[发明专利]关于井下泵卡的流体载荷曲线计算、凹度测试以及迭代阻尼因子

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求下列专利的优先权：于2011年10月28日提交的美国专利申请序列号No.61/552,812、标题为“带有阻尼因子的双迭代并通过包括库伦摩擦适应斜井的修正的Everitt-Jennings算法”(“Modified Everitt-Jannings With Dual Iteration on the Damping Factors and Adaptation to Deviated Wells by Including Coulombs Friction”)”；于2012年2月14日提交的序列号为No.61/598,438、标题为“带有阻尼因子的双迭代的修正的Everitt-Jennings”(“Modified Everitt-Jennings With Dual Iteration on the Damping Factors”)；于2012年3月1日提交的序列号为No.61/605,325标题为“为斜井中的井下卡的计算实施库伦摩擦”(“Implementing Coulombs Friction for the Calculation of Downhole Cards in Deviated Wells”)；以及于2012年9月27日提交的序列号为No.61/706,489、标题为“在解波动方程和计算流体载荷曲线和凹度测试时迭代阻尼”(“Iterating on Damping when Solving the Wave Equation and Computation of Fluid Load Lines and Concavity Testing”)，这些专利申请中的每一个申请的全部内容通过参引并入本文。

技术背景

A.吸杆泵系统

往复运动泵系统比如吸杆泵系统将流体从井中抽出并且采用连接至位于表面处的驱动源的井下泵。杆柱将表面驱动力连接至井中的井下泵。当操作时，驱动源使井下泵周期性地上升和下降，并且井下泵通过每个行程将井流体朝向表面提升。

例如，图1示出了用于从井中生产流体的吸杆泵系统10。井下泵14具有筒16，该筒16具有位于底部的固定阀24。固定阀24允许流体从井筒进入，但不允许流体流出。在泵筒16内部，活塞20具有位于顶部的游动阀22。游动阀22允许流体从活塞20下方移动至生产管道18上方，但不允许流体从管道18返回至活塞20下方的泵筒16。位于表面处的驱动源(例如，泵驱动器11)通过杆柱12连接至活塞20并且使活塞20以上行程和下行程周期性地上下移动。

在上行程期间，游动阀22关闭，并且生产管道18中的活塞20上方的任何流体被朝向表面提升。同时，固定阀24打开并且允许流体从井筒进入泵筒16。活塞的运动的最高点通常被称为“行程的顶点”(TOS)，而泵活塞的运动的最低点通常被称为“行程的底点”(BOS)。

在TOS处，固定阀24关闭并且保持在已经进入泵筒16内的流体中。此外，在TOS处，生产管道18中的流体的重量由活塞20中的游动阀22支承并且因此也通过杆柱12支承，这导致杆柱12伸展。

在下行程期间，游动阀22最初仍关闭，直至活塞20到达筒16中的流体的表面为止。在游动阀22下方的流体中积累了充足的压力以平衡压力。在泵筒16中积累压力使杆柱12上的载荷减少从而使杆柱12松弛。

该过程发生在当活塞20停留在流体上时的有限时间内，并且表面处的泵驱动器11允许杆柱12的顶部向下移动。此时，泵活塞20的位置由于生产管道18中的液柱的载荷从游动阀22转移至固定阀24而被称为“转换点”。这在转移期间引起杆柱12上的载荷快速下降。

在压力平衡之后，游动阀22打开并且活塞20继续向下移动至其最低位置(即，BOS)。活塞20从转换点至BOS的移动被称为“流体行程”并且是在每个行程由泵14提升的流体的量的测量值。换句话说，泵行程的在转换点下方的部分可以视为包含流体的泵行程的百分比，并且该百分比对应于泵的填充率。因而，该转换点可以通过使用泵填充率计算结果来计算。

如果井筒中存在充足的流体，那么泵筒16可以在上行程期间被完全地填充。然而，在某些情况下，泵14在上行程时可以不是完全被流体填充，因此当其继续上升时流体与活塞20之间可能留有空隙。用仅部分填充的泵筒16操作泵系统10的是低效率的并且因此是不理想的。在该情况下，井可以称为“抽空”并且该情况被称为“液击”，这样会损坏泵系统的各种部件。对于空抽井，转换点最可能出现在在活塞20的TOS之后。