CN107869318A - 用于螺杆泵系统的自动洗涤方法 - Google Patents

Abstract

一种自动洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管的方法。所述方法包括：经由控制器禁用PC泵系统的螺杆(PC)泵的正常速度控制，并且经由控制器关闭气流阀，以停止井套管的环形空间中的向上流体流动。方法还包括：打开洗涤阀以允许来自洗涤流体源的流体进入井套管中。在洗涤流体积聚在环形空间内时，方法还包括增加泵的速度以开始冲洗井套管，并以及关闭洗涤阀。

Description

用于螺杆泵系统的自动洗涤方法

技术领域

本发明总体上涉及螺杆泵，并且更具体地，涉及用于与螺杆泵(PCP)系统一起使用的自动洗涤系统和方法。

背景技术

某些油井和气井与所产生的液体一起产生砂和淤泥。螺杆泵(PCP)特别适用于这些应用，因为它们可以调动这种流体混合物而不会遭受到显著的损害。虽然PCP通常可以通过泵移动脏的流体，但是固体材料仍然必须一直被传送到表面，在某些情况下，其距离为1000米或更远。长期以来已知的是，只要周围液体的向上速度超过了特定的临界速度，则固体颗粒将被液体运送到表面。如果液体速度低于临界速度，则固体颗粒将开始积聚。如果有足够的物料沉降在生产管道中，则产生流动限制。这种限制导致了增加的泵的扭矩需求，并且还可以降低流体速度。如果固体材料积聚在泵的顶部，则其会干扰偏心转子销和抽油杆驱动柱的旋转。该问题会逐渐复杂化，导致了泵不会再将流体泵送到表面的情形。处于该最终的状态的井通常被称为“沙堵(sanded up)”或“淤泥堵(silted up)”。

传统上，油气生产操作员经常允许井来泵送，直到注意到异常高的扭矩负载。在某些情况下，该情形被忽视，并且该井可能会“沙堵”。无论在哪种情况下，都需要干预。干预可能包括手动将液体倾倒在套管/管道环形空间上，并尝试以更高的速度泵送，以试图在临界速度范围内产生流动。该过程有时减轻了该问题，但是通常需要更精细的干预。增强的干预包括提升耦合到PC泵的抽油杆柱，以使PCP转子与定子脱离。因为PC泵很少安装有立式阀，所以这样在管道内从表面向下到泵入口处打开无限制的导管。然后可以将流体向下泵送到管道，以将剩余的固体材料沿着管道反向流动并排出到套管环形空间中。然后可以重新安装该转子，并恢复泵送。

然而，这种干预是昂贵的并且导致用于井的相当多的非产出时间。在某些情况下，为清除井导管所采取的行动可能导致沙或淤泥被推入生产层，这是可能减损井的最终回收的不利情况。

煤层气井的注意事项

尽管生产导管中的固体积聚对于任何油井或气井而言是不期望的情况，但是在煤层气井中尤其是有问题的。在煤层气生产中，与“沙堵(sand up)”状况相关联的停工时间对生产是特别有害的。当井被放置回泵送操作中时，可能需要几天才能恢复气生产。煤层气井也更加难以保持清洁，因为所产生的水具有低于大多数油井所产生的油的粘度。因为需要将固体承载在表面的临界速度与液体粘度成反比，所以需要在煤层气井中维持的显著更高的流速以保持清洁的生产导管。通过这些井的水生产随着井继续被泵送而持续地下落的事实，煤层气井的情况尤其复杂。通常，这些井的水生产速率持续地下落，而气体生产速率增加。因此，生产层经常提供不足量的水以保持通过泵和管道的临界速度。

减轻这个问题的一种方法是在泵入口处或在泵入口附近持续地注入补充量的附加清洁液体。随着由该注入的体积补充的储存器液体体积，该泵可以以更高的速率运行。使用该种技术，可以在管道内持续地保持临界速度。对于该种类型的操作，液体可以简单地倾倒在套管环形空间并允许下落入泵入口。有时利用这种方法。但是，煤层气井再次引起该种技术的特殊问题。由于套管环形空间用作气相的生产导管，因此难以使注入的液体(水)下落在环形空间中的气流中。

在某些设备中，第三导管(除了管道和套管-管道环形空间之外)安装在井中以便于持续的液体注入。空心抽油杆是提供附加导管的一种方式，但对安装增加了显著的成本和复杂性。

持续倾倒过程的修改包括将液体的段塞(a slug of liquid)间断引入到井身(wellbore)中同时提高泵送速率。这种过程可以用于洗涤管道的所积聚的固体。为了注入液体的段塞，套管流动阀将需要暂时关闭，以允许液体下落到井的底部。如果该过程以适当的频率执行，则管道可以保持相对清洁的固体积聚。该过程可以使用具有泵的水罐车和人类操作员进行手动实施，以执行过程中的所有步骤。由于在单个井完成该过程需要时间，所以一个操作员可能每天仅能洗涤四口或五口井。在小型操作中，该手动操作方法可能是可以接受的。

发明内容

根据本公开内容的第一示例性方面，公开了一种用于与螺杆(PC)泵系统一起使用的自动洗涤系统。PC泵系统具有：带有环形空间的井套管、设置在井套管内的螺杆(PC)泵、可操作地耦合到PC泵的马达、可操作地耦合到马达的控制器、以及与该环形空间连通并且可操作地耦合到该控制器的气流阀。自动洗涤系统包括适于可操作地耦合到控制器的洗涤流体源以及与该洗涤流体源和该井套管的环形空间流体连通的洗涤阀。洗涤阀适于控制洗涤流体在洗涤流体源与环形空间之间的流动并且可操作地耦合到该控制器。在接收到启动洗涤循环的命令时，控制器关闭气流阀，打开洗涤阀以使来自洗涤流体源的洗涤流体能够被引导到环形空间中，并经由到马达的信号增加PC泵的速度以实现井套管的清洁。

根据本公开内容的另一个示例性方面，螺杆(PC)泵系统包括：具有环形空间的井套管、设置在井套管内的螺杆(PC)泵、以及可操作地耦合到PC泵的马达。控制器可操作地耦合到马达，并且气流阀与井套管的环形空间进行连通并且设置在流体流动管线中。自动洗涤系统可操作地耦合到控制器，并且包括洗涤流体源和与洗涤流体源和井套管的环形空间流体连通的洗涤阀。洗涤阀适于控制洗涤流体源和环形空间之间的洗涤流体的流动，并且可操作地耦合到控制器。在接收到启动洗涤循环的命令时，控制器关闭气流阀，以停止井套管的环形空间中的向上流体流动，打开洗涤阀以允许来自洗涤流体源的流体被引导到环形空间并且经由到达马达的信号增加PC泵的速度以实现井套管的清洁。

根据本公开内容的又一个示例性方面，公开了一种自动洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管的方法。该方法包括：经由控制器启动可操作地耦合到PC泵系统的自动洗涤系统的洗涤循环，以及经由控制器禁用PC泵系统的螺杆(PC)泵的正常速度控制。该方法还包括：经由控制器关闭气流阀，以停止井套管的环形空间中的向上流体流动，以及经由控制器启动洗涤流体体积计算过程。该方法还包括：经由控制器打开洗涤阀以允许来自洗涤流体源的流体进入井套管的环形空间，以及经由控制器启动洗涤流体体积回收计算过程。该方法还包括在洗涤流体积聚在环形空间内时，增加泵的速度以开始冲洗井套管。另外，该方法包括维持泵的增加的速度，直到出现预设的洗涤时间到期或已经超过了所估计的洗涤体积中的一个或多个情况，并且关闭洗涤阀以完成井套管的洗涤。最后，该方法包括经由控制器重新打开气流阀并恢复PC泵的正常速度控制。

在本公开内容的另一个示例性方面中，公开了一种估计注入到螺杆(PC)泵系统的井套管中以实现洗涤井套管的洗涤流体的量的方法。该方法包括：响应于关闭气流阀，经由PC泵系统的控制器将洗涤体积初始化为零，以启动洗涤循环，以及经由控制器确定以下参数中的一个参数：(1)由洗涤流量计或用户-输入的流速中的一个确定的洗涤流体的流速；或(2)由洗涤流体源的液位传感器确定的洗涤流体源中的初始洗涤流体体积。该方法还包括：在预设计算周期到期时，经由控制器计算以下参数中的一个参数：(1)增量洗涤流体体积，并且将增量洗涤流体体积加到所积聚的体积；或(2)基于由液位传感器感测的流体液位的洗涤流体源中的当前洗涤流体体积，经由控制器将洗涤流体源中的初始洗涤流体体积减去当前洗涤流体体积。

在本公开内容的另一个示例性方面中，还公开了一种在洗涤井套管期间自动测量从螺杆(PC)泵系统的井套管中回收的洗涤流体体积的量的方法。该方法包括：在打开自动洗涤系统的洗涤阀时，经由PC泵系统的控制器将所回收的洗涤液体体积值初始化为零，以允许来自洗涤流体源的洗涤流体进入井套管的环形空间，以及经由控制器确定经由流动管线计的基线流速。该方法还包括：在预设时间段到期时，经由控制器测量从井套管泵送的流体的当前流速，该当前流量等于表面流动管线速度。该方法还包括经由控制器计算所回收的增量洗涤流体体积，以及经由控制器确定新的所回收的洗涤液体体积。

根据本公开内容的另一个示例性方面，公开了另一种自动洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管的方法。该方法包括：经由控制器禁用PC泵系统的螺杆(PC)泵的正常速度控制，并且然后，经由控制器关闭气流阀，以停止在井套管的环形空间中的向上流体流动。该方法还包括：经由控制器启动洗涤流体体积计算过程，以及经由控制器打开洗涤阀，以允许来自洗涤流体源的流体进入井套管。该方法还包括在洗涤流体积聚在环形空间内时，经由控制器增加泵的速度，以开始冲洗井套管，并且经由控制器关闭洗涤阀。

进一步根据示例性方面中的任何一个或多个，自动洗涤系统、PC泵系统、或本公开内容的任何方法可以包括以下进一步优选形式中的任何一个或多个。

在某些优选形式中，系统还可以包括用于对在冲洗流体源中洗涤流体进行加压的泵。该泵可以设置在洗涤流体源下游并且可操作地耦合到控制器，使得该泵由控制器经由信号进行控制。另外，该系统还可以包括设置在洗涤流体源下游的流量计，该流量计适于测量注入到井套管的环形空间中的洗涤流体的量。流量计可以与控制器进行通信，以向控制器提供指示被注入的洗涤流体的所测量的量的信号。此外，该系统可以包括耦合到马达并且适于经由电缆或液压管线中的一个或多个来控制马达的变速设备。此外，该变速设备可以可操作地耦合到控制器，并且控制器可以经由信号来管理变速设备的速度。而且，该系统可以包括设置在洗涤流体源中的液位传感器。

在某些其它优选形式中，PC泵可以与流体流动管线流体连通，并且PC泵系统还可以包括流体流动管线中的套管阀。此外，该系统可以包括耦合到PC泵并且设置在环形空间内的管道，以及流动三通，使得来自PC泵的流体穿过管道并流出该流动三通。该系统还可以包括设置在流动三通下游的管道流量计，该管道流量计用于测量离开该流动三通并流过流动管线的流体。

在另外的某些其它优选形式中，该方法可以包括其中，启动洗涤循环响应于以下项中的一个或多个条件：(1)满足预定的时间；(2)泵的扭矩超过了预定的高扭矩极限；或(3)对与控制器进行通信的工作站进行手动输入。该方法还可以包括经由控制器捕获针对正常速度控制的马达速度设置，以使控制器能够在完成洗涤循环时将马达的速度重新设置为针对正常速度控制的所捕获的马达速度设置。此外，该方法可以包括确定流体沉降时间是否已经到期，并且在流体沉降时间到期时，启动洗涤体积计算过程。

在其它优选形式中，洗涤液体体积计算过程或方法可以包括：(1)将洗涤体积初始化为零；(2)确定以下项中的一个：(a)由洗涤流量计或用户-输入的流速中的一个确定的洗涤流体的流速；或(b)由液位传感器确定的在洗涤液源中的初始洗涤液体体积；(3)在计算时间段到期时，计算以下项中的一个：(a)增量洗涤液体体积并将增量洗涤液体体积加到所积聚的体积，以获取注入井套管的环形空间的洗涤液体体积的所估计的量；或(b)基于由液位传感器感测的流体液位的当前洗涤流体体积，并将洗涤流体源中的初始洗涤流体体积减去当前洗涤流体体积。

在其它的优选形式中，经由控制器打开洗涤阀，以允许来自洗涤流体源的流体进入井套管的环形空间，可以包括以下步骤中的一个步骤：留出时间使洗涤阀完成冲程循环，以及启动设置在洗涤流体源下游的泵，以开始使洗涤流体流动到所述井套管的环形空间中。另外，洗涤液体体积回收计算过程可以包括：(1)将所回收的洗涤液体体积值初始化为零；(2)经由流动管线计测定基线流量；(3)确定计算时间段是否已经到期；(4)在计算时间段到期时，测量从井套管泵送的流体的当前流量，当前流速等于表面流动管线速率；(5)计算所回收的增量洗涤液体体积，其包括将当前流速减去基线流量；以及(6)通过将所计算的所回收的增量洗涤液体体积加到先前所计算的所回收的洗涤流体体积，直到控制器终止，以确定新的所回收的洗涤液体体积。

另外，该方法可以包括在启动洗涤流体体积回收计算时启动液体下落时间，并且确定液体下落时间已经到期以解释在洗涤流体注入开始时与当洗涤流体积聚在井套管的井下时之间的时间延迟。此外，该方法可以包括：在洗涤阀关闭之后，经由控制器终止洗涤体积计算。此外，该方法可以包括：在确定液体下落时间已经到期时发生的、经由控制器重新打开气流阀以恢复正常流体(例如，气体)的流动。该方法还可以包括维持增加的泵速度，直到在后洗涤泵送时间已经到期或洗涤液体体积回收计算超过了所估计的所注入的估计洗涤流体体积，并且然后终止洗涤液体体积回收计算过程。最后，该方法可以包括在洗涤流体体积回收计算处理终止时，经由控制器将PC泵返回到正常速度控制。

公开了附加的可选方面和特征与本公开内容的教导一致，其可以以单独的或以任何功能上可行的组合的任何功能上适当的方式被布置。在考虑以下详细描述时，其它方面和优点将变得显而易见。

附图说明

下面所描述的附图描绘了其中公开的系统和方法的各个方面。应当理解的是，每个附图描绘了所公开的系统和方法的特定方面的示例，并且附图中的每个附图旨在符合其可能的示例。此外，只要可能，下面的描述涉及以下附图中包括的附图标记，其中在多个附图中描绘的特征使用一致的附图标记来表示。

在附图安排中示出了现在讨论的内容，但是应当理解的是，本示例不限于所示的精确安排和媒介，其中：

图1是根据本公开内容的一个方面的用于与螺杆泵系统一起使用的自动洗涤系统的示意图；

图2是描绘在图2所描绘的用于与螺杆泵系统一起使用的自动洗涤方法的框图；

图3是描绘图2的自动洗涤方法的洗涤体积计算方法的框图；以及

图4是描绘图2的自动洗涤方法的洗涤体积回收计算方法的框图。

具体实施方式

一般而言，公开了一种用于与螺杆(PC)泵系统一起使用的自动洗涤系统。自动洗涤系统包括洗涤流体源，其可通信地并可操作地耦合到PC泵系统的控制器，使得该洗涤流体源响应于来自控制器的信号和/或命令。自动洗涤系统还包括与该洗涤流体源和PC泵系统的井套管的环形空间流体连通的洗涤阀。该洗涤阀控制洗涤流体源和环形空间之间的洗涤流体的流动。由此配置，在接收到启动洗涤循环的命令时，控制器估计已经注入到环形空间中的、来自洗涤流体源的洗涤流体的量。然后，控制器自动打开洗涤阀，以使来自洗涤流体源的预设量的洗涤流体能够被引导到环形空间中，并且经由到可操作地耦合到PC泵的马达的信号来增加PC泵的速度，以实现井套管的清洁。

现在参考图1，描绘了用于与螺杆(PC)泵系统20一起使用的自动洗涤系统10。PC泵系统20包括具有环形空间24的井套管22以及设置在井套管22的环形空间24内的螺杆(PC)泵26。在该示例中，PC泵26安装在也设置在井套管的环形空间24内的管道25的一端。抽油杆柱28将PC泵26连接到设置在PC泵26上方的表面处的马达30，例如，该马达30可以称为顶部驱动系统。如本领域普通技术人员将理解的是，马达30替代地可以安装在井下，例如在PC泵24上方的表面的下方或者在井套管22的环形空间24内，如在电动潜油螺杆泵(ESPSP)中，并且仍然落在在本公开内容的范围内。

马达30由变速设备32控制。变速设备32可以是具有速度调节能力的变速电驱动或液压泵中的一个。变速设备32经由电缆34或者一个或多个液压管线35可操作地并可通信地耦合到马达30。

PC泵系统20还包括控制器36。如图1所描绘的，控制器36经由电缆38或无线网络中的一个或多个可通信地耦合到变速设备32。控制器36可以例如经由信号向变速设备32发送命令以操作和/或控制马达30的速度，并且因此操作和/或控制PC泵26的速度。在一个示例中，具体如下文所述，控制器36包括发射机37、接收机39、处理器41、存储器43、输入端45、和网络接口47。

在某些示例中，流动管线计(flow line meter)40安装在PC泵系统20中，并且控制器36经由至少一根电缆或无线网络42中的一个而可操作地并可通信地耦合到流动管线计40。因此，流动管线计40的输出例如可以经由流动管线计信号42a传送到控制器36。

PC泵系统20还可以包括连接到井套管22的环形空间24的套管阀44，并且该套管阀44设置在诸如气体流动管线之类的流体流动管线46内。另外，气流阀48还设置在套管阀44下游的流体流动管线46内。此外，如图1进一步所描绘的，另一个套管阀78可以连接到井套管22的环形空间24，另一个套管阀44在该井套管22的套管阀78相对一侧。套管阀78还可以设置在流体流动管线46内。在其它示例中，套管阀78可以不连接到任何流体流动管线。

在正常操作条件下，所产生的流体(例如，气体)从井套管22的环形空间24中的液体井下分离出来，并向上流动至环形空间24，通过套管阀44和气流阀48，并且流出气体流动管线46。还通过PC泵26所产生的流体行进或向上流动至管道25并流出流动三通50。在某些情况下，并且如所叙述的，如图1所描绘的，流量计40安装在流动三通50下游，并且测量离开流动三通50并行进通过流体流动管线46的流体。

仍然参考图1，并且如上提及的，PC泵系统20可操作地耦合到自动洗涤系统10。更具体地，自动洗涤系统10包括洗涤流体源60，其可通信地耦合到PC泵系统20的控制器36。洗涤流体源60供应用于洗涤过程的液体(例如，洗涤流体)(如下文所述)，并且该洗涤流体源60可以包括多个流体源。在一个示例中，洗涤流体源60是清洁液体的储存器。在另一个示例中，洗涤流体源60是罐。

取决于流体源和流动气体或流体的压力，例如，可能包括泵62，并且在某些情况下，可能需要泵62以对来自洗涤流体源60的液体进行加压。如图1所描绘的，例如，泵62设置在洗涤流体源60下游，并且还经由电缆66可通信地耦合到PC泵系统20的控制器36。因此，控制器36能够经由例如沿着控制器36与泵62之间的电缆66行进的信号67来控制泵62的状态。

如果不包括泵62，则控制器36可以例如通过电缆66直接耦合到洗涤流体源60。在该种情况下，控制器36使用设置在洗涤流体容器或洗涤流体源60的罐中的液位计或液位传感器61来计算洗涤流体的量。更具体地，如下面关于图3更多解释的，控制器36可以使用液位传感器61来将洗涤流体容器或洗涤流体源60的罐内的液体液位的变化关联，例如，以估计洗涤液体体积。

自动洗涤系统10还包括与洗涤流体源60流体连通并设置在洗涤流体源60下游的洗涤阀64。洗涤阀64还可以与流体流动管线46(例如，气体流动管线)中的套管阀44、以及PC泵系统20的井套管22的环形空间24流体连通。替代地，洗涤阀64可以与替代的套管阀78和PC泵系统20的井套管22的环形空间24流体连通。由此配置，洗涤阀64控制液体(例如，洗涤流体源60与环形空间24之间的洗涤流体)的流动。另外，还如图1所描绘的，例如，洗涤阀64还经由电缆69或无线网络中的一个或多个可操作地耦合到PC泵系统20的控制器36。因此，例如，控制器36还经由通过电缆或无线网络的一个或多个信号来控制洗涤阀64的操作。

在一个示例中，在接收到命令以发起自动洗涤系统10的洗涤循环时，PC泵系统20的控制器36关闭气流阀48以在PC泵系统20的正常操作期间停止流体在井套管22的环形空间24中的向上流动。控制器36随后自动估计已经注入到井套管22的环形空间24中的、来自洗涤流体源60的洗涤流体的量。接下来，控制器36经由信号69自动打开洗涤阀64，以使来自洗涤流体源60的流体(例如，洗涤流体)能够被引导并且流动到环形空间24。另外，如下面更多地解释的，控制器36还通过耦合到马达30的变速设备32，经由到马达30的信号38自动增加PC泵26的速度，以实现清洁井套管22、泵26和管道25中的一个或多个。

在某些示例中，并且如图1所描绘的，止回阀74设置在洗涤阀64下游，并且在PC泵系统20的正常操作期间防止任何流体朝洗涤阀64流动。另外，并且在其它示例中，流量计76可选地设置在洗涤流体源60下游，并且测量被注入到井套管22的环形空间24中的洗涤流体的量。与自动洗涤系统10的其它部件一样，流量计76还经由电缆75或无线网络中的一个或多个可操作地并可通信地耦合到PC泵系统20的控制器36。在一个示例中，流量计76向控制器36提供信号，该信号指示被注入到控制器36中的洗涤流体的所测量的量。

还如图1所描绘的，例如，工作站21可以经由无线连接或电连接中的一个或多个可通信地耦合到控制器36。在一个示例中，工作站21包括发射机23，以将一个或多个信号29发送给控制器36的接收机39，以开始洗涤循环。工作站21还可以包括存储器27。

现在参考图2，提供了描绘自动洗涤PC泵系统20的井套管22的方法100的流程图。更具体地，在框102处，触发洗涤循环，致使控制器36接收诸如信号之类的命令来启动自动洗涤系统10的洗涤循环。在一个示例中，控制器36持续地监测马达30上的扭矩。该扭矩通常通过变速设备32进行推断(例如，不直接测量)。因此，控制器36经由信号38持续监测扭矩。当由控制器36接收的扭矩值超过预设值(诸如，人为输入的设定点或目标值)时，控制器36确定到了触发洗涤循环的时间。

在又一个示例中，手动触发洗涤循环，诸如在可通信地耦合到控制器36的工作站21(图1)上手动输入。因此，在工作站21上手动输入以开始自动洗涤系统10的洗涤循环时，工作站21的发射机23向控制器36的接收机39发送信号以开始洗涤循环。在另一个示例中，洗涤循环可以由操作员手动触发，该操作员向本地人-机-接口(HMI)(例如，小键盘/显示器、或图形触摸屏设备或与控制器36进行通信的其它类似设备)提供输入。在又一个示例中，洗涤循环可以经由不同的控制器(例如，可编程逻辑控制器(PLC))触发，控制器可以监视PC泵系统20的控制器36的操作。另外，洗涤循环可以由操作员按下的瞬时接触开关触发。此外，本领域普通技术人员将意识到，可以实现手动触发洗涤循环的各种其它方法，并且这些方法仍然落入本公开内容的范围内。

在框104处，并且响应于自动洗涤系统10的洗涤循环的启动，控制器36自动禁用PC泵系统20的正常速度控制。接下来，在框106处，例如，气流阀48关闭以停止环形空间24中的向上流动。

在框108处，控制器36捕获(例如，检测和保存中的一个或多个)马达30的当前速度设置，从而控制器36可以在洗涤循环结束时将速度命令重新设置为马达30的所捕获的速度设置。在一个示例中，PC泵26的井下区域的速度等于马达30的速度设置的保持速度。控制器36随后将该保持速度捕获并保存到控制器36的存储器43以便稍后使用。

接下来，在框110处，控制器随后等待预定的时间段，以允许诸如气体之类的流体流动沉降(settle)。换句话说，控制器36等待一段时间，以便在关闭套管阀44之后允许井套管22的环形空间24中的流体流动沉降。在一个示例中，将气体沉降时间设置为一时间段并且控制器36在关闭气流阀48之后等待直到该时间段已经到期。该时间段可以是10秒或大于或小于10秒的、并且仍然在本公开内容的范围内的时间段。

在框112处，如以下关于图3更多地解释的，PC泵系统20的控制器36自动启动洗涤体积计算过程200，其包括估计已经注入到井套管22的环形空间24中的洗涤流体的量。

接下来，在框114处，控制器36自动打开洗涤阀64，允许流体从洗涤流体源60流入井套管22的环形空间24中。在某些情况下，洗涤流体需要被加压，并且存在对来自洗涤流体源60的洗涤流体进行加压的若干方法，包括使用泵。在某些示例中，来自洗涤流体源60的流体可以是被泵送的和被循环的液体或流体，它们已经通过某种分离设备进行处理以去除固体材料。在另一个示例中，并且更一般地，控制器36需要留出时间使洗涤阀64完成其冲程循环，并且随后启动诸如泵62之类的地面泵，以开始进入环形空间24中的液体流动。更具体地，并且在一个示例中，在框116处，控制器36判断阀冲程时间的预设的时间是否已经到期。如果否，则控制器36继续等待直到达到预设时间。如果是，则若正在使用洗涤泵62，控制器36启动洗涤泵62。

在框120处，如下面关于图4更详细地解释的，控制器自动启动洗涤流体体积回收计算过程300，其包括测量所回收的洗涤液体体积的量。在启动洗涤流体体积回收计算过程300时，在框122中，控制器36判断液体下落时间的预设的时间段是否已经到期，以考虑在注入开始与当诸如洗涤流体之类的液体开始积聚到井下时之间的时间延迟。该时间延迟取决于井套管22的某些特性，举例来说，例如，井孔偏差、测量深度、和泵吸入口的垂直深度。在一个示例中，六十秒的值通常对于深度约为1000米的垂直井是足够的。当然，本领域普通技术人员将理解的是，还可以设置大于或小于六十秒的时间，并且该时间仍然落在本公开内容的范围内。例如，对于更深的井和更倾斜的井则需要更多的时间。另外，较老的井通常由于腐蚀而具有较粗糙的套管，因此值会增加。当存在疑问时，例如，对于框122中的液体下落定时器的预设时间，该时间段应该被过高估计，以防止泵26干燥运行。

在框122中的预设的时间到期之后，并且在洗涤流体在环形空间24的井下中积聚时，在框124处，控制器36自动增加PC泵系统20的泵26的速度。换句话说，控制器36增加泵26的井下速度，以开始冲洗井套管22、泵26、和管道25。提高的泵速度被保持，直到预设的洗涤时间已经到期或者所计算的/所估计的洗涤流体体积已经达到预定的目标洗涤体积。

更具体地，在框126处，控制器36首先判断预设的洗涤时间是否已经到期。如果否，则在框128处控制器36随后判断所测量的或所估计的洗涤液体体积是否大于预设的目标洗涤体积。如果否，则控制器36维持增加的速度，并且将在框126中再次判断预设洗涤时间是否已经到期，例如，直到时间已经到期或在框128中所测量的洗涤体积超过了目标洗涤体积。

在框130处，在已经超过了框126或框128中的目标(时间或体积)中的一个之后，控制器36随后停止自动洗涤系统10的泵62(如果包括泵62)并且关闭洗涤阀64。在没有更多洗涤流体流入到井套管22中的情况下，在框132处，控制器36随后终止洗涤流体体积计算。

在框134处，控制器36判断液体下落时间的预设的时间是否已经到期，以允许洗涤流体液体的最后部分到达井套管22的底部区域。在时间到期之后，控制器36打开气流阀48。

当重新打开气流阀48时，提高的泵速度被维持附加的时间段，直到在框138中预设的后洗涤泵送时间已经到期，或者在框140中洗涤流体体积回收计算值达到超过所估计的注入的洗涤流体体积的值。换句话说，在框138中，控制器36首先判断预设的后洗涤泵送时间是否已经到期。如果否，则在框140中，控制器36随后判断洗涤流体体积回收计算值是否已经达到超过所估计的注入的洗涤流体体积的值。如果否，则控制器36继续维持泵26的提高的速度，直到满足框138或框140中的条件中的一个条件。

当满足框138或框140中的两个条件中的任何一个条件时，在框142处，控制器36终止或结束洗涤流体体积回收计算过程300。在框144处，控制器36随后将马达30的控制速度重新设置为在PC泵系统20的洗涤循环开始时所捕获的马达30的保持速度。

在框146中，控制器36随后返回到其正常的速度控制过程，并且洗涤循环过程等待下一次激活触发。

现在参考图3，描绘了描绘洗涤体积计算方法200的流程图。方法200包括估计已经被注入到PC泵系统20的环形空间24中以实现洗涤井套管22、泵26、和管道25的洗涤的洗涤流体的量的方法。如上面所描述的，洗涤流体来自耦合到PC泵系统20的自动洗涤系统10的洗涤流体源60。

更具体地，在框202处，洗涤流体体积计算方法200例如经由控制器36开始。在框204处，在接收到命令以开始洗涤流体体积计算方法200时，控制器36将洗涤液体体积初始化为零。

在框206处，判断洗涤流量计是否可用。换句话说，在一个示例中，控制器36判断诸如流量计76之类的洗涤流量计是否可用。如果流量计是可用的，如图1所描绘的示例中，其中流量计76设置在洗涤流体源60下游，并且可操作地耦合到控制器36，则在框208处洗涤流体流速被控制器36捕获为当前的流量计速率。换句话说，控制器36捕获流量计76的流速并将该值用作为洗涤流体流速。如果流量计76是不可用的，则在框210中首先判断洗涤流体源60的罐的液位传感器61(图1)是否可用。更具体地，如下面更多地解释的，如果流量计是不可用的，并且洗涤流体源60包括罐，该罐容纳的液体体积可以与罐中的液位有关，则液位传感器61(图1)可以用于估计注入到环形空间24中的洗涤流体的量。然而，如果控制器36判断不存在液位传感器61，则在框212处，例如用户输入的流速可以由控制器36用作为洗涤流体流速。在一个示例中，如果用于对来自洗涤流体源60的洗涤流体进行加压的泵62具有正排量(positive displacement)类型，则泵62的流速可以例如根据制造商的信息进行估计，并且例如经由工作站21提供给控制器36。

如果流速被测量208或被估计212，则控制器36随后启动计算周期定时器214，并且在框216处判断预设的计算周期是否已经到期。在一个示例中，计算周期时间包括在1秒到20秒的范围内的预设的时间段。例如，如果包括流量计76，则将该值设置为1秒可以提供所计算的洗涤流体体积的较高的准确性。在另一个示例中，如果流速被估计，例如，不存在流量计76并且不存在液位传感器61，则没有理由将计算周期时间设置为小的值，这是因为得到的所计算的洗涤流体体积积聚将对于所有计算周期都是相同的。在任何情况下，本领域普通技术人员将理解的是，预设的计算周期可以在1秒至20秒的范围之外(举例来说，例如大于20秒)，并且仍然落在本公开内容的范围内。

在计算周期时间的预设时间段到期之后，在框218处，控制器36计算增量洗涤流体体积。更具体地，流速值在数学上被积分以获得新的所注入的增量洗涤流体体积。在一个示例中，增量洗涤流体体积根据以下等式进行计算：

增量洗涤流体体积＝洗涤流体流速*计算周期。

在框220中，增量洗涤流体体积随后与先前所积聚的洗涤流体体积相加，以获得所注入的洗涤流体体积的新的估计值。换句话说，洗涤流体体积根据以下等式计算：

洗涤体积＝洗涤流体体积+增量洗涤流体体积。

在框222中，例如，控制器36随后基于是否已经接收到任何终止信号来自动判断计算方法200是否应该继续。如果没有接收到终止信号，则方法200继续。例如，如果控制器36已经接收到终止信号，则方法200在框224处结束。

替代地，并且返回参考框210，如果没有洗涤流量计76是可用的，但是液位传感器61(图1)可用于测量例如洗涤流体源60(例如，罐)内的液位，则在框226中，计算方法200记录罐中的初始液位，并使该液位与初始罐体积关联。本领域普通技术人员将理解的是，液位与罐体积之间的相关性可以由不同的方法执行。在这些方法中的是简单的代数等式，这些等式假设罐具有标准(例如，圆柱形)的形状。其它方法包括容积表，这些容积表提供参考的表以获得所包含的液体体积与罐液位相互关系。

在框228处，控制器36随后启动计算周期定时器228并且在框230处判断预设的计算周期是否已经到期。在一个示例中，计算周期时间包括在20秒的范围内的预设的时间段。本领域普通技术人员将理解的是，预设的计算周期可以例如大于或小于20秒，并且仍然在本公开内容的范围内。

在计算周期时间的预设的时间段到期之后，在框232处，控制器36计算当前的罐体积。更具体地，当前罐液位与所容纳的液体体积相关。在框234中，随后从先前所积聚的洗涤流体体积减去当前液体体积，以获得所注入的洗涤流体体积的新的估计值。换句话说，洗涤流体体积根据以下等式进行计算：

洗涤体积＝罐中的初始体积-当前洗涤流体体积

在框236中，例如，控制器36随后基于是否已经接收到任何终止信号来自动判断计算方法200是否应该继续。如果尚未接收到终止信号，则方法200继续。如果控制器36已经接收到终止信号，则方法200例如在框224处结束。

现在参考图4，描绘了描绘洗涤流体体积回收计算方法300的流程图。方法300包括自动测量在井套管22的洗涤期间从PC泵系统20的井套管22回收的洗涤流体体积的量的方法。在框302处，在打开洗涤阀64(图1)以允许洗涤流体被注入到井套管22的环形空间24中时，方法300由PC泵系统20的控制器36启动。

在框304处，将所回收的洗涤流体体积初始化为零的值。接下来，控制器36经由流动管线计(例如，流量计76)确定基线流速。更具体地，在框306处，控制器36首先判断流动管线计是否可用。如果没有流动管线计是可用的，则方法300在所积聚的洗涤流体体积为零的情况下在框322处终止。然而，如果流动管线计是可用的，则控制器36捕获来自流量计40的基线流速，以建立正在从井中泵送的液体的基线量。该基线量通过生产井套管22井下的油/气储存器来提供。当马达/泵的速度变化时，以比变化之前更高的速率回收液体。期望继续泵送(由生产层供应的)基线量的液体加上倾倒到井套管22中的洗涤流体的量。

在框310处，由控制器36判断第二预设的计算时间段是否已经到期。在一个示例中，第二预设的计算时间段是五秒，但是本领域普通技术人员将意识到，该值可以小于或大于五秒，并且仍然落在本公开内容的范围内。

在框312处，并且在该预设的时间段(例如，第二预设的计算时间段)到期时，举例来说，例如由控制器36使用来自流量计40的信号42a测量正在从井泵送的流体或液体的当前流速。所测量的当前流速则等于表面流动管线速率。

在框314处，所测量的当前流速随后用于计算所回收的增量洗涤流体体积。为了计算所回收的增量洗涤流体体积，从当前流速减去基线流速，并且随后乘以计算时间。换句话说，所回收的增量洗涤流体体积根据以下等式进行计算：

增量洗涤流体体积＝(当前流速-基线流速)*计算周期

在框316处，例如，由控制器36判断所回收的新的洗涤流体体积，例如，通过将所回收的增量洗涤流体体积加上先前所计算的所回收的洗涤流体体积，直到被PC泵系统20的控制器36终止。更具体地，新的所回收的洗涤流体体积根据以下等式进行计算：

新的所回收的洗涤流体体积＝先前所回收的洗涤流体体积+所回收的增量洗涤流体体积

在框320处，控制器36例如基于是否已经接收到任何终止信号来判断洗涤流体体积回收方法300是否应该继续。如果尚未接收到终止信号，则过程300继续。如果例如由控制器36已经接收到终止信号，则过程300在框322处结束。

如本领域普通技术人员将意识到的，新的自动洗涤系统10和方法100例如包括若干优点。例如，PC泵系统20不需要人工干预来清洁井套管22、环形空间24、泵26和/或管道25。因此，消除了用于停止和手动清洁PC泵系统20的井套管22的非生产时间，并且PC泵系统20更有效地操作。而且，由于自动洗涤系统10和方法100，还消除了与PC泵系统20的手动清洁相关联的成本。

对于煤层气井，利用上面所描述的新的自动洗涤系统和方法的特征，显著减少了(如果未消除的话)使得所注入的液体(例如，水)以逆着井的环形空间中的气体流动而下落的难度。另外，还消除了有助于针对煤层气井的持续液体注入的第三导管的安装，例如，降低了整个系统的成本和复杂性，并提高了清洁井套管的方法的效率。

更进一步，尽管已经尝试在将液体手动间歇注入井孔中的同时提高PC泵系统中的泵的速率，但是通常需要水罐车和人工操作员来实现这种手动过程，这显著增加了清理单个井的时间，并将该手动操作限制为井的小的操作。相反，新的自动洗涤系统10和方法100消除了水罐车和人工操作员的使用，减少了清洁井套管的时间。另外，新的自动洗涤系统10和方法100(与当前的手动方法不同)可以有效地用于大型PC泵系统，例如，具有五个以上PC泵和相关联的井套管的PC泵系统。

在整个说明书中，多个实例可以实现被描述为单个实例的组件、操作、或结构。虽然一个或多个方法的独立操作被示出并被描述为单独的操作，但是可以同时执行独立操作中的一个或多个，并且不需要以所示出的顺序执行操作。作为示例性配置中的单独组件呈现的结构和功能可以被实现为组合的结构或组件。类似地，作为单个组件呈现的结构和功能可以被实现为单独的组件。这些和其它变化、修改、添加、和改进落入本文主题的范围内。

如本文所使用的，对“一个示例”或“示例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元素、特征、结构、或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中的各个地方的短语“在一个示例中”的出现不一定都指代同一个示例。

可以使用表达“耦合的”和“连接的”以及它们的衍生物来描述某些示例。例如，可以使用术语“耦合的”来描述某些示例以指示两个或更多个元素处于直接的物理或电接触。然而，术语“耦合的”还可能意味着两个或更多个元素彼此不直接接触，但仍然彼此配合或相互作用。该示例不限于该上下文中。

如本文所使用的，术语“包括”、“包括”、“包含”、“包含”、“具有”、“具有”或任何其它变体旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括元素列表的过程、方法、物品或装置不一定仅限于这些元素，而是可以包括未明确列出的或这些过程、方法、物品或装置固有的其它的元素。此外，除非有明确相反的规定，否则“或”指代包容性的或不非排他的或。例如，条件A或B满足以下任一条件：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在的)。

此外，采用“一”或“一”来描述本文实施例的元素和组件。这只是为了方便起见，并给出本说明书的一般性意义。本说明书以及随后的权利要求书应被阅读为包括一个或至少一个，并且单数形式还包括复数形式，除非明显地意味着其他意义。

该详细描述被解释为示例并且不描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能的，也将是不切实际的。可以使用当前技术或在本申请的申请日之后开发的技术来实现许多备选实施例。

Claims (26)

1.一种自动洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管的方法，所述方法包括：

经由控制器启动自动洗涤系统的洗涤循环，所述自动洗涤系统操作地耦合到PC泵系统；

经由所述控制器禁用所述螺杆(PC)泵系统的PC泵的正常速度控制；

经由所述控制器关闭气流阀，以停止所述井套管的环形空间中的向上流体流动；

经由所述控制器打开洗涤阀，以允许来自洗涤流体源的流体进入所述井套管的所述环形空间中；

在洗涤流体积聚在所述环形空间内时，经由所述控制器增加所述泵的速度，以开始冲洗所述井套管；

维持所述泵的增加的速度，直到满足以下条件中的一个或多个：预设的洗涤时间到期或已经超过了所估计的洗涤体积；

经由所述控制器关闭所述洗涤阀，以完成所述井套管的洗涤；以及

经由所述控制器重新打开所述气流阀，并恢复所述PC泵的正常速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，启动洗涤循环响应于以下项中的一个或多个：(1)满足预定的时间；(2)所述泵的扭矩超过了预定的扭矩极限；或(3)对与所述控制器通信的工作站进行手动输入。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由所述控制器捕获用于正常速度控制的马达速度设置，以使所述控制器能够在完成所述洗涤循环时将所述马达的速度重新设置为所捕获的用于正常速度控制的马达速度设置。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：判断流体沉降时间是否已经到期，并且在流体沉降时间到期时，启动洗涤体积计算过程。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由所述控制器启动洗涤流体体积计算过程，其中，所述洗涤流体体积计算过程包括：(1)将洗涤体积初始化为零；(2)确定以下各项中的一项：(a)由洗涤流量计或用户输入的流速中的一个确定所述洗涤流体的流速；或(b)由液位传感器确定所述洗涤流体源中的初始洗涤流体体积；以及(3)在计算时间段到期时，计算以下各项中的一项：(a)增量洗涤流体体积，并且将所述增量洗涤流体体积与所积聚的体积相加，以获得注入到所述井套管的所述环形空间中的洗涤流体体积的所估计的量；或(b)基于由所述液位传感器感测到的流体液位的当前洗涤流体体积，并且从所述洗涤流体源中的所述初始洗涤流体体积减去所述当前洗涤流体体积。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述控制器打开所述洗涤阀，以允许来自所述洗涤流体源的流体进入所述井套管的所述环形空间中包括以下步骤中的一个步骤：留出时间使所述洗涤阀完成冲程循环，以及启动设置在所述洗涤流体源下游的泵，以开始使洗涤流体流动到所述井套管的环形空间中。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由所述控制器启动洗涤流体体积回收计算过程，其中，所述洗涤流体体积回收计算过程包括：(1)将所回收的洗涤流体体积值初始化为零；(2)经由流动管线计确定基线流速；(3)判断计算时间段是否已经到期；(4)在所述计算时间段到期时，测量正在从所述井套管泵送的所述流体的当前流速，所述当前流速等于表面流动管线速率；(5)计算所回收的增量洗涤流体体积，包括将所述当前流速减去所述基线流速；以及(6)通过将计算到的所回收的增量洗涤流体体积与先前计算的所回收的洗涤流体体积相加来判断新的所回收的洗涤流体体积，直到被所述控制器终止。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在启动所述洗涤流体体积回收计算时启动液体下落时间，并且确定所述液体下落时间已经到期以考虑在洗涤流体的注入开始与当所述洗涤流体在所述井套管的井下积聚时之间的时间延迟。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述洗涤阀关闭后，经由所述控制器终止所述洗涤体积计算。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，经由所述控制器重新打开所述气流阀在确定液体下落时间已经到期时发生。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：维持增加的泵速度，直到后洗涤泵送时间已经到期或者所述洗涤流体体积回收计算值超过所估计的注入的洗涤流体体积，并且，随后终止所述洗涤流体体积回收计算过程。

12.根据权利要求11所述的方法，在终止所述洗涤流体体积回收计算过程时，经由所述控制器将所述PC泵返回到正常速度控制。

13.一种估计注入到螺杆(PC)泵系统的井套管中以实现洗涤所述井套管的洗涤流体的量的方法，所述洗涤流体来自耦合到所述PC泵系统的自动洗涤系统的洗涤流体源，所述自动洗涤系统包括洗涤阀，所述洗涤阀操作地耦合到所述PC泵系统的控制器和所述井套管，所述方法包括：

响应于关闭气流阀，经由所述PC泵系统的控制器将洗涤体积初始化为零，以启动洗涤循环；

经由所述控制器确定以下各项中的一项：(1)由洗涤流量计或用户输入的流速中的一个确定所述洗涤流体的流速；或(2)由所述洗涤流体源的液位传感器确定所述洗涤流体源中的初始洗涤流体体积；以及

在预设的计算周期到期时，经由所述控制器计算以下各项中的一项：(1)增量洗涤流体体积，并且经由所述控制器将所述增量洗涤流体体积与所积聚的体积相加；或(2)基于由所述液位传感器感测到的流体液位的所述洗涤流体源中的当前洗涤流体体积，并且经由所述控制器将所述洗涤流体源中的所述初始洗涤流体体积减去所述当前洗涤流体体积。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述洗涤流体的流速被确定或洗涤流体的所述初始体积被确定之后，经由所述控制器判断预设的计算周期是否已经到期。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，由洗涤流量计或用户输入的流速中的一个确定所述洗涤流体的流速包括：由所述洗涤流量计确定所述洗涤流体的流速，包括经由所述控制器捕获所述洗涤流量计的流速，并将所捕获的流速用作为所述洗涤流体流速。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，由洗涤流量计或用户输入的流速中的一个确定所述洗涤流体的流速包括：由所述用户输入的流速确定所述洗涤流体的流速，包括估计设置在所述洗涤流体源下游的泵的流速，并且向所述控制器提供估计值。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法发生在经由所述控制器关闭气流阀以停止所述井套管的环形空间中的向上流体流动之后。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法在以下各项之前发生：(1)经由所述控制器打开所述洗涤阀，以允许来自所述洗涤流体源的流体进入所述井套管的所述环形空间中；以及(2)经由所述控制器增加所述PC泵的速度，以开始清洁所述井套管。

19.一种在洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管期间自动测量从所述井套管回收的洗涤流体体积的量的方法，所述洗涤流体来自耦合到所述PC泵系统的自动洗涤系统的洗涤流体源，所述方法包括：

在打开所述自动洗涤系统的洗涤阀时，经由所述PC泵系统的控制器将所回收的洗涤流体体积值初始化为零，以允许来自所述洗涤流体源的洗涤流体进入所述井套管的环形空间中；

经由所述控制器通过流动管线计确定基线流速；

在预设的时间段到期时，经由所述控制器测量正在从所述井套管泵送的流体的当前流速，所述当前流速等于表面流动管线速率；

经由所述控制器计算所回收的增量洗涤流体体积；以及

经由所述控制器确定新的所回收的洗涤流体体积。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：在经由所述流动管线计确定基线流速之后，经由所述控制器判断计算时间段是否已经到期。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，经由所述控制器计算所回收的增量洗涤流体体积包括将所述当前流速减去所述基线流速。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，经由所述控制器确定新的所回收的洗涤流体体积包括：将计算到的所回收的增量洗涤流体体积与先前计算的所回收的洗涤流体体积相加，直到被所述PC泵系统的所述控制器终止。

23.一种自动洗涤螺杆(PC)泵系统的井套管的方法，所述方法包括：

经由控制器禁用所述PC泵系统的螺杆(PC)泵的正常速度控制；

经由所述控制器关闭气流阀，以停止所述井套管的环形空间中的向上流体流动；

经由所述控制器启动洗涤流体体积计算过程；

经由所述控制器打开洗涤阀，以允许来自所述洗涤流体源的流体进入所述井套管中；在洗涤流体积聚在所述环形空间内时，经由所述控制器增加所述泵的速度，以开始冲洗所述井套管；以及

经由所述控制器关闭所述洗涤阀。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：在打开所述洗涤阀之后，经由所述控制器启动洗涤流体体积回收计算过程。

25.根据权利要求23所述的方法，还包括：在增加所述泵的速度之后，维持所述泵的增加的速度，直到满足以下条件中的一个或多个：预设的洗涤时间到期或者已经超过所估计的洗涤体积。

26.根据权利要求23所述的方法，还包括：在关闭所述洗涤阀之后，经由所述控制器重新打开套管阀，并且恢复所述PC泵的正常速度控制。