JPS62501223A - 油面感知装置と油井制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 曲面感知装置と油井制御方法 宜月丑血 本発明は油井のポンプ装置に関し、特に油井のポンプ作業を油井の検出４１１面 のみに応して自動的にポンプ作業を調整する方法と装置とに関する。

自噴する油井は殆どない。大部分の油井はポンプ作業を必要とする。ポンプ作業 によって生産する大部分の油井はサッカーロッド作動ポンプを有する。この油井 ではポンプを管路の下端に取付け、地面からポンプに延長するサッカーロッドの ストリングによって作動させる。サッカーロッドは地面では研磨ロッドに取付け る。研磨ロッドはパツキン箱内を通って延長し、サッカーロッドとポンプを作動 させる所要の往復運動を生ずる機械的ユニットに取付ける。通常は研磨ロッドの 上端は柱に枢支したウオーギングビームに取付ける。ビームの反対側端部に釣合 錘を直接又は間接に固着する。ビームが揺動すればサッカーロッドぼ上下する。

通常の作動では穿孔内の浦は全部を汲出す。ここでポツプを停止して浦が周囲の 油含有地層からｊＳみ出すのを待つ。穿孔内の油の堆櫃は背圧を生じ地層からの 流入を妨害する。油が蓄稽した後に穿孔内の油を適時に汲出さなければ生産性の 減少となる。これに対して２曲面がポンプ入口より低下した後にポンプを作動す るのは不適当である。これはポンプの物理的ｍ（１にと摩耗とを生ずる。

油井ポンプ作業の過去及び現在の技法は、電気的タイマーを手動で設定して、穿 孔内流体を汲出し不可能の点まで汲出すに必要な時間とした作業者の見積時間に よってポンプ作業を制御する。これを油井のポンプオフと称する。この方法の欠 点は。

過大ポンプによる穿孔内部品の過大摩耗、油井作業のための不必要な入貢、過少 ポンプによる生産量と収入の減少である。

自動液面監視装置として、既知の提案は音響装置を使用して油井内の油の深さを 感知する。この装置の欠点は油井内の泡に影響される。更に、ウェルヘッドでの 複雑な機械的装置を必要とする。例えば米国特許４３１１？２９８号参照。

本発明の目的は自動油井ポンプ装置を提供し、穿孔内流体の回収を良くシ、生産 量を増し１人力を減少し、穿孔内部品の摩耗を減少することにある。

光匪立Ｍ主 簡単に説明すれば９本発明によって油井の生産則ちポンプ作業の制御システムを 提供する。油井はケース付穿孔と、穿孔内の管路と、管路下端のポンプとを有す る。ポンプは管路内を上方に油を圧送する。サッカーロッドが管路内を下方に延 長して機械的にポンプを作動させる。穿孔の頂部則ちウェルヘッドにはサッカー ロッドを垂直に往復させる装置を存する。ここまでは周知である。本発明による システムは上述の構成に組合せてサッカーロッドを上下させるウオーキン゛グビ ーム等の往復装置を作動させる制御装置を有する。制御装置の出力は電気又は液 圧モータを直接又は間接に作動させる信号である。穿孔内に本発明による液面感 知装置を設け、油の汲出しを停止すべき液面を感知する。この位置は通常はポン プの直上である。液面感知装置は放射能源と離間した放射能検出装置とを有する 。好適な例で放射能源はガンマ線放射源９例えばセシウム１３７とする。

セシウム１３７からのガンマ線は特定のエネルギ（１、１７６Ｍｅｖ）を有し、 穿孔内の自然ガンマ線放射には得られない。放射能源から離間して放射能検出器 を設ける。この間隔は５−６５−６ｉｎ（１３０−１５０とし、中間に油がない 時に２００−３００パルス毎分を感知する。放射源と検出器との間に油が存在す れば感知パルスは著しく減少する。検出器は好適な例でセシウム＋３７の生ずる 放射を選択的に感知するソリッドステートガンマ線変換器とする。ガンマ線変換 器の出力にレートカウンターを取付け、レートが浦のない条件を示す時はカウン ターはオフ信号を音響変換器に供給して高岡波数音響信号を発生させて穿孔内を 上昇させる。レート検出器は好適な例で低エネルギ消費チップ技法に基づ（ＣＭ Ｏ３等のディジタル回路又はマイクロ計算機を有する。

検出装置、レートカウンター、音響変換器に対する電力供給は長寿命、再充電可 能の電池例えばニッケルカドミウム又はリチウム電池とする。回路の凡ての素子 の温度は感知ユニットの位置での孔底温度に上昇するため、長寿命電池の寿命も 過度に短くなる。このため、充電装置を設ける必要を生ずる。例えば感知装置付 近の交互の機械的条件によって作動する交流発電機とする。好適な例で、管路内 部に連通ずるピストン又はダイアフラムとし、サッカーロッドの各ストローク毎 に前後に動く。

ピストン又はダイアフラムに取付けた永久磁石を電池を充電すル整流回路に直列 の固定コイルに出入させる。ウェルヘッドに音響レシーバ−（ソリッドステート マイクロフォン）を置き。

孔底から伝達される音響信号を受信する。音響信号は電気的オフ信号に変換され て制御装置に伝達される。

好適な実施例によって、穿孔内に２個の液面感知装置を設ける。第２のユニット は第１のユニットの上方例えば５〜５ｏｏｏｆ　ｔ（１，５〜１５００ｍ）とし 、油が第２の感知装置の高さに達した時にオン信号を発生してポンプを作動させ る。第２の感知ユニットは第１の感知ユニ７）と同様な構造とし、音響変換器は 第１の感知ユニットの音響変換器とは検出可能の別の例えば周波数の異なる音響 信号を発生する。上述の本発明の装置によって、油面が下部感知ユニットに達し た時にポンプは正確に停止し、油面が上部感知ユニットに達した時にポンプは再 び作動する。ポンプオフを完了する時期、ポンプ作業を再開する時期に関する推 定は不必要である。この条件は時間と共に変化し、制御システムは自動的に調整 する。

本発明の特長と目的と利点を明らかにするための例示とした実施例並びに図面に ついて説明する。

困皿至皿里星投皿 第１図はサッカーロッド付ポンプ装置を有する油井に本発明による方法と装置を 実施する装置を取付けた図。

第２図は放射能センサを収容するダウンホール室の断面図。

第３図は装置の作動を示すフローチャートである。

日　る　の　ン　− 第１図はサッカーロッド付ポンプ装置を有する油井を示す。

地面１０から穿孔１１が下方に延長し生産地ｆｆ１１２に達する。通常は穿孔を 鋼のケーシング１３で覆い穿孔の一体性を保つ、地面から綱ケーシング内に鋼の 管状部材１４を懸吊する。管状部材のベースの生産地ｉ１２内にポンプバレル１ ５を取付ける。ポンプバレル内に内方逆止め弁ハウジング１６を支持する。外方 逆止め弁１７はポンプバレルのベース内に取付ける。内方逆止め弁ハウジングか ら上方にサッカーロッドストリング２ｏが延長する。上端のサッカーロッドは研 磨ロッド２１とする。研磨ロッド２１はパッキン箱２２内を往復する。地面より 上でケーシングを覆い、排気管２３を連結する。流路Ｔ継手２４を設けて管状部 材内を圧送された油の方向を変換して流路２５を経て排出する。

管状部材の下端の管状部材とケーシングとの間に放射能源２８を懸吊する。この 上方に離間して上部放射能源２９を取付ける。

下部放射能源２８の直上に下部放射能検出器３ｏを取付け、上部放射能源２９の 直上に上部放射能検出器３１を取付ける。各放射能検出器に組合せて音響送信器 （スピーカー）を設ける。各検出器は異なる特性（周波数等）の音響信号を送信 し、信号間の弁別を可能にする。排気ケーシング付近に音響検出器３５を設ける 。

この検出器は所要の電気回路を経て制御装置３６に連通し、制御装面ばポンプ駆 動用のモータ３７に接続する。例えばサッカーロッドを往復さセるウオーキング ビーム装置の駆動モータを制御する。

放射能源２Ｂ、２９は本発明によって、ガンマ線の放射源とし。

例えば半減期５．２６年のコバルト６０．又は好適な例で半減期３０年のセシウ ム１３７とする。コバル）６０の半減期でも多くの油井の作動用には充分であり 、放射能源は油井の寿命間は交換に必要かない、他の放射源９例えばベータ線、 アルファ線、χ線を使用できる。最も好適な放射能源はセシウム１３７の５マイ クロキユーリー源であり、独特な゛エネルギ１．１７６Ｍｅｖを有する。

放射能エミツターを支持する構造物は管状部材と穿孔との間のスペースの一部を 占める環状構造物の２個のクランプ状部分から成る。放射能エミッターは生産管 部材を囲む位置として。

上又は下の位置とした放射能検出器にほぼ直接に放射能を放射する。

好適な例で、１個の放射能エミッター３８を作動バレル（孔から流体を抜取る装 置）の下に取付け、他方の放射能エミッター２９を所定高さだけ上方に取付ける 。ガイガーカウンター、イオン室、又はシンチレーションカウンターとした放射 能検出器３０゜３１で放射を監視する。

放射能検出器は第２図に示す環状室３９内に収容する。室は２個のスペーサーリ ング４１．４２間に支持された外側円筒壁４ｏを有する。各スペーサーリングに 取付けた２個の０リング４３の一方はスペーサーを壁４０に対して封鎖し、他方 はスペーサーを管状部材の外面に対して封鎖する。

放射能検出器４５の容器は放射能源に面した１個のスペーサー内を延長する。音 響送信器４６は同じ又は他のスペーサー内を延長し１穿孔の上方を向く。最も好 適な検出器はソリッドステートガンマ線変換器でありセシウム１３７の放射する 放射線に対して選択的に変換する。変換器は入射した放射線を毎秒約２００〜３ ００電気パルスに変換する。

１個以上の音響送信器４５の音響信号出力は穿孔上端の音響検出器３５によって 監視される。音響検出器３５は信号を制御装置３６に伝達し、制御装置は例えば マイクロ計算機として駆動モータ３７を制御してポンプ装置の作動を電気的に制 御する。

第３図は本発明による情報の流れと一部の部品を示す、放射能源２８は上述の通 りである。放射能ピンクアップ４５も上述し。

出力をディジタルレートカウンター及び比較器回路５０に供給する。レート限界 値を横切れば信号はレートカウンター及び比較器から音響送信器４６に供給され る。

３個の機器（ピンクアップ４５．レートカウンター５０．音響送信器４６）は電 子機器であり電力を必要とするため穿孔内電源５１を設ける。３個の機器と電源 は室３９内に収容する。レートカウンター及び比較器５０は例えばディジタル回 路を有し、好適な例でマイクロ計算機にガンマ線変換器からの電気パルスを計数 して予め選択したカウントに達した時に音響送信器４６を作動させ更に電池電圧 の低いことを示す別の音響信号を発生ずる。

長寿命の例えばニッケルカドミウム又はリチ゛ウムの再充電可能の電池を使用し て穿孔内型子機器に電力を供給する。好適な例で、充填回路も設ける。この回路 は第２図に示す通りばね圧を受けたダイアフラム５１を有し、−例は管部材の開 口５２を経て管部材内部に連通ずる。静止コイル５４内の永久磁石５３がダイア フラム５１に共働する。コイル巻線の端部は図示しない整流回路に接続して電池 を充電する直流電流を発生する。

ウェルヘッドでの音響ピックアップ３５はソリッドステートマイクロホンを有し 、電気出力信号を制御装置３６に供給する。

好適な例で、制御装置に計算機例えばマイクロ計算機を存し予備電池電源及びソ リッドステート電子回路を有し電源にインターフェースとしてポンプモータを作 動させる。計算機制御装置を所要のプログラムとし、ポンプの始動停止の他にポ ンプサイクルを記録し、平均サイクル時間を積算、計算し、夫々前の例えばｌＯ サイクルのデータと時間を記録し、電源故障の時に自動的に再始動させ、平均サ イクル時間が所定の割合を超えた時は自動的に停止させ、他の多くの特性を有す る。

ガンマ線はある原子核の核内転位の結果として原子核から放射される電磁放射で ある。原子ガンマ線のニオ、ルギは実際的に０から１０Ｍｅνの範囲である。

光子のエネルギは物質との相互作用によって部分的に又は完全に吸収される。こ の場合は光子の周波数は減少する。運動の方向は変化する。光子は緩徐でなく不 連続な事項として吸収される。１回の相互作用がガンマ線の平行ビームから光子 を除去するに充分である。ビームの強度Ｉは次式によって対数的に減ここに、Ｘ は経路長、１０は初期強度、μは直線減衰計数で材料とガンマ線エネルギの特性 である。

ガンマ線カウンターはガンマ放射を検出し、ある時間内の積算強度又は各光子の 個別の情報を供給する。一般的の目的にはガイガー管を使用するが１００Ｍｅν 以上では効率が悪い、最も一般的に使用されるガンマ線カウンターはＮａ１（Ｔ Ｉ）又は沃化ナトリウム結晶シンチレーションカウンターの沃化ナトリウム結晶 にタリウムを感光剤として加えたものである。光子と結晶との相互作用が光のパ ルスを発生し光電子増倍管によって検出することができる。

図面の簡単な説明 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．油井の生産を制御するシステムであって、油井にケース付穿孔と、ケース付 穿孔内の管路（１４）と，油を管路内に圧送するための管路の下端のポンプ（１ ５）と，管路内に延長しポンプを機械的に作動するサッカーロッド（２０）と， サッカーロッドを往復させる装置（３７）と、往復させる装置を作動させる制御 装置（３６）とを設けたものにおいて， 管路の外面の下端付近に固着せられ油が充満し得る距離だけ離間した放射能源（ ２８）と放射能検出器（４５）と，放射能検出器に組合せて検出器の出力を計数 し出力の周波数か該距離内に油のないことを示す時にオフ信号を発生する装置（ ５０）とを有する第１の感知装置（３０）と， オフ信号を穿孔内を上昇する音響信号に変換する装置（４６）と，感知装置（４ ５）と変換装置（４６）とを付勢する電力供給源（５１）と，穿孔の頂部におい てオフ信号の音響代表値を検出して電気信号として制御装置（３６）に伝達し制 御装置が往復させる装置を停止させる受信装置（３５）とを備えることを特徴と する油井生産制御システム。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の制御システムにおいて，第２の感知装置（３１） を管路外面の第１の感知装置より上方に離間して設け，第２の感知装置に放射能 検出器から離間した放射能源（２９）を設けて検出器の出力を計数し、出力の周 波数がスペース内に油の存在を示す時にオン信号を発生させ，放射能検出器に組 合せてオン信号を変換して穿孔を上昇する第２の音響信号とする装置を設け，第 ２の音響信号はオフ信号に関する音響信号とは異なる信号とし，穿孔頂部の前記 受信装置（３５）は両音響信号を受信して両者間を識別し，電気的オン信号とオ フ信号を制御装置に供給して前記往復させる装置始動停止させる。
3. ３．請求の範囲第１項又は第２項に記載の制御システムにおいて、放射能源（２ ８，２９）にはセシウム１３７を有する。
4. ４．請求の範囲第１項又は第２項に記載の制御システムにおいて、前記第１第２ の感知装置に放射能の周波数を解析して検出器の高さでの油の有無を示す信号を 発生するディジタル回路を設ける。
5. ５．請求の範囲第１項又は第２項に記載の制御システムにおいて，前記第１第２ の感知装置の発生する音響信号は異なる周波数とする。
6. ６．請求の範囲第１項又は第２項に記載の制御システムにおいて、前記電力供給 源（５１）は再充電可能とし，電力供給源を充電する装置を設け，該充電装置に 各ポンプサイクルでの生産管路内の圧力変化に応答して往復するばね力を受けた 素子と，素子に取付けて磁界の相対運動を生じさせる装置と，充電電流を内部に 誘起させるピックアップコイル（５４）とを設ける。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の制御システムにおいて、小型永久磁石をダイアフ ラムに結合してコイル回路内にダイオードを有するピックアップコイルに出入さ せて出力を整流してＤＣ電力貯蔵装置に搬送する。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の制御システムにおいて、前記電力貯蔵素子が再充 電可能の電池を有する。
9. ９．請求の範囲第７項に記載の制卸システムにおいて，前記電力貯蔵素子が蓄電 器を有する。
10. １０．請求の範囲第４項に記載の制御システムにおいて、前記ディジタル回路が プログラムＲＯＭメモリー付のチップ上のマイクロ計算機を有する。
11. １１．油井の生産を制御する方法であって、油井にケース付穿孔と，ケース付穿 孔内の管路（１４）と，油を管路内に圧送するための管路の下端のポンプ（１５ ）と，管路内に延長しポンプを機械的に作動するサッカーロッド（２０）と，サ ッカーロッドを往復させる装置（３７）と，往復させる装置を作動させる制御装 置（３６）とを設けたものにおいて， 管路下端付近の第１の放射能源から発生する放射能を感知して放射能の周波数が 放射能源の高さで油のないことを示す時にオフ信号を発注し， オフ信号を穿孔内を上昇する音響信号に変換し，ウエルヘッドでオフ信号の音響 代表値を検出してオフ信号に応答してサッカーロッドの往復を停止させることを 特徴とする油井生産制御方法。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の制御方法において，更に，前記第１の放射能 源から上方に離間した第２の放射能源からの放射能を感知して放射能の周波数が 第２の放射能源の高さの油の存在を示す時にオン信号を発生させ，オン信号を音 響信号に変換して穿孔内を上昇させ，第２の音響信号はオフ信号に関する音響信 号とは別とし，両音響信号をウエルヘッドにおいて検出し区別してオン信号オフ 信号に応答してサッカーロッドの往復を始動停止させる。