專利名稱：流體泵送的多井計(jì)算機(jī)控制的制作方法
發(fā)明的背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及允許自動(dòng)監(jiān)控并進(jìn)而按要求取出流體的泵送系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制。
已有技術(shù)的簡(jiǎn)述市場(chǎng)上現(xiàn)有幾種不同的用來泵送油和水的泵。最廣泛地用于泵送油的方法是通過采用與桿和管道相連接的多井聯(lián)動(dòng)抽油簡(jiǎn)易抽油架(pump jack)(梁式泵)。利用空氣來將流體推進(jìn)至地面的方法是氣動(dòng)提升泵、壓縮空氣離心泵、以及需要足以克服井內(nèi)流體的流體靜壓頭的壓力的氣泵。
多井聯(lián)動(dòng)抽油簡(jiǎn)易抽油架是相當(dāng)昂貴且龐大的，而且由于裝置較重，因而當(dāng)要安裝、拆除和維修裝置時(shí)，必須要用到起重機(jī)或提升機(jī)。通常，這些裝置是由電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的，而且該裝置在油田現(xiàn)場(chǎng)提升油的效率是極低的，通常要小于—個(gè)百分點(diǎn)。
氣動(dòng)提升泵使用簡(jiǎn)單，但它要依賴流體和／或空氣一流體混合物的相對(duì)密度，當(dāng)用于深井時(shí)，所需的空氣壓力和體積是相當(dāng)大的。另外，該系統(tǒng)中的空氣常常會(huì)使油乳化。美國(guó)專利759，706號(hào)中揭示了一種典型的氣動(dòng)提升泵。Anthony等人的美國(guó)專利4，092，087號(hào)還揭示了一種極其復(fù)雜的氣泵，在25—350 PSI范圍內(nèi)的壓縮氣體或空氣與一較大的浮子配合使用，以便泵可將流體經(jīng)由管道向上壓送。很明顯，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是相當(dāng)昂貴的。
氣泵已被設(shè)計(jì)成可使流體流經(jīng)位于泵器底部上的一球閥。Boulicault的美國(guó)專利919，416號(hào)和Nakayama的日本專利5681299號(hào)揭示了一種具備連接于罐頂?shù)妮敋夤芎脱由熘凉薜椎牧黧w輸出管的系統(tǒng)。當(dāng)該罐由流經(jīng)底部球閥的流體充滿之后，空氣壓力施加至接近底閥的輸氣管，并將流體經(jīng)由輸出管向上壓送。倘若流體高度在泵上方幾百英尺處或更多，則需要相當(dāng)大的空氣壓力方能克服使底閥閉合的流體靜壓，并且需要更大的壓力才能將流體壓送至地面。McLean等人的美國(guó)專利3，647，319號(hào)采用了一種類似的方法，其中在流體輸出管中增設(shè)一球閥，以防止輸出管內(nèi)的流體返回到泵送罐中。這種裝置需要相當(dāng)大的空氣壓力才能將流體從深井中壓升。在他們專利的專欄3中，他們指出在0至300英尺范圍內(nèi)的任何深度上都會(huì)出現(xiàn)滿負(fù)荷輸出。在流體頂端下方1，000英尺的深度上，將需要大約460 PSI的壓力和較大的空氣體積才能將水從井眼中輸出。
雖然已對(duì)用于將油或水從井眼內(nèi)泵送的設(shè)備作了改進(jìn)，但無論是泵送油還是水，該系統(tǒng)一般是按定時(shí)運(yùn)行的。這樣就增加了設(shè)備的磨損以及寶貴能量的耗費(fèi)。已有技術(shù)中的系統(tǒng)需要有泵工原地查訪以確認(rèn)該系統(tǒng)工作正常。另外，已有技術(shù)中的系統(tǒng)均未提供對(duì)于保護(hù)我們的環(huán)境而言相當(dāng)重要的安全措施。本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制并監(jiān)控多井泵送和儲(chǔ)存設(shè)備，以便進(jìn)行按要求泵送。這種監(jiān)控能力還提供了有助于防止油泄漏或偷盜的安全特點(diǎn)，同時(shí)又能使運(yùn)行能量耗費(fèi)最少。
發(fā)明概述本發(fā)明揭示了一種用于控制一個(gè)或多個(gè)井眼泵、以便進(jìn)行按要求泵送的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一計(jì)算機(jī)控制器，該計(jì)算機(jī)控制器與若干傳感器相配合監(jiān)控并控制泵的動(dòng)作，從而來控制井眼內(nèi)的流體。該系統(tǒng)連續(xù)地處于三種模式的其中一種模式中。系統(tǒng)大部分時(shí)間處于模式一一監(jiān)控模式中，在此期間，系統(tǒng)等待檢測(cè)到流體，或者某個(gè)其它相應(yīng)的起動(dòng)因素出現(xiàn)。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到諸如流體之類的起動(dòng)因素，控制器就將起動(dòng)模式二，起動(dòng)泵送循環(huán)。模式二—泵送模式從饋給推進(jìn)氣體開始，而當(dāng)在地面上檢測(cè)到流體段塞時(shí)結(jié)束，并向控制器發(fā)出信號(hào)以終止饋給推進(jìn)氣體。與此同時(shí)，控制器進(jìn)入系統(tǒng)復(fù)原期或者模式三。該復(fù)原期可使推進(jìn)氣體壓力的作用時(shí)間被再度補(bǔ)足、泵腔壓力與井眼壓力相等、泵腔中再度充滿井眼流體、以及使下孔傳感器的時(shí)間穩(wěn)定(倘若采用下孔傳感器的話)。
在每一個(gè)模式循環(huán)中，該系統(tǒng)在所包括的設(shè)備上進(jìn)行多種校核。在校核期間所獲得數(shù)據(jù)資料被儲(chǔ)存在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫中，并對(duì)照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。萬一在設(shè)備、或其它監(jiān)督和／或監(jiān)控功能中出了故障，則該系統(tǒng)可起動(dòng)諸如中央監(jiān)控設(shè)備之類的通知系統(tǒng)。
所揭示的、使用在該系統(tǒng)中的泵具有泵腔和接近該泵腔一端的U形腔。閥系統(tǒng)自泵腔延伸到U形腔內(nèi)。該閥系統(tǒng)是具有至少一個(gè)包含有閥通道的閥座的中空多面體。止回球在泵送模式期間堵塞閥通道，而在監(jiān)控模式期間則使流體流入到泵腔內(nèi)。U形腔包含有流體入口，以使流體進(jìn)入U(xiǎn)形腔后經(jīng)由閥通道流入到泵腔內(nèi)。推進(jìn)劑管固定于泵腔，以便為推進(jìn)劑提供進(jìn)入泵腔的入口，該推進(jìn)劑將流體經(jīng)由流體回收管向外推壓。該流體回收管在其一端延伸至泵腔，并伸出井眼伸入到諸如儲(chǔ)存罐之類的流體存放裝置內(nèi)。位于泵腔內(nèi)的流體傳感器檢測(cè)該泵腔內(nèi)是否存在流體?？稍诮咏没蛞贿h(yuǎn)距離的位置上設(shè)置段塞傳感器，用以檢測(cè)預(yù)定量流體的起始與終止。
可在井眼上方設(shè)置外殼，用以容納監(jiān)控計(jì)算機(jī)及相關(guān)的讀出裝置。雷電保護(hù)裝置具有接近供電立柱的接地電極。一對(duì)接地線，其中一根接地線的一端固定于電極，而其另一端則固定于外殼；第二根接地線的一端固定于外殼，而其另一端則固定于計(jì)算機(jī)和法拉第防護(hù)罩。至少一個(gè)分流閥沿著推進(jìn)劑管和回收管串聯(lián)固定。該分流閥具有包含有接納凹區(qū)、推進(jìn)劑管通道、流體回收管通道和介于兩通道之間的連接通道的閥體。具有輸入和輸出連接件的動(dòng)力缸延伸到閥體內(nèi)接近容納凹區(qū)。一系列連接軟管與缸體的輸入和輸出相連，以便連接多個(gè)分流閥。可樞轉(zhuǎn)地連接于接納區(qū)的閥板具有一開口，該閥板固定于動(dòng)力缸，以便可根據(jù)缸體的移動(dòng)來樞轉(zhuǎn)其開口，以使該開口與連接通道對(duì)齊或不對(duì)齊。缸體致動(dòng)件根據(jù)與井眼流體的接觸來使缸體移動(dòng)。
接收／分離罐具有具備多個(gè)連接件的基座、與該基座相接觸的流體外殼、分離罐帽蓋、接近分離罐帽蓋的電子器件外殼和殼頂。流體輸出管與其中一個(gè)連接件相連以輸送匯集在基底內(nèi)的流體。輸氣管延伸至外殼內(nèi)，并從基座部引出，用以去除從流體中分離出來的氣體。在外殼基座處具有釋壓閥的安全管延伸至外殼內(nèi)接近輸氣管。推進(jìn)劑供給管延伸至接收／分離罐內(nèi)，以便通過三通閥與通向泵的供給管相連。流體回收管將流體從井眼帶入到外殼內(nèi)，以便分離出包含在流體中的任何氣體。位于流體回收管末端處的分離器與分離罐帽蓋相隔開，并具有有著斜向出口的T形連接件。該斜向出口使流體成角度地落到基座上，并在那兒將其去除。位于接收／分離罐中的至少一個(gè)傳感器與控制器通信。這些傳感器以不同的高度設(shè)置在接收／分離罐內(nèi)。三通閥具有供給管連接件、推進(jìn)劑管連接件和排氣管連接件。一可動(dòng)件交替地連通推進(jìn)劑管與排氣管和供給管之間的連接，以便在第一位置上使推進(jìn)劑管與供給管相連，而在第二位置上則使推進(jìn)劑管與排氣管相連。
附圖簡(jiǎn)介通過參閱說明書和附圖之后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加得一目了然，在這些附圖中


圖1是處于泵送模式中的系統(tǒng)的側(cè)剖圖；圖2是進(jìn)入泵送模式之前的所述泵送系統(tǒng)的側(cè)剖圖；圖3是位于井眼中的圖1所示泵送系統(tǒng)的側(cè)剖圖；圖4是另一種泵送實(shí)施例的側(cè)剖圖；圖5是又一種泵送實(shí)施例的側(cè)剖圖；圖6是內(nèi)裝于殼體的、與所述系統(tǒng)配合使用的一種泵送系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖7是本發(fā)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖8是一種示例用軟件流程的流程圖；圖9是本發(fā)明分流閥的側(cè)剖圖；圖10是圖9所示分流閥的俯視圖；圖11是該分流閥外部的側(cè)剖圖；圖12是該分流閥的前剖圖；圖13是液體／氣體分離器外部的前視圖；圖14是該液體／氣體分離器內(nèi)部的側(cè)視圖；圖15是分離／接收罐內(nèi)部的另一側(cè)視圖；圖16是分離／接收罐基座底部的內(nèi)部視圖；圖17是分離／接收罐帽蓋基座的側(cè)剖圖；圖18是分離／接收罐內(nèi)部的俯視圖；圖19是使用在氣相出口和氣相壓力釋放口的出入點(diǎn)處的一種擋流件的俯視圖；圖20是分離／接收罐帽蓋頂部的俯視圖，它示出了用于進(jìn)入控制閥室的諸管道的管道引接裝置(feed—through)；圖21是分離／接收罐的剖視圖，它示出了液位傳感器；圖22是使用在復(fù)原模式中的一種三通閥的側(cè)剖圖；以及圖23是處于泵送模式中的三通閥的側(cè)剖圖。
發(fā)明詳述本文中所述的按要求泵送可提高大約20％的生產(chǎn)率，同時(shí)還能節(jié)省能源。由于泵僅僅在有流體存在的情況下才運(yùn)作，因此還能通過減少維修保養(yǎng)、且同時(shí)自動(dòng)適應(yīng)流體流動(dòng)中的固有變化來進(jìn)一步縮減開支。在已有技術(shù)的系統(tǒng)中，泵工將不得不在多數(shù)情況中根據(jù)“最佳猜測(cè)”估算來改變所需的任何定時(shí)時(shí)間。
在此整個(gè)地援引以作參考的幾種泵、諸如Buckman等人的美國(guó)專利4，842，487號(hào)中所揭示的，可滿足用于井眼之類的小型泵的要求。然而，這些泵中還尚無一種泵具有不外是通過采用液位開關(guān)進(jìn)行最基本的“開／關(guān)”操作的控制泵送循環(huán)用的裝置。在本發(fā)明中所揭示的、與包含有’487號(hào)的泵的井眼泵配合使用的計(jì)算機(jī)控制器加強(qiáng)了對(duì)泵的控制，從而提高了生產(chǎn)率，并降低了維修保養(yǎng)的成本。另外，計(jì)算機(jī)控制器系統(tǒng)的使用還便于具有進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控的能力，并可進(jìn)行與良好的生產(chǎn)和泵性能相關(guān)的數(shù)據(jù)資料匯編。
為清楚起見，本申請(qǐng)中將采用下列術(shù)語和定義。
P1泵送壓力(psi)這是當(dāng)泵送循環(huán)進(jìn)行時(shí)，施加在位于推進(jìn)劑管內(nèi)的液體表面上的推進(jìn)氣體的持續(xù)壓力。該壓力可在推進(jìn)劑管和液體回收管內(nèi)移動(dòng)氣體／液體交界面。其值不能超出最大標(biāo)準(zhǔn)泵送壓力(最大SPP)，且不能小于最小標(biāo)準(zhǔn)泵送壓力(最小SPP)。該泵送壓力為壓力控制裝置的設(shè)定值的90％，并安全地低于開放式(opening)壓力控制裝置的出氣口(pop—off)裝置的設(shè)定值。后者最小SPP不能小于使段塞長(zhǎng)度(1)短得足以導(dǎo)致低效率、并引起以可接受的速率進(jìn)行泵送的超量的泵送循環(huán)的壓力。一般，最大SPP不能超出225 psi(壓力控制設(shè)定值=250psi)。另外，最小SPP最好不小于50 psi。在上述限定的范圍內(nèi)，求解通過實(shí)驗(yàn)修正的下列關(guān)系式，即可求得P1。為了更精確地求得NPP，在動(dòng)力泵送模式中，將不得不考慮諸如粘度、表面張力和溫度之類的液體特性因素以及管道上導(dǎo)管的平滑度和液體表層速度。
NPP(psi)=0．433×D×L其中，0．433是所選單元的常量D是柱狀閥中液體的密度純水為1．00咸水為1．01至1．2，一般為1．1；油為0．85至1．1。一般為0．91是以英尺計(jì)量的壓力點(diǎn)上方的柱高。
P0這是液體回收管內(nèi)的氣體壓力。該壓力可由用于使接收容器灌注到流動(dòng)管／罐組系統(tǒng)放空的剩余壓力來產(chǎn)生，和／或它可由井口氣的俘獲(capture)和再循環(huán)過程所產(chǎn)生。在前一種情況下，隨著液體段塞被輸送至罐組，P0應(yīng)當(dāng)接近于零(0)。在后一種情況下，該剩余壓力應(yīng)當(dāng)與井口壓力和輸入到推進(jìn)劑壓縮機(jī)內(nèi)的輸入壓力相抵。
計(jì)算機(jī)控制器被編制在監(jiān)控、泵送和復(fù)原這三種模式中運(yùn)行的程序。在監(jiān)控模式中，系統(tǒng)等待采用從變量輸入所得到的一個(gè)或多個(gè)傳感器的形式的起動(dòng)因素，用以表示存在于泵送系統(tǒng)內(nèi)的液體的體積已可被有效地泵送至地面。倘若液位尚未觸及傳感器，則該系統(tǒng)只需繼續(xù)其監(jiān)控動(dòng)作。而倘若檢測(cè)到液體，則該系統(tǒng)進(jìn)入泵送模式。
在監(jiān)控模式期間同時(shí)運(yùn)行在后臺(tái)的是監(jiān)視計(jì)時(shí)器子程序。該監(jiān)視計(jì)時(shí)器用作為對(duì)系統(tǒng)的按要求泵送的輔助，它是根據(jù)預(yù)設(shè)或適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔而非傳感器的起動(dòng)要求來起動(dòng)泵送模式的。因此，無論是當(dāng)存在足夠的液體還是超出了監(jiān)視時(shí)段時(shí)，該泵送模式被起動(dòng)。設(shè)置該監(jiān)視子程序是用以即使在傳感器所產(chǎn)生的、輸入至計(jì)算機(jī)控制器的變量輸入的起動(dòng)致因不存在的情況下，使之仍能保持井液的產(chǎn)出量。此項(xiàng)功能可在例如傳感器發(fā)生故障的情況下，使之仍能繼續(xù)起動(dòng)泵送模式。由于已結(jié)束的諸泵送模式起動(dòng)之間的時(shí)段被保存在控制器的特定存儲(chǔ)器中，從而使監(jiān)視計(jì)時(shí)器的時(shí)段可被自己編程或最后和推定為最佳地與數(shù)據(jù)資料相適應(yīng)。即使在泵送模式是由監(jiān)視計(jì)時(shí)器而非通過按要求泵送來起動(dòng)的情況下，這種適應(yīng)能力仍可繼續(xù)。這種持續(xù)的適應(yīng)能力可使系統(tǒng)在即使來自所有的傳感器的輸入都不存在的情況下，仍能保留最高的產(chǎn)出量和產(chǎn)出效率。這種適應(yīng)性一部分是由來自位于分離／接收罐1000中的下部液位傳感器1110的反饋所產(chǎn)生的，詳情請(qǐng)參見圖21。當(dāng)在下部液位傳感器1110未顯示出液體的情況下進(jìn)行可編程數(shù)量的泵送循環(huán)時(shí)，監(jiān)視計(jì)時(shí)器的時(shí)段將在泵送循環(huán)之間延長(zhǎng)時(shí)間。取決于其它傳感器的輸入，在未具備足夠液體的情況下進(jìn)行泵送循環(huán)即可顯示出泵內(nèi)的液體少于用于最優(yōu)泵送模式起動(dòng)的適當(dāng)?shù)牧俊Ｏ喾?，倘若位于分離／接收罐1000中的上部液位傳感器1130在泵送模式期間或之后顯示出液體的話，則可在程序的再次控制下縮短監(jiān)視計(jì)時(shí)器的時(shí)段。在這種情形下，取決于其它傳感器的輸入，即可顯示出泵送系統(tǒng)內(nèi)的液體多于用于最優(yōu)泵送模式起動(dòng)的適當(dāng)?shù)牧俊?br> 在復(fù)原模式之后，傳感器由控制器來監(jiān)控，用以核查液體的存在。雖然本文采用了一種下孔傳感器，但也可采用其它裝置來感應(yīng)液體的存在。因此，由于關(guān)鍵在于檢測(cè)液位，因而參照某一種特定的傳感器來描述本發(fā)明并不意味著用以限制范圍，這對(duì)于檢測(cè)液位的方法而言不是必要的。此外，本文中所采用的傳感器同屬一類范疇，它可包括熱敏元件、Y形傳感器連接件(下文中將作描述)、用于重復(fù)漫射的液位檢測(cè)感光件、光導(dǎo)纖維、超聲波等。
用于在傳感器上感應(yīng)液體存在的兩種低成本的方法是通過電壓或壓力的變化。在圖1所示的電壓變化傳感器20中，在傳導(dǎo)穩(wěn)恒電流的一半導(dǎo)體電阻器的兩個(gè)終端之間存在著電壓變化。這種電壓變化是由于該電阻器在井眼的氣相環(huán)境與液相環(huán)境之間的運(yùn)行溫度中可識(shí)別的溫度變化而使其電阻變化所引起的。關(guān)鍵在于，該穩(wěn)恒電流的大小與傳感器的耗散能力相匹配，倘若電流與耗散不相稱的話，就會(huì)使傳感器過熱。雖然這種匹配要視所采用的傳感器的類型而定，但這種匹配的必要性對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練人員而言是一目了然的?？刹捎枚喾N方法和傳感器來表示液體的存在，并起動(dòng)泵送模式，迄今已羅列出了其中某些方法和傳感器。
在圖2所示的實(shí)施例中，采用壓力來檢測(cè)井眼內(nèi)液體的存在。該實(shí)施例為低電壓傳感器提供了一個(gè)替代品。Y形傳感器組件60采用兩根延伸到井眼內(nèi)約為腔14的深度上的毛細(xì)管62和64。通過將Y形傳感器組件60連接至液體回收管12的外部接近進(jìn)入?yún)R集腔14的入口點(diǎn)的特定深度上來得以最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。或者，如圖所示，Y形傳感器60可經(jīng)由推進(jìn)劑管26延伸到腔14中。這兩根毛細(xì)管62和64籍由一Y形連接件66聚合成單個(gè)下方開口68。該下方開口68是敞開的，以便供井眼內(nèi)的液體上升時(shí)接收液體之用。第一毛細(xì)管62在地面上與泵送推進(jìn)劑所用的相同類型的高壓氣源相連，此泵的流量小于0．1立方英尺／小時(shí)。第二毛細(xì)管64在地面上與一壓差轉(zhuǎn)換器相連，該壓差轉(zhuǎn)換器具備等于或大于可獲得的最大推進(jìn)壓力的滿負(fù)荷壓力的能力。壓差轉(zhuǎn)換器的參照口與井口的環(huán)形空間(annulus)相連，以便進(jìn)行壓力補(bǔ)償。當(dāng)下方開口68敞開、且未浸沒到液體中時(shí)，由毛細(xì)管64施加至壓差轉(zhuǎn)換器的壓力基本等于環(huán)形空間的壓力。在這些條件下從轉(zhuǎn)換器輸出的電信號(hào)將顯示零壓差。當(dāng)液體浸沒下方開口68時(shí)，要克服浸沒液體的靜壓頭、并使高壓氣體持續(xù)地流過被浸沒的開口68所需的壓力增大。因此，當(dāng)液體在井眼內(nèi)上升時(shí)，氣體通過毛細(xì)管62的自由流動(dòng)被阻塞。當(dāng)氣體以基本相同的速度流動(dòng)時(shí)，最終會(huì)在毛細(xì)管62中形成足以將氣泡通過下方開口68壓送的壓力。第二毛細(xì)管64將該氣體壓力中的增量傳送至接近控制器120(圖6)的壓差轉(zhuǎn)換器的感應(yīng)口。于是，控制器120能夠通過讀取由轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的信號(hào)根據(jù)下列關(guān)系式來計(jì)算位于下方開口68之上的液位(h)h=P(PSI)Rho×g]]>其中Rho是正被檢測(cè)的液體的比重；
g是一英尺高的純水柱由于重力而施加在一平方英寸表面上的力(磅)；以及h是位于浸沒口之上的、正被檢測(cè)的液體的高度(英尺)。
該方法不僅檢測(cè)井眼內(nèi)液體的存在，而且還測(cè)估位于下方開口68之上的液體高度。由于采用了Y形傳感器組件60，因而可將昂貴的設(shè)備、即壓差轉(zhuǎn)換器設(shè)置在受保護(hù)的環(huán)境的地面之上；并且只將塑制的Y形連接件66和毛細(xì)管62和64暴露在井眼環(huán)境中。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)則是可去除井眼環(huán)境中的任何電子或?qū)щ娫?。電子元件的去除可大大減少系統(tǒng)因雷擊受損的機(jī)會(huì)。
該系統(tǒng)保留在泵送模式中直到與特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相配合的段塞傳感器28起動(dòng)泵送模式的終止程序?yàn)橹??；蛘?，該泵送模式盡管可以編程，但也可持續(xù)一段預(yù)定的時(shí)段，但這樣作并不是最佳方案，因?yàn)檫@樣會(huì)降低泵送系統(tǒng)的效率。一旦泵送模式結(jié)束后，就進(jìn)入復(fù)原模式。
傳感器20(倘若采用的話)和壓縮機(jī)40在復(fù)原模式期間復(fù)位并復(fù)原。另外，推進(jìn)氣體管26的壓力在復(fù)原模式期間可與井眼壓力相等。在下文中將作詳盡描述的復(fù)原模式盡管可以編程，但也可以是以當(dāng)前使用的設(shè)備所需的復(fù)原和復(fù)位時(shí)間為基礎(chǔ)的一預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔。
如圖1、2和3所示，圖中示出了一種可與本發(fā)明配合使用的泵的一個(gè)例子一泵10。該泵10具有一出液管12，該管用作為將液體從匯集腔14輸送至位于地面上的儲(chǔ)存罐用的一導(dǎo)管。該泵10的下部具有沿入口區(qū)16的整個(gè)周邊設(shè)置的多方入口18，它可被制造成任何適宜的結(jié)構(gòu)。隨著井眼中的液體漲高，液體經(jīng)由入口18流入入口區(qū)16。雖然本文中所示的入口18位于泵10的側(cè)方，但該入口也可沿著泵底或別處設(shè)置。升高該入口便于使液體與諸如沙粒、泥滓或水垢之類不希望有的固體相分離。應(yīng)當(dāng)注意到的是，可將入口設(shè)置在最適宜于井眼內(nèi)的狀況和／或正在泵送的液體類型的位置上。如圖2中的箭頭所示，流體靜壓迫使液體自入口區(qū)16經(jīng)由閥通道22的開口端上升至匯集腔14。該閥通道22設(shè)有閥座24，該閥座在允許液體經(jīng)由口32向上流動(dòng)的同時(shí)，一旦液體停止向上流動(dòng)，它還向止回球30提供一接納區(qū)。隨著液體經(jīng)由閥通道22上升，止回球30由于極小的壓力差而從它們的閥座上升起，從而可使液體流入到匯集腔14內(nèi)。液體響應(yīng)井眼液體的流體靜壓而在匯集腔14中繼續(xù)上升。一旦該匯集腔14被充滿，液體就在推進(jìn)劑管26中繼續(xù)上升，直到該液體接觸到下孔液體傳感器20或Y形傳感器60為止。該推進(jìn)劑管26在受壓的推進(jìn)氣體進(jìn)入?yún)R集腔14之前將其輸送至被泵送液體的氣體／液體交界面上。因在復(fù)原與監(jiān)控模式期間的推進(jìn)劑三通控制閥1090之間的連接，故最初存在于匯集腔14和推進(jìn)劑管26中的氣體易于由新進(jìn)入的液體所取代。這樣便可在位于環(huán)形空間與匯集腔14內(nèi)的氣體之間形成壓力平衡，從而使液體自由地流入?yún)R集腔14。
一旦液體上升而浸沒下孔液體傳感器20，即向控制器120傳送一表示液體已升至適當(dāng)液位的信號(hào)，該信號(hào)與其它傳感器的輸入相結(jié)合，從而起動(dòng)泵送模式。將傳感器設(shè)置在推進(jìn)劑管26內(nèi)提供了另一附加優(yōu)點(diǎn)，即可在推進(jìn)劑流過推進(jìn)劑管26時(shí)清洗該傳感器。
雖然計(jì)算機(jī)控制器120被預(yù)置，以便監(jiān)控每一口鉆井104處的許多必要的恒準(zhǔn)數(shù)值，但是由液體傳感器20所產(chǎn)生的、與起動(dòng)泵送模式用的較佳液位相對(duì)應(yīng)的特定電壓必須被單獨(dú)編程，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。同樣，與低于將要起動(dòng)的泵送模式的液位相對(duì)應(yīng)的特定電壓也要被單獨(dú)編程。這樣就提供了克服對(duì)諸如井眼的液體溫度及將要泵送的液體的其它熱動(dòng)特性、傳感器信號(hào)纜線線的長(zhǎng)度、材料特性及傳感器容差之類的變量的控制功能的最大可靠度。本文中將此方法稱之為傳感器濕態(tài)和傳感器干態(tài)校準(zhǔn)法，以下將更詳細(xì)地描述該方法的實(shí)施。
當(dāng)系統(tǒng)采用一種下孔傳感器時(shí)，則該傳感器20必須被編程，以便“學(xué)會(huì)”適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。在完成包括推進(jìn)劑管26和出液管12在內(nèi)的下孔泵送系統(tǒng)構(gòu)件的機(jī)械安裝的同時(shí)，將殼體頂罩固定在地面上。液位傳感器20和信號(hào)纜線34的組件被送入到頂罩入口內(nèi)，并向下放入到推進(jìn)劑管26的內(nèi)部。該信號(hào)纜線34和傳感器20的組件必須由能提供足夠的強(qiáng)度和能承受天然產(chǎn)生的井眼液體以及可能存在的處理化學(xué)品的材料制成。另外，信號(hào)纜線34還必須具備適當(dāng)?shù)碾姎馓匦裕允箓鞲衅?0可與控制器通信。
在信號(hào)纜線34的另一端與控制器120相連的情況下，圖6中的傳感器“濕態(tài)”指示燈180閃爍。這表示控制器120已準(zhǔn)備好被編程，以便識(shí)別出濕潤(rùn)狀態(tài)。傳感器20被允許在推進(jìn)劑管26中向下前進(jìn)一段被測(cè)距離，直到其浸入到液體中為止。該高度已預(yù)先設(shè)定。為了接收來自傳感器20的、作為有效濕態(tài)信號(hào)的信號(hào)，持續(xù)地按下操作按鈕188，直到傳感器濕態(tài)指示燈180熄滅為止。
接著，干態(tài)指示燈182閃爍，這表示控制器120能被編程，以便識(shí)別出傳感器的干燥狀態(tài)。此時(shí)，傳感器20上升至匯集腔14和／或推進(jìn)劑管26中的液體的預(yù)定液位之上大約25英尺處。為了封閉推進(jìn)劑管26內(nèi)的推進(jìn)壓力，在入口處環(huán)繞該信號(hào)纜線34固定一壓力密封套。然后，人工起動(dòng)泵送模式。在完成泵送和復(fù)原模式的同時(shí)，控制器120也編程完畢。干態(tài)指示燈182繼續(xù)閃爍，這表示控制器120已準(zhǔn)備好被編制用于傳感器干態(tài)值的程序。傳感器20由于其浸沒在將被泵送的典型液體中以及在泵送和復(fù)原模式中產(chǎn)生的典型條件而已被調(diào)整。為了接收來自傳感器20的、作為有效干態(tài)信號(hào)的信號(hào)，再次持續(xù)地按下操作按鈕188，直到傳感器干態(tài)指示燈182熄滅為止。
利用上述數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)計(jì)算出介于傳感器濕態(tài)與傳感器干態(tài)經(jīng)驗(yàn)值之間的一中間值，并將該值加上或減去抖動(dòng)(dither)之后作為有效的液體測(cè)定臨界值儲(chǔ)存起來。該編程方法提供了控制器操作的最大可靠度，并從本質(zhì)上消除了對(duì)液體測(cè)定傳感器輸入的錯(cuò)誤響應(yīng)。某些傳感器將無需濕態(tài)／干態(tài)設(shè)定值，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練人員而言，設(shè)立這些設(shè)定值的必要性將變得一目了然。
在監(jiān)控模式中，指示燈180和182相應(yīng)地表明了傳感器20的濕潤(rùn)或干燥狀態(tài)。這兩個(gè)指示燈在復(fù)原模式期間被熄滅，此時(shí)，控制器向傳感器20暫時(shí)提供較大的電流，以加快傳感器從液體浸沒和推進(jìn)氣體流動(dòng)的影響中復(fù)原。一旦復(fù)原模式完成，該暫時(shí)增大的電流就會(huì)提供一較快穩(wěn)定的液位測(cè)定信號(hào)。與此同時(shí)，在復(fù)原模式起始階段，匯集腔14內(nèi)的氣體壓力可通過三通控制閥1090(參見圖22和圖23)而平衡。環(huán)形空間內(nèi)的壓力允許液體流入并再度充滿匯集腔14、推進(jìn)劑管26和出液管12。只有在復(fù)原模式完成且進(jìn)入監(jiān)控模式之后，來自傳感器20的信號(hào)電平才會(huì)被認(rèn)定能有效地表示液位。
應(yīng)當(dāng)注意到的是，殼體50還可設(shè)有諸如鍵盤、觸摸屏幕、紅外線、射頻等控制器接口輸入。該控制器接口可使用戶對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)中的程序作些必要的改動(dòng)。
在液體以快于預(yù)先編制在系統(tǒng)程序內(nèi)的速度流回到井眼中的情況下，立即減小傳感器20的電流可提供更為精確的響應(yīng)曲線。電流變化率最好是用戶無法給定的預(yù)設(shè)值。
在泵送模式期間，氣體壓力最好由三通閥1090通過推進(jìn)劑管26來提供，以迫使液體流出匯集腔14，并沿著出液管12向上流動(dòng)。該壓力還迫使止回球30擱置在閥座24上，從而堵塞口32。通過堵塞口32，可防止匯集腔14中的液體通過閥通道22流出，并且還可防止補(bǔ)充的液體流入到匯集腔14內(nèi)。隨著推進(jìn)劑流過推進(jìn)劑管26，它取代了匯集在匯集腔14中的液體，該液體只能通過可用的通道流出，并從出液管12輸出。雖然該系統(tǒng)被描述成將液體以段塞狀進(jìn)行輸送，但是通過改變管徑，從而增大推進(jìn)劑的體積，由此液體可以柱狀而不是段塞狀進(jìn)行輸送。通過改變匯集腔14的尺寸大小和泵送模式的時(shí)間長(zhǎng)短，可獲得對(duì)引至地面的液體體積的附加控制。
通過電動(dòng)壓縮機(jī)或氣動(dòng)壓縮機(jī)可提供移動(dòng)液體段塞用的壓力。或者，可采用美國(guó)5，006，046號(hào)中所描述的井眼氣體壓力，該專利在此被整個(gè)地援引以作參考。該壓縮機(jī)或氣源由控制器120所監(jiān)控，以使信號(hào)源可將壓縮氣體供至多口鉆井。壓縮機(jī)40的運(yùn)作由控制器120所監(jiān)控，其中任何故障均立即報(bào)告給一中央報(bào)告裝置。該壓縮機(jī)40的性能特征可由預(yù)定時(shí)段內(nèi)的復(fù)原輪廓線來表征。壓縮機(jī)40的運(yùn)作范圍被預(yù)設(shè)在一預(yù)定壓力上，以便將磨損、斷裂和能量消耗減至最小。通過在壓縮機(jī)40與殼體50中的控制器120之間建立通信，可監(jiān)控并操縱推進(jìn)劑儲(chǔ)存罐(未圖示)的壓力，以配合泵送循環(huán)的要求。只能在一特定帶區(qū)上對(duì)壓縮機(jī)40的運(yùn)作壓力范圍進(jìn)行修改，同時(shí)仍然設(shè)有包括電動(dòng)機(jī)械壓力開關(guān)和安全出氣或釋放閥在內(nèi)的安全控制裝置。
如本文中將進(jìn)一步描述的那樣，在不采用接收／分離罐1000的情況下，就需要有段塞傳感器。如圖3所示，段塞傳感器28未曾設(shè)置在井眼中。當(dāng)控制器120接收表示段塞已到達(dá)地面的信號(hào)時(shí)、或者在程序所編制的一段延遲之后，系統(tǒng)自動(dòng)終止該泵送循環(huán)。在傳感器28發(fā)生故障的情況下，控制器120將繼續(xù)在該泵送循環(huán)中以用于最長(zhǎng)泵送循環(huán)持續(xù)時(shí)間提供推進(jìn)氣體壓力。該傳感器28可為具有模擬或數(shù)字輸出的一種機(jī)械或非機(jī)械液體傳感器。倘若該液體傳感器產(chǎn)生一模擬信號(hào)，則系統(tǒng)120必須用測(cè)定臨界值來編程。倘若該液體傳感器產(chǎn)生一數(shù)字信號(hào)，則系統(tǒng)120將須要編制這樣一套程序，以使該數(shù)字電平可從一被激發(fā)的液體傳感器傳送至該程序。
為使系統(tǒng)效率最優(yōu)化，一旦檢測(cè)到段塞，就可終止泵送模式，從而利用剩余壓力將該段塞推入到儲(chǔ)存罐42內(nèi)。因此，傳感器48必須離開泵10一段足夠的距離，從而可利用剩余壓力將該段塞推過最后的距離直到儲(chǔ)存罐42之中。段塞傳感器48離開儲(chǔ)存罐42的準(zhǔn)確距離取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即所泵送的材料、液體流入井眼的速率、泵深等。即使傳感器發(fā)生故障，監(jiān)控計(jì)時(shí)器的設(shè)定也會(huì)根據(jù)定時(shí)基準(zhǔn)來調(diào)節(jié)泵送模式，直到該傳感器能被修復(fù)為止。在泵送模式之后，系統(tǒng)處于復(fù)原模式中，此時(shí)，推進(jìn)劑管26和匯集腔14可使井眼壓力平衡。如上所述，復(fù)原模式是處于定時(shí)基準(zhǔn)之上的，一旦超過了預(yù)設(shè)時(shí)間，該系統(tǒng)將再次成為監(jiān)控用于確定液體存在與否的下孔傳感器。
傳感器20可包含用于測(cè)定整個(gè)泵上的壓力差的裝置，從而將所有的監(jiān)控系統(tǒng)合并成一個(gè)易于接近的裝置?；蛘?，傳感器20可用于監(jiān)控、或恢復(fù)(resume)流體靜壓，從而表明液體存在于泵中和／或液位高度。在儲(chǔ)存罐42的液體出口處可配備一單向閥，以防回流。然而，最優(yōu)地的是，將結(jié)合圖13—21進(jìn)行描述的一液相／氣相分離器、接收／分離罐1000設(shè)置在儲(chǔ)存罐42與出液管12之間。該接收／分離罐1000內(nèi)設(shè)高低電平傳感器，因而不再需要傳感器28。
在另一種泵400的結(jié)構(gòu)中，如圖4所示，已對(duì)匯集腔406的基底404作了改動(dòng)。閥通道402被改成延伸超出底架408和弧形基底404。這種結(jié)構(gòu)可促使液體向上流動(dòng)，并防止液體積聚在角落內(nèi)。該實(shí)施例中的輸入腔412是可拆卸的，由此同一個(gè)泵可與另一種輸入腔配合使用。這樣就能使同一個(gè)泵與不同的入口間距配合使用，由此適應(yīng)各種井眼條件和所泵送的液體。在泵400中，輸入腔412具有置于該腔412的頂部、而不是沿其長(zhǎng)度設(shè)置的入口414。通過利用固定于泵底408的一螺紋圈416而將該輸入腔412連接在泵400上。該輸入腔412設(shè)有一匹配的接納螺紋圈418。當(dāng)然，正如改變?nèi)肟谠O(shè)置一樣，也可采用其它的連接方法，它們對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員而言是一目了然的。又一種方案是，如圖5所示，腔底452呈弧形，但匯集腔入口454保持與底架456齊高。
液體從在油井中稱之為產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)的某一高度或多個(gè)高度流入到井眼內(nèi)。液體持續(xù)地流入井眼，直到該井眼內(nèi)的流體靜壓與由液體流入井眼所施加的壓力基本相等為止。此時(shí)，由于井眼內(nèi)存在液體而產(chǎn)生的流體靜壓的緣故，因而從產(chǎn)出層流入到井眼內(nèi)的液體被減至最少。僅有由于在周圍的產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)中存在氣體或液體所產(chǎn)生的剩余壓力可使井眼內(nèi)的液面進(jìn)一步上升。雖然該剩余壓力可由自然原因所產(chǎn)生、例如夾帶(trap)或分離(dissolve)的氣體、或者由于二級(jí)或三級(jí)復(fù)原方法的應(yīng)用，但這些影響是極難預(yù)測(cè)的。在被設(shè)置成根據(jù)定時(shí)基準(zhǔn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的已有技術(shù)的系統(tǒng)中，取決于計(jì)時(shí)器設(shè)定的精確程度，其中液體可保持在該高度上一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。在本系統(tǒng)中，液體是按要求、即當(dāng)控制參數(shù)已達(dá)到一特殊值時(shí)進(jìn)行泵送的。例如，倘若目標(biāo)是使液體的產(chǎn)量最大的話，則應(yīng)當(dāng)使井眼中的液位高度保持在等于或小于產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)的高度上。使液體高于該高度上升將必定使井眼的再度充滿率降低，由此導(dǎo)致較低的液體產(chǎn)出率。設(shè)置在最低產(chǎn)出層高度上的下孔液體傳感器20應(yīng)當(dāng)是起動(dòng)泵送循環(huán)的一個(gè)使液位保持在該高度上的途經(jīng)，由此可使鉆井的產(chǎn)出率最大。
已有技術(shù)中的系統(tǒng)通過頻繁地將液體向外泵送至泵的上方一段預(yù)設(shè)時(shí)間而使液位低于產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)。一旦液位低于最低產(chǎn)出層，就會(huì)破壞液體的附連性(cohesion)，這就須要鉆井自己來重新裝填(re—prime)。這樣就減慢了液體流入到井眼內(nèi)的速度，直到液體已有時(shí)間來重新建立附連性為止。所述系統(tǒng)被設(shè)置成在去除低于產(chǎn)出層的液體之前就停止泵送，從而防止附連性受到任何破壞。這可通過泵高調(diào)整、編程或在產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)上設(shè)置一傳感器來實(shí)現(xiàn)。
在某些地區(qū)中，尤其在冬天，液體中所含的石蠟會(huì)從靜止不動(dòng)的液體中析出。由于石蠟往往會(huì)附著在金屬上，因此這種析出會(huì)使金屬泵以及有關(guān)的金屬部件阻塞。在所述系統(tǒng)中，通過防止液體靜止不動(dòng)，從而不給石蠟析出的機(jī)會(huì)，由此來防止石蠟附著在設(shè)備上。含沙土壤和粒狀土壤會(huì)給已有技術(shù)系統(tǒng)中靜止不動(dòng)的液體帶來一個(gè)難題。沙粒會(huì)沉積在井眼內(nèi)，最終阻塞產(chǎn)出層，從而減慢了液體流動(dòng)，并造成設(shè)備磨損。通過采用按要求泵送，沙粒就無法堆積在產(chǎn)出層之上。隨著液體從產(chǎn)出層(或多個(gè)產(chǎn)出層)流入井眼，泥滓和沙?？膳c液體一道被輸送。當(dāng)液體升至起動(dòng)泵送模式用的適當(dāng)高度時(shí)，會(huì)將所有的組分一液體、沙粒和泥滓—從推進(jìn)劑管26、匯集腔10和液體回收管12中一并撤出。通過使泵送系統(tǒng)完全撤空，即可有效地防止沙粒和泥滓堆積在井眼之中。此外，通過使液體幾乎恒定地流入到井眼內(nèi)，可根據(jù)地質(zhì)組成和產(chǎn)出層的孔隙度頻繁地打通新的孔道，從而增加液體流量。
圖6中示出了殼體50的一個(gè)例子。除了濕態(tài)指示燈180、干態(tài)指示燈182和段塞測(cè)定指示燈184及設(shè)定按鈕188之外，還設(shè)有其它的指示燈和LED讀出裝置，用以監(jiān)控該系統(tǒng)。程序運(yùn)行指示燈192用來表示電源接通、程序正在運(yùn)行?！盃顟B(tài)OK”指示燈194用來表示雖然某些設(shè)定值可能偏離預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，但該系統(tǒng)仍然上行，并將繼續(xù)進(jìn)行泵送。該系統(tǒng)被編程以提供最大的產(chǎn)出率，因而，即使諸如壓縮機(jī)壓力之類的設(shè)定值偏離預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)一定的程序設(shè)定量，該系統(tǒng)將仍可運(yùn)行。由于所有的電子元件均與控制器120相連，因此它會(huì)察覺到任何的偏差，并將報(bào)告這些偏差而不中斷系統(tǒng)。但該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被編程，以便當(dāng)發(fā)生特定的運(yùn)行危險(xiǎn)偏差時(shí)可被完全中斷?？蓤?bào)告任何可人工或網(wǎng)絡(luò)可修正的偏差以便校正。
泵送模式指示燈190表示系統(tǒng)處于泵送模式中。由于系統(tǒng)靜音運(yùn)行的緣故，因而在不具備諸如燈或聲音之類的指示器的情況下是難以確定該系統(tǒng)是否正在進(jìn)行泵送的。用戶界面按鈕186可使用戶人工起動(dòng)及終止泵送循環(huán)。
電源接通指示燈192表示系統(tǒng)接通電源、且處理程序正在運(yùn)行。即使電源斷開，該系統(tǒng)也不會(huì)丟失任何程序編制的參數(shù)。出錯(cuò)指示燈196用來表示系統(tǒng)程序或參數(shù)出錯(cuò)。當(dāng)系統(tǒng)每一次被驅(qū)動(dòng)時(shí)，該出錯(cuò)指示燈就會(huì)點(diǎn)亮，同時(shí)執(zhí)行診斷程序。倘若系統(tǒng)未查任何問題的話，則該出錯(cuò)指示燈熄滅。但如果系統(tǒng)中存在問題的話，該出錯(cuò)指示燈就會(huì)繼續(xù)點(diǎn)亮，取決于差錯(cuò)的類型，該系統(tǒng)或是運(yùn)行或是完全中斷運(yùn)行。倘若由于某種原因而使存儲(chǔ)器中的一參數(shù)發(fā)生惡變的話，則該出錯(cuò)指示燈會(huì)同“狀態(tài)OK”指示燈194一道保持點(diǎn)亮，此時(shí)，該系統(tǒng)最好工作一小段時(shí)間以縮短停產(chǎn)時(shí)間。本文中所述的這些指示燈和讀出條只是舉例用的，根據(jù)所泵送的液體、殼體位置等的不同也可采用其它的指示器。
利用內(nèi)含系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)的系統(tǒng)程序器集成電路(I．C．)可編制新的參數(shù)。處理器I．C．由一系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序I．C．、打開的電源和進(jìn)入的系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)所取代。該系統(tǒng)檢查以核定程序正在適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，如果出錯(cuò)，則點(diǎn)亮出錯(cuò)指示燈。當(dāng)參數(shù)被正確地儲(chǔ)存時(shí)，該I．C．被去除并由原I．C．所取代。原始參數(shù)可用一些時(shí)間來設(shè)立，但這樣控制器就只有幾分鐘來編程。這與多個(gè)獨(dú)立控制器120最初安裝在具有共用參數(shù)的一產(chǎn)出點(diǎn)上時(shí)的狀況有關(guān)。對(duì)于此類安裝，通過“體外生長(zhǎng)(cloning)的”可編程集成電路可省去相當(dāng)多的時(shí)間。
下孔液體傳感器的濕態(tài)和干態(tài)電平值在安裝的同時(shí)儲(chǔ)存在控制器120內(nèi)。接著，通過按下用戶按鈕186、并使電力在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)可清除這些值。在按下用戶按鈕而向系統(tǒng)提供電力之后，傳感器濕態(tài)指示燈180將開始閃爍若干秒鐘。只要用戶按鈕186被按下，出錯(cuò)指示燈196就將與傳感器濕態(tài)指示燈180同步閃爍。這表示濕態(tài)電平值將要復(fù)位。若干秒鐘之后，傳感器濕態(tài)指示燈180將停止閃爍，而傳感器干態(tài)指示燈182將開始閃爍。同樣，倘若用戶按鈕186被按下，則出錯(cuò)指示燈196將與傳感器干態(tài)指示燈182同步閃爍，這表示干態(tài)電平值將要復(fù)位。倘若用戶不想使干態(tài)電平值復(fù)位，則他只需松開用戶按鈕186，并等到計(jì)時(shí)器終止即可。這同樣適用于濕態(tài)電平值，用戶按鈕186被松開，而濕態(tài)電平指示燈180閃爍到干態(tài)指示燈182開始閃爍為止。或者，控制器120可被編程，以便允許用戶只設(shè)定井眼內(nèi)的傳感器干態(tài)電平值，并使控制器120計(jì)算出傳感器濕態(tài)電平值，反之亦然。
較佳的是，外部顯示盡可能多的信息，以防反復(fù)打開示例用殼體50，從而保證了安全。殼體50具有一圓頂蓋200和一固定底座204。該圓頂蓋200可從固定底座204上卸離，以便接近控制器120和任何內(nèi)部顯示的數(shù)據(jù)資料或開關(guān)。在非網(wǎng)狀單元上，數(shù)據(jù)資料須要顯示在該單元的LED窗口210上。數(shù)據(jù)資料可根據(jù)定時(shí)或在線呼叫顯示在預(yù)設(shè)報(bào)告中。倘若要從外部通達(dá)按鈕板208的話，則該按鈕板應(yīng)當(dāng)能被上鎖，以防未經(jīng)許可而觸及。或者是，只能從殼體50的內(nèi)部接近用戶按鈕186。
保護(hù)控制器120及其它設(shè)備、使其免遭雷電傷害是一個(gè)關(guān)鍵問題。只是簡(jiǎn)單地采用一種法拉第防護(hù)罩仍然會(huì)使系統(tǒng)遭受雷電襲擊，并且還會(huì)使距離地面1000英尺深的傳感器受到破壞。因此，要在接近供電立柱702的地面上打入一接地電極700。該電極700用作為一種大氣和大地組合終端，并且無論是架空供電還是地下供電均可適用。由#6 AWG實(shí)心銅或等效物所制成的一根接地線704從電極700接到鉆井殼蓋204，并在那兒鉤到突耳206上。該接地線704可埋設(shè)在稍低于地面的高度上。第二根由#6 AWG實(shí)心銅所制成的接地線鉤到突耳208上，并通到內(nèi)部設(shè)備的接地導(dǎo)體和內(nèi)部法拉第防護(hù)罩(圖未示)上。這樣就使所有非電流承載的金屬物體連接到一共用土地終端上，從而從本質(zhì)上消除了任何電勢(shì)差。這種安排可使雷電優(yōu)先閃擊大氣／大地終端700，從而使電流經(jīng)由接地導(dǎo)體704、殼體突耳206和鉆井殼體204無害地流過大地。由雷電閃擊所帶來的任何電勢(shì)增大也將由設(shè)備接地導(dǎo)體和所連接的所有非電流承載的金屬物體所感受，從而向相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備提供最大程度的保護(hù)。
最好在殼體50之中或者其附近設(shè)置一溫度傳感器，用以監(jiān)控環(huán)境溫度。在低于涉及泵送安全的最低環(huán)境溫度的溫度上進(jìn)行泵送會(huì)給設(shè)備造成損害。在已有技術(shù)的系統(tǒng)中，當(dāng)溫度降到安全運(yùn)行點(diǎn)以下時(shí)，要人工中斷泵送動(dòng)作。這種中斷將一直延續(xù)到重新人工起動(dòng)系統(tǒng)為止，這樣就導(dǎo)致了相當(dāng)長(zhǎng)的停產(chǎn)時(shí)間。所述系統(tǒng)可連續(xù)地感應(yīng)環(huán)境溫度，并在環(huán)境溫度降至一預(yù)設(shè)溫度時(shí)終止泵送。一旦溫度回升到大于該預(yù)設(shè)值時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)重新起動(dòng)。由此，在模棱兩可的氣候中，在溫度較高的日子中，該系統(tǒng)將重新起動(dòng)并運(yùn)行直到溫度下降為止。這樣就可使生產(chǎn)損失減小到最小，同時(shí)還促進(jìn)了安全。另外，當(dāng)環(huán)境溫度接近最小泵送溫度時(shí)，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)的泵送模式時(shí)間。這種控制策略可確保極少的剩余液體將留在地面之上的泵送系統(tǒng)構(gòu)件內(nèi)，由此便于在返回安全環(huán)境溫度的同時(shí)最快地恢復(fù)滿負(fù)荷運(yùn)行。
所述泵送系統(tǒng)104可單獨(dú)設(shè)置，以便與單口鉆井配合使用，或者可形成網(wǎng)絡(luò)，以便與多口鉆井配合使用。如圖7中所示的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)100包括操縱泵送過程和用于連有該單元的各鉆井控制器120的數(shù)據(jù)資料采集的主控制器102。在大規(guī)模的系統(tǒng)中，主控制器102可與一監(jiān)控中心110通信。在各個(gè)鉆井控制器120、主控制器102和監(jiān)控中心110之間的通信方式可為已有技術(shù)中已知的、諸如無線電、蜂窩狀(cellular)衛(wèi)星或硬連線之類的方法。運(yùn)行系統(tǒng)所需的設(shè)備成本與安裝通信連線106所需的成本之間的比較通常為決定連接至各主控制器102的鉆井?dāng)?shù)量的決定因素。在某些情況下，每一口鉆井104具有一個(gè)控制器120是最經(jīng)濟(jì)的。其它的位置和／或地形可采用多個(gè)控制器120連接至單個(gè)主控制器102。在小規(guī)模的機(jī)構(gòu)中，主控制器單元102可僅僅是計(jì)算機(jī)和有用于提供所需報(bào)告的軟件?？刂破?02可按被預(yù)編程的進(jìn)度將信息數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)庫地下載至監(jiān)控中心110，或者處理信息后僅僅下載被預(yù)編程的報(bào)告。本系統(tǒng)中所使用的計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)具有足夠的能力以用戶所需的格式來處理信息。在所述系統(tǒng)中內(nèi)裝一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)以用于諸特定例子。本文中所述的任何部件均可與其它所述的部件相結(jié)合，例如系統(tǒng)中所用的、將液體直接泵送至儲(chǔ)存罐的控制器可裝入到接收／分離罐控制器之中。鑒于本文的內(nèi)容，這些特點(diǎn)的結(jié)合對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練技術(shù)人員而言將變得一目了然。
在某些情況下，諸如在停機(jī)之后的電力恢復(fù)中，一個(gè)以上的鉆井處理器120可同時(shí)聯(lián)機(jī)。雖然主控制器102可同時(shí)處理一個(gè)以上的控制器120，但諸如壓縮機(jī)40之類的共用機(jī)械設(shè)備一次只能用于一口井眼。因此，給各個(gè)鉆井控制器120分配一個(gè)用來標(biāo)明該控制器在系統(tǒng)中的泵送優(yōu)先權(quán)的優(yōu)先號(hào)。這些優(yōu)先號(hào)可根據(jù)任何的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來確定。
在系統(tǒng)原先就被安裝成網(wǎng)絡(luò)的情況下，可省去各個(gè)控制器120，其中位于泵和接收罐之中的諸傳感器將讀數(shù)直接報(bào)告給主控制器102。然而，無論是在各個(gè)控制器120上還是在主控制器102上進(jìn)行監(jiān)控，其處理過程仍然是一樣的。
由于暴露于外界的時(shí)間較長(zhǎng)，因而最好所有的材料皆為抗蝕性材料。115或230伏電源的兼容性可使系統(tǒng)在不用更改的情況下廣泛地在全世界通用。最好如上所述，所有的系統(tǒng)都必須能抵抗雷電和良好地接地以作電涌保護(hù)之用，以防風(fēng)暴危害或至少將風(fēng)暴危害減至最小。
在來自若干個(gè)泵的泵送液體可流入單獨(dú)一個(gè)接收罐的情況下，每一次致動(dòng)均表示液體正被泵送。倘若泵被致動(dòng)而接收罐未顯示出已收到液體的話，則在一次循環(huán)之后將顯示出現(xiàn)問題?？蓪⒋嬖谠搯栴}的鉆井或多口鉆井104立即中斷，以檢修好可能成為問題的線路。儲(chǔ)存罐傳感器還能使主控制器102保持對(duì)泵送液體的跟蹤，并確定用于液體輸送裝置的最有效的采集(pick up)進(jìn)度，以便從儲(chǔ)存罐42采集液體。由于這些儲(chǔ)存罐內(nèi)的液位是絕對(duì)不能溢流的，因而控制儲(chǔ)存罐內(nèi)的液位是相當(dāng)重要的；否則，產(chǎn)出的液體會(huì)損失掉，司法部門可能要作環(huán)境危害處置、罰款和懲治。這可應(yīng)用于所有的泵送液體，無論是油還是咸水。
本文所示的系統(tǒng)含有許多參數(shù)，其中大部分參數(shù)是工廠預(yù)設(shè)的，還有三個(gè)用戶設(shè)定值(液體傳感器濕態(tài)、干態(tài)和段塞測(cè)定臨界值)?？刂破?20或主控制器102被編程以監(jiān)控并檢查鉆井104、儲(chǔ)存罐42的液位和壓縮機(jī)40，并將所監(jiān)控的信息存入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫。圖8是所述系統(tǒng)的一實(shí)例順序的流程圖。眾所周知，存在著多種可實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果的語言以及數(shù)據(jù)庫。然而，步進(jìn)順序、交叉校驗(yàn)、臨界確定值以及滿足這些臨界值的任何程序都可以采用。
儲(chǔ)存罐42和輔助系統(tǒng)較佳地設(shè)置于地下，以便將對(duì)環(huán)境的沖擊減至最小，并有利于美觀。由于較小的設(shè)備尺寸、較低的聲級(jí)以及潔凈度，本系統(tǒng)較已有技術(shù)中的系統(tǒng)而言更易于為城市和農(nóng)村地區(qū)所接受。重要的是，本系統(tǒng)中包含諸安全特點(diǎn)，以使任何生態(tài)危害減至最小。其中所含的一個(gè)安全特點(diǎn)包括位于儲(chǔ)存罐42中的、用于立即通知液體可能發(fā)生泄漏或者儲(chǔ)存罐中的物質(zhì)可能被偷盜的液位傳感器(圖未示)。由于儲(chǔ)存罐液位傳感器能分辨出由每一次的泵送循環(huán)所引起的液體增量，因此液體增量的減少或中止即表明在泵送系統(tǒng)的某些部位內(nèi)可能發(fā)生了泄漏。在介于井口裝置104與儲(chǔ)存罐42之間的出液管12內(nèi)可能發(fā)生泄漏的情況下，該系統(tǒng)可被編程以中斷任何進(jìn)一步的動(dòng)作，直到操作者可核定未導(dǎo)致任何環(huán)境危害為止。通過不斷地監(jiān)控液位，控制器120可了解每一次的液體泵送量。倘若液體泵送量保持不變、而介于止動(dòng)與起動(dòng)之間的時(shí)間卻下降至被預(yù)編程的容差之下，則控制器120會(huì)向主控制器102或監(jiān)控站110發(fā)出出液管12存在泄漏的通知。另外，倘若液體泵送量下降至被預(yù)編程的液量之下，則主控制器102會(huì)通知監(jiān)控中心110系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)問題。這樣，倘若傳感器不能運(yùn)作，則該系統(tǒng)可繼續(xù)按定時(shí)進(jìn)度來泵送液體。還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)入泵送模式的次數(shù)與傳感器指令泵送循環(huán)起動(dòng)的次數(shù)之間的比較進(jìn)行監(jiān)控。在兩個(gè)次數(shù)不匹配的情況下，該系統(tǒng)將通知監(jiān)控中心110。上述是系統(tǒng)的通知和監(jiān)控能力的例子。根據(jù)其配置和系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)的數(shù)量，還可監(jiān)控其它項(xiàng)目，并變更通知順序。
在較佳實(shí)施例中，軟件存取分三級(jí)，所有的級(jí)別皆被加密，且只有通過密碼才能接近。第一級(jí)是“只讀”程序，它令系統(tǒng)可由職員來監(jiān)控。第二級(jí)提供了有限的存取，并允許變更不會(huì)影響數(shù)據(jù)資料記錄且優(yōu)于(dominate)程序特點(diǎn)的所選臨界值。第二級(jí)存取的一個(gè)例子是變更最大泵送時(shí)間長(zhǎng)度、最低泵送溫度等。第三級(jí)存取用于變更現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)。
為了維護(hù)系統(tǒng)的完整性，第三級(jí)最好只能存取一段較短的時(shí)間。通過使第三級(jí)只可存取一段較短的時(shí)間，可令未經(jīng)許可的用戶更難以進(jìn)入。系統(tǒng)中的高度安全可靠性有助于防止致使系統(tǒng)崩潰的未經(jīng)許可的存取。
為確保系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行，將臨界值預(yù)先裝入到非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，并且只能經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口來進(jìn)行變更。這種例子有最小泵送壓力和最低泵送溫度以及被擴(kuò)展的循環(huán)泵送的溫度范圍。根據(jù)上述內(nèi)容，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員將對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行甚為關(guān)鍵的信息以及可改變的信息一目了然。
軟件連續(xù)地從泵送循環(huán)中采集數(shù)據(jù)資料，包括一段給定時(shí)間內(nèi)的循環(huán)數(shù)和一段時(shí)間內(nèi)的液體產(chǎn)量，從而以便可進(jìn)行最優(yōu)的泵送循環(huán)。另外還對(duì)影響液體流動(dòng)的溫度進(jìn)行監(jiān)控，并將其考慮到泵送循環(huán)中去。通過改變泵送循環(huán)使之能與增大或減小的液體流動(dòng)相對(duì)應(yīng)，從而可進(jìn)一步增加按要求泵送的優(yōu)越性。諸報(bào)告可被編程，以便根據(jù)預(yù)定參數(shù)自動(dòng)地作出報(bào)告。該自動(dòng)報(bào)告還有利于可設(shè)定報(bào)告時(shí)間，以便在每天的同一時(shí)刻發(fā)出相同的報(bào)告，從而免除了別的變化。還可將諸如特定的溫度、裝滿的時(shí)間等的臨界值設(shè)置到報(bào)告內(nèi)。
由于“按要求泵送”的特點(diǎn)以及精確地跟蹤泵送循環(huán)的能力的緣故，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)100較目前使用在本領(lǐng)域中的絕大多數(shù)技術(shù)而言能更準(zhǔn)確地確定一給定鉆井104內(nèi)的產(chǎn)量。通過與一給定產(chǎn)地中的許多鉆井104相連，該系統(tǒng)可跟蹤各鉆井的產(chǎn)量，并采集產(chǎn)量信息以報(bào)告給業(yè)主、投資者等。于是，該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)100成為了“管理”租約中的一種極佳、也是唯一的工具。該系統(tǒng)還進(jìn)一步免除了對(duì)于要經(jīng)常地進(jìn)入到油田現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)、以人工檢查鉆井運(yùn)行和／或保養(yǎng)設(shè)備的“泵工”的需求。許多鉆井的起始流動(dòng)將會(huì)很大，這是在已有技術(shù)的系統(tǒng)中通常是無法獲得的一個(gè)要素。
發(fā)生在眾多泵送狀態(tài)下的問題是在停電期間或者其它的泵送中斷期內(nèi)，井眼中的液體會(huì)發(fā)生積聚。當(dāng)下一次泵送時(shí)，在停電期間積聚的液體量會(huì)在出液管12中形成高得多的柱高。這就需要比泵送系統(tǒng)中常規(guī)利用的推進(jìn)壓力更大的壓力。為了解決這個(gè)問題，如圖9—12所示，分流閥900各沿大約二百英尺進(jìn)行安裝，并位于推進(jìn)劑管932與液體回收管940之間。該分流閥900由一液體通道926構(gòu)成，該通道將推進(jìn)劑管932與液體回收管940相連。該通道926的打開與關(guān)閉是由一閥板904來控制的，該閥板由一氣缸924來致動(dòng)。該閥板904通過一桿928、一螺母929、叉桿(clevis)916和叉桿銷914與氣缸924相連。該閥板904繞與閥體902相連的一軸銷910轉(zhuǎn)動(dòng)。該軸銷910防止閥板904滑入到凹部930之中。為了防止液體泄漏到凹部930中，在閥板904與閥體902之間設(shè)置一O形環(huán)908。閥板904如圖9所示處于打開的位置上，其中關(guān)閉位置即為接觸部906遮住通道926。氣缸924中的活塞由于施加至其頂部和底部的合力而移動(dòng)。井眼壓力通過入口過濾器920傳送至活塞的下表面。該壓力可由井眼內(nèi)的氣體或當(dāng)液體浸沒氣缸924時(shí)來自液體的流體靜壓、抑或同時(shí)來自這兩個(gè)壓力源的組合所產(chǎn)生。與此同時(shí)，將一可編程的壓力施加至活塞的上表面。當(dāng)由在井眼內(nèi)上升到特定氣缸924的位置之上的液體所產(chǎn)生的流體靜壓超出程序壓力足以克服閥機(jī)構(gòu)的總摩擦力量值時(shí)，活塞向上移動(dòng)。桿928、螺母929、叉桿916和叉桿銷914均與該活塞相連，當(dāng)活塞向上移動(dòng)時(shí)，閥板904繞軸銷910樞轉(zhuǎn)。在運(yùn)作中，氣缸924被特定量的井眼液體所浸沒會(huì)使閥板904順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使其開口與閥體902中的通道926對(duì)齊。位于推進(jìn)劑管932與液體回收管940之間的、分流閥900處的交叉連接會(huì)在泵送模式期間形成液柱，從而借助常規(guī)所用的推進(jìn)壓力即能從泵送系統(tǒng)中輸出液柱。相反，當(dāng)井眼液位已充分降至使施加在氣缸活塞的上表面上的程序壓力可克服在該活塞的下表面上所感覺到的減小的井眼壓力加上閥機(jī)構(gòu)的總摩擦力的位置上時(shí)，閥板904逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而關(guān)閉了閥體902中的通道926。
于是，當(dāng)井眼中的液體達(dá)到可使壓力通過過濾器920來致動(dòng)氣缸924的液位之上時(shí)，閥板904移至打開的位置。此時(shí)，井眼中的液體已升至推進(jìn)劑管932之中。一旦打開，推進(jìn)劑管932中的液體就通過分流閥900轉(zhuǎn)移到回收管940中。分別沿著推進(jìn)劑管932和回收管940設(shè)置分流閥900通過減小要輸送的液體體積來減小將液體泵送出井眼所需的壓力。一旦壓力被釋放，(液體降至氣缸924的高度之下)，閥板904就自動(dòng)地從打開位置移至關(guān)閉位置。
為了使分流閥900保持在正常工作狀態(tài)中，必須要使其免受周圍液體的入侵。閥體902最好被密閉，并使凹部930模制在閥體902中。該凹部930必須要有便于閥板904移動(dòng)的足夠的寬度，但可根據(jù)生產(chǎn)制造中的愛好設(shè)計(jì)成超出移動(dòng)面積的任何開放空間。
分流閥900通過連接在螺紋連接件922上的一軟管(圖未示)與另一分流閥相連。雖然該軟管連接于主壓縮機(jī)，并接收來自該主壓縮機(jī)的程序壓力，但來自該壓縮機(jī)的滿負(fù)荷壓力對(duì)于分流閥900系統(tǒng)而言是過高的。因此，需要設(shè)置一調(diào)壓器，以便將壓力減小至分流閥900系統(tǒng)可使用的量值。當(dāng)在井眼內(nèi)設(shè)置多個(gè)分流閥900時(shí)，程序壓力與第一閥相接觸，倘若井眼內(nèi)的流體靜壓足以打開閥板904的話，則液體通過該第一閥900進(jìn)行泵送。然而，倘若流體靜壓不足時(shí)，即表示液體還未升至氣缸924之上，則軟管中的壓力前進(jìn)至下一個(gè)閥900。一旦空氣壓力到達(dá)一個(gè)具有足以致動(dòng)閥900的流體靜壓的閥時(shí)，閥板904就打開，且液體被泵送。該過程被重復(fù)直到液位下降至泵10可恢復(fù)正常泵送的點(diǎn)為止。該軟管系通過采用一螺紋連接件、粘合劑和／或可在嚴(yán)峻的環(huán)境中保持穩(wěn)固連接的其它方法連接于閥底。
在某些情況下，可能會(huì)有氣體泄漏到井眼中。根據(jù)EPA(美國(guó)環(huán)保署)的規(guī)定，這種氣體是不能釋放到大氣中去的。在所述系統(tǒng)中，從井眼中放出的氣體可被放回到井眼中，或者通過利用所述液體／氣體分離器放入到一分離容器或一輸氣管中而被回收。
為了使液體與氣體相分離，一旦液體到達(dá)地面，就在其流入儲(chǔ)存罐之前先將其放入—接收／分離罐1000。該接收／分離罐1000包括一罐頂1002，該罐頂被密封，以防水、灰塵等損害電子器件外殼1004內(nèi)的電子器件。接收／分離罐帽蓋1006將接收／分離罐殼1050與電子器件外殼1004隔開，而入口帽蓋1008則使輸入管保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 圖14—21示出了接收／分離罐殼1050的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖16所示為接收／分離罐基座1008的內(nèi)部，它示出了輸入管的整個(gè)布局。出液口1060引入到器殼1050內(nèi)，并保持與基座1008齊高，這從圖17中可很清楚地看出來。該出液口1060匯集來自基座1008底部的液體，并將該液體從接收／分離罐殼1050輸送至儲(chǔ)液罐42。輸氣管1058延伸接近接收／分離罐帽蓋1006，并裝配有一擋流件1062，圖19中更為詳細(xì)地示出了該擋流件。安全管1056穿過接收／分離罐殼1050，與輸氣管1058大致等高，并裝配有泵閥1064。該安全管1056還裝配有一釋壓閥1020，該釋壓閥可釋放積聚在接收／分離罐殼1050內(nèi)的壓力。這是在由于某種原因而使氣體無法通過輸氣管1058離開的情況下的一種安全防范。
供給管1054穿過接收／分離罐殼1050向上延伸，直到連接到一個(gè)三通控制閥1090上“停住(in port)”。該閥1090可設(shè)置在分離器帽蓋1006的頂部、或者接近或連接在接收／分離罐1000上。圖22中示出了此類三通控制閥1090的一個(gè)例子，它處于復(fù)原和監(jiān)控模式中，圖23中則示出了該閥處于泵送模式中。該閥1090具有一閥體1094，該閥體內(nèi)含一可動(dòng)閥塞1096，該閥塞可在閥體1094中垂直移動(dòng)。閥塞1096的內(nèi)部含有兩條通道—一復(fù)原通道1104和一泵送通道1102。在復(fù)原與監(jiān)控模式期間，閥1090可使推進(jìn)劑管1072與排氣管1052通過通道1104相連，從而切斷了供給管1054與推進(jìn)劑管1072之間的通路。在泵送模式期間，一旦致動(dòng)器1098被激發(fā)，推進(jìn)氣體就會(huì)從推進(jìn)供給管1054通過通道1102輸送至推進(jìn)劑管1072內(nèi)。該致動(dòng)器1098可由電流和／或氣體壓力來激發(fā)。最方便的激發(fā)方法對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練人員而言是一目了然的。在泵送模式中，閥體1094中的閥塞1096向下頂著彈簧1092移動(dòng)。這樣泵送通道1102就能將推進(jìn)劑管1072與供給管1054連通。泵送模式一旦結(jié)束，閥1090就被切斷，并且閥塞1096由彈簧1092向上推動(dòng)。閥塞的上移阻塞了供給管1054，并通過復(fù)原通道1104而使推進(jìn)劑管1072與推進(jìn)排氣管1052相通。排氣管1052較佳地終止于一排氣消聲器1045(圖14)，當(dāng)將壓縮空氣用作為推進(jìn)氣體，并且氣體的復(fù)原不成問題時(shí)，可使用該消聲器。圖22和23中所示的三通閥是可應(yīng)用于所述系統(tǒng)的一種示例性的結(jié)構(gòu)。還能替用其它可提供相同的連接隔離并能抵抗住外界環(huán)境作用的閥。
排氣管1052自三通閥延伸穿過殼體后于推進(jìn)排氣消聲器1045處引出。應(yīng)當(dāng)注意到的是，在環(huán)境和／或安全法令禁止將氣體釋放到空氣中的情況下，消聲器1045可由引導(dǎo)至一適當(dāng)?shù)娜萜鞯囊贿B接件所取代。圖15中示出了推進(jìn)劑管1072和液體回收管1070。該推進(jìn)劑管1072自三通閥1090延伸穿過接收／分離罐1050后連接到泵上。液體回收管1070自泵延伸接近接收／分離罐1050的頂部并通過一T性連接件1082連接到一螺旋擴(kuò)散器1080上。肘部1086較佳地斜裝在橫桿1084的端部上，這樣有利于氣相與液相的最優(yōu)分離。通過采用螺旋擴(kuò)散器1080可使液體與氣體相分離。倘若肘部1086筆直朝下，則液體／氣體的組合物就會(huì)單純地向下傾注到接收／分離罐1050的底部，從而降低了物相分離的效果。倘若肘部1086筆直朝上，則物相分離會(huì)再次受阻。雖然角度并不關(guān)鍵，但角速度越大，液體與氣體就分離得越徹底。隨著液體與氣體相分離，較輕的氣相通入到輸氣管1058中，匯集在分離／接收罐基座1008中的液體通過出液口1060輸出。通過在出氣口1058上安裝一適當(dāng)匹配的卸壓器或釋壓閥，可利用保留在接收／分離罐中的剩余氣體壓力來將液體輸出到一遠(yuǎn)距離儲(chǔ)存罐42之中。根據(jù)介于接收／分離罐1000與儲(chǔ)存罐42之間的高度來決定是否需要將出液口1060與一輸液泵相連接，這種必要性對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員而言是一目了然的。
圖20和21示出了接收／分離罐的上部傳感器1110和下部傳感器1130。如圖所示，該上部液位傳感器1110是一浮子開關(guān)，它具有保護(hù)該開關(guān)用的一外殼，當(dāng)然也可采用可能需要或不需要保護(hù)殼的其它傳感器。該下部液位傳感器1110籍由一固定管1112固定在接收／分離罐帽蓋1006上，該固定管將電線1114從傳感器1110載送至控制器120(圖未示)。上部液位傳感器1130是也可用作為下部液位傳感器1110的傳感器的另一種設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該上部液位傳感器1130籍由一剛性管1132固定在帽蓋1006上。該剛性管1132和傳感器1130可根據(jù)接收／分離罐1000中的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使該傳感器1130可根據(jù)液體體積進(jìn)行調(diào)節(jié)。剛性管1132籍由管襯1134固定在位，當(dāng)擰松該管襯時(shí)，可使傳感器1130上升或下降。剛性管1132的內(nèi)部裝載有自傳感器1130來的導(dǎo)線，用以當(dāng)液體處于上部許可液位時(shí)通知控制器120。傳感器1110和1130均可向控制器提供信息，以改進(jìn)和維護(hù)有效的泵送循環(huán)。下部液位傳感器1110還可取代傳感器28起到段塞傳感器的作用，用于向控制器120通知段塞的檢測(cè)情況以及由此而來的泵送循環(huán)的終止。為了使控制器120不會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的信號(hào)或液位傳感器(或多個(gè)傳感器)的顫動(dòng)而動(dòng)作，采用了一種確認(rèn)程序。這樣就能提供更為精確和穩(wěn)定的控制器響應(yīng)，并能減少其它系統(tǒng)構(gòu)件上的磨損。圖21還示出了供給管1054、排氣管1052和推進(jìn)劑管1072分別籍由管襯1064、1062和1074連接到帽蓋1006上的情況。
該與接收／分離罐相結(jié)合的按要求泵送系統(tǒng)也可安裝在氣井內(nèi)。一旦井眼深度已低于地下水面，水就會(huì)頻繁地涌入到氣井眼內(nèi)。一旦水涌入到井眼內(nèi)，由水所施加的壓力就能阻止氣體進(jìn)入井眼。目前的氣泵技術(shù)利用一計(jì)算機(jī)控制器將泵送的氣體量制成表格。通過將氣泵技術(shù)與所述系統(tǒng)相結(jié)合，可在氣井環(huán)境中提供按要求泵送和監(jiān)控的優(yōu)越性。所述系統(tǒng)還可用于在諸如填土筑地和垃圾卸場(chǎng)之類的其它地方上泵送、控制和監(jiān)控水位，這符合聯(lián)邦政府的要求。在溢水(water flood)或甚至填土筑地的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控的情況下，所述系統(tǒng)將對(duì)各種流量作出響應(yīng)。在回收區(qū)域中，知道接收／分離罐中以日為基準(zhǔn)的每日液體量將便于有效地繪制提高第三級(jí)復(fù)原的溢水活動(dòng)情況的圖表。目前，接收／分離罐是由繩帶及鉛球系統(tǒng)進(jìn)行物理測(cè)量的，花一到兩個(gè)月的時(shí)間找到一個(gè)平均值。
可對(duì)該計(jì)算機(jī)控制器作些修改，以便可將該控制方法運(yùn)用到去除受污染的流體、危險(xiǎn)的廢料及井水項(xiàng)目中?？蓪⒁环N通過檢測(cè)化學(xué)合成物或氣體噴發(fā)來測(cè)定流體類型的感應(yīng)裝置裝入到泵中，它會(huì)向控制器輸入數(shù)據(jù)資料，以便開始泵送受污染的流體或目標(biāo)流體。
雖然已結(jié)合在共同等待申請(qǐng)中所揭示的泵對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行了描述，但也可采用其它的泵，諸如’487號(hào)專利中所揭示的泵、或者可被改成能與一計(jì)算機(jī)相關(guān)連的泵。
由于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員將會(huì)對(duì)與特殊的運(yùn)行需求和環(huán)境相配合的其它多種變型與變化一目了然，因此，不會(huì)認(rèn)為本發(fā)明僅限于上述被選作示例用的例子，而認(rèn)為本發(fā)明覆蓋了不脫離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍的所有的變化與變型。
權(quán)利要求
1．一種根據(jù)達(dá)到預(yù)定高度的流體來從井眼中取出流體的泵，所述泵具有a．具有第一端和第二端的第一細(xì)長(zhǎng)泵腔；b．具有一基底的U形腔；c．閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)從所述第一泵腔的第二端延伸至所述U形腔；d．流體入口，所述流體入口位于所述U形腔內(nèi)，以使流體流入所述U形腔；e．推進(jìn)劑管，所述推進(jìn)劑管伸入至所述第一泵腔的所述第一端附近；f．流體回收管，所述流體回收管的第一端通過所述第一端延伸至所述第一泵腔內(nèi)；g．流體傳感器，所述流體傳感器檢測(cè)所述泵腔內(nèi)是否存在著流體。
2．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，還具有段塞傳感器，所述段塞傳感器檢測(cè)預(yù)定量流體的起始與終止。
3．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述U形腔可拆卸地固定于所述細(xì)長(zhǎng)腔。
4．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，還具有壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)與所述推進(jìn)劑管的第二端相連，并將推進(jìn)劑送入到所述推進(jìn)劑管內(nèi)，以便將所述流體從所述泵經(jīng)由所述流體回收管進(jìn)行輸送。
5．如權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于，還具有用于接收和儲(chǔ)存所述流體的儲(chǔ)存罐，所述儲(chǔ)存罐接收流過所述流體回收管的所述流體。
6．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，還具有至少一個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)具有用于讀取并估算從所有的傳感器所獲得的數(shù)據(jù)資料的程序，并根據(jù)所述數(shù)據(jù)資料來控制所述泵和壓縮機(jī)的動(dòng)作，其中所述計(jì)算機(jī)按照預(yù)設(shè)變量、根據(jù)所述傳感器數(shù)據(jù)資料來修改(adapt)所述泵和所述壓縮機(jī)的所述起動(dòng)和止動(dòng)時(shí)間。
7．如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于，還具有外殼，所述外殼設(shè)置在所述井眼的上方，并且容納所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)和由所述傳感器數(shù)據(jù)資料而來的讀出裝置。
8．如權(quán)利要求7所述的泵，其特征在于，還具有輸入裝置，所述輸入裝置可使用戶變更所述程序中的至少一個(gè)所述變量。
9．如權(quán)利要求7所述的泵，其特征在于，還具有雷電保護(hù)裝置，所述雷電保護(hù)裝置包括接近供電立柱的一接地電極、其第一端固定于所述電極而其第二端固定于所述外殼的第一接地線、以及其第一端固定于所述所述外殼而其第二端固定于所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)和法拉第防護(hù)罩的第二接地線。
10．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述閥系統(tǒng)可使所述流體在灌充模式期間從所述U形腔流入到所述泵腔內(nèi)，而在泵送模式期間則防止所述流體流出所述泵腔。
11．如權(quán)利要求10所述的泵，其特征在于，所述閥系統(tǒng)包括平行相隔的諸壁，所述壁具有至少一個(gè)與所述壁相連的閥座，每一個(gè)所述閥座具有可使流體流動(dòng)的開口和至少一個(gè)止回球，所述止回球可在泵送模式期間阻止流體流入到所述泵腔內(nèi)。
12．如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，還具有至少一個(gè)分流閥，所述分流閥串聯(lián)設(shè)置，并在所述推進(jìn)劑供給管與所述流體回收管之間提供流體連接，所述分流閥具有；a．閥體，所述閥體具有接納凹區(qū)、輸入端和輸出端；b．推進(jìn)劑管通道，所述推進(jìn)劑管通道與所述推進(jìn)劑供給管串聯(lián)；c．流體回收管通道，所述流體回收管通道與所述流體回收管串聯(lián)；d．位于所述接納凹區(qū)內(nèi)、使所述推進(jìn)劑管通道與所述流體回收管通道流體相連的連接通道；e．延伸至所述閥體內(nèi)接近所述接納凹區(qū)、并具有輸入連接件和輸出連接件的動(dòng)力缸；f．一系列連接軟管，所述連接軟管在其第一端與所述缸體的輸入連接件相連、而在其第二端則與所述輸出連接件相連；g．閥板，所述閥板位于所述接納凹區(qū)之中且可樞轉(zhuǎn)地連接于其上，所述閥板具有一開口，并固定于所述缸體，以便可根據(jù)所述缸體的移動(dòng)來樞轉(zhuǎn)所述開口，以使所述開口與所述連接通道對(duì)齊或不對(duì)齊；h．根據(jù)與井眼流體的接觸來使所述缸體移動(dòng)的缸體致動(dòng)件；其中，當(dāng)所述井眼中的流體升至超出所述泵的泵送能力范圍之外時(shí)，所述缸體致動(dòng)件致動(dòng)所述缸體，所述缸體移動(dòng)所述閥板，以使其開口與所述通道對(duì)齊，由此可使流體從所述推進(jìn)劑管流至所述流體返回管，直到所述井眼內(nèi)的壓力下降為止，由此所述缸體將所述閥板的開口移回，以使其不再與所述通道對(duì)齊，從而阻止了所述流體流入到所述通道內(nèi)。
13．一種利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)達(dá)到預(yù)定高度的流體來將流體從井眼進(jìn)行泵送的方法，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)被編制用于讀取并估算從所有的傳感器所獲得的數(shù)據(jù)資料的程序，并控制泵和壓縮機(jī)，所述方法包括下列步驟a．讀取從多個(gè)傳感器所接收的數(shù)據(jù)資料；b．起動(dòng)和止動(dòng)泵；c．起動(dòng)和止動(dòng)壓縮機(jī)；d．根據(jù)從所述傳感器所接收的、表示所述井眼內(nèi)的流體高度已到達(dá)一足夠高度的信號(hào)來控制所述泵和所述壓縮機(jī)的起動(dòng)時(shí)間；e．倘若在一段預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，傳感器尚未表示出所述流體高度已足以泵送，則啟動(dòng)二級(jí)程序；g．在所述計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存并估算從所述傳感器所接收的數(shù)據(jù)資料；h．倘若未從所述傳感器接收到數(shù)據(jù)資料，則啟動(dòng)通知系統(tǒng)。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在井眼內(nèi)的流體高度變成與由引入的流體所施加的壓力相等之前，將流體從所述井眼內(nèi)進(jìn)行泵送；如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制器被編制用于以監(jiān)控模式、泵送模式和復(fù)原模式進(jìn)行運(yùn)作的程序，當(dāng)處于所述監(jiān)控模式時(shí)，所述系統(tǒng)等待采用從變量輸入所得到的一個(gè)或多個(gè)傳感器的形式的起動(dòng)因素，用以表示存在于泵送系統(tǒng)內(nèi)的流體的體積足以被有效地泵送至地面，并在所述監(jiān)控模式期間，確定介于所述泵送模式的各個(gè)動(dòng)作間所需的時(shí)間的通道，并在超過一段時(shí)間時(shí)起動(dòng)所述泵送模式。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將介于泵送之間的時(shí)段儲(chǔ)存在所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并根據(jù)先前的泵送模式循環(huán)來適應(yīng)性地修改所述所需的時(shí)間，通過下部流體高度傳感器未顯示出流體的情況下感應(yīng)泵送循環(huán)所發(fā)生的次數(shù)來適應(yīng)性地修改所述時(shí)段，當(dāng)在所述下部流體高度傳感器未顯示出流體的情況下泵送循環(huán)所發(fā)生的次數(shù)超出預(yù)定值時(shí)，則適應(yīng)性地延長(zhǎng)介于泵送循環(huán)之間的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于控制一個(gè)或多個(gè)井眼泵、以便能按要求進(jìn)行泵送的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一計(jì)算機(jī)控制器,該計(jì)算機(jī)控制器與若干傳感器相配合監(jiān)控并控制泵的動(dòng)作,從而來控制并限內(nèi)的流體。該系統(tǒng)連續(xù)地處于監(jiān)控模式、泵送模式和復(fù)原模式這三種模式的其中一種模式中。在每一次的模式循環(huán)中,該系統(tǒng)在所包括的設(shè)備上進(jìn)行多種校核。在校核期間所獲得數(shù)據(jù)資料被儲(chǔ)存在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫中,并對(duì)照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。萬一在設(shè)備、或其它監(jiān)督和/或監(jiān)控功能中出了故障,則該系統(tǒng)可起動(dòng)諸如中央監(jiān)控設(shè)備之類的通知系統(tǒng)。本發(fā)明所揭示的泵帶有一用于檢測(cè)流體的存在并將這種存在情況傳遞給中央監(jiān)控系統(tǒng)的流體傳感器。一段塞傳感器通知計(jì)算機(jī)一段預(yù)定量流體的起始與終止?？稍诰凵戏皆O(shè)置一具有雷電保護(hù)裝置的外殼,以便容納監(jiān)控計(jì)算機(jī)及相關(guān)的讀出裝置。沿著推進(jìn)劑管和回收管串聯(lián)固定著至少一個(gè)用于容納積聚的流體的分流閥。一接收/分離罐具有用于使氣體與液體相分離的分離器。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1278893SQ98810673
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月24日
發(fā)明者愛德華·A·考柳, 亨利·B·史蒂恩三世, 約翰·W·史密斯 申請(qǐng)人:愛德華·A·考柳, 亨利·B·史蒂恩三世, 約翰·W·史密斯