(57)【要約】  外部環状部の塞栓検知が、ガスリフト式油井に提供される。外部環状部検知は、圧力送信機（１００）を用いて実行される。圧力送信機（１００）は、油井の外部環状部（２２）内の圧力の表示を提供する。圧力送信機（１００）は、油井の外部の環状部（２２）の内の圧力の表示を提供する。複数の外部環状部圧力の読みに関連する統計的パラメータが、環状部の塞栓の表示を提供するために用いられる。統計的パラメータの例は、平均値および標準偏差である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスリフト式油井の外部環状部に結合され、外部環状部内の圧力に関する信号を提供するように構成された圧力送信機、および
前記信号を受信し、時間的に間隔をおいた測定値である、外部環状部に関する複数の圧力測定値を得るように構成され、前記複数の圧力測定値に基づいて環状部の塞栓を示すパラメータを計算するように構成されたコントローラからなる、
ガスリフト式油井内の外部環状部の塞栓を検知するためのシステム。
【請求項２】
前記コントローラが、前記圧力送信機の構成要素である請求項１のシステム。
【請求項３】
前記圧力送信機が、外部環状部内の圧力を示す第１の信号および塞栓を示す第２の信号を提供するように構成された請求項１のシステム。
【請求項４】
前記圧力送信機が、デジタルプロセス通信ループを介して通信する請求項３のシステム。
【請求項５】
前記圧力送信機が、前記デジタルプロセス通信ループによって電力供給される請求項１のシステム。
【請求項６】
さらに、前記圧力送信機が、前記コントローラにデジタル変換値を提供するアナログ／デジタル変換器を含む請求項１のシステム。
【請求項７】
さらに、前記圧力送信機が、前記コントローラに高速ビットストリームを提供するアナログ／デジタル変換器を含む請求項１のシステム。
【請求項８】
前記パラメータが、統計的パラメータである請求項１のシステム。
【請求項９】
前記統計的パラメータが、平均値である請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記統計的パラメータが、標準偏差である請求項８のシステム。
【請求項１１】
前記統計パラメータが、平均値および標準偏差の組み合わせである請求項８のシステム。
【請求項１２】
前記パラメータが、ファジイ理論を用いて計算される請求項１のシステム。
【請求項１３】
前記パラメータが、ニューラル・ネットワークを用いて計算される請求項１のシステム。
【請求項１４】
前記外部環状部内の、特定期間の間隔をおいた複数の圧力測定値を得ること、
前記複数の測定値を用いて、統計的パラメータを計算すること、および
前記統計的パラメータに基づいて塞栓の状態を示すことを含む、
ガスリフト式油井の外部環状部が、少なくとも部分的に塞がれているかどうかを決定する方法。
【請求項１５】
前記方法が、圧力送信機によって実施される請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記統計的パラメータが、平均値である請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記統計的パラメータが、標準偏差である請求項１４の方法。
【請求項１８】
高圧状態の原油を運ぶように構成された内部を限定する第１のパイプ壁を有する第１のパイプ、
前記第１のパイプ壁を備えた内部環状部を限定する第２のパイプ壁を有する第２のパイプ、
前記第２のパイプ壁を備えた外部環状部を限定する外部シェル、および
前記外部環状部の塞栓を検知するための手段からなる、
ガスリフト式油井。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスリフト式石油生産方法に関する。より詳細には、本発明は、ガスリフト式石油生産方法における改良された環状部の塞栓検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
原油を汲み上げるガスリフト方式は、世界の油井の多くで用いられている。実際には、著しい量の随伴ガスが存在し、産出される固形物が混じっている現場においては、ガスリフト方式は、天然油層の圧力を大きくして生産を増大させる好ましい方法である。
【０００３】
この技術は、井戸頭に比較的に小型の装置を設けるので、沖合などのスペースが不足している場所、およびメンテナンスのためのアクセスが制限される場所では特に魅力的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、典型的なガスリフト式油井（gas-lift oil well）の概略図である。中央パイプ１０は、原油が、矢印１４の方向に、地上にあげられ、さらに最終的には、１つまたはそれ以上の収集ステーションまで流れる通路１２を形成する。中央部分は、好ましくはパイプ１０に関して同心的に配置された中央導管１６を含み、中央導管１６は、中央導管１６とパイプ１０との間の内部環状部１７を形成する。加圧されたガスは、内部環状部１７に注入され、配管の底部に向って、下方へ矢印１８の方向に流れる。その後、加圧されたガスは、専用部分を通る原油を含む中央部分に入る。これによって、原油が、パイプ１０を通って地表にまで上昇する汲み上げが引き起こされる。このプロセスの特徴によって、内部環状部１７は高圧状態にされ、多くの場合、周囲の温度より高温になる。外部シェル２０は、外部シェル２０と導管１６との間の外部環状部２２を形成する。外部環状部２２およびシェル２０は、ポンプ作用により油が漏れたり、予期せぬ熱の発生があっても環境を保護するのに役立つ。理想的な状態においては、外部環状部２２内の圧力は、大気圧よりわずかに低く、その内部にオイルやガスなどのいかなる物質も含まない。しかしながら、実作業においては、外部環状部２２は、内部環状部１７、あるいは内部環状部１７と外部環状部２２との間の壁を形成する導管１６内の割れ目からの漏れによって高圧になる。外部環状部２２内の圧力は、１平方インチあたり約２０００ポンドのオーダのレベルに達することがある。このような場合には、井戸を稼働するのに、国または他の適当な規制機関からの特別な許可が必要となる。そのような状況においては、規定に従うように、外部環状部２２内の圧力を監視しなければならない。
【０００５】
外部環状部２２内の圧力を監視することを複雑にする１つの要因は、環状部２２内の物質であって、周辺あるいは貯蔵器からの水、泥、オイルなどの物質で（部分的にあるいは完全に）外部環状部２２が満たされるようになることである。それらの物質は、内包される大きな圧力によって、比較的高い温度で凍るために、それらの物質の存在は、圧力測定に重大な問題を引き起こすことがある。図１に示されるように、外部環状部２２内の圧力を監視するために、送信機２４などの圧力送信機が、外部環状部２２に結合される。
【０００６】
正常なオイル汲み上げ作業中の井戸の温度は、およそ１６０°Ｆであり、その温度は比較的に高圧なガスをシステムに注入することによって発生される。様々な理由によって、井戸は、臨時に作業を停止することがある。この場合、井戸の温度は、地面の温度に近づき、地上の井戸頭の温度は周辺温度にまで下がる。このような場合には、外部環状部２２内の物質が凍り、環状部２２および／あるいは計器配管２６内に塞栓（plug）が生じる。塞栓が生じると、送信機２４を用いて得られた圧力測定値は、もはや外部環状部２２内の実際の圧力を反映していないことになる。井戸が再稼働し始めると、井戸内の温度が上昇し始める。この温度上昇によって、環状部２２の底部の物質が膨張する。環状部２２の頂部に凍結塞栓が存在するので、その塞栓より下の環状部２２内の圧力が著しく高くなる。１平方インチあたり４０００ポンドを超過する外部環状部圧力が、この工程の間に観察される。しかしながら、環状部２２の頂部の凍結塞栓によって、送信機２４を用いて測定される圧力は、この危険な圧力上昇を示さない。したがって、井戸頭での従来の圧力監視は、事故を予知するのには役立たない。井戸内の圧力が上昇しすぎると、周辺への漏洩による爆発が頂部で発生し、負傷事故あるいは死亡事故までをも引き起こす可能性がある。
【０００７】
したがって、外部環状部が塞栓されそうであるか、または塞栓されてしまったかどうかを判断することは非常に重要である。さらに、この監視プロセスにおいて追加の費用がかからないことを確実にするために、高価なハードウェアを追加したり、または専門技術者の時間を追加したりすることなく前述の監視を行えるかどうかは大事なことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
外部環状部の塞栓検知が、ガスリフト式油井に提供される。外部環状部の検知は、圧力送信機を用いて実行される。圧力送信機は、油井の外部環状部内の圧力の大きさを提供する。複数の外部環状部の圧力の読みに関連するパラメータが、環状部の塞栓の状態を提供するために用いられる。統計的パラメータの例としては、平均値および標準偏差がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２は、外部環状部２２に結合された圧力送信機１００の概略図である。送信機１００の圧力センサ１０２は、環状部２２に流体的に結合され、環状部２２内の圧力に応じて変わる電気的特性を有する。圧力センサ１０２は、容量性タイプの圧力センサ、抵抗型歪みゲージタイプのセンサ、あるいは他の適当なタイプのセンサであってよい。圧力センサ１０２は、アナログ／デジタル変換器１０４に電気的に接続されている。変換器１０４は、センサ１０２からのアナログ信号をデジタル値に変換し、ライン１０６を介してコントローラ１０８に提供する。さらに、本発明の１つの実施例によって、変換器１０４は、破線で示された、単にアナログの読みを示すデジタルビットストリームを反映した補助出力１１０を提供する。デジタルビットストリームを使用すると、より高い解像が可能になり、いくつかのタイプの統計処理に有用である。例えば、従来のアナログ／デジタル変換器が、ライン１０６上に１秒当り約２２回のデジタル変換値を提供する間の、ライン１１０上のデジタルビットストリームの周波数は、１００ｋＨｚ以上である。
【００１０】
電源モジュール１１２は、送信機１００の構成要素のための電力を受信し、該構成要素に供給するための任意の適当な回路を含んでいる。モジュール１１２は、ライン１１４で示されるように、電力を必要とする全ての構成要素に接続されている。モジュール１１２は、エネルギ蓄電池を含むか、またはエネルギ源に接続するための適当な回路を含む。いくつかのプロセス産業標準プロトコルが、作動電力を提供することが知られている。前述のプロトコルの例としては、ＨＡＲＴおよびＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）  Ｆｉｅｌｄｂｕｓがある。電源モジュール１１２は、送信機１００用に、位置エネルギを電気エネルギに変換するための１つまたはそれ以上の適当な変換器を含む。また、モジュール１１２は、例えば、１つまたはそれ以上の太陽電池を含む。
【００１１】
通信モジュール１１６は、コントローラ１０８に接続されており、送信機１００が１つまたはそれ以上の外部装置と通信することを可能にしている。送信機１００が産業標準プロセス通信プロトコルを用いて通信する実施例では、モジュール１１６は該通信に適合するように適切に構成される。例えば、送信機１００が、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ  ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルを用いて通信するならば、モジュール１１６は、任意の適当な既知のｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路を含む。いくつかの実施例において、送信機１００は、環状部２２内の圧力を示す第１の信号、および環状部の塞栓を示す第２の信号を提供する。既知のプロトコルによって、前述の信号が同じ通信ラインを介して提供されることが可能になる。例えば、１つの信号はアナログ形式で提供され、第２の信号はそれに重畳されたデジタル信号である。
【００１２】
コントローラ１０８は、マイクロプロセッサであるのが好ましい。コントローラ１０８は、送信機１００の一部であるか、または送信機１００から遠く離れた位置に存在する。コントローラ１０８は、（個別には図示されない）内部メモリを含むか、および／または外部メモリ１２０に接続される。内部メモリ、外部メモリ１２０、あるいはそれらの任意の組み合わせを用いて、コントローラ１０８は、時間的にずうっと、圧力センサ１０２からの読みに関連する圧力測定データを記憶する。本発明の実施例によれば、圧力センサ１０２に関連する、時間的に間隔をおいた複数の読みに基づく第２の計算値が、環状部２２の塞栓の状態がどのようであるかをよく示すことが見い出された。本明細書の残りの多くの部分は、統計的パラメータの使用に焦点を当てている。しかしながら、本発明の実施例は、ファジイ理論、ニューラル・ネットワーク、学習技術、傾向分析および他の適当な方法などの、他の分析技術、あるいはそれらの任意の組み合わせを用いて実施することができる。
【００１３】
塞栓の影響を推察するために、様々なシミュレーションが、実際の油井上および模擬研究設備上の両方で行われてきた。これらのシミュレーションでは、装置の配管に設けられている様々なバルブが、プロセスから測定装置を切り離すことによって、環状部の塞栓状態を人為的に引き起こすために用いられた。ミネソタ州エデン  プレイリー（Eden Prairie）のローズマウント  インコーポレイテッド（Rosemount, Inc.）から、取引指定３０５１  Ｓ  Ｔの下に商業的に入手可能な圧力送信機が、圧力を測定する装置として用いられた。この送信機は、統計的計算値の診断を迅速に更新するために予備データチャネル１１０を装備されていた。シミュレーションにおいて用いられる２つの統計的計算値は、圧力測定値の平均値および標準偏差であった。しかしながら、本発明の実施例は、そのような統計的計算値に限定されると考えられるべきでない。
【００１４】
図３は、実施された試験のうちの１つの結果を示す。このプロットは、時間の関数として平均パラメータを表わしている。この特定の事例においては、外部環状部２２内の正常な稼働圧力は、１平方インチあたり約４２６ポンドである。環状部の塞栓をシミュレートするためにバルブが閉められる度に、平均パラメータ圧力の読みの値は、正常な稼働圧力と比較して、著しい低下を示した。温度変化およびパイプ／バルブの漏れが、塞栓の結果として、この変化を引き起こす要因であると推察される。したがって、圧力送信機１００は、塞栓状態であると判断されるか、そうでなければ既知の非塞栓状態に較正されることができる。その後、圧力センサの読みの平均値が、「良」状態の基線から許容できるしきい値を越えて逸脱すると、環状部の塞栓を示す警報または他の適当な指令が、圧力送信機１００から提供される。
【００１５】
図４は、図３と同じテストケースにおける、時間の関数としての標準偏差を示す。標準偏差パラメータは、塞栓を表わすのに、極めて、より特徴的なサインを提示する。システムが塞栓される度に、標準偏差にピークが観測された。図４に示された結果から明白なように、標準偏差は、環状部の塞栓検知を提供するために、単独に、または平均値と組み合わせて用いられる。
【００１６】
環状部の塞栓を検知することが必要となる他の状態は、油井が停止されている時と、開始される時とである。この場合、外部環状部２２内の圧力は、正常な動作中の圧力ほど高くない。しかしながら、統計的なプロセス監視は、この場合にも使用されることができる。汲み上げ動作が停止される前に、圧力送信機上で試験運転が行われると、その時の外部環状部の平均圧力および標準偏差は基線として記録される。油井が再始動される時に、塞栓がなければ、圧力測定値は、油戸の停止時のレベルより大きくなると推測される。塞栓があると、圧力測定値は、著しくは大きくならず、そのことが環状部が塞がれたことを示す。したがって、本発明の１つの実施例によれば、圧力送信機１００は、汲み上げ動作、停止または開始のどちらか、あるいはそれらの両方に関する通知を受けることになる。圧力送信機１００は、汲み上げが再開されたという通知を受けると、あらかじめ選択された時間を待機した後、測定値を受け入れることができるようになる。
【００１７】
外部環状部圧力に関連する統計的パラメータの監視は、連続的に行われることは好ましいが、本発明の実施例は、選択された間隔、あるいは技術者の要求に応じて、外部環状部圧力を監視することによって実施することもできる。しかしながら、統計的評価を提供するために、圧力センサ１０２は、十分な数の圧力測定値を取られなければならない。
【００１８】
本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、形状および細部において変形できることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】典型的なガスリフト式油井の概略図である。
【図２】本発明の実施例による外部環状部に操作可能に結合された圧力送信機の概略図である。
【図３】本発明の実施例によって実行される試験の結果を示すグラフである。
【図４】図３の結果の、時間の関数としての標準偏差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１０……中央パイプ、  １２……通路、  １６……中央導管、  １７……内部環状部、  ２０……外部シェル、  ２２……外部環状部、  ２４……送信機、  ２６……計器配管、  １００……圧力送信機、  １０２……圧力センサ、  １０４……アナログ／デジタル変換器、  １０６……ライン、  １０８……コントローラ、  １１０……補助出力、  １１２……電源モジュール、  １１４……ライン、    １２０……外部メモリ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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