專利名稱：：用于在三相分離油氣生產(chǎn)中進(jìn)行多變量控制的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的披露內(nèi)容總體上涉及過程控制(processcontrol)系統(tǒng)，且更具體而言，涉及一種用于在三相分離油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行多變量控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：在貯油層或貯氣層處進(jìn)行的"上游"生產(chǎn)中，隨著儲量減少產(chǎn)量曰益下降。相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)設(shè)施中的設(shè)備是被設(shè)計(jì)用于峰值生產(chǎn)條件下的且通常也在所述峰值生產(chǎn)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間的推移，由于來自貯層的烴產(chǎn)率下降，因此在工藝設(shè)備上出現(xiàn)了額外的生產(chǎn)能力。在典型的系統(tǒng)中，生產(chǎn)設(shè)施中的工藝設(shè)備如三相分離器、水力旋流器、壓縮機(jī)、脫水設(shè)備和泵都被構(gòu)造且被優(yōu)化以便實(shí)現(xiàn)僅在最佳條件下才能達(dá)到的最高效的生產(chǎn)。目前還沒有這樣的整體生產(chǎn)控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)即使在儲量減少時(shí)也能優(yōu)化生產(chǎn)工藝。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的披露內(nèi)容提供了一種用于在三相分離油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行多變量控制的系統(tǒng)和方法。在第一實(shí)施例中，一種方法包括對油氣抽取過程進(jìn)行控制、對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制和對脫氣過程進(jìn)行控制。所述方法還包括對所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。在一個(gè)特定實(shí)施例中，所述方法還包括對提升用氣體壓縮過程進(jìn)行控制。此外，所述優(yōu)化包括對所述提升用氣體壓縮過程、所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對所述至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。在第二實(shí)施例中，一種計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中被實(shí)施。所述計(jì)算機(jī)程序包括用于對油氣抽取過程進(jìn)行控制、對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制和對脫氣過程進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。該計(jì)算機(jī)程序還包括用于對所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而使至少一個(gè)過程目標(biāo)得到優(yōu)化的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括油氣抽取過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)分離過程控制系統(tǒng)和脫氣過程控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還包括包含多變量控制器的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，所述多變量控制器被構(gòu)建以便同時(shí)控制并優(yōu)化所述油氣抽取過程控制系統(tǒng)、所述生產(chǎn)分離過程控制系統(tǒng)和所述脫氣過程控制系統(tǒng)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員從以下附圖、說明書和權(quán)利要求書中可易于理解本發(fā)明的其它技術(shù)特征。為了更全面地理解本發(fā)明的披露內(nèi)容，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下說明書，在所述附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的示例性的過程控制系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于油氣生產(chǎn)過程的示例性的過程控制系統(tǒng)；和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于在油氣生產(chǎn)過程中進(jìn)行多變量控制的示例性的方法。具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的示例性的過程控制系統(tǒng)100。圖1中示出的所述過程控制系統(tǒng)100的實(shí)施例僅是為了進(jìn)行說明?？稍诓黄x本發(fā)明披露內(nèi)容的范圍的情況下使用所述過程控制系統(tǒng)100的其它實(shí)施例。在該示例性的實(shí)施例中，所述過程控制系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)過程元件102a-102b。所述過程元件102a-102b代表在過程系統(tǒng)或生產(chǎn)系統(tǒng)中的可執(zhí)行多種功能中的任何功能的部件。例如，所述過程元件102a-102b可代表生產(chǎn)環(huán)境中的馬達(dá)、催化裂化裝置、閥和其它工業(yè)設(shè)備。所述過程元件102a-102b可代表任何適當(dāng)?shù)倪^程系統(tǒng)或生產(chǎn)系統(tǒng)中的任何其它的或附加的部件。每個(gè)所述過程元件102a-102b都包括用于在過程系統(tǒng)或生產(chǎn)系統(tǒng)中執(zhí)行一種或多種功能的任何硬件、軟件、固件或其組合。盡管在該實(shí)例中僅示出了兩個(gè)過程元件102a-102b，但在所述過程控制系統(tǒng)100的特定實(shí)施方式中可包括任意數(shù)量的過程元件。兩個(gè)控制器104a-104b被聯(lián)接至所述過程元件102a-102b。所述控制器104a-104b對過程元件102a-102b的運(yùn)行進(jìn)行控制。例如，所迷控制器104a-104b能夠?qū)^程元件102a-102b的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控且為所述過程元件102a-102b提供控制信號。每個(gè)所述控制器104a-104b都包括用于對過程元件102a-102b中的一個(gè)或多個(gè)過程元件進(jìn)行控制的任何硬件、軟件、固件或其組合。所述控制器104a-104b例如可包括運(yùn)行GREENHILLSINTEGRITY操作系統(tǒng)的POWERPC處理器系列的處理器105，或包括運(yùn)行MICROSOFTWINDOWS操作系統(tǒng)的X86處理器系列的處理器105兩個(gè)服務(wù)器106a-106b被聯(lián)接至所述控制器104a-104b。所述服務(wù)器106a-106b執(zhí)行多種功能從而為控制器104a-104b和過程元件102a-102b的運(yùn)行和控制提供支持。例如，所述服務(wù)器106a-106b可記錄由所述控制器104a-104b收集或產(chǎn)生的信息，如與所述過程元件102a-102b的運(yùn)行有關(guān)的狀態(tài)信息。所述服務(wù)器106a-106b還可執(zhí)行對所述控制器104a-104b的運(yùn)行進(jìn)行控制的應(yīng)用程序，由此對所述過程元件102a-102b的運(yùn)行進(jìn)行控制。此外，所述服務(wù)器106a-106b可提供對所述控制器104a-104b的安全訪問。每個(gè)所述J3艮務(wù)器106a-106b都包括用于提供對所述控制器104a-104b的訪問或控制的任何硬件、軟件、固件或其組合。所述服務(wù)器106a-l06b例如可代表運(yùn)行MICROSOFTWINDOWS操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(如臺式計(jì)算機(jī))。作為另一實(shí)例，所述服務(wù)器106a-106b可包括運(yùn)行GREENHILLSINTEGRITY操作系統(tǒng)的POWERPC處理器系列的處理器，或包括運(yùn)行MICROSOFTWINDOWS操作系統(tǒng)的X86處理器系列的處理器。一個(gè)或多個(gè)操作員站108a-108b被聯(lián)接至所述服務(wù)器106a-106b，且一個(gè)或多個(gè)操作員站108c被聯(lián)接至所述控制器104a-104b。所述操作員站108a-108b代表提供對所述服務(wù)器106a-106b的用戶訪問的計(jì)算裝置或通信裝置，所述服務(wù)器因而可提供對所述控制器104a-104b和所述過程元件102a-102b的用戶訪問。所述操作員站108c代表提供對所述控制器1(Ma-104b的用戶訪問的計(jì)算裝置或通信裝置(而不必使用服務(wù)器106a-106b的資源)。作為特定實(shí)例，所述操作員站108a-108c可允許用戶使用由所述控制器104a-104b和/或所述服務(wù)器106a-106b收集的信息來回顧所述過程元件102a-102b的運(yùn)行歷史。所述操作員站108a-108c還可允許所述用戶對過程元件102a-102b、控制器104a-104b或服務(wù)器106a-106b的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)所述操作員站108a-108c都包括用于為所述系統(tǒng)100的用戶訪問和控制提供支持的任何硬件、軟件、固件或其組合。所述操作員站108a-108c例如可代表具有顯示器和運(yùn)行MICROSOFTWINDOWS操作系統(tǒng)的處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。在該實(shí)例中，所述操作員站108b中的至少一個(gè)操作員站是遠(yuǎn)離所述服務(wù)器106a-106b的。該遠(yuǎn)程站通過網(wǎng)絡(luò)110被聯(lián)接至所述服務(wù)器106a-106b。所述網(wǎng)絡(luò)110有利于在所述系統(tǒng)100的各部件之間進(jìn)行通信。例如，所述網(wǎng)絡(luò)110可在網(wǎng)絡(luò)地址之間傳遞網(wǎng)際協(xié)議(IP)信息包、幀中繼幀、異步傳輸模式(ATM)單元或其它適當(dāng)?shù)男畔?。所述網(wǎng)絡(luò)110可包括一個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)(LANs)、區(qū)域網(wǎng)(MANs)、廣域網(wǎng)(WANs)、全球網(wǎng)如國際互聯(lián)網(wǎng)的全部或一部分、或位于一個(gè)或多個(gè)位置處的任何其它的一個(gè)或多個(gè)通信系統(tǒng)。在該實(shí)例中，所述系統(tǒng)IOO還包括兩個(gè)附加服務(wù)器112a-112b。所述服務(wù)器112a-112b執(zhí)行各種應(yīng)用程序從而控制所述系統(tǒng)100的整體運(yùn)行。例如，可將所述系統(tǒng)IOO應(yīng)用在加工廠或生產(chǎn)工廠或其它設(shè)施中，且所述服務(wù)器112a-112b可執(zhí)行用于控制所述工廠或其它設(shè)施的應(yīng)用程序。作為特定實(shí)例，所述服務(wù)器112a-112b可執(zhí)行應(yīng)用程序如企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)或任何其它的或附加的工廠控制應(yīng)用程序或過程控制應(yīng)用程序。每個(gè)所述服務(wù)器112a-112b都包括用于對所述系統(tǒng)100的整體運(yùn)行進(jìn)行控制的任何硬件、軟件、固件或其組合。如圖1所示，所述系統(tǒng)100包括為該系統(tǒng)100中的各部件之間的通信提供支持的多個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)114a-114b和多個(gè)單一網(wǎng)絡(luò)116a-116b。這些網(wǎng)絡(luò)114a-114b、116a-116b中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都代表有利于在所述系統(tǒng)100的各部件之間進(jìn)行通信的任何適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)的組合。所述網(wǎng)絡(luò)114a-114b、116a-116b例如可代表以太網(wǎng)。所述過程控制系統(tǒng)100才艮據(jù)特定需要可具有任何其它適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。盡管圖1示出了過程控制系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例，但可對圖l所示的實(shí)例做出多種變化。例如，控制系統(tǒng)可包括任意數(shù)量的過程元件、控制器、服務(wù)器和操作員站。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于油氣生產(chǎn)過程的示例性的過程控制系統(tǒng)200。圖2中示出的所述過程控制系統(tǒng)200的實(shí)施例僅是為了進(jìn)行說明?？稍诓黄x本發(fā)明披露內(nèi)容的范圍的情況下使用所述過程控制系統(tǒng)200的其它實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，油氣生產(chǎn)設(shè)施中的工藝設(shè)備如三相分離器、水力旋流器、壓縮機(jī)、脫水設(shè)備和泵是通過水位、壓力和流量控制回路而受到控制的。通過運(yùn)行這些控制回路，同時(shí)對這些控制回路與其它控制回利能力)的相互作用進(jìn)行監(jiān)控，可提ii生;ii:生產(chǎn)能力A總利用率。通過協(xié)調(diào)壓縮機(jī)、燃?xì)鉁u輪、節(jié)流閥和/或其它設(shè)備的控制且通過克服操作約束進(jìn)行驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)更有價(jià)值產(chǎn)品的增產(chǎn)。如圖2所示，壓縮機(jī)260將提升用氣體注入井210中?？赏ㄟ^來自外部燃料供應(yīng)的可燃?xì)怏w或以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞綖閴嚎s機(jī)260提供動力?？赏ㄟ^提升用氣體壓縮過程控制系統(tǒng)265來對壓縮機(jī)260進(jìn)行控制?？赏ㄟ^井過程控制系統(tǒng)215來對井210進(jìn)行控制。來自井210的包括油、水、其它流體和氣體的產(chǎn)物被傳送至計(jì)量分離器220、隨后被傳送至高壓分離器230、隨后被傳送至低壓分離器240?？赏ㄟ^計(jì)量分離器過程控制系統(tǒng)225來對計(jì)量分離器220進(jìn)行控制?？赏ㄟ^高壓分離器過程控制系統(tǒng)235來對高壓分離器230進(jìn)行控制?？赏ㄟ^低壓分離器控制系統(tǒng)245來對低壓分離器240進(jìn)行控制。在一些實(shí)施例中，單個(gè)分離器過程控制系統(tǒng)就可起到計(jì)量分離器過程控制系統(tǒng)225、高壓分離器過程控制系統(tǒng)235和低壓分離器過程控制系統(tǒng)245的作用。水和油通過分離器230而分離開，且水被去除。然后，剩余的油/氣混合物被傳送至脫氣器250，可通過脫氣器過程控制系統(tǒng)255來對所述脫氣器進(jìn)行控制。油被輸送走以便進(jìn)行存儲或進(jìn)行其它處理，而所有分離出的提升用氣體返回到壓縮機(jī)260以便被重新使用。這張簡圖并未包括應(yīng)用在所述過程中的每個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)、泵、閥、開關(guān)和其它機(jī)械的和機(jī)電的過程元件。這些元件及其在油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中的使用是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。所述壓縮機(jī)260、井210、計(jì)量分離器220、高壓分離器230、低壓分離器240和脫氣器250可分別包括多個(gè)過程元件和一個(gè)或多個(gè)過程控制器(如結(jié)合圖1所述)以便使此處所述的過程和變量最優(yōu)化。這些過程元件和過程控制器中的每個(gè)都進(jìn)一步被連接從而與此處所述的多變量控制器270進(jìn)行通信并且由此處所述的多變量控制器270進(jìn)行控制，但為了清晰起見而并未在圖2中示出這些連接裝置。在不同的實(shí)施例中，所述井產(chǎn)物可以不通過每個(gè)分離階段且可以只通過圖2所示的分離階段中的一個(gè)或多個(gè)分離階段。盡管為了對此處所述的技術(shù)進(jìn)行說明而將圖2所示的過程控制系統(tǒng)200與油氣生產(chǎn)設(shè)施聯(lián)系在了一起，但正如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的那樣，此處討論的過程優(yōu)化技術(shù)同樣可應(yīng)用于其它烴生產(chǎn)設(shè)施中。例如，在其它實(shí)施例中可不存在提升用氣體壓縮機(jī)。在一些過程中，氣體被壓縮且被輸出，這將需要來自壓縮箱的產(chǎn)品流且不需要進(jìn)行氣體提升。一種應(yīng)用程序可被構(gòu)建為對運(yùn)行過程的特定部分進(jìn)行操控和控制，且可被構(gòu)建為使利潤、質(zhì)量、產(chǎn)量或其它目標(biāo)最大化。每個(gè)應(yīng)用程序都可被構(gòu)建為具有操縱變量(MV)、受控變量(CV)、擾動變量(DV)和控制水平線，在所述控制水平線之上則確保了所述變量被置于由操作員指定的界限之內(nèi)。受控變量代表控制器試圖保持在指定運(yùn)行范圍之內(nèi)的變量或要不然進(jìn)行控制的變量。操縱變量代表由控制器進(jìn)行操縱從而控制受控變量的變量。擾動變量代表對受控變量產(chǎn)生影響但無法受到控制器的控制的變量。在特定實(shí)施例中，為確保應(yīng)用程序在增加收益性或其它限定目標(biāo)方面有任意的自由度，可利用線性規(guī)劃(LP)經(jīng)濟(jì)學(xué)或二次規(guī)劃(QP)經(jīng)濟(jì)學(xué)來構(gòu)建該應(yīng)用程序。這兩種不同的經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化方案利用了下面描述的最小化策略，并且所述二次優(yōu)化還使用了理想駐留值(或所需穩(wěn)態(tài)值)。目標(biāo)函數(shù)的一般形式是Minimize./=x+》,2-C。2+Z6x+Z%(MJ^-MK。乂)2其中bi代表第i個(gè)受控變量的線性系數(shù)；bj代表第j個(gè)操縱變量的線性系數(shù)；ai代表第i個(gè)受控變量的二次系數(shù)；aj代表第j個(gè)操縱變量的二次系數(shù)；CVi代表第i個(gè)受控變量的實(shí)際駐留值(restingvalue);且CV。i代表第i個(gè)受控變量的所需駐留值；MVj代表第j個(gè)操縱變量的實(shí)際駐留值；且MVcj代表笫j個(gè)操縱變量的所需駐留值。正如此處所示，因?yàn)橐粋€(gè)應(yīng)用程序的作用域可包含二十個(gè)以上的變量，且每個(gè)變量都可被包括在線性優(yōu)化目標(biāo)或二次優(yōu)化目標(biāo)之內(nèi)，因此對于每個(gè)應(yīng)用程序而言的優(yōu)化可能是復(fù)雜的。假定生產(chǎn)過程可以是順序進(jìn)行的，且假定改變產(chǎn)品質(zhì)量上的限制或改變一個(gè)應(yīng)用程序上的速度會對另一應(yīng)用程序產(chǎn)生影響，則在各種應(yīng)用程序之間存在協(xié)調(diào)。以下內(nèi)容代表的是各種應(yīng)用程序在各種過程控制系統(tǒng)中可如何單獨(dú)運(yùn)行或如何組合運(yùn)行的實(shí)例。這些實(shí)例僅是為了作為例證和進(jìn)行i兌明。所述各種應(yīng)用程序可根據(jù)特定需求執(zhí)行任何其它的或附加的操作。多變量控制軟件的一個(gè)目標(biāo)是為了減少和消除工業(yè)環(huán)境中的控制回路與控制回路之間的相互作用。上游生產(chǎn)過程是存在高度相互作用的過程，這是因?yàn)榇嬖谟谫A烴層中的天然壓力會"驅(qū)動"原料通過所述過程。由于生產(chǎn)設(shè)施處在偏遠(yuǎn)位置處，因此過程中使用的所有動力通常都是就地產(chǎn)生的，這就意味著在該過程中增加設(shè)備如泵會帶來高昂的成本。這種能量的節(jié)省在容器之間引入了聯(lián)接且使得擾動在控制回路之間被傳送。這還促使操作員通過"舒適區(qū)域"來運(yùn)行該過程以便確保在不會對過程產(chǎn)生不利影響的情況下處理該被傳送的擾動。在該過程中通常通過壓力控制器或者壓縮機(jī)來保持壓力。協(xié)調(diào)這些壓力控制器的設(shè)定點(diǎn)(或壓縮機(jī)上的性能控制)意味著在該過程的前段中的壓力可被降至最小運(yùn)行點(diǎn)，在該前段中，烴類物質(zhì)從來自貯層的管道進(jìn)入。對于在位于井口處的壓力(且因此在通往工藝設(shè)備的入口處的壓力)與對應(yīng)固定節(jié)流閥位置的生產(chǎn)率之間的關(guān)系而言，在文獻(xiàn)中已經(jīng)對此有廣泛地記載且這種關(guān)系也是可以理解的。如果對過程中的一個(gè)變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，則上文所述的相互作用的這種本質(zhì)會導(dǎo)致在該系統(tǒng)中的其它控制器不得不進(jìn)行移動以便進(jìn)行補(bǔ)償。在此披露的多變量控制技術(shù)利用了這種相互作用從而給消費(fèi)者帶來了益處。對分離器上的壓力控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)或者對壓縮機(jī)的吸入壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)會導(dǎo)致在生產(chǎn)過程上的壓力平衡產(chǎn)生改變。在存在多個(gè)串聯(lián)壓縮機(jī)的情況下，每個(gè)吸入(或排出)壓力都可被調(diào)節(jié)從而使壓縮能力達(dá)到最佳。所披露的多變量控制技術(shù)的一個(gè)益處是該技術(shù)從單控制回路的角度發(fā)展到從整體角度考慮在整個(gè)過程上每個(gè)操縱變量的變化產(chǎn)生的影響。在存在高度相互作用如近海過程中，當(dāng)控制問題被正確表征時(shí)，多變量控制技術(shù)可顯著增加益處。在所披露的多變量控制系統(tǒng)和方法中，操作問題可以用操縱變量、受控變量和擾動變量來表征。所述操縱變量是實(shí)際影響控制且包括基本控制回路和致動閥的控制回路或控制元件。所述受控變量是過程必定受其限制且可包括閥位置或機(jī)械限制(如壓縮機(jī)不能在超出其設(shè)計(jì)壓力的情況下進(jìn)行物理運(yùn)轉(zhuǎn))的操作約束和經(jīng)濟(jì)約束。所述過程還需要在以下方面被表征生產(chǎn)液體是氣體、水和冷凝輕質(zhì)物質(zhì)(冷凝物)還是氣體、水和油。盡管這兩種過程需要相同的技術(shù)，但它們需要不同的方法。對于氣體、冷凝物和水來說因?yàn)榘瑹N的貯層處于更高的壓力下，所以典型的氣體和冷凝物過程不需要壓縮。代替方式是，烴在其自身壓力下流動通過工藝設(shè)備。因?yàn)樘幚碇械臒N是輕質(zhì)的(低密度的)，所以它們易于從伴生水中分離出來。因此，處理是簡單的，這包括從水中分離且隨后對烴的液相和氣相進(jìn)行脫水。在該實(shí)施例中，典型的應(yīng)用程序具有兩個(gè)目標(biāo)使過程上的背壓最小化且使通過量能夠達(dá)到最大(受過程約束的限制)，和使來自貯層的冷凝物產(chǎn)量最大化。這可包括對節(jié)流閥的控制從而在受過程通過量約束的同時(shí)使經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的井的產(chǎn)量最大化。經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的井典型地是指每體積氣體產(chǎn)出最大量的冷凝物的井或是指具有最高的冷凝物與氣體之比(CGR)的井。對于該應(yīng)用程序而言，典型的多變量控制矩陣包括以下操縱變量節(jié)流裝置的數(shù)量-節(jié)流控制器(chokeflowcontroller)所述節(jié)流裝置根據(jù)需要可以自動模式運(yùn)行又可以手動模式運(yùn)行?？蓪矩?fù)載的井可進(jìn)行逐級測試且該井可作為擾動變量運(yùn)行。燃?xì)忾y組(gastrain)的數(shù)量—燃?xì)忾y組差壓控制器可使用差壓控制器或燃?xì)忾y組背壓控制器。如果使用背壓控制器，則可將附加的差壓受控變量增加到應(yīng)用程序中。11所述多變量控制器矩陣還可包括至少以下受控變量。正如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到的那樣，根據(jù)不同過程在運(yùn)行方面的細(xì)微差別，還可增加附加的約束。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>200780028182.1的獨(dú)立的燃?xì)忾y組的數(shù)量?？偖a(chǎn)量整個(gè)過程的生產(chǎn)約束。過程的冷凝物與氣體之比優(yōu)化變量從而使應(yīng)用程序能夠確定最佳經(jīng)濟(jì)效果。所述應(yīng)用程序還可被構(gòu)建為具有擾動變量，但是正如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到的那樣，這些具有擾動變量的應(yīng)用程序可以是用于特定實(shí)施方式的特定程序。因?yàn)樗鼈兛赡懿皇且话阋饬x上的程序，所以它們可能并不是通常描述的程序。對于氣體、油和水來說在根據(jù)所披露的實(shí)施例的油生產(chǎn)過程中，貯層典型地處在比氣體和冷凝物過程更低的壓力和溫度下。與冷凝物相比，原油的密度通常也更高。這通常導(dǎo)致在貯層上出現(xiàn)了更高的背壓，意味著驅(qū)動物質(zhì)到達(dá)表面的壓力已被用盡。因?yàn)樵谳^低的壓力下運(yùn)行，所以大部分過程通常需要壓縮機(jī)以便在用于輸出的氣流上達(dá)到足夠高的壓力。在天然密度高的情況下，釋出的氣體量可以非常小。因此，使用壓縮機(jī)可能不是經(jīng)濟(jì)可行的，所以氣體可被燒掉而不是被輸出。在使用壓縮機(jī)且所關(guān)注資源的開采曲線正在下降的情況下，假定壓縮機(jī)速度固定，則所述壓縮機(jī)可在其操作曲線上進(jìn)行移動從而產(chǎn)生具有較低通過量的更多壓頭(head)。對于速度可變、性能受控的壓縮機(jī)而言，運(yùn)行點(diǎn)可沿兩個(gè)方向進(jìn)行移動。所述運(yùn)行點(diǎn)的這種操縱因此使過程上的分離器能夠在更低的壓力下運(yùn)行。這種壓力的減少在井口處產(chǎn)生了更低的壓力且使來自貯層的流速能夠提高(即，使生產(chǎn)率提高)。對于該應(yīng)用程序而言，典型的多變量控制矩陣包括以下操縱變量分離器的數(shù)量-分離器壓力控制器壓力控制器可處在分離器上，但是一些過程可被構(gòu)造為沒有這些控制器。如果控制器存在，則它們也可被包括。每個(gè)分離器有一個(gè)操縱變量。壓縮機(jī)的數(shù)量-壓縮機(jī)性能控制(吸入或排出壓性能控制，調(diào)節(jié)吸入節(jié)流閥或再循環(huán)閥，或?qū)烧叨歼M(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)13力)壓縮機(jī)或壓縮機(jī)級可有一個(gè)控制器。壓縮機(jī)級的數(shù)量-壓縮機(jī)吸入冷卻器溫度控制器用于進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體的冷卻器上的溫度控制器。該溫度影響了從氣體中去除的較重組分的數(shù)量且因此影響了剩余氣體的熱值。背壓控制器位于過程后段的壓力控制器，所述壓力控制器保持足夠的壓力從而使氣體進(jìn)入輸出管線。脫氣罐壓力控制器位于生產(chǎn)出的水罐上的壓力控制器，其中在水被再注入或被傾倒在船外之前，剩余的氣體從水中被釋出。這種壓力通常由喇叭口壓力(flarepressure)限制,所述罐在喇叭口壓力下運(yùn)行。所述多變量控制器矩陣可包括至少以下受控變量。根據(jù)不同過程在運(yùn)行方面的細(xì)微差別，還可增加附加的約束。分離器油位控制器輸出減壓約束，用以確保分離器之間存在足夠的壓力從而驅(qū)動油通過該過程。每個(gè)分離器油位控制器有一個(gè)受控變量。分離器水位控制器輸出減壓約束，由控制器的輸出限定。每個(gè)分離器水位控制器有一個(gè)受控變量。分離器壓力控制器輸出防止壓力控制器飽和的約束。每個(gè)分離器水位控制器有一個(gè)受控變量。水力旋流器差壓比/差壓比控制器輸出在水從過程中被廢棄之前，對水油分離的運(yùn)行約束。差壓指示水質(zhì)且因此差壓控制器是關(guān)鍵性運(yùn)行約束。每個(gè)水力旋流器差壓比控制器有一個(gè)受控變量。壓縮機(jī)接近喘振狀態(tài)的程度對壓縮機(jī)上的機(jī)械限制和運(yùn)行限制的約束。盡管存在用以保護(hù)設(shè)備的喘振控制裝置，但該應(yīng)用程序可使壓縮機(jī)從不在接近喘振線的情況下運(yùn)行。壓縮機(jī)入口溫度對壓縮機(jī)運(yùn)行的物理限制或冶金限制壓縮機(jī)吸入溫度控制器輸出優(yōu)化上的約束-控制回路接近飽和的程度。每個(gè)溫度控制器操縱變量有一個(gè)約束變量。渦輪機(jī)限制/廢氣溫度約束對燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的約束。該變量通常是廢氣(或T5)溫度。每個(gè)渦輪機(jī)有一個(gè)約束變量。壓縮才幾出口溫度對壓縮機(jī)運(yùn)行的冶金約束和機(jī)械約束。每一壓縮機(jī)級或每一單級壓縮機(jī)可存在一個(gè)約束變量。主輸油管線泵吸入壓力對一個(gè)或多個(gè)泵的凈吸入壓頭需求的機(jī)械約束主輸油管線泵液流牽引力(currentdraw)對該過程上的輸出泵需求的運(yùn)行約束。包括在應(yīng)用程序中的擾動變量可包括以下變量氣體輸出管線管道壓力該變量是過程的主要擾動。圖3示出了用于在根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的油氣生產(chǎn)過程中進(jìn)行多變量控制的示例性的方法300。一個(gè)步驟包括在步驟302對用于壓縮提升用氣體的提升用氣體壓縮過程進(jìn)行控制。該控制過程可包括對上文所述的特定的搮縱變量、受控變量和擾動變量進(jìn)行控制并為其提供補(bǔ)償?？墒褂锰嵘脷怏w壓縮過15程控制系統(tǒng)來對所述提升用氣體壓縮過程進(jìn)行控制。另一步驟包括在步驟304對油氣抽取過程進(jìn)行控制，所述油氣抽取過程用于將經(jīng)過壓縮的提升用氣體注入到井內(nèi)以便增加井的抽取和產(chǎn)量。該控制過程可包括對上文所述的特定的操縱變量、受控變量和擾動變量進(jìn)行控制并為其提供補(bǔ)償。可使用井過程控制系統(tǒng)來對所述提升用氣體抽取過程進(jìn)行控制。另一步驟包括在步驟306對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制從而將抽取產(chǎn)物分離成油、水、提升用氣體和其它組分。該控制過程可包括對上文所述的特定的操縱變量、受控變量和擾動變量進(jìn)行控制并為其提供補(bǔ)償。也可使用多個(gè)級和多重過程如計(jì)量分離過程、高壓分離過程和低壓分離過程來實(shí)施該生產(chǎn)分離過程。可使用生產(chǎn)分離過程控制系統(tǒng)或使用用于每個(gè)獨(dú)立級的多重過程控制系統(tǒng)來對所述生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制。分離出的水可被廢棄。另一步驟包括在步驟308對脫氣過程進(jìn)行控制從而從油中去除氣體。分離出的提升用氣體可被送回到壓縮機(jī)260，而油則可被貯存或進(jìn)一步加以處理。另一步驟包括在步驟310同時(shí)對所述提升用氣體壓縮過程、所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行控制從而使至少一個(gè)過程目標(biāo)最優(yōu)化。例如，這些過程，連同它們相應(yīng)的操縱變量、受控變量和擾動變量一起，可一起被控制從而使至少一個(gè)過程目標(biāo)最優(yōu)化。目標(biāo)例如可包括最大產(chǎn)油量和最大過程利潤。受過程約束限制的另一目標(biāo)可以是使過程上的背壓最小且使通過量能夠達(dá)到最大。而又一目標(biāo)可以是使來自貯層的冷凝物的產(chǎn)量最大。可使用包括多變量控制器270的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)來實(shí)施所述優(yōu)化，所述生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)可同時(shí)控制并優(yōu)化圖2所示的各種過程控制系統(tǒng)。盡管圖3示出了用于在油氣生產(chǎn)過程中進(jìn)行多變量控制的一種方法300的一個(gè)實(shí)例，但可對圖3所示的實(shí)例做出多種變化。例如所述步驟中的一個(gè)步驟、一些步驟或所有步驟都可根據(jù)需要重復(fù)發(fā)生。此外，盡管圖中示出了各步驟的順序，但圖3中的各個(gè)步驟可并行發(fā)生或以不同的順序發(fā)生。作為特定實(shí)例，圖3所示的所有步驟都可并行地被執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，結(jié)合在此披露的系統(tǒng)和方法而執(zhí)行的各種功能是由計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)或支持的，所述計(jì)算機(jī)程序由計(jì)算機(jī)可讀程序代碼組成且在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中被實(shí)施。短語"計(jì)算機(jī)可讀程序代碼"包括任何類型的計(jì)算機(jī)代碼，這包括源代碼、目標(biāo)代碼和可執(zhí)行代碼。短語"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，，包括任何類型的能通過計(jì)算機(jī)存取的介質(zhì)，如只讀存儲器(R0M)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、硬磁盤驅(qū)動器、光盤(CD)、數(shù)字化視頻光盤(DVD)或任何其它類型的存儲器，闡明此整篇專利文件中使用的特定詞匯和短語的定義可能是有利的。術(shù)語"聯(lián)接"及其派生詞是指兩個(gè)或多個(gè)元件之間的任何直接或間接的連通，無論那些元件是否彼此實(shí)際接觸。術(shù)語"應(yīng)用程序"是指一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序、指令集、程序、函數(shù)、目標(biāo)、類別、實(shí)例或適于以適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)語言來實(shí)施的相關(guān)數(shù)據(jù)。術(shù)語"包括(include)"和"包含(comprise)"及其派生詞表示沒有限制的包含。術(shù)語"或，，具有廣泛的意義，意味著和/或。短語"與……相關(guān)聯(lián)，，和"與其相關(guān)聯(lián)"及其派生詞可表示包括、被包括在......內(nèi)、與……互連、包含、被包含在……內(nèi)、被連接至……或與……相連、被聯(lián)接至……或與..，相聯(lián)、可與……連通、與……協(xié)同作用、交錯、并置、與……緊鄰、被結(jié)合至……或與……相結(jié)合、具有、具有……的屬性或此類含義。術(shù)語"控制器"表示控制至少一種運(yùn)行的任何裝置、系統(tǒng)或其一部分?？刂破骺稍谟布?、固件、軟件或所述硬件、固件、軟件中的至少兩種的一些組合中實(shí)現(xiàn)。不管本地的還是遠(yuǎn)程的，與任何特定控制器相關(guān)聯(lián)的功能性都可以是集中式的或分布式的。盡管本發(fā)明披露內(nèi)容已對特定實(shí)施例和總體上相關(guān)聯(lián)的方法作出了描述，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解這些實(shí)施例和方法的改變和排列。因此，上文對示例性的實(shí)施例作出的描述并未限定或限制本發(fā)明的披露內(nèi)容。在不偏離由以下權(quán)利要求書限定的本發(fā)明披露內(nèi)容的精神和范圍的情況下，其它變化、替代和改變同樣是可能的。權(quán)利要求1、一種方法，所述方法包括對油氣抽取過程進(jìn)行控制(304)；對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制(306)；對脫氣過程進(jìn)行控制(308)；且對所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而使至少一個(gè)過程目標(biāo)最優(yōu)化(310)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)過程目標(biāo)包括以下過程目標(biāo)中的至少一個(gè)過程目標(biāo)最大產(chǎn)油量、最大過程利潤、最小背壓、最大通過量和來自貯層的最大冷凝物產(chǎn)量。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述優(yōu)化是使用多變量控制器(270)而實(shí)施的。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述優(yōu)化使用操縱變量，所述操縱變量包括以下操縱變量中的至少一個(gè)操縱變量分離器的數(shù)量、壓縮機(jī)的數(shù)量、壓縮機(jī)級、背壓控制器和脫氣罐壓力控制器的數(shù)量。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述優(yōu)化使用受控變量，所述受控變量包括以下受控變量中的至少一個(gè)受控變量分離器油位控制器輸出、分離器水位控制器輸出、分離器壓力控制器輸出和水力旋流器差壓比控制器輸出。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述優(yōu)化使用受控變量，所述受控變量包括以下受控變量中的至少一個(gè)受控變量壓縮機(jī)接近喘振狀態(tài)的程度、壓縮機(jī)入口溫度、壓縮機(jī)吸入溫度控制器輸出、渦輪機(jī)廢氣溫度約束、壓縮機(jī)出口溫度、主輸油管線泵吸入壓力和主輸油管線泵液流牽引力。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對提升用氣體壓縮過程進(jìn)行控制；其中所述優(yōu)化包括對所述提升用氣體壓縮過程、所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對所述至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。8、一種在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼用于對油氣抽取過程進(jìn)行控制(304);對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制(306);對脫氣過程進(jìn)行控制(308);且對所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化(310)。9、一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括油氣抽取過程控制系統(tǒng)(215);生產(chǎn)分離過程控制系統(tǒng)(225，235，245);脫氣過程控制系統(tǒng)(255);和包括多變量控制器(270)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)(200)，所述生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)被構(gòu)建以便同時(shí)控制并優(yōu)化所述油氣抽取過程控制系統(tǒng)、所述生產(chǎn)分離過程控制系統(tǒng)和所述脫氣過程控制系統(tǒng)。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)過程目標(biāo)包括以下過程目標(biāo)中的至少一個(gè)過程目標(biāo)最大產(chǎn)油量、最大過程利潤、最小背壓、最大通過量和來自貯層的最大冷凝物產(chǎn)量。全文摘要一種方法包括對油氣抽取過程進(jìn)行控制(304)、對生產(chǎn)分離過程進(jìn)行控制(306)和對脫氣過程進(jìn)行控制(308)。所述方法還包括對所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化(310)。所述方法可進(jìn)一步包括對提升用氣體壓縮過程進(jìn)行控制。所述優(yōu)化可包括對所述提升用氣體壓縮過程、所述油氣抽取過程、所述生產(chǎn)分離過程和所述脫氣過程進(jìn)行優(yōu)化從而對所述至少一個(gè)過程目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。文檔編號E21B41/00GK101495712SQ200780028182公開日2009年7月29日申請日期2007年5月23日優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日發(fā)明者B·A·科沃德申請人:霍尼韋爾國際公司