專利名稱：設(shè)定井的操作參數(shù)的值的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)定諸如烴生產(chǎn)或注入井的井的操作參數(shù)的值。
背景技術(shù)：
離岸油井或氣井的安全且有效的操作依靠?jī)?chǔ)蓄器(reservoir)特性的知識(shí)和控 制來(lái)自井的流體流的能力。來(lái)自儲(chǔ)蓄器的流體流借助于定位在井內(nèi)(通常位于各個(gè)儲(chǔ)蓄器 區(qū)域的深度處)的液壓操作閥(或節(jié)流閥(choke))控制，以便流體可根據(jù)需要從每個(gè)區(qū)域 抽吸到主井鉆孔中。井頭處的節(jié)流閥控制來(lái)自井本身的流體流。來(lái)自井的流體流的速率取 決于各種參數(shù)，諸如上游及下游的井流體壓力和操作條件。當(dāng)在任何一個(gè)時(shí)侯確定最佳流 動(dòng)要求時(shí)，必須考慮這些參數(shù)，并且還必須確保不超過(guò)海底控制系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參 數(shù)。出于這些原因，顯著的操作者時(shí)間量被花費(fèi)，從而將節(jié)流閥人工地定位成優(yōu)化生產(chǎn)，同 時(shí)不超過(guò)流體流過(guò)其中的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極限和操作極限。
控制和確定節(jié)流閥位置的本方法使用復(fù)雜優(yōu)化算法來(lái)為操作者設(shè)定節(jié)流閥或推 薦節(jié)流閥位置。最大和最小極限添加為對(duì)優(yōu)化解決方案的約束。這些算法在數(shù)字上是復(fù)雜 的，難以調(diào)節(jié)并且對(duì)系統(tǒng)操作的改變而言通常是不健壯(robust)的。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明從一個(gè)方面，提供一種設(shè)定井的操作參數(shù)的值的方法，該方法包括提供與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度(measure)；設(shè)定用于所述量度的最大極限；設(shè)定用于所述量度的最小極限；設(shè)定用于所述參數(shù)的要求值；和如果要求值使得它將導(dǎo)致所述量度超過(guò)所述最大極限或低于所述最小極限，則自動(dòng)地 忽略(override)要求值以產(chǎn)生用于所述參數(shù)的實(shí)際值，其導(dǎo)致所述量度不超過(guò)所述最大 極限并且不低于所述最小極限。
所述忽略可包括比較所述量度和所述最大極限，并且由所述量度和所述最大極限之間的最大極限誤差 產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第一值，該方法使得所述第一值隨著所述要求值增大而增大，以便如 果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最大極限處，則第一值將導(dǎo)致所述量度位于所述最 大極限處；選定所述要求值和所述第一值中的較低者；比較所述量度和所述最小極限，并且由所述量度和所述最小極限之間的最小極限誤差 產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第二值，該方法使得所述第二值隨著所述要求值減小而減小，以便如 果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最小極限處，則第二值將導(dǎo)致所述量度位于所述最 小極限處；和將所述參數(shù)的實(shí)際值設(shè)定為所述第一值和所述第二值中的較高者。
在以上情況下，優(yōu)選地所述第一值通過(guò)將所述最大極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí) 際要求值的比例最大極限誤差而產(chǎn)生；和所述第二值通過(guò)將所述最小極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí) 際要求值的比例最小極限誤差而產(chǎn)生。
所述操作參數(shù)典型地為例如節(jié)流閥的可促動(dòng)部件的參數(shù)。與參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的 所述量度可為部件處的流體壓力，所述參數(shù)為部件的位置。
典型地，井為烴產(chǎn)生或注入井。
本發(fā)明還包括一種適合于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序。
根據(jù)本發(fā)明從另一個(gè)方面，提供一種井的控制系統(tǒng)，其用于設(shè)定井的操作參數(shù)的 值，該系統(tǒng)包括用于提供與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度的裝置；用于設(shè)定用于所述量度的最大極限的裝置；用于設(shè)定用于所述量度的最小極限的裝置；用于設(shè)定用于所述參數(shù)的要求值的裝置；和裝置，如果要求值使得它將導(dǎo)致所述量度超過(guò)所述最大極限或低于所述最小極限，則 該裝置自動(dòng)地忽略要求值以產(chǎn)生用于所述參數(shù)的實(shí)際值，其導(dǎo)致所述量度不超過(guò)所述最大 極限并且不低于所述最小極限。
本發(fā)明的下列實(shí)施例使用算法，其自動(dòng)地限制海底生產(chǎn)或注入節(jié)流閥的人工或自 動(dòng)節(jié)流閥要求。極限施加成使得最終節(jié)流閥要求不導(dǎo)致分別超過(guò)最大井或裝備極限或下降 成低于最小井或裝備極限。
在實(shí)施例中，提供確定節(jié)流閥的最佳位置的技術(shù)上簡(jiǎn)單且健壯的方法，以使操作 者能夠控制來(lái)自井的烴流體流并且因此橫跨一定范圍的流動(dòng)條件優(yōu)化生產(chǎn)速率，同時(shí)仍確 保不超過(guò)設(shè)計(jì)和操作參數(shù)。這通過(guò)使用閉合環(huán)路算法而實(shí)現(xiàn)，該閉合環(huán)路算法提供面對(duì)改 變流動(dòng)條件而保持極限的能力。該算法可由諸如可編程邏輯裝置的合適硬件或由在處理器 中操作的軟件實(shí)施。其他極限的實(shí)例可利用本發(fā)明應(yīng)用，服從處于適當(dāng)位置的儀器，該其他 極限的實(shí)例為井下降極限；下游裝備最大和最小壓力極限；和 下游裝備最大和最小流動(dòng)速率。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的方塊圖；和 圖2示出了圖1的方塊中的一個(gè)的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施方式
在圖1中示出本發(fā)明的實(shí)施例，其包括烴生產(chǎn)或注入井的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用 算法以自動(dòng)地限制海底生產(chǎn)或注入節(jié)流閥的人工和/或自動(dòng)節(jié)流閥要求，以確保不超過(guò)最 大流體壓力，并且不下降成低于最小流體壓力。在實(shí)施例中，操作參數(shù)是節(jié)流閥的位置，并且與參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度是節(jié)流閥流體壓力。
參考圖1，節(jié)流閥處的實(shí)際流體壓力的反饋由節(jié)流閥流體壓力傳感器I提供。該 反饋與最大壓力極限2和最小壓力極限3比較，并且在每種情況下，計(jì)算誤差(壓力差)， 以分別提供最大環(huán)路誤差4和最小環(huán)路誤差5。在每種情況下借助于比例加積分(P&I)函 數(shù)8，這些誤差轉(zhuǎn)換成最大環(huán)路節(jié)流閥(位置)要求6(即，用于節(jié)流閥的位置的第一值， 其隨著節(jié)流閥位置要求降低而減小)和最小環(huán)路節(jié)流閥(位置)要求7(即，用于節(jié)流閥 的位置的第二值，其隨著節(jié)流閥位置要求提高而增大)。每個(gè)函數(shù)8充當(dāng)所謂的“抗飽和 (ant1-wind-up)函數(shù)”，函數(shù)8考慮實(shí)際節(jié)流閥(位置)要求9，以便實(shí)現(xiàn)該要求。
當(dāng)由傳感器I檢測(cè)的節(jié)流閥流體壓力等于最大壓力極限2時(shí)，最大環(huán)路誤差4為 0，并且當(dāng)由傳感器I檢測(cè)的節(jié)流閥流體壓力等于最小壓力極限3時(shí)，最小環(huán)路誤差5為O。 在每種情況下，要求(6或7)將等于滯后形式的要求9。
可自動(dòng)地設(shè)定或由操作者人工地設(shè)定的節(jié)流閥位置要求(CPD) 10最初與最大環(huán) 路節(jié)流閥要求6比較，并且基于最低贏邏輯11，如果節(jié)流閥位置要求(CPD) 10將使節(jié)流閥移 動(dòng)到如下位置，即該位置導(dǎo)致由傳感器I檢測(cè)的節(jié)流閥流體壓力低于最大壓力極限2，則它 將僅被允許不變地經(jīng)過(guò)。否則，通過(guò)最大要求6。
接著，邏輯11的輸出在最高贏邏輯12中與最小節(jié)流閥環(huán)路要求7比較，并且如果 邏輯11的輸出使節(jié)流閥移動(dòng)到如下位置，即該位置導(dǎo)致由傳感器I檢測(cè)的節(jié)流閥流體壓力 高于最小壓力極限3，則它將被允許經(jīng)過(guò)。否則，通過(guò)最小要求7。
由每個(gè)比例加積分(抗飽和)函數(shù)8施加的傳遞函數(shù)在圖2中圖解地示出為與最 大環(huán)路誤差4有關(guān)，對(duì)于最小環(huán)路誤差5，相似的情況出現(xiàn)，該傳遞函數(shù)將環(huán)路誤差信號(hào)(壓 力)轉(zhuǎn)換為節(jié)流閥位置要求信號(hào)。函數(shù)8由比例控制器13加上積分控制器14提供。方塊 起到傳統(tǒng)比例加積分(P+I)控制器的作用，基于壓力傳感器反饋，確保最大和最小壓力極 限之間的零穩(wěn)定狀態(tài)誤差并且提供相位超前(phase advance) 0更具體地，環(huán)路誤差乘以 恒定因數(shù)(K)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí)際要求9的比例(最大或最小)環(huán)路誤差。 如果在每種情況下環(huán)路誤差4或5是大的，則相應(yīng)方塊8表現(xiàn)為類似于基于K的簡(jiǎn)單增益 (gain)，系統(tǒng)處于“被動(dòng)”模式中，并且方塊8的積分控制器14不起作用。然而，每個(gè)方塊8 的設(shè)計(jì)使得如果相應(yīng)環(huán)路誤差4或5減小到具體預(yù)定水平，則因?yàn)闄z測(cè)的壓力接近最大或 最小極限，所以控制器14變得起作用，系統(tǒng)處于“主動(dòng)”模式，以防止壓力超過(guò)最大極限或 降低成低于最小極限。
因此，假如節(jié)流閥位置要求導(dǎo)致在最大極限和最小極限內(nèi)的反饋壓力，則系統(tǒng)將 允許要求不變地通過(guò)。僅在節(jié)流閥的位置使得將要超過(guò)最大極限或?qū)⒁陀谧钚O限時(shí)， 系統(tǒng)將忽略節(jié)流閥要求。極限施加成使得最終節(jié)流閥要求不超過(guò)井或裝備極限。
下面是可如何使用以上實(shí)施例的描述。
考慮下列情況。管理來(lái)自油井的生產(chǎn)的工程師通過(guò)人工地設(shè)定生產(chǎn)節(jié)流閥的位置 而控制井的流輸出和壓力輸出。這樣做時(shí)，他試圖確保不超過(guò)與井和它的相關(guān)裝備相關(guān)的 各種物理極限。假定例如節(jié)流閥下游的壓力必須保持低于150巴。在具體生產(chǎn)運(yùn)行期間， 工程師設(shè)定導(dǎo)致100巴的下游壓力的具體節(jié)流閥位置。當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行繼續(xù)時(shí)，他可能逐漸地 打開(kāi)(增大提升)節(jié)流閥以導(dǎo)致下游壓力超過(guò)150巴并且可能損壞下游管道。
現(xiàn)在考慮以上系統(tǒng)位于適當(dāng)位置的情況。在該情況下，節(jié)流閥的提升通常由生產(chǎn)工程師設(shè)定。當(dāng)他逐漸地人工地增大提升時(shí)，井的下游壓力將增大。當(dāng)下游壓力接近極限 (150巴)時(shí)，系統(tǒng)將變得起作用并且忽略工程師的人工節(jié)流閥命令。接著，系統(tǒng)算法將推 導(dǎo)出節(jié)流閥提升以使下游壓力保持在150巴處而不管增大提升的人工命令。同樣地，系統(tǒng) 防止下游壓力隨著要求降低而降低成低于最小極限，但是如果必要的話，使其保持處于最 小極限處。算法使用積分閉合環(huán)路控制以推導(dǎo)出節(jié)流閥提升，該節(jié)流閥提升對(duì)阻止壓力超 過(guò)150巴極限或降低成低于最小極限而言是必要的。該積分閉合環(huán)路控制算法以兩種模式 (主動(dòng)和被動(dòng))操作。在主動(dòng)模式下，積分控制器是運(yùn)轉(zhuǎn)的，并且在被動(dòng)模式下，工程師人工 地設(shè)定命令?？癸柡瓦壿嫶_保從被動(dòng)模式到主動(dòng)模式的過(guò)渡是平滑且無(wú)擾動(dòng)的并且在適當(dāng) 時(shí)候(即，在下游壓力達(dá)到最大或最小極限之前的預(yù)定點(diǎn)處)發(fā)生。
使用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明使技術(shù)上簡(jiǎn)單的實(shí)施和調(diào)節(jié)成為可能，該實(shí)施和調(diào)節(jié)橫跨一組流動(dòng)條件是健壯的；在知道算法將保護(hù)以免于節(jié)流閥的定位過(guò)高/過(guò)低的情況下，允許操作者設(shè)定節(jié) 流閥位置；可分離地用作限制器以忽略人工設(shè)定點(diǎn)，或者與其他的閉合環(huán)路控制算法串聯(lián)地放置；和可適合于實(shí)施一組極限，并且不限制于簡(jiǎn)單的最大和/或最小極限，而是如果需 要，可組合壓力極限、流動(dòng)極限、溫度極限。
在商業(yè)上，它為操作者添加重要安全特征和機(jī)會(huì)以優(yōu)化生產(chǎn)速率。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)定井的操作參數(shù)的值的方法，所述方法包括提供與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度；設(shè)定用于所述量度的最大極限；設(shè)定用于所述量度的最小極限；設(shè)定用于所述參數(shù)的要求值；和如果所述要求值使得它將導(dǎo)致所述量度超過(guò)所述最大極限或低于所述最小極限，則自動(dòng)地忽略所述要求值以產(chǎn)生用于所述參數(shù)的實(shí)際值，其導(dǎo)致所述量度不超過(guò)所述最大極限并且不低于所述最小極限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述忽略包括比較所述量度和所述最大極限，并且由所述量度和所述最大極限之間的最大極限誤差產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第一值，所述方法使得所述第一值隨著所述要求值增大而增大，以便如果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最大極限處，則所述第一值將導(dǎo)致所述量度位于所述最大極限處；選定所述要求值和所述第一值中的較低者；比較所述量度和所述最小極限，并且由所述量度和所述最小極限之間的最小極限誤差產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第二值，所述方法使得所述第二值隨著所述要求值減小而減小，以便如果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最小極限處，則所述第二值將導(dǎo)致所述量度位于所述最小極限處；和將所述參數(shù)的實(shí)際值設(shè)定為所述第一值和所述第二值中的較高者。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第一值通過(guò)將所述最大極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí)際要求值的比例最大極限誤差而產(chǎn)生；和所述第二值通過(guò)將所述最小極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí)際要求值的比例最小極限誤差而產(chǎn)生。
4.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述操作參數(shù)為可促動(dòng)部件的參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述部件包括節(jié)流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的所述量度為所述部件處的流體壓力，所述參數(shù)為所述部件的位置。
7.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述井為烴生產(chǎn)或注入井。
8.一種計(jì)算機(jī)程序，其適合于執(zhí)行根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法。
9.一種井的控制系統(tǒng)，用于設(shè)定所述井的操作參數(shù)的值，所述系統(tǒng)包括用于提供與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度的裝置；用于設(shè)定用于所述量度的最大極限的裝置；用于設(shè)定用于所述量度的最小極限的裝置；用于設(shè)定用于所述參數(shù)的要求值的裝置；和裝置，如果所述要求值使得它將導(dǎo)致所述量度超過(guò)所述最大極限或低于所述最小極限，則所述裝置自動(dòng)地忽略所述要求值以產(chǎn)生用于所述參數(shù)的實(shí)際值，其導(dǎo)致所述量度不超過(guò)所述最大極限并且不低于所述最小極限。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述忽略裝置包括裝置，其用于比較所述量度和所述最大極限，并且由所述量度和所述最大極限之間的最大極限誤差產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第一值，所述比較裝置使得所述第一值隨著所述要求值增大而增大，以便如果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最大極限處，則所述第一值將導(dǎo)致所述量度位于所述最大極限處；用于選定所述要求值和所述第一值中的較低者的裝置；裝置，其用于比較所述量度和所述最小極限，并且由所述量度和所述最小極限之間的最小極限誤差產(chǎn)生用于所述參數(shù)的第二值，所述比較裝置使得所述第二值隨著所述要求值減小而減小，以便如果所述要求值將導(dǎo)致所述量度位于所述最小極限處，則所述第二值將導(dǎo)致所述量度位于所述最小極限處；和用于將所述參數(shù)的實(shí)際值設(shè)定為所述第一值和所述第二值中的較高者的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述比較裝置適合于通過(guò)將所述最大極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí)際要求值的比例最大極限誤差而產(chǎn)生所述第一值；和所述比較裝置適合于通過(guò)將所述最小極限誤差乘以恒定因數(shù)以導(dǎo)致添加于動(dòng)態(tài)滯后形式的實(shí)際要求值的比例最小極限誤差而產(chǎn)生所述第二值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操作參數(shù)為可促動(dòng)部件的參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件包括節(jié)流閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其特征在于，與所述參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的所述量度為所述部件處的流體壓力，所述參數(shù)為所述部件的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井為烴生產(chǎn)或注入
全文摘要
設(shè)定井的操作參數(shù)的值的方法包括提供與參數(shù)的實(shí)際值有關(guān)的量度；設(shè)定用于所述量度的最大極限；設(shè)定用于所述量度的最小極限；設(shè)定用于所述參數(shù)的要求值(CPD)；和如果要求值使得它將導(dǎo)致所述量度超過(guò)所述最大極限或低于所述最小極限，則自動(dòng)地忽略要求值以產(chǎn)生用于所述參數(shù)的實(shí)際值(9)，其導(dǎo)致所述量度不超過(guò)所述最大極限并且不低于所述最小極限。
文檔編號(hào)E21B43/12GK102996105SQ201210339348
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者J.M.溫加特 申請(qǐng)人:韋特柯格雷控制系統(tǒng)有限公司