолжать выкачивать текучую среду согласно повременному графику. Сравнение числа раз, когда система входит в режим выкачивания, с числом раз, когда датчик запрашивает инициирование цикла выкачивания, также является объектом оперативного контроля. В случае, если эти два числа не совпадают, система должна уведомить об этом центр 110 оперативного контроля. Вышеизложенное представляет собой примеры возможностей уведомления и оперативного контроля предлагаемой системы. Возможны также другие случаи оперативного контроля и изменения алгоритма уведомления, в зависимости от компоновки и числа ЭВМ внутри системы.

В предпочтительном конкретном варианте осуществления доступ к программному обеспечению имеется на трех уровнях, причем все они зашифрованы и доступны только по паролю. Первый уровень представляет собой программу «только считывания» и позволяет проводить оперативный контроль системы тем, кто ее эксплуатирует. Второй уровень обеспечивает ограниченный доступ и позволяет изменять выбранные критерии, которые не влияют на регистрацию данных и доминирующие признаки программы. Примером доступа второго уровня может быть изменение продолжительности максимального времени выкачивания, минимальной температуры выкачивания, и т.д. Доступ третьего уровня используют для изменения какоголибо параметра текучей среды.

Чтобы защитить целостность системы, третий уровень предпочтительно может быть доступен только в течение короткого периода времени. Разрешая доступ третьего уровня только в течение коротких периодов времени, затрудняют получение доступа для неуполномоченных лиц. Высокий уровень безопасности в пределах системы способствует предотвращению несанкционированного доступа взломщиков в систему.

Для гарантии оптимальной работы системы, критические значения предварительно загружают в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) через сетевой интерфейс. Примерами могут быть минимальные давление и температура для выкачивания и диапазон температуры для выкачивания в течение длительных циклов. В свете этого описания, информация, которая является важной для оптимальной работы системы, и информация, которую можно изменять, будут очевидными для специалистов в данной области техники.

Программное обеспечение обеспечивает непрерывный сбор данных из циклов выкачивания, включая число циклов в пределах заданного периода времени и количество текучей среды, добытой в течение некоторого периода времени, обеспечивая тем самым оптимизацию цикла выкачивания. Температура, которая влияет на поток текучей среды также подвергается оперативному контролю и учитывается в циклах выкачивания. Это дополнительно увеличивает преимущество выкачивания по потребности путем изменения цикла выкачивания с тем, чтобы он соответствовал увеличенному или уменьшенному потоку текучей среды. Можно запрограммировать автоматическое составление отчетов на основании предварительно определенных параметров. Автоматическое составление также выгодно тем, что можно устанавливать моменты отчетности для составления одного и того же отчета в одно и то же время каждый день, исключая тем самым влияние другой переменной. В отчеты можно вводить дополнительные критерии, например, конкретные температуры, продолжительности заполнения, и т.д.

Ввиду наличия признака «выкачивания по потребности» и способности точно отслеживать циклы выкачивания, система 100 управления от ЭВМ может точнее определять уровни добычи в заданной скважине 104, чем это возможно при подавляющем большинстве технологий, применяемых в настоящее время в данной области техники. За счет подсоединения к некоторому количеству скважин 104 на заданном месторождении, система может отслеживать добычу из каждой скважины и собирать информацию о добыче для отчета владельцам, инвесторам, и т.д. Таким образом, система 100 управления от ЭВМ становится превосходным и уникальным инструментом в случаях «управляемой» аренды. Система 100 управления от ЭВМ также исключает для операторов насосного оборудования необходимость регулярного прихода на месторождение и проверки вручную работы скважин и/или технического обслуживания оборудова ния. Многие скважины будут иметь повышенный начальный дебит, т.е. возникнет фактор, который не был присущ известным системам.

Проблемой, возникающей во многих ситуациях выкачивания, является застой жидкости внутри скважины во время отключения электропитания или других периодов, когда насос не работает. Количество жидкости, которая застаивается во время этого отключения электропитания, приводит к образованию значительно большей длины столба в трубе 12 выпуска текучей среды при следующем выкачивании. В свою очередь, это требует большего давления вытеснителя, чем обычно используемое в насосной системе. Для исключения этой проблемы, примерно через каждые 71 м (двести (200) футов) вдоль линии 932 вытеснителя и линии 940 возврата жидкости и между ними устанавливают шунтирующие клапаны 900, изображенные на фиг. 9-12. Клапан 900 состоит из прохода 926 для жидкости, который соединяет линию 932 вытеснителя с линией 940 возврата жидкости. Открытием и закрытием прохода 926 управляет пластина 904 клапана, которая приводится в действие пневмоцилиндром 924. Пластина 904 клапана соединена с пневмоцилиндром 924 посредством тяги 928, гайки 929, серьги 916 и штифта 914 с головкой и отверстием под шплинт. Пластина 904 клапана вращается вокруг оси поворота 910, соединенной с корпусом 902 клапана. Ось поворота 910 предотвращает скольжение пластины 904 клапана внутри углубленной зоны 930. Для предотвращения утечки текучей среды в углубленную зону 930, между пластиной 904 клапана и корпусом 902 клапана размещено уплотнительное кольцо 908. Пластина 904 клапана изображена на фиг. 9 в открытом положении, а закрытое положение таково, что контактная зона 906 закрывает проход 926. Перемещение поршня внутри цилиндра 924 вынуждается результирующей силой тех сил, которые приложены как сверху, так и снизу этого поршня. Давление в стволе скважины передается на нижнюю поверхность этого поршня посредством впускного фильтра 920. Это давление может расти из-за газа внутри ствола скважины или из-за гидростатического давления жидкости, когда в нее погружен цилиндр 924, или из-за совокупности обоих этих источников. В то же время, к верхней поверхности поршня приложено программируемое давление. Если гидростатическое давление, возникающее в результате подъема текучей среды в стволе скважины над местоположением конкретного цилиндра 924, превышает программируемое давление на значительную величину и сопровождается преодолением суммарного трения клапанного механизма, то поршень движется вверх. Тяга 928, гайка 929, серьга 916 и штифт 914 с головкой и отверстием под шплинт - все они соединены с этим поршнем, и когда он движется вверх, пластина 904 клапана поворачивается вокруг оси поворота 910. В процессе эксплуатации, погружение цилиндра 924 в значительное количество жидкости в стволе скважины приводит к повороту пластины 904 клапана по часовой стрелке, при этом ее открытое отверстие совмещается с проходами 926 в корпусе 902 клапана. Перекрестное соединение в этом шунтирующем клапане 900, расположенное между линией 932 вытеснителя и линией 940 возврата жидкости, обеспечивает такое установление формируемого столба в течение режима выкачивания, что обычно имеющееся давление вытеснителя способно выбрасывать столб текучей среды из насосной системы. И наоборот, если уровень текучей среды в стволе скважины значительно снизился, так что программируемое давление, приложенное к верхней поверхности поршня цилиндра, может преодолеть сниженное давление в стволе скважины, ощущаемое на нижней поверхности этого поршня, плюс суммарное трение клапанного механизма, пластина 904 клапана вынуждена поворачиваться против часовой стрелки, перекрывая проходы 926 в корпусе 902 клапана.

Таким образом, если текучая среда в стволе скважины достигает уровня, на котором давление приводит в действие цилиндр 924 посредством фильтра 920, пластина 904 клапана перемещается в открытое положение. Текучая среда в стволе скважины в этот момент поднялась внутри линии 932 вытеснителя. Сразу же после открытия, текучая среда внутри линии 932 вытеснителя передается в линию 940 возврата через шунтирующий клапан 900. Расположение шунтирующих клапанов 900 вдоль линии 932 вытеснителя и линии 940 возврата, соответственно, уменьшает давление, необходимое для выкачивания текучей среды из ствола скважины за счет уменьшения объема передаваемой текучей среды. Сразу же после сброса давления (жидкость опускается ниже уровня цилиндра 924) пластина 904 клапана автоматически переводится из открытого в закрытое положение.

Для поддержания шунтирующего клапана 900 в рабочем состоянии, его необходимо защитить от окружающей текучей среды. Корпус 902 надежно уплотнен, а углубленная зона 930 сформована внутри корпуса 902. Углубленная зона 930 должна иметь достаточную ширину для обеспечения движения пластины 904 клапана, однако, в зависимости от технологических предпочтений, можно предусмотреть какоелибо открытое пространство вне пределов зоны движения.

Шунтирующие клапаны 900 соединены друг с другом посредством гибкого шланга (не показан), который прикреплен к резьбовому соединителю 922. Хотя шланг прикреплен к основному компрессору и воспринимает от него программируемое давление, полное давление от компрессора слишком велико для системы шунтирующих клапанов 900. Следовательно, требу ется регулятор для уменьшения давления до уровня, используемого системой шунтирующих клапанов 900. Когда внутри ствола скважины размещены многочисленные шунтирующие клапаны 900, программируемое давление прикладывается к первому клапану и, если гидростатическое давление в стволе скважины достаточно на этом уровне для открытия пластины 904 клапана, текучая среда выкачивается через первый клапан 900. Однако, если гидростатическое давление недостаточно, указывая, что выше цилиндра 924 не поднялось достаточно текучей среды, давление в шланге распространяется к следующему клапану 900, пластина 904 клапана открывается и текучая среда выкачивается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока уровень текучей среды не упадет до точки, в которой насос 10 сможет возобновить нормальное выкачивание. Шланг подсоединен снизу клапана посредством использования резьбового соединителя, клеящего вещества и/или иными способами, которые будут надежно поддерживать соединение в агрессивных окружающих средах.

В некоторых случаях происходит утечка газа в ствол скважины. В соответствии с нормативами Управления по охране окружающей среды (УООС), этот газ нельзя выпускать в атмосферу. В предложенной системе газ, который выпускается из ствола скважины, можно либо возвращать обратно в ствол скважины, либо утилизировать путем помещения его в отдельный контейнер или газопровод с помощью предложенного сепаратора текучей среды и газа.

Для разделения текучей среды и газа, сразу же после достижения поверхности текучей среды ее помещают в резервуар 1000 приемникасепаратора перед помещением в резервуары для хранения. Резервуар 1000 приемника-сепаратора состоит из верхушки 1002 резервуара, которая уплотнена для предотвращения вредного воздействия воды, грязи и т.д. на электронные приборы внутри корпуса 1004 электронных приборов. Крышка 1006 приемника-сепаратора отделяет корпус 1050 приемника-сепаратора от корпуса 1004 электронных приборов, а впускная крышка 1008 поддерживает вводимые трубы в надлежащих положениях.

Внутренность корпуса 1050 приемникасепаратора изображена на фиг. 14-21. Фиг. 16 изображает внутренность основания 1008 приемника-сепаратора, показывая входное размещение вводимых труб. Труба 1060 выпуска жидкости входит в резервуар 1050 и остается заподлицо с основанием 1008, как ясно видно на фиг. 17. Труба 1060 выпуска жидкости собирает текучую среду с пола основания 1008 и переносит текучую среду из корпуса 1050 приемникасепаратора в резервуар 42 для хранения жидкости. Газовая труба 1058 проходит рядом с крышкой 1006 приемника-сепаратора и сочле нена с дефлектором 1062 жидкости, подробнее изображенным на фиг. 19. Предохранительная линия 1056 проходит через корпус 1050 приемника-сепаратора примерно на том же уровне, что и газовая труба 1058 и сочленена с клапаном 1064 жидкости. Предохранительная линия 1056 также сообщена с предохранительным клапаном 1020, который позволяет сбрасывать возрастающее давление внутри корпуса 1050 приемника-сепаратора. Это мера защиты на случай, когда газ по какой-либо причине не может проходить по трубе 1058.

Линия 1054 подачи проходит вверх сквозь корпус 1050 приемника-сепаратора и соединена «встык» с трехпутевым клапаном управления 1090. Клапан 1090 может находиться либо сверху крышки 1006 сепаратора, либо, как вариант, около приемника-сепаратора 1000 или может быть прикреплен к нему. Пример трехпутевого клапана управления 1090 изображен на фиг. 22 в том положении, в каком он должен находиться в режимах восстановления и оперативного контроля, а на фиг. 23 - в том положении, в каком он должен находиться в режиме выкачивания. Клапан 1090 содержит корпус 1094, который содержит подвижный золотник 1096 клапана, движущийся вертикально внутри корпуса 1094. Внутренность золотника 1096 содержит два канала, канал восстановления 1104 и канал выкачивания 1102. В течение режимов восстановления и оперативного контроля клапан 1090 обеспечивает, через канал 1104, соединение между линией 1072 вытеснителя и линией 1052 выпуска, блокируя доступ между линией 1054 подачи и линией 1072 вытеснителя. Сразу же после возбуждения исполнительного механизма 1098, в течение режима выкачивания, газ-вытеснитель передается в линию 1054 подачи вытеснителя через канал 1102 в линию 1072 вытеснителя. Исполнительный механизм 1098 можно возбуждать электричеством и/или давлением воздуха. Наиболее удобный способ возбуждения будет очевиден для специалистов в данной области техники. В режиме выкачивания золотник 1096 внутри корпуса 1094 клапана перемещен вниз к пружине 1092. Это позволяет завершить посредством канала канал 1102 выкачивания соединение между линией 1072 вытеснителя и линией 1054 подачи. Сразу же после завершения режима выкачивания возбуждение с клапана 1090 снимается, и золотник 1098 выталкивается вверх пружиной 1092. Движение вверх блокирует линию 1054 подачи и соединяет, посредством использования канала восстановления 1104, линию 1072 вытеснителя с линией 1052 выпуска вытеснителя. Линия 1052 выпуска предпочтительно кончается в выпускном звукопоглощающем устройстве 1045 (фиг. 14), которое можно использовать, когда сжатый воздух используется в качестве газа-вытеснителя и восстановление газа не является проблемой. Трехпутевой клапан, изображенный на фиг. 22 и 23, является примером конфигурации, которая применима к предложенной системе. Его можно заменить другими клапанами, которые обеспечивают такое же разделение соединений и сопротивление воздействию окружающей среды.

Линия 1052 выпуска идет от трехпутевого клапана и проходит через корпус, выходя наружу в выпускном звукопоглощающем устройстве 1045. Следует отметить, что если нормативы окружающей среды и/или безопасности запрещают выпуск газа в воздух, звукопоглощающее устройство 1045 может быть заменено соединением, ведущим к емкости подходящей вместимости. Линия 1072 вытеснителя и линия 1070 возврата текучей среды изображены на фиг. 15. Линия 1072 вытеснителя идет от трехпутевого клапана 1090 через резервуар 1050 приемникасепаратора, соединяясь с насосом. Линия 1070 возврата текучей среды идет от насоса к окрестности верхушки резервуара 1050, где она соединяется со спиральным диффузором 1080 посредством использования тройникового соединителя 1082. Коленчатые патрубки 1086 прикреплены к концам поперечины 1084, предпочтительно - под углом, который оптимизирует разделение фаз газа и текучей среды. За счет использования спирального диффузора 1080, текучая среда отделяется от газа. Если коленчатый патрубок 1086 направлен прямо вниз, совокупность текучей среды и газа просто сливается на днище резервуара 1050 приемникасепаратора, что приводит к плохому разделению фаз. Если коленчатый патрубок 1086 направлен прямо вверх, любое разделение снова ухудшается. Хотя угол и не критичен, чем больше угловая скорость, тем лучше полное разделение между текучей средой и газом. При разделении текучей среды и газа более легкая газовая фаза направляется в газовую трубу 1058, а текучая среда собирается на основании 1008 приемникасепаратора и выпускается через трубу 1060 выпуска текучей среды. За счет применения подходящего разгружающего или сливного клапана, установленного на трубе 1058 выпуска газа, можно использовать остаточное давление газа, сохраняющееся в приемнике-сепараторе, для выпуска текущего содержимого в удаленный резервуар 42 для хранения. Необходимость соединения трубы 1060 выпуска текучей среды с насосом для перекачивания текучей среды зависит от высоты между резервуаром 1000 приемника-сепаратора и резервуаром 42 для хранения и будет очевидна для специалистов в данной области техники.

Фиг. 20 и 21 изображают верхний и нижний датчики 1110 и 1130 соответственно приемника-сепаратора. Как показано на чертежах, нижний датчик 1110 уровня текучей среды является поплавковым реле с внешним корпусом, защищающим реле, хотя можно использовать и другие датчики, которым может понадобиться или может не понадобиться защитный корпус.

Нижний датчик 1110 уровня текучей среды прикреплен к крышке 1006 приемникасепаратора посредством использования стационарной трубы 1112, по которой выводы 1114 электронных приборов проведены от датчика 1110 к устройству 120 управления (не показано). Верхний датчик 1130 уровня текучей среды представляет собой пример альтернативной конструкции для датчика, который также можно использовать в качестве нижнего датчика 110 уровня текучей среды. Верхний датчик 1130 уровня текучей сред прикреплен к крышке 1006 жесткой трубой 1132. Труба 1132 и датчик 1130 выполнены регулируемыми по высоте внутри приемника-сепаратора 1000, чтобы обеспечить регулируемость датчика 1130 на основании объема текучей среды. Труба 1132 закреплена в нужном положении посредством использования втулки 1134, которая при ослаблении позволяет поднимать или опускать датчик 1130. Внутри трубы 1132 проведены выводы от датчика 1130, которые уведомляют устройство управления 120 о присутствии текучей среды на верхнем допустимом уровне. Оба датчика 1110 и 1130 выдают в устройство управления информацию, которая позволяет изменять и поддерживать эффективный цикл выкачивания. Нижний датчик 1110 уровня текучей среды также служит в качестве датчика пробки, заменяющего датчик 28, для уведомления устройства управления 120 об обнаружении пробки и, следовательно, об окончании цикла выкачивания. Для предохранения устройства управления 120 от срабатывания по ложному сигналу или из-за флаттера датчика (датчиков) уровня текучей среды, используется программа обеспечения достоверности. Это позволяет получить более точный и соответствующий отклик устройства управления и предохраняет другие элементы системы от износа. Фиг. 21 также изображает соединение линии 1054 подачи, линии 1052 выпуска и линии 1072 вытеснителя с крышкой 1006 посредством использования втулок 1064, 1062 и 1074, соответственно.

Система выкачивания по потребности, в совокупности с приемником-сепаратором, также может быть внедрена на газовых скважинах. Сразу же после углубления стволов скважин ниже уровня грунтовых вод, в стволы газовых скважин часто попадает вода. Как только вода попадает в ствол скважины, давление, прикладываемое водой, мешает газу попадать в ствол скважины. В современной технологии выкачивания газа используется устройство управления от ЭВМ для табулирования количества выкачиваемого газа. Путем сочетания технологии выкачивания газа с предложенной системой можно обеспечить преимущества выкачивания по потребности и оперативного контроля в оборудовании газовой скважины. Предложенную систему также можно использовать для выкачивания, управления и оперативного контроля воды в других местах, например, свалках и местах сброса отходов, с удовлетворением федеральных требований. В ситуациях заводнения или даже стандартного мониторинга свалок, предложенная система будет реагировать на изменяющиеся потоки. В восстанавливаемых областях известное количество текучей среды в резервуаре, учитываемое изо дня в день, обеспечивает эффективное картирование активности заводнения, которое улучшает третичные методы добычи. В настоящее время резервуары физически калибруют с помощью системы рулетки и ватерпаса, при которой требуется один-два месяца на нахождение среднего значения.

Устройство управления от ЭВМ можно модифицировать для применения этого способа управления в проектах по удалению загрязненных текучих сред, опасных отходов и воды из скважин. В насос можно ввести измерительное устройство, которое определяет тип жидкостей путем измерения химических составов или выбросов газа, вводя в устройство управления данные для инициирования выкачивания загрязненных текучих сред или целевых текучих сред.

Хотя вышеуказанная система описана в связи с насосом, раскрытым в одновременно рассматриваемых заявках, можно также использовать другие насосы, например, такие как описанный в патенте США № 4842487, или которые можно модифицировать для достижения соответствия с ЭВМ.

Поскольку другие модификации и изменения, вносимые для удовлетворения конкретных эксплуатационных требований и условий окружающей среды, будут очевидны для специалистов в данной области техники, изобретение не следует считать сводящимся к примеру, выбранному в целях описания, а следует считать охватывающим все изменения и модификации, которые не выходят за истинный объем притязаний этого изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Насос для удаления текучей среды из стволов скважин при достижении жидкостью предварительно определенного уровня, содержащий удлиненный корпус насоса, имеющий внутреннюю сторону, наружную сторону, первый конец и второй конец, впускную камеру, расположенную рядом с вторым концом корпуса насоса и имеющую впускные отверстия для текучей среды для протекания текучей среды в впускную камеру, систему клапана, проходящую от второго конца корпуса насоса в впускную камеру и обеспечивающую протекание текучей среды по одному пути между корпусом насоса и впускной камерой для обеспечения протекания текучей среды из впускной камеры в корпус насоса в течение режима заполнения и предотвращения выхода текучей среды из каме ры насоса во время режима выкачивания, линию вытеснителя, имеющую выпускное отверстие, входящее в корпус вблизи от первого конца, и компрессор, соединенный со впускным отверстием линии вытеснителя для посылки вытеснителя в линию вытеснителя, линию возврата текучей среды, первый конец которой проходит в корпус насоса через первый конец корпуса, а второй конец проходит в зону хранения текучей среды, датчик текучей среды, обнаруживающий присутствие текучей среды внутри камеры насоса, при этом текучая среда попадает во впускную камеру, вытесняется посредством гидростатического давления в корпус насоса и поднимается до тех пор, пока датчик текучей среды не включает подачу вытеснителя, который вытесняет текучую среду по линии возврата текучей среды в зону хранения.
2. Насос по п. 1, в котором впускная камера прикреплена с возможностью демонтажа к наружной стороне второго конца удлиненной камеры.
3. Насос по п. 1, в котором внутренняя сторона второго конца корпуса является иобразной, причем клапан входит в корпус у основания и-образной формы.
4. Насос по п. 1, в котором система клапана проходит во второй конец корпуса насоса.
5. Насос по п.4, в котором внутренняя сторона второго конца корпуса имеет и-образную форму, которая искривляется от стенки внутренней стороны для прохождения системы клапана в корпус.
6. Насос по п. 1, в котором система клапана имеет отстоящие друг от друга параллельные стенки, имеющие, по меньшей мере, два расположенных на одной прямой седла клапана внутри стенок, причем каждое из расположенных на одной прямой седел клапана имеет открытое отверстие для обеспечения протекания текучей среды и запорный шар, обеспечивающий протекание текучей среды в корпус насоса и предотвращающий вытекание текучей среды из корпуса.
7. Насос по п.1, в котором датчик текучей среды является тройниковым датчиком, имеющим две капиллярные трубки, первый конец трубок прикреплен к тройниковому датчику, второй конец первой трубки соединен с источником давления, второй конец второй трубки соединен с отверстием измерительного преобразователя перепада давления.
8. Насос по п.7, в котором датчик текучей среды запрограммирован на распознавание присутствия и отсутствия текучей среды.
9. Насос по п.1, дополнительно содержащий датчик пробки, находящийся в непосредственной близости от линии возврата текучей среды, для обнаружения начала и конца предварительно определенного количества текучей среды.
10. Насос по п.1, дополнительно содержащий датчик пробки, находящийся в непосредственной близости от зоны хранения текучей среды, для обнаружения начала и конца предварительно определенного количества текучей среды.
11. Насос по п.1, дополнительно содержащий резервуар приемника-сепаратора, отделяющий текучую среду от газа, содержащегося в текучей среде.
12. Насос по п.1, дополнительно содержащий, по меньшей мере, одну систему оперативного контроля, имеющую программу для считывания, запоминания и оценки данных, полученных от датчика уровня и датчика пробки, и данных включения и отключения компрессора, при этом указанная система адаптирует вторичную программу для включения и отключения компрессора на основании данных датчиков в соответствии с предварительно установленными переменными.
13. Насос по п.12, дополнительно содержащий внешний корпус, находящийся над стволом скважины и содержащий систему оперативного контроля и средства считывания сигналов, полученных от датчиков и системы оперативного контроля.
14. Насос по п.13, дополнительно содержащий средство ввода, позволяющее пользователю изменять, по меньшей мере, одну из переменных в пределах программы.
15. Насос по п.12, дополнительно содержащий молниеотвод, содержащий заземляющий электрод рядом со стояком силовой проводки, первый заземляющий провод, прикрепленный на первом конце к электроду, а на втором конце - к указанному внешнему корпусу, второй заземляющий электрод, прикрепленный на первом конце к внешнему корпусу, а на втором конце к ЭВМ оперативного контроля и клетке Фарадея.
16. Насос по п. 1, в котором впускные отверстия для текучей среды расположены по периферии впускной камеры вблизи от корпуса.
17. Насос по п. 1, в котором впускные отверстия для текучей среды расположены по периферии впускной камеры напротив корпуса.
18. Насосная система для удаления текучей среды из стволов скважин при достижении текучей среды предварительно определенного уровня, содержащая насос, имеющий удлиненный корпус насоса, имеющий внутреннюю сторону, наружную сторону, первый конец и второй конец, впускную камеру, расположенную рядом с вторым концом корпуса насоса и имеющую впускные отверстия для текучей среды для обеспечения попадания текучей среды в впускную камеру, систему клапана, проходящую от второго конца корпуса насоса в впускную камеру и имеющую отстоящие друг от друга параллельные стенки, имеющие, по меньшей мере, два находящихся на одной прямой седла

3Ί клапана внутри стенок, при этом каждое из находящихся на одной прямой седел клапана имеет открытое отверстие для обеспечения протекания текучей среды и запорный шар, обеспечивающий гидравлическое сообщение по одному пути между корпусом насоса и впускной камерой для обеспечения протекания текучей среды из впускной камеры в корпус насоса в течение режима заполнения и предотвращения выхода текучей среды из камеры насоса во время режима выкачивания, линию вытеснителя, имеющую выпускное отверстие, входящее в корпус насоса вблизи от первого конца, и компрессор, соединенный с впускным отверстием линии вытеснителя для посылки вытеснителя в линию вытеснителя, линию возврата текучей среды, первый конец которой проходит в корпус насоса через первый конец корпуса, а второй конец проходит в зону хранения текучей среды, датчик текучей среды, распознающий присутствие и отсутствие текучей среды, датчик пробки, находящийся в непосредственной близости с линией возврата текучей среды для обнаружения начала и конца предварительно определенного количества текучей среды вдоль линии возврата текучей среды, резервуар приемника-сепаратора, отделяющий текучую среду от газа, содержащегося в текучей среде, по меньшей мере, одну систему оперативного контроля, имеющую программу для считывания, хранения и оценки данных, полученных от датчика уровня и датчика пробки, и данных включения и отключения компрессора, причем указанная система способна адаптировать резервную программу для включения и отключения компрессора на основании данных датчиков в соответствии с предварительно установленными переменными, внешний корпус, расположенный над стволом скважины и содержащий систему оперативного контроля и отображающие средства считывания сигналов, полученных из данных датчиков и системы оперативного контроля, и имеющий средство ввода, позволяющее пользователю изменять, по меньшей мере, одну из переменных в пределах программы, молниеотвод, содержащий заземляющий электрод рядом со стояком силовой проводки, первый заземляющий провод, прикрепленный на первом конце к электроду, а на втором конце - к внешнему корпусу, второй заземляющий электрод, прикрепленный на первом конце к внешнему корпусу, а на втором конце к системе оперативного контроля и клетке Фарадея, при этом текучая среда попадает в впускную камеру, вытесняется посредством гидростатического давления в корпус насоса и поднимается до тех пор, пока датчик текучей среды не включает подачу вытеснителя, который вытесняет текучую среду по линии возврата текучей среды в зону хранения.
19. Система шунтирующего клапана для использования в линиях, соединяемых с насосом внутри ствола скважины, размещенная на одной прямой с линией подачи вытеснителя, ведущей в насос, и линией возврата текучей среды, ведущей из насоса, причем клапан имеет корпус клапана, имеющий углубленную приемную зону, входной конец и выходной конец, канал линии вытеснителя, расположенный на одной прямой с линией подачи вытеснителя, канал линии возврата текучей среды, расположенный на одной прямой с линией возврата текучей среды, соединительный проход внутри углубленной приемной зоны, гидравлически соединяющий канал линии вытеснителя и канал линии возврата жидкости, цилиндр с приводом, проходящий в корпус рядом с углубленной приемной зоной и имеющий входной соединитель и выходной соединитель, шланг компрессора, имеющий первый конец и второй конец, причем указанный первый конец прикреплен к компрессору, а второй конец прикреплен к входному соединителю силового цилиндра, при этом компрессор поддерживает предварительно запрограммированный уровень давления, посредством шланга, пластину клапана, соединенную с ней с возможностью перемещения с корпусом клапана и прикрепленную к силовому цилиндру, причем перемещение пластины клапана обеспечивает или ограничивает протекание текучей среды по соединительному проходу, элемент включения цилиндра, включающий движение цилиндра в ответ на давление в стволе скважины, при этом, когда давление в стволе скважины, создаваемое текучей средой внутри ствола скважины, превышает предварительно запрограммированное давление от компрессора, элемент включения цилиндра включает цилиндр, заставляя пластину клапана перемещаться для обеспечения прохождения текучей среды, находящейся внутри линии вытеснителя, из линии вытеснителя в линию возврата текучей среды до тех пор, пока давление внутри ствола скважины не станет меньше, чем указанное предварительно запрограммированное давление, обеспечивая тем самым цилиндру возможность вывода отверстия пластины клапана из положения, соосного с проходом, для блокировки попадания текучей среды в проход.
20. Способ выкачивания по потребности текучей среды из стволов скважин при достижении текучей средой предварительно запрограммированного уровня с использованием системы оперативного контроля, насоса, содержащего, по меньшей мере, один датчик уровня, линии вытеснителя и линии возврата текучей среды и датчика пробки в непосредственной близости к линии возврата текучей среды, причем система оперативного контроля запрограммирована на считывание и оценку данных, полученных, по меньшей мере, от одного датчика уровня и датчика пробки, для включения и отключения насоса, включающий

а) размещение насоса внутри ствола скважины вблизи от точки ввода текучей среды;

б) считывание данных, полученных от, по меньшей мере, одного датчика уровня,

в) включение компрессора сразу же после достижения текучей средой в стволе скважины датчика уровня,

г) введение времени включения в базу данных,

д) введение в базу данных данных, полученных от датчика пробки, указывающих начало пробки,

е) введение данных, полученных от датчика пробки, указывающих окончание пробки, в базу данных,

ж) отключение компрессора,

з) введение интервала времени между отключением компрессора и считыванием показаний датчика уровня текучей среды;

и) сравнение времени включения компрессора и начала пробки со временем, в течение которого текучая среда выкачивается по линии возврата текучей среды;

к) повторение этапов а) - и),

л) осуществление оперативного контроля времени между каждым этапом и сравнение каждого времени с предыдущим временем и предварительно запрограммированными промежутками времени,

м) включение сигнала оповещения, если промежутки времени выходят за предварительно запрограммированные допуски.
21. Способ по п. 20, при котором текучую среду выкачивают из ствола скважины до того, как уровень текучей среды в стволе скважины уравновесит давление, прикладываемое поступающей текучей средой.
22. Способ по п.20, при котором система оперативного контроля с ЭВМ запрограммирована на работу в режиме оперативного контроля, режиме выкачивания и режиме восстановления, и в режиме оперативного контроля система ожидает инициатора в виде одного или нескольких входных сигналов переменных, получаемых от датчиков, для указания, что некоторый объем текучей среды присутствует в насосной системе, обеспечивая эффективное выкачивание на поверхность, и в течение режима оперативного контроля происходит определение прохождения установленного требуемого времени между включениями режима выкачивания и включение режима выкачивания после превышения некоторого периода времени.
23. Способ по п. 20, при котором периоды времени между выкачиваниями запоминают в базе данных системы оперативного контроля, а установление указанного требуемого времени адаптивно модифицируют на основании преды дущих циклов режима выкачивания, причем указанный период времени адаптивно модифицируют путем определения числа циклов выкачивания, которые проходят без указания текучей среды нижним датчиком уровня текучей среды, а система оперативного контроля адаптивно продлевает время между циклами выкачивания, когда время, в течение которого проходят циклы выкачивания без указания текучей среды нижним датчиком уровня текучей среды, превышает установленное время.
24. Резервуар приемника-сепаратора для разделения текучей среды и газа, имеющий корпус, имеющий первый конец и второй конец и имеющий уплотняемую верхнюю крышку, панель электронных приборов, корпус сепаратора, крышку сепаратора, отделяющую панель электронных приборов от указанного корпуса сепаратора, впускное основание, расположенное на втором конце и имеющее размеры, позволяющие поддерживать вводимые трубы в надлежащих положениях, выпускное отверстие для текучей среды, расположенное вблизи от впускного основания, газовую трубу, проходящую в корпус вблизи от крышки приемникасепаратора, предохранительную линию, проходящую в корпус вблизи от крышки приемникасепаратора, линию подачи, проходящую через корпус к трехпутевому клапану управления для обеспечения подачи вытеснителя по линии подачи в корпус или выпуска из корпуса, линию выпуска, проходящую от трехпутевого клапана управления наружу из резервуара, линию вытеснителя, проходящую от трехпутевого клапана управления к насосу вытеснителя, линию возврата текучей среды, проходящую в корпус вблизи от крышки приемника-сепаратора, спиральный диффузор, соединенный с линией возврата текучей среды и диспергирующий текучую среду по линии возврата под углом для отделения газа, содержащегося в текучей среде, от текучей среды, вследствие чего давление, создаваемое текучей средой, заставляет спиральный диффузор вращаться внутри указанного корпуса сепаратора, тем самым отделяя газ, содержащийся в текучей среде от текучей среды.
25. Резервуар приемника-сепаратора по п.24, в котором корпус сепаратора дополнительно содержит нижний датчик текучей среды, выдающий данные в систему оперативного контроля для указания конца цикла выкачивания.
26. Резервуар приемника-сепаратора по п.24, в котором корпус сепаратора дополнительно содержит верхний датчик текучей среды, выдающий данные в систему оперативного контроля для указания начала цикла выкачивания.