用于檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于檢測(cè)活塞到達(dá)井底部的時(shí)間的系統(tǒng)，包括構(gòu)造成測(cè)量井壓和提供測(cè)量的壓力輸出的壓力傳感器。導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路計(jì)算測(cè)量的壓力輸出的導(dǎo)數(shù)。檢測(cè)電路基于計(jì)算的導(dǎo)數(shù)檢測(cè)活塞到達(dá)井底部的時(shí)間。
【專利說(shuō)明】用于檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及用于從天然氣井或者類似物移除流體的活塞類型。更特別地，本 實(shí)用新型涉及當(dāng)活塞沿著天然氣井的長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)活塞的位置。

【背景技術(shù)】
[0002] 深井用于從土地里面抽取氣體和流體。例如，這種井被用于從地下的氣穴抽取天 然氣。該井包括長(zhǎng)管，所述長(zhǎng)管被放置在已經(jīng)鉆入土地的孔中。當(dāng)該井到達(dá)天然氣穴時(shí)，氣 體可以被抽取到表面。
[0003] 當(dāng)天然氣井變老時(shí)，諸如水的流體趨于聚集在井的底部處。該水緩行，并且最后防 止天然氣流動(dòng)到表面。已經(jīng)用于延長(zhǎng)井的壽命的一個(gè)技術(shù)是基于活塞的抬升系統(tǒng)，所述抬 升系統(tǒng)用于從井底部移除流體。井里面的活塞位置通過(guò)打開和關(guān)閉在井頂部處的閥控制。 在閥關(guān)閉時(shí)，排出井外的氣體流動(dòng)停止，并且活塞通過(guò)水落下到井的底部。當(dāng)活塞到達(dá)井的 底部時(shí)，閥可以打開，借此來(lái)自井中的壓力推動(dòng)活塞到表面。當(dāng)活塞上升時(shí)，該活塞抬升其 上面的任何流體達(dá)到表面，因而從井中移除大部分流體。
[0004] 為有效地操作活塞，理想的是識(shí)別活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間。各種技術(shù)已經(jīng)用于 確定活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間，例如，2011年6月21日發(fā)行的授權(quán)給Giacomino的名稱為 "Method and Apparatus for Utilizing Pressure Signature in Conjunction with Fall Times as Indicator in Oil and Gas Wells"的美國(guó)專利No. 7, 963, 326 中描述一種技術(shù)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] -種用于檢測(cè)活塞到達(dá)井底部的時(shí)間的系統(tǒng)，包括構(gòu)造成用于測(cè)量井壓和提供測(cè) 量的壓力輸出的壓力傳感器。導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路計(jì)算測(cè)量的壓力輸出的導(dǎo)數(shù)。檢測(cè)電路基于 計(jì)算的導(dǎo)數(shù)檢測(cè)活塞到達(dá)井底部的時(shí)間。
[0006] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括斜率指示。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括曲率指示。
[0008] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括一階導(dǎo)數(shù)。
[0009] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括二階導(dǎo)數(shù)。
[0010] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路計(jì)算采樣窗口上的導(dǎo)數(shù)。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述采樣窗口是可配置的。
[0012] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路基于測(cè)量的壓力輸出的一階導(dǎo) 數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間。
[0013] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述壓力傳感器、所述導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路和所述 檢測(cè)電路在壓力傳送器中實(shí)施。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，包括實(shí)施導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路的壓力傳送器。
[0015] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，包括實(shí)施檢測(cè)電路的井控制器。
[0016] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)電路進(jìn)一步接收涉及活塞開始下降進(jìn)入 井中的時(shí)間的計(jì)時(shí)輸入，并且其特征在于檢測(cè)電路基于導(dǎo)數(shù)和計(jì)時(shí)輸入檢測(cè)活塞到達(dá)井的 底部的時(shí)間。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于計(jì)時(shí)輸入通過(guò)井控制器提供。
[0018] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，包括構(gòu)造成用于衰減測(cè)量的壓力輸出的阻尼電路。
[0019] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，包括構(gòu)造成用于下采樣測(cè)量的壓力輸出的下采樣電路。
[0020] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)最小的等待時(shí)間參數(shù)操 作。
[0021] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述最小的等待時(shí)間參數(shù)是能夠配置的。
[0022] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)檢測(cè)閾值極限操作。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)閾值極限是能夠配置的。
[0024] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)包括一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù) 中的一個(gè)的選擇的變量來(lái)操作。
[0025] 根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)，其特征在于所述選擇的變量是能夠配置的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是使用根據(jù)本實(shí)用新型的用于識(shí)別活塞位置的系統(tǒng)的井的簡(jiǎn)化視圖。
[0027] 圖2是用于示例的井的壓力對(duì)時(shí)間的曲線圖。
[0028] 圖3示出從圖2的曲線圖獲得的壓力以及所述壓力的一階和二階導(dǎo)數(shù)對(duì)時(shí)間的曲 線圖。
[0029] 圖4和5從圖2的曲線圖獲得的壓力以及所述壓力的一階和二階導(dǎo)數(shù)對(duì)時(shí)間的更 詳細(xì)的視圖。
[0030] 圖6是顯示在另一個(gè)示例的井中的許多循環(huán)的壓力對(duì)時(shí)間的曲線圖。
[0031] 圖7A-7C、8A-8C、9A-9C和10A-10C是從圖6的曲線圖獲得的壓力以及所述壓力的 一階和二階導(dǎo)數(shù)對(duì)時(shí)間的曲線圖。
[0032] 圖11是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的變化計(jì)算電路的速度的簡(jiǎn)化方塊圖。
[0033] 圖12是用于確定活塞已經(jīng)到達(dá)井底部的時(shí)間的壓力傳送器和井控制器系統(tǒng)的簡(jiǎn) 化方塊圖。
[0034] 圖13是壓力傳送器和井控制器的另一個(gè)示例實(shí)施例。
[0035] 圖14是在圖13中圖示的事件探測(cè)器的簡(jiǎn)化方塊圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 本實(shí)用新型提供用于識(shí)別活塞到達(dá)井（諸如天然氣井）的底部的時(shí)間的系統(tǒng)。更 特別地，提供在其中測(cè)量井的壓力的方法和設(shè)備。測(cè)量的壓力被分析并且用于識(shí)別活塞到 達(dá)井底部的時(shí)間。不是單獨(dú)地使用壓力異常以識(shí)別活塞位置，本實(shí)用新型使用壓力傳感器 信號(hào)導(dǎo)數(shù)信息。在具體的示例中，監(jiān)測(cè)測(cè)量的壓力的一階導(dǎo)數(shù)和/或二階導(dǎo)數(shù)。一階和/ 或二階導(dǎo)數(shù)中的改變被用于識(shí)別活塞到達(dá)井底部的時(shí)間。
[0037] 當(dāng)天然氣井首先開始其操作時(shí)，通過(guò)通常存在于貯存器中的高壓輔助，氣體一般 從地下自由地流到表面。然而，在井的壽命期間，水開始流進(jìn)氣體井的底部。結(jié)果的水柱的 背壓，加上貯存器壓力的減少，導(dǎo)致天然氣的流動(dòng)緩慢，并且最后完全地停止。
[0038] 該問(wèn)題的一個(gè)解決方案是關(guān)閉井（關(guān)閉井口處的閥），以允許貯存器中的壓力再 次增強(qiáng)。當(dāng)壓力足夠增強(qiáng)時(shí)，再次打開閥，并且增強(qiáng)的壓力推動(dòng)水到頂部。然而，該方法的 缺點(diǎn)是，大量水落回到井的底部，并且最后，井沒(méi)有獲得許多額外的氣體產(chǎn)生。
[0039] 較好的解決方案，和在氣體井中最通常使用的一個(gè)，是使用活塞以抬升水到井外。 圖1圖示具有活塞抬升系統(tǒng)的一般的氣體井1〇〇?；钊?10是與井1〇〇的中心管道112具有 約相同的直徑的裝置，所述活塞110在井中自由地向上和向下移動(dòng)。如下所述，馬達(dá)閥120 用于打開和關(guān)閉井，促使活塞110移動(dòng)到井的頂部116或底部118。在井的底部118處是緩 沖器彈簧124,防止活塞110撞擊底部118時(shí)，損害活塞110。在井口處是捕捉器和到達(dá)傳 感器130,當(dāng)活塞110來(lái)到井的頂部116時(shí)，抓住活塞110并且產(chǎn)生指示活塞110到達(dá)的電 子信號(hào)。捕捉器的上面是潤(rùn)滑器140,施加油、或其他的潤(rùn)滑劑到活塞110,確?；钊?10自 由地移動(dòng)通過(guò)管道。電子控制器144通過(guò)接收可獲得的測(cè)量信號(hào)（例如管道壓力和活塞到 達(dá)），并且通過(guò)發(fā)送命令到馬達(dá)閥120以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開和關(guān)閉來(lái)操作井。
[0040] 用于抬升井的流體產(chǎn)品到表面的活塞組件操作作為非常長(zhǎng)的沖程泵。設(shè)計(jì)活塞 Iio以充當(dāng)流體柱和抬升氣體之間的固體界面。當(dāng)活塞Iio移動(dòng)時(shí)，存在跨越活塞Iio的壓 力差，將抑制任何流體退卻。因此，運(yùn)送到表面的總量應(yīng)該與原始的負(fù)荷實(shí)際上相同?；钊?110從底部118移動(dòng)到頂部116,起擦拭器的作用，移除在管道柱中的流體。存在可獲得的 許多類型的活塞。
[0041] 活塞110本身可以采取各種形式。一些活塞包括裝載展開的葉片的彈簧，所述葉 片靠著井的管道壁密封，以產(chǎn)生用于上沖程的壓力差。其他的類型的活塞包括具有汽封環(huán) 以設(shè)置密封的活塞、具有允許活塞更快下降的內(nèi)部旁通管的活塞等等。
[0042] 因?yàn)闅怏w產(chǎn)生器可以操作數(shù)千的井，任何特定的井上的儀表和控制一般是非常極 少的。在一些示例中，可以在井上進(jìn)行的僅有的測(cè)量用兩個(gè)壓力傳送器進(jìn)行，一個(gè)測(cè)量管 道壓力（活塞落下通過(guò)所述中心管，并且氣體通常流過(guò)所述中心管），并且另一個(gè)測(cè)量殼體 壓力（也稱為環(huán)形結(jié)構(gòu)-包含管道的外部空位）。馬達(dá)閥120打開和關(guān)閉，以控制下降到 井100的底部118或來(lái)到頂部116的活塞110、和電動(dòng)控制器144,通常是可編程邏輯控制 器（PLC)或遠(yuǎn)程操作員控制臺(tái)（R0C)?？刂破?44接收可獲得的測(cè)量信號(hào)，并且在適當(dāng)?shù)臅r(shí) 間打開和關(guān)閉馬達(dá)閥120,以保持井的最佳操作。在一些構(gòu)造中，也可以有活塞到達(dá)傳感器 (所述活塞到達(dá)傳感器檢測(cè)活塞到達(dá)井口的時(shí)間）、溫度測(cè)量傳感器或流量傳感器。
[0043] 具有活塞抬升的氣體控制的重要一個(gè)方面是井必須關(guān)閉適當(dāng)長(zhǎng)度的時(shí)間。特別 地，井必須關(guān)閉足夠長(zhǎng)時(shí)間，用于活塞到達(dá)底部。如果活塞一直沒(méi)有到達(dá)底部，那么在打開 馬達(dá)閥時(shí)，不是所有的水將被移除，并且井將不返回到最優(yōu)的生產(chǎn)。如果這種情況出現(xiàn)，活 塞下降和返回所花費(fèi)的時(shí)間（所述時(shí)間可能是30分鐘或更長(zhǎng)）將已經(jīng)浪費(fèi)。甚至更關(guān)鍵 的是，如果馬達(dá)閥在活塞撞擊任何水之前打開，然后沒(méi)有水使活塞慢下來(lái)，升起的活塞的速 度（通過(guò)井中的巨大壓力引起）可能非常大，從而這將損害活塞或潤(rùn)滑器/捕捉器，或甚至 吹動(dòng)捕捉器完全地尚開井口。
[0044] 因?yàn)榇偈够钊笸颂绲奈ｋU(xiǎn)，大部分的井控制策略將具有內(nèi)置的"安全系數(shù)"。 他們將在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉井，用于活塞到達(dá)底部，以及一些額外的時(shí)間，僅保證活塞確 實(shí)到達(dá)底部。這里的缺點(diǎn)是，活塞坐落在底部上的時(shí)間是氣體井不生產(chǎn)的時(shí)間?；钊坏?不坐落在底部上的時(shí)間越長(zhǎng)，在氣體井可以返回到全能力生產(chǎn)之前的時(shí)間將越長(zhǎng)。
[0045] 各種技術(shù)用以檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間。例如，壓力和聲學(xué)信號(hào)可以被監(jiān)測(cè)， 然而，由于背景噪聲的總額、井的延伸長(zhǎng)度和當(dāng)該信號(hào)流過(guò)井中的流體和氣體時(shí)的信號(hào)的 損耗，這些信號(hào)經(jīng)常相對(duì)地小和難以識(shí)別。雖然壓力傳送器一般存在于大部分井上，簡(jiǎn)單地 監(jiān)測(cè)壓力和檢測(cè)壓力異?？赡芤鹪诖_定活塞位置中的誤差。進(jìn)一步，基于聲學(xué)的裝置要 求規(guī)定、購(gòu)買、安裝、構(gòu)造和維持額外的設(shè)備。如在下面更詳細(xì)地討論，在一個(gè)實(shí)施例中，壓 力傳送器150連接到井100中的壓力，并且用于基于測(cè)量的壓力的導(dǎo)數(shù)，確定活塞110到達(dá) 井100的底部118的時(shí)間。該信息可以傳送到控制器144,并且用于控制井100的操作。例 如，該信息可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)被傳送到控制器144,諸如，例如，過(guò)程控制回路152。 過(guò)程控制回路152可以根據(jù)用于井操作中的標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)操作，例如，有線和無(wú)線通信技 術(shù)二者。由傳送器150測(cè)量的具體壓力一般是井的中心柱中的壓力，然而，包括井殼體的各 層中的壓力的其他的壓力也可以被監(jiān)測(cè)。
[0046] 如下所述，井壓力的測(cè)量可以用于確定井中的活塞已經(jīng)到達(dá)井的底部的時(shí)間。圖 2示出來(lái)自第一示例井的井管道壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線。示出全部的三個(gè)活塞循環(huán)。陰影 方塊強(qiáng)調(diào)用于每個(gè)循環(huán)的井關(guān)閉的時(shí)間，開始于馬達(dá)閥關(guān)閉并且活塞開始其降落的時(shí)間， 并且結(jié)束于馬達(dá)閥再次打開并且活塞開始上升到表面的時(shí)間。虛線示出最小的管道恢復(fù)壓 力（418 psi)。在該示例中，井工程師已經(jīng)確定，在關(guān)閉之后，管道壓力需要增強(qiáng)到至少418 psi，從而具有足夠的背壓以促使活塞后退到頂部。
[0047] 如圖2中所示，這個(gè)具體的井還具有60分鐘的最低關(guān)閉時(shí)間。這保證活塞在被提 升之前，活塞達(dá)到井的底部。如以前所述，馬達(dá)閥不應(yīng)該太快打開?；钊惶嵘锰斓牧?一個(gè)危險(xiǎn)是，如果活塞完全干燥地升起，井中的壓力可能導(dǎo)致活塞增加足夠的速度，以吹動(dòng) 捕捉器/潤(rùn)滑器組件完全地離開井口。因此，一般具有內(nèi)建安全系數(shù)，要求井關(guān)閉最短的時(shí) 間。在該示例井上，最短的關(guān)閉時(shí)間是60分鐘。
[0048] 因此，在該井上，PLC或井控制器具有關(guān)閉邏輯，所述關(guān)閉的邏輯可以規(guī)定為：如 果管道壓力大于418 psi，并且關(guān)閉時(shí)間大于60分鐘，那么打開馬達(dá)閥，其中，管道壓力是 井管道中的壓力。
[0049] 圖3示出用于圖2的周期1的關(guān)閉期間的放大部分。注意該曲線圖的時(shí)間期間 從11 :17 (在關(guān)閉之后約11分鐘），直到約12 :05 (就在馬達(dá)閥打開之前）為止。在繪圖上 具有可見(jiàn)的三個(gè)趨勢(shì)。頂部的趨勢(shì)是管道壓力，一般通過(guò)井控制器看到。中間和底部曲線 圖分別是管道壓力的一階和二階導(dǎo)數(shù)。一階導(dǎo)數(shù)指示壓力信號(hào)的斜率。二階導(dǎo)數(shù)提供壓力 信號(hào)的曲率的指示。
[0050] 在11 :33處，管道壓力已經(jīng)超過(guò)418 psi的最小需要的管道壓力。在11 :52處，清 楚的導(dǎo)數(shù)事件在管道壓力的一階和二階導(dǎo)數(shù)二者中是可見(jiàn)的?？梢酝茢嘣撌录?duì)應(yīng)于活塞 到達(dá)井的底部的時(shí)間。相似的事件出現(xiàn)在循環(huán)2(圖4)和循環(huán)3(圖5)的一階和二階導(dǎo)數(shù) 中的大約相同的時(shí)間處。這意味著，活塞花費(fèi)46分鐘下降到底部，并且具有每分鐘206英 尺的平均下降速度。
[0051] 如圖3中所示，在導(dǎo)數(shù)事件（在12 :06處）之后的14分鐘，60分鐘關(guān)閉時(shí)間達(dá) 至IJ，并且馬達(dá)閥打開。假設(shè)這些事件確實(shí)對(duì)應(yīng)于活塞到達(dá)底部，這些14分鐘是浪費(fèi)的循環(huán) 時(shí)間。提升活塞更快14分鐘將允許井返回到更加快速地生產(chǎn)。
[0052] 圖4和5示出用于來(lái)自相同井的循環(huán)2和循環(huán)3的相同的曲線圖。導(dǎo)數(shù)事件在井 關(guān)閉之后分別是42分鐘和45分鐘。
[0053] 不同的井可以示出導(dǎo)數(shù)事件的不同模式。圖6使用從第二井獲得的管道數(shù)據(jù)示出 壓力對(duì)時(shí)間的曲線圖。數(shù)據(jù)被收集用于總共4個(gè)活塞循環(huán)。圖7A-7C示出用于一個(gè)活塞循 環(huán)（循環(huán)4)的壓力以及一階和二階導(dǎo)數(shù)與時(shí)間的曲線圖。在這種情況下，該事件通過(guò)評(píng)估 二階導(dǎo)數(shù)計(jì)算曲線圖最容易識(shí)別。數(shù)據(jù)示出通常在關(guān)閉之后的大約相同的時(shí)間處的、用于 其他活塞循環(huán)（1、2、和3)的相似的事件。該導(dǎo)數(shù)事件還對(duì)應(yīng)活塞撞擊井的底部。
[0054] 如上所示，改變的速度（一階和二階導(dǎo)數(shù)）可以用于推斷和識(shí)別活塞事件。然而， 困難的將是單獨(dú)地基于這些壓力信號(hào)導(dǎo)數(shù)實(shí)施井控制。這是因?yàn)樵诨钊h(huán)中的期間而不 是活塞下降期間的過(guò)程中，管道或殼體壓力信號(hào)的一階和二階導(dǎo)數(shù)可以比活塞撞擊水（或 井底部）時(shí)大幅提高。因此，必要的是為活塞位置確定提供一些計(jì)時(shí)環(huán)境，從而這些活塞事 件僅在具體的時(shí)間窗中被檢測(cè)。
[0055] 圖8A-8C圖示在另一個(gè)示例井中的多個(gè)活塞循環(huán)上的管道壓力以及一階和二階 導(dǎo)數(shù)對(duì)時(shí)間的曲線圖。管道壓力中最突變的改變僅發(fā)生在活塞返回到井頂部之前（當(dāng)活塞 推動(dòng)多塊水通過(guò)井口時(shí)）。作為這些突變的管道壓力改變的結(jié)果，一階和二階導(dǎo)數(shù)是不穩(wěn)定 的，并且成為正的和負(fù)的。一般地，在井中，可能的是使用許多不同的檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)活塞到 達(dá)井的頂部的時(shí)間。在活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間的確定中應(yīng)該排除這些導(dǎo)數(shù)事件。
[0056] 圖9A-9C示出管道壓力以及一階和二階導(dǎo)數(shù)的相同的曲線圖，用于圖8A-8C的活 塞下降循環(huán)之一。圖9A-9C圖示在馬達(dá)閥關(guān)閉并且活塞最初開始下降之后立即地，具有管 道壓力的迅速增加，并且結(jié)果，一階和二階導(dǎo)數(shù)的非常大幅地增加。這比活塞撞擊井底部時(shí) 看到的一階和二階導(dǎo)數(shù)的改變更大許多。再次，系統(tǒng)不應(yīng)該在馬達(dá)閥關(guān)閉之后立即檢測(cè)活 塞事件。
[0057] 圖10A-10C示出相同變量的進(jìn)一步放大的部分，在井關(guān)閉之后的約10分鐘開始。 這里，一階和二階導(dǎo)數(shù)非常清楚地示出活塞事件的檢測(cè)，諸如活塞撞擊井底部。該事件提供 用于最優(yōu)化井的額外的值，因?yàn)槠淇梢员痪刂破魇褂靡宰R(shí)別活塞到達(dá)井底部的時(shí)間。因 此，活塞事件檢測(cè)算法應(yīng)該包括一些類型的計(jì)時(shí)和邏輯，使得活塞事件僅在井循環(huán)期間的 適當(dāng)?shù)臅r(shí)間處被檢測(cè)。例如，圖1中示出的壓力傳送器150可以在馬達(dá)閥關(guān)閉之后從PLC 接收命令。計(jì)時(shí)函數(shù)可以使用，使得壓力傳送器150僅在開始命令之后的某個(gè)數(shù)量的分鐘 (例如，10分鐘）已經(jīng)過(guò)去之后,檢測(cè)導(dǎo)數(shù)事件。
[0058] 圖11是變化速率計(jì)算電路300的簡(jiǎn)單的方塊圖。變化速率計(jì)算電路接收由阻尼 電路302處理的來(lái)自壓力傳感器的壓力測(cè)量。阻尼電路302接收可調(diào)節(jié)阻尼時(shí)間常數(shù)，并 且可以用作高頻濾波器，以減少壓力測(cè)量信號(hào)中的變化量，并且因而減少計(jì)算一階和二階 導(dǎo)數(shù)所需要的計(jì)算量。下采樣電路304還設(shè)置有能夠調(diào)節(jié)下采樣間隔。這個(gè)下采樣減少壓 力測(cè)量信號(hào)中的數(shù)據(jù)量，因而也減少計(jì)算一階和二階導(dǎo)數(shù)所需要的計(jì)算量。圖11還分別圖 示一階和二階導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路306和308。第一和第二采樣期間可以被調(diào)節(jié)作為滾動(dòng)采樣時(shí) 間窗，具體的導(dǎo)數(shù)在所述時(shí)間窗上評(píng)估。這些電路操作使用可調(diào)節(jié)的第一和第二采樣期間 操作，并且分別地提供一階和二階導(dǎo)數(shù)輸出。圖11中圖示的各種方塊可以一般在微處理器 中實(shí)施，所述微處理器根據(jù)軟件指令操作。然而，還可能的是作為單個(gè)的電路元件實(shí)施這些 方塊。各各變化速率參數(shù)可以是用戶能夠配置的參數(shù)或在制造過(guò)程中被配置。例如，這些 參數(shù)可以被調(diào)節(jié)用于具體的井特性。
[0059] 圖12是簡(jiǎn)化的示意圖，說(shuō)明通過(guò)連接152連接到井控制器144的壓力傳送器 150。壓力傳送器150包括壓力傳感器320,所述壓力傳感器320提供壓力測(cè)量信息到變化 速率計(jì)算電路300以及控制器144。來(lái)自變化速率計(jì)算電路300的一階和二階導(dǎo)數(shù)輸出 也被提供到井控制器144。通過(guò)連接器152的通信可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。示例包括 HART?、現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus)、Modbus、Profibus，以及其他的通信技術(shù)。另外，可以包括諸 /川Wirelessl.-1ART?的無(wú)線通信技術(shù)。在這個(gè)配置中，井控制器144可以基于一階和/或 二階導(dǎo)數(shù)以及基于涉及活塞開始其下降進(jìn)入井100的時(shí)間的計(jì)時(shí)信息，實(shí)施活塞事件檢測(cè) 算法。例如，井控制器144可以在某個(gè)期間已經(jīng)過(guò)去之后，例如10分鐘，在井關(guān)閉事件已經(jīng) 發(fā)生之后，觀察一階和/或二階導(dǎo)數(shù)中的事件。如果一階和/或二階導(dǎo)數(shù)在這個(gè)時(shí)間周期 已經(jīng)過(guò)去之后超過(guò)預(yù)先配置的極限，這可以用作井控制器144的指示，指示活塞已經(jīng)達(dá)到 井的底部，并且井控制器144可以命令馬達(dá)閥打開。
[0060] 圖13圖示另一個(gè)示例實(shí)施例，其中壓力傳送器本身包括事件探測(cè)器330,所述事 件探測(cè)器330基于一階和/或二階導(dǎo)數(shù)以及額外的信息識(shí)別活塞事件。例如，計(jì)時(shí)信息可 以通過(guò)井控制器144設(shè)置到事件探測(cè)器330,所述計(jì)時(shí)信息涉及活塞開始其下降進(jìn)入井的 時(shí)間。事件配置參數(shù)可以提供到事件探測(cè)器330。例如，這些可以包括涉及一階和/或二 階導(dǎo)數(shù)的閾值水平，以及在事件檢測(cè)算法被應(yīng)用到一階和/或二階導(dǎo)數(shù)之前實(shí)施的計(jì)時(shí)延 遲。計(jì)時(shí)信息可以使用連接器152從井控制器144被通信到事件探測(cè)器330。再次，這個(gè)通 信可以根據(jù)監(jiān)測(cè)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制器。當(dāng)然，還可以使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。當(dāng)檢測(cè)活塞 到達(dá)井底部時(shí)，傳送器150將狀態(tài)信息（例如，狀態(tài)位）通過(guò)連接器152通信到井控制器 144。井控制器144然后可以根據(jù)存儲(chǔ)在其中的邏輯操作，以開始抬升活塞。
[0061] 圖14是簡(jiǎn)化方塊圖，顯示事件檢測(cè)電路330的更詳細(xì)的視圖。在方塊340處，可 以選擇一階和二階導(dǎo)數(shù)中的一個(gè)或兩個(gè)，用于識(shí)別活塞已經(jīng)到達(dá)井的底部的時(shí)間?；谠?選擇，輸出被提供到方塊342，其中確定在開始檢測(cè)算法之前的等待時(shí)間。例如，這可以是在 任何導(dǎo)數(shù)事件已經(jīng)過(guò)去的過(guò)程的時(shí)間，所述導(dǎo)數(shù)事件不涉及活塞到達(dá)井的底部。如果適當(dāng) 的時(shí)間周期已經(jīng)過(guò)去，在方塊344處，特別的是一階和/或二階導(dǎo)數(shù)與閾值相比。如果閾值 已經(jīng)超過(guò)事件，提供宣告輸出。注意可以使用其他的比較技術(shù)，例如，一階和/或二階導(dǎo)數(shù) 中的特別的標(biāo)記或波形可以被觀察，一階和二階導(dǎo)數(shù)的相對(duì)值可以被監(jiān)測(cè)，一階和/或二 階導(dǎo)數(shù)已經(jīng)超過(guò)閾值期間的持續(xù)時(shí)間可以被觀察，等等。當(dāng)使用一階和/或二階導(dǎo)數(shù)識(shí)別 事件時(shí)，提供事件宣告輸出。在另一個(gè)示例中，事件宣告基于一階導(dǎo)數(shù)與第一閾值的比較和 二階導(dǎo)數(shù)與第二閾值的比較。輸出可以被提供到井控制器，用于井的控制操作中。
[0062] 雖然本實(shí)用新型已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行描述，在本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到，可以在沒(méi)有違背本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的改變。雖然 一階和二階導(dǎo)數(shù)在上面得到討論，可以使用任何階導(dǎo)數(shù)。于此討論的各種元件或電路可以 在軟件、硬件、或它們的結(jié)合中實(shí)施。可以使用模擬和/或數(shù)字電路二者。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間的系統(tǒng)，其特征在于包括： 壓力傳感器，所述壓力傳感器構(gòu)造成用于測(cè)量井的壓力并且提供測(cè)量的壓力輸出； 導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路，所述導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路構(gòu)造成用于計(jì)算測(cè)量的壓力輸出的導(dǎo)數(shù)；和 檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路基于導(dǎo)數(shù)輸出檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括斜率指示。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括曲率指示。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括一階導(dǎo)數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)包括二階導(dǎo)數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路計(jì)算采樣窗口上的導(dǎo) 數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述采樣窗口是可配置的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路基于測(cè)量的壓力輸出的一階 導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，檢測(cè)活塞到達(dá)井的底部的時(shí)間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述壓力傳感器、所述導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路和所 述檢測(cè)電路在壓力傳送器中實(shí)施。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括實(shí)施導(dǎo)數(shù)計(jì)算電路的壓力傳送器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括實(shí)施檢測(cè)電路的井控制器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)電路進(jìn)一步接收涉及活塞開始下降 進(jìn)入井中的時(shí)間的計(jì)時(shí)輸入，并且其特征在于檢測(cè)電路基于導(dǎo)數(shù)和計(jì)時(shí)輸入檢測(cè)活塞到達(dá) 井的底部的時(shí)間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于計(jì)時(shí)輸入通過(guò)井控制器提供。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括構(gòu)造成用于衰減測(cè)量的壓力輸出的 阻尼電路。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括構(gòu)造成用于下采樣測(cè)量的壓力輸出 的下采樣電路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)最小的等待時(shí)間參數(shù) 操作。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于所述最小的等待時(shí)間參數(shù)是能夠配置 的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)檢測(cè)閾值極限操作。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)閾值極限是能夠配置的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)電路根據(jù)包括一階導(dǎo)數(shù)和二階 導(dǎo)數(shù)中的一個(gè)的選擇的變量來(lái)操作。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于所述選擇的變量是能夠配置的。
【文檔編號(hào)】E21B47/09GK204098902SQ201420390616
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】約翰·菲利普·米勒, 大衛(wèi)·萊爾·韋斯 申請(qǐng)人:羅斯蒙特公司