用于在三相分离油气生产中进行多变量控制的系统和方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200780028182.1	申请日：	2007.05.23
公开号：	CN101495712A	公开日：	2009.07.29
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	E21B41/00; E21B43/34; E21B43/00	主分类号：	E21B41/00
申请人：	霍尼韦尔国际公司
发明人：	B·A·科沃德
地址：	美国新泽西州
优先权：	2006.5.25 US 11/441,429
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司	代理人：	温大鹏;杨松龄
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

一种方法包括对油气抽取过程进行控制(304)、对生产分离过程进行控制(306)和对脱气过程进行控制(308)。所述方法还包括对所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对至少一个过程目标进行优化(310)。所述方法可进一步包括对提升用气体压缩过程进行控制。所述优化可包括对所述提升用气体压缩过程、所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对所述至少一个过程目标进行优化。

权利要求书

1、  一种方法，所述方法包括：
对油气抽取过程进行控制(304)；
对生产分离过程进行控制(306)；
对脱气过程进行控制(308)；且
对所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而使至少一个过程目标最优化(310)。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个过程目标包括以下过程目标中的至少一个过程目标：最大产油量、最大过程利润、最小背压、最大通过量和来自贮层的最大冷凝物产量。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中所述优化是使用多变量控制器(270)而实施的。

4、  根据权利要求1所述的方法，其中所述优化使用操纵变量，所述操纵变量包括以下操纵变量中的至少一个操纵变量：分离器的数量、压缩机的数量、压缩机级、背压控制器和脱气罐压力控制器的数量。

5、  根据权利要求1所述的方法，其中所述优化使用受控变量，所述受控变量包括以下受控变量中的至少一个受控变量：分离器油位控制器输出、分离器水位控制器输出、分离器压力控制器输出和水力旋流器差压比控制器输出。

6、  根据权利要求1所述的方法，其中所述优化使用受控变量，所述受控变量包括以下受控变量中的至少一个受控变量：压缩机接近喘振状态的程度、压缩机入口温度、压缩机吸入温度控制器输出、涡轮机废气温度约束、压缩机出口温度、主输油管线泵吸入压力和主输油管线泵液流牵引力。

7、  根据权利要求1所述的方法，进一步包括对提升用气体压缩过程进行控制；
其中所述优化包括对所述提升用气体压缩过程、所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对所述至少一个过程目标进行优化。

8、  一种在计算机可读介质中实施的计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码用于：
对油气抽取过程进行控制(304)；
对生产分离过程进行控制(306)；
对脱气过程进行控制(308)；且
对所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对至少一个过程目标进行优化(310)。

9、  一种系统，所述系统包括：
油气抽取过程控制系统(215)；
生产分离过程控制系统(225，235，245)；
脱气过程控制系统(255)；和
包括多变量控制器(270)的生产过程控制系统(200)，所述生产过程控制系统被构建以便同时控制并优化所述油气抽取过程控制系统、所述生产分离过程控制系统和所述脱气过程控制系统。

10、  根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个过程目标包括以下过程目标中的至少一个过程目标：最大产油量、最大过程利润、最小背压、最大通过量和来自贮层的最大冷凝物产量。

说明书

用于在三相分离油气生产中进行多变量控制的系统和方法
技术领域
本发明的披露内容总体上涉及过程控制(process control)系统，且更具体而言，涉及一种用于在三相分离油气生产系统中进行多变量控制的系统和方法。
背景技术
在贮油层或贮气层处进行的“上游”生产中，随着储量减少产量日益下降。相关联的生产设施中的设备是被设计用于峰值生产条件下的且通常也在所述峰值生产条件下运转。随着时间的推移，由于来自贮层的烃产率下降，因此在工艺设备上出现了额外的生产能力。
在典型的系统中，生产设施中的工艺设备如三相分离器、水力旋流器、压缩机、脱水设备和泵都被构造且被优化以便实现仅在最佳条件下才能达到的最高效的生产。目前还没有这样的整体生产控制系统，所述系统即使在储量减少时也能优化生产工艺。
发明内容
本发明的披露内容提供了一种用于在三相分离油气生产系统中进行多变量控制的系统和方法。
在第一实施例中，一种方法包括：对油气抽取过程进行控制、对生产分离过程进行控制和对脱气过程进行控制。所述方法还包括对所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对至少一个过程目标进行优化。
在一个特定实施例中，所述方法还包括对提升用气体压缩过程进行控制。此外，所述优化包括对所述提升用气体压缩过程、所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而对所述至少一个过程目标进行优化。
在第二实施例中，一种计算机程序在计算机可读介质中被实施。所述计算机程序包括用于对油气抽取过程进行控制、对生产分离过程进行控制和对脱气过程进行控制的计算机可读程序代码。该计算机程序还包括用于对所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行优化从而使至少一个过程目标得到优化的计算机可读程序代码。
在第三实施例中，一种系统包括：油气抽取过程控制系统、生产分离过程控制系统和脱气过程控制系统。所述系统还包括包含多变量控制器的生产过程控制系统，所述多变量控制器被构建以便同时控制并优化所述油气抽取过程控制系统、所述生产分离过程控制系统和所述脱气过程控制系统。
所属领域技术人员从以下附图、说明书和权利要求书中可易于理解本发明的其它技术特征。
附图说明
为了更全面地理解本发明的披露内容，现在结合附图参考以下说明书，在所述附图中：
图1示出了根据本发明披露内容的一个实施例的示例性的过程控制系统；
图2示出了根据本发明披露内容的一个实施例的用于油气生产过程的示例性的过程控制系统；和
图3示出了根据本发明披露内容的一个实施例的用于在油气生产过程中进行多变量控制的示例性的方法。
具体实施方式
图1示出了根据本发明披露内容的一个实施例的示例性的过程控制系统100。图1中示出的所述过程控制系统100的实施例仅是为了进行说明。可在不偏离本发明披露内容的范围的情况下使用所述过程控制系统100的其它实施例。
在该示例性的实施例中，所述过程控制系统100包括一个或多个过程元件102a-102b。所述过程元件102a-102b代表在过程系统或生产系统中的可执行多种功能中的任何功能的部件。例如，所述过程元件102a-102b可代表生产环境中的马达、催化裂化装置、阀和其它工业设备。所述过程元件102a-102b可代表任何适当的过程系统或生产系统中的任何其它的或附加的部件。每个所述过程元件102a-102b都包括用于在过程系统或生产系统中执行一种或多种功能的任何硬件、软件、固件或其组合。尽管在该实例中仅示出了两个过程元件102a-102b，但在所述过程控制系统100的特定实施方式中可包括任意数量的过程元件。
两个控制器104a-104b被联接至所述过程元件102a-102b。所述控制器104a-104b对过程元件102a-102b的运行进行控制。例如，所述控制器104a-104b能够对过程元件102a-102b的运行进行监控且为所述过程元件102a-102b提供控制信号。每个所述控制器104a-104b都包括用于对过程元件102a-102b中的一个或多个过程元件进行控制的任何硬件、软件、固件或其组合。所述控制器104a-104b例如可包括运行GREENHILLS INTEGRITY操作系统的POWERPC处理器系列的处理器105，或包括运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的X86处理器系列的处理器105
两个服务器106a-106b被联接至所述控制器104a-104b。所述服务器106a-106b执行多种功能从而为控制器104a-104b和过程元件102a-102b的运行和控制提供支持。例如，所述服务器106a-106b可记录由所述控制器104a-104b收集或产生的信息，如与所述过程元件102a-102b的运行有关的状态信息。所述服务器106a-106b还可执行对所述控制器104a-104b的运行进行控制的应用程序，由此对所述过程元件102a-102b的运行进行控制。此外，所述服务器106a-106b可提供对所述控制器104a-104b的安全访问。每个所述服务器106a-106b都包括用于提供对所述控制器104a-104b的访问或控制的任何硬件、软件、固件或其组合。所述服务器106a-106b例如可代表运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的个人计算机(如台式计算机)。作为另一实例，所述服务器106a-106b可包括运行GREEN HILLS INTEGRITY操作系统的POWERPC处理器系列的处理器，或包括运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的X86处理器系列的处理器。
一个或多个操作员站108a-108b被联接至所述服务器106a-106b，且一个或多个操作员站108c被联接至所述控制器104a-104b。所述操作员站108a-108b代表提供对所述服务器106a-106b的用户访问的计算装置或通信装置，所述服务器因而可提供对所述控制器104a-104b和所述过程元件102a-102b的用户访问。所述操作员站108c代表提供对所述控制器104a-104b的用户访问的计算装置或通信装置(而不必使用服务器106a-106b的资源)。作为特定实例，所述操作员站108a-108c可允许用户使用由所述控制器104a-104b和/或所述服务器106a-106b收集的信息来回顾所述过程元件102a-102b的运行历史。所述操作员站108a-108c还可允许所述用户对过程元件102a-102b、控制器104a-104b或服务器106a-106b的运行进行调节。每个所述操作员站108a-108c都包括用于为所述系统100的用户访问和控制提供支持的任何硬件、软件、固件或其组合。所述操作员站108a-108c例如可代表具有显示器和运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的处理器的个人计算机。
在该实例中，所述操作员站108b中的至少一个操作员站是远离所述服务器106a-106b的。该远程站通过网络110被联接至所述服务器106a-106b。所述网络110有利于在所述系统100的各部件之间进行通信。例如，所述网络110可在网络地址之间传递网际协议(IP)信息包、帧中继帧、异步传输模式(ATM)单元或其它适当的信息。所述网络110可包括一个或多个局域网(LANs)、区域网(MANs)、广域网(WANs)、全球网如国际互联网的全部或一部分、或位于一个或多个位置处的任何其它的一个或多个通信系统。
在该实例中，所述系统100还包括两个附加服务器112a-112b。所述服务器112a-112b执行各种应用程序从而控制所述系统100的整体运行。例如，可将所述系统100应用在加工厂或生产工厂或其它设施中，且所述服务器112a-112b可执行用于控制所述工厂或其它设施的应用程序。作为特定实例，所述服务器112a-112b可执行应用程序如企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)或任何其它的或附加的工厂控制应用程序或过程控制应用程序。每个所述服务器112a-112b都包括用于对所述系统100的整体运行进行控制的任何硬件、软件、固件或其组合。
如图1所示，所述系统100包括为该系统100中的各部件之间的通信提供支持的多个冗余网络114a-114b和多个单一网络116a-116b。这些网络114a-114b、116a-116b中的每个网络都代表有利于在所述系统100的各部件之间进行通信的任何适当的网络或网络的组合。所述网络114a-114b、116a-116b例如可代表以太网。所述过程控制系统100根据特定需要可具有任何其它适当的网络拓扑结构。
尽管图1示出了过程控制系统100的一个实例，但可对图1所示的实例做出多种变化。例如，控制系统可包括任意数量的过程元件、控制器、服务器和操作员站。
图2示出了根据本发明披露内容的一个实施例的用于油气生产过程的示例性的过程控制系统200。图2中示出的所述过程控制系统200的实施例仅是为了进行说明。可在不偏离本发明披露内容的范围的情况下使用所述过程控制系统200的其它实施例。
在一些实施例中，油气生产设施中的工艺设备如三相分离器、水力旋流器、压缩机、脱水设备和泵是通过水位、压力和流量控制回路而受到控制的。通过运行这些控制回路，同时对这些控制回路与其它控制回路的相互作用进行监控并对这些控制回路与共同目标(如增加过程的获利能力)的相互作用进行监控，可提高生产设备生产能力的总利用率。通过协调压缩机、燃气涡轮、节流阀和/或其它设备的控制且通过克服操作约束进行驱动，可实现更有价值产品的增产。
如图2所示，压缩机260将提升用气体注入井210中。可通过来自外部燃料供应的可燃气体或以任何其它适当的方式为压缩机260提供动力。可通过提升用气体压缩过程控制系统265来对压缩机260进行控制。可通过井过程控制系统215来对井210进行控制。
来自井210的包括油、水、其它流体和气体的产物被传送至计量分离器220、随后被传送至高压分离器230、随后被传送至低压分离器240。可通过计量分离器过程控制系统225来对计量分离器220进行控制。可通过高压分离器过程控制系统235来对高压分离器230进行控制。可通过低压分离器控制系统245来对低压分离器240进行控制。在一些实施例中，单个分离器过程控制系统就可起到计量分离器过程控制系统225、高压分离器过程控制系统235和低压分离器过程控制系统245的作用。
水和油通过分离器230而分离开，且水被去除。然后，剩余的油/气混合物被传送至脱气器250，可通过脱气器过程控制系统255来对所述脱气器进行控制。油被输送走以便进行存储或进行其它处理，而所有分离出的提升用气体返回到压缩机260以便被重新使用。
这张简图并未包括应用在所述过程中的每个单独的压缩机、泵、阀、开关和其它机械的和机电的过程元件。这些元件及其在油气生产系统中的使用是所属领域技术人员众所周知的。
所述压缩机260、井210、计量分离器220、高压分离器230、低压分离器240和脱气器250可分别包括多个过程元件和一个或多个过程控制器(如结合图1所述)以便使此处所述的过程和变量最优化。这些过程元件和过程控制器中的每个都进一步被连接从而与此处所述的多变量控制器270进行通信并且由此处所述的多变量控制器270进行控制，但为了清晰起见而并未在图2中示出这些连接装置。在不同的实施例中，所述井产物可以不通过每个分离阶段且可以只通过图2所示的分离阶段中的一个或多个分离阶段。
尽管为了对此处所述的技术进行说明而将图2所示的过程控制系统200与油气生产设施联系在了一起，但正如所属领域技术人员应理解的那样，此处讨论的过程优化技术同样可应用于其它烃生产设施中。例如，在其它实施例中可不存在提升用气体压缩机。在一些过程中，气体被压缩且被输出，这将需要来自压缩箱的产品流且不需要进行气体提升。
一种应用程序可被构建为对运行过程的特定部分进行操控和控制，且可被构建为使利润、质量、产量或其它目标最大化。每个应用程序都可被构建为具有操纵变量(MV)、受控变量(CV)、扰动变量(DV)和控制水平线，在所述控制水平线之上则确保了所述变量被置于由操作员指定的界限之内。受控变量代表控制器试图保持在指定运行范围之内的变量或要不然进行控制的变量。操纵变量代表由控制器进行操纵从而控制受控变量的变量。扰动变量代表对受控变量产生影响但无法受到控制器的控制的变量。
在特定实施例中，为确保应用程序在增加收益性或其它限定目标方面有任意的自由度，可利用线性规划(LP)经济学或二次规划(QP)经济学来构建该应用程序。这两种不同的经济学优化方案利用了下面描述的最小化策略，并且所述二次优化还使用了理想驻留值(或所需稳态值)。目标函数的一般形式是：
MinimizeJ=Σibi×CVi+Σiai2(CVi-CV0i)2+Σjbj×MVj+Σjaj2(MVj-MV0j)2]]>
其中：
b_i代表第i个受控变量的线性系数；
b_j代表第j个操纵变量的线性系数；
a_i代表第i个受控变量的二次系数；
a_j代表第j个操纵变量的二次系数；
CV_i代表第i个受控变量的实际驻留值(resting value)；且
CV_0i代表第i个受控变量的所需驻留值；
MV_j代表第j个操纵变量的实际驻留值；且
MV_0j代表第j个操纵变量的所需驻留值。
正如此处所示，因为一个应用程序的作用域可包含二十个以上的变量，且每个变量都可被包括在线性优化目标或二次优化目标之内，因此对于每个应用程序而言的优化可能是复杂的。假定生产过程可以是顺序进行的，且假定改变产品质量上的限制或改变一个应用程序上的速度会对另一应用程序产生影响，则在各种应用程序之间存在协调。
以下内容代表的是各种应用程序在各种过程控制系统中可如何单独运行或如何组合运行的实例。这些实例仅是为了作为例证和进行说明。所述各种应用程序可根据特定需求执行任何其它的或附加的操作。
多变量控制软件的一个目标是为了减少和消除工业环境中的控制回路与控制回路之间的相互作用。上游生产过程是存在高度相互作用的过程，这是因为存在于贮烃层中的天然压力会“驱动”原料通过所述过程。由于生产设施处在偏远位置处，因此过程中使用的所有动力通常都是就地产生的，这就意味着在该过程中增加设备如泵会带来高昂的成本。这种能量的节省在容器之间引入了联接且使得扰动在控制回路之间被传送。这还促使操作员通过“舒适区域”来运行该过程以便确保在不会对过程产生不利影响的情况下处理该被传送的扰动。
在该过程中通常通过压力控制器或者压缩机来保持压力。协调这些压力控制器的设定点(或压缩机上的性能控制)意味着：在该过程的前段中的压力可被降至最小运行点，在该前段中，烃类物质从来自贮层的管道进入。对于在位于井口处的压力(且因此在通往工艺设备的入口处的压力)与对应固定节流阀位置的生产率之间的关系而言，在文献中已经对此有广泛地记载且这种关系也是可以理解的。
如果对过程中的一个变量进行调节，则上文所述的相互作用的这种本质会导致在该系统中的其它控制器不得不进行移动以便进行补偿。在此披露的多变量控制技术利用了这种相互作用从而给消费者带来了益处。
对分离器上的压力控制器进行调节或者对压缩机的吸入压力进行调节会导致在生产过程上的压力平衡产生改变。在存在多个串联压缩机的情况下，每个吸入(或排出)压力都可被调节从而使压缩能力达到最佳。
所披露的多变量控制技术的一个益处是：该技术从单控制回路的角度发展到从整体角度考虑在整个过程上每个操纵变量的变化产生的影响。在存在高度相互作用如近海过程中，当控制问题被正确表征时，多变量控制技术可显著增加益处。
在所披露的多变量控制系统和方法中，操作问题可以用操纵变量、受控变量和扰动变量来表征。所述操纵变量是实际影响控制且包括基本控制回路和致动阀的控制回路或控制元件。所述受控变量是过程必定受其限制且可包括阀位置或机械限制(如压缩机不能在超出其设计压力的情况下进行物理运转)的操作约束和经济约束。
所述过程还需要在以下方面被表征：生产液体是气体、水和冷凝轻质物质(冷凝物)还是气体、水和油。尽管这两种过程需要相同的技术，但它们需要不同的方法。
对于气体、冷凝物和水来说：因为包含烃的贮层处于更高的压力下，所以典型的气体和冷凝物过程不需要压缩。代替方式是，烃在其自身压力下流动通过工艺设备。因为处理中的烃是轻质的(低密度的)，所以它们易于从伴生水中分离出来。因此，处理是简单的，这包括从水中分离且随后对烃的液相和气相进行脱水。
在该实施例中，典型的应用程序具有两个目标：使过程上的背压最小化且使通过量能够达到最大(受过程约束的限制)，和使来自贮层的冷凝物产量最大化。这可包括对节流阀的控制从而在受过程通过量约束的同时使经济价值最高的井的产量最大化。经济价值最高的井典型地是指每体积气体产出最大量的冷凝物的井或是指具有最高的冷凝物与气体之比(CGR)的井。
对于该应用程序而言，典型的多变量控制矩阵包括以下操纵变量：

节流装置的数量- 节流控制器(choke flow controller) 所述节流装置根据需要可以自动模式运行又可以手动模式运行。可对基本负载的井可进行逐级测试且该井可作为扰动变量运行。燃气阀组(gas train)的数量- 燃气阀组差压控制器可使用差压控制器或燃气阀组背压控制器。如果使用背压控制器，则可将附加的差压受控变量增加到应用程序中。

所述多变量控制器矩阵还可包括至少以下受控变量。正如所属领域技术人员应该认识到的那样，根据不同过程在运行方面的细微差别，还可增加附加的约束。
输出管线压力对来自过程的运行的约束燃气阀组冷凝物流优化受控变量CV，所述变量基于离开该过程上的燃气阀组的冷凝物。可能存在一种以上的约束，这取决于燃气阀组的数量。燃气阀组增量(delta)流受控变量CV，所述变量用以确保燃气阀组与最优几何参量OGP所需的比率相对地承担相等的载荷。每两燃气阀组有一个受控变量。井流该变量仅可应用在如果在手动模式下使用节流装置且对来自任何井的流都存在限制的情况下。在这种情况下，每个节流阀可以有一个受控变量。燃气阀组压力控制器输出约束受控变量CV，所述变量用以防止所述过程被过于向前推进且防止控制阀饱和。每燃气阀组有一个受控变量。燃气阀组差压控制器输出约束受控变量CV，所述变量用以防止所述过程被过于向前推进且防止控制阀饱和。每燃气阀组有一个受控变量。燃气阀组冷凝物分离器液面控制器输出对冷凝物生产和减压的约束。每燃气阀组有一个受控变量。燃气阀组增量差压受控变量CV，所述变量用以确保就压力而言燃气阀组并未不平衡。受控变量CV的数量可取决于过程中

的独立的燃气阀组的数量。总产量整个过程的生产约束。过程的冷凝物与气体之比优化变量从而使应用程序能够确定最佳经济效果。

所述应用程序还可被构建为具有扰动变量，但是正如所属领域技术人员应该认识到的那样，这些具有扰动变量的应用程序可以是用于特定实施方式的特定程序。因为它们可能不是一般意义上的程序，所以它们可能并不是通常描述的程序。
对于气体、油和水来说：在根据所披露的实施例的油生产过程中，贮层典型地处在比气体和冷凝物过程更低的压力和温度下。与冷凝物相比，原油的密度通常也更高。这通常导致在贮层上出现了更高的背压，意味着驱动物质到达表面的压力已被用尽。
因为在较低的压力下运行，所以大部分过程通常需要压缩机以便在用于输出的气流上达到足够高的压力。在天然密度高的情况下，释出的气体量可以非常小。因此，使用压缩机可能不是经济可行的，所以气体可被烧掉而不是被输出。
在使用压缩机且所关注资源的开采曲线正在下降的情况下，假定压缩机速度固定，则所述压缩机可在其操作曲线上进行移动从而产生具有较低通过量的更多压头(head)。对于速度可变、性能受控的压缩机而言，运行点可沿两个方向进行移动。所述运行点的这种操纵因此使过程上的分离器能够在更低的压力下运行。这种压力的减少在井口处产生了更低的压力且使来自贮层的流速能够提高(即，使生产率提高)。
对于该应用程序而言，典型的多变量控制矩阵包括以下操纵变量：
分离器的数量- 分离器压力控制器压力控制器可处在分离器上，但是一些过程可被构造为没有这些控制器。如果控制器存在，则它们也可被包括。每个分离器有一个操纵变量。压缩机的数量- 压缩机性能控制(吸入或排出压性能控制，调节吸入节流阀或再循环阀，或对两者都进行调节。每个

力) 压缩机或压缩机级可有一个控制器。压缩机级的数量- 压缩机吸入冷却器温度控制器用于进入压缩机的气体的冷却器上的温度控制器。该温度影响了从气体中去除的较重组分的数量且因此影响了剩余气体的热值。背压控制器位于过程后段的压力控制器，所述压力控制器保持足够的压力从而使气体进入输出管线。脱气罐压力控制器位于生产出的水罐上的压力控制器，其中在水被再注入或被倾倒在船外之前，剩余的气体从水中被释出。这种压力通常由喇叭口压力 (flare pressure)限制，所述罐在喇叭口压力下运行。

所述多变量控制器矩阵可包括至少以下受控变量。根据不同过程在运行方面的细微差别，还可增加附加的约束。
分离器油位控制器输出减压约束，用以确保分离器之间存在足够的压力从而驱动油通过该过程。每个分离器油位控制器有一个受控变量。分离器水位控制器输出减压约束，由控制器的输出限定。每个分离器水位控制器有一个受控变量。分离器压力控制器输出防止压力控制器饱和的约束。每个分离器水位控制器有一个受控变量。水力旋流器差压比/差压比控制器输出在水从过程中被废弃之前，对水油分离的运行约束。差压指示水质且因此差压控制器是关键性运行约

束。每个水力旋流器差压比控制器有一个受控变量。压缩机接近喘振状态的程度对压缩机上的机械限制和运行限制的约束。尽管存在用以保护设备的喘振控制装置，但该应用程序可使压缩机从不在接近喘振线的情况下运行。压缩机入口温度对压缩机运行的物理限制或冶金限制压缩机吸入温度控制器输出优化上的约束-控制回路接近饱和的程度。每个温度控制器操纵变量有一个约束变量。涡轮机限制/废气温度约束对燃气轮机运行的约束。该变量通常是废气(或T5)温度。每个涡轮机有一个约束变量。压缩机出口温度对压缩机运行的冶金约束和机械约束。每一压缩机级或每一单级压缩机可存在一个约束变量。主输油管线泵吸入压力对一个或多个泵的净吸入压头需求的机械约束主输油管线泵液流牵引力 (current draw) 对该过程上的输出泵需求的运行约束。

包括在应用程序中的扰动变量可包括以下变量：
气体输出管线管道压力该变量是过程的主要扰动。

图3示出了用于在根据本发明披露内容的一个实施例的油气生产过程中进行多变量控制的示例性的方法300。
一个步骤包括在步骤302对用于压缩提升用气体的提升用气体压缩过程进行控制。该控制过程可包括对上文所述的特定的操纵变量、受控变量和扰动变量进行控制并为其提供补偿。可使用提升用气体压缩过程控制系统来对所述提升用气体压缩过程进行控制。
另一步骤包括在步骤304对油气抽取过程进行控制，所述油气抽取过程用于将经过压缩的提升用气体注入到井内以便增加井的抽取和产量。该控制过程可包括对上文所述的特定的操纵变量、受控变量和扰动变量进行控制并为其提供补偿。可使用井过程控制系统来对所述提升用气体抽取过程进行控制。
另一步骤包括在步骤306对生产分离过程进行控制从而将抽取产物分离成油、水、提升用气体和其它组分。该控制过程可包括对上文所述的特定的操纵变量、受控变量和扰动变量进行控制并为其提供补偿。也可使用多个级和多重过程如计量分离过程、高压分离过程和低压分离过程来实施该生产分离过程。可使用生产分离过程控制系统或使用用于每个独立级的多重过程控制系统来对所述生产分离过程进行控制。分离出的水可被废弃。
另一步骤包括在步骤308对脱气过程进行控制从而从油中去除气体。分离出的提升用气体可被送回到压缩机260，而油则可被贮存或进一步加以处理。
另一步骤包括在步骤310同时对所述提升用气体压缩过程、所述油气抽取过程、所述生产分离过程和所述脱气过程进行控制从而使至少一个过程目标最优化。例如，这些过程，连同它们相应的操纵变量、受控变量和扰动变量一起，可一起被控制从而使至少一个过程目标最优化。目标例如可包括最大产油量和最大过程利润。受过程约束限制的另一目标可以是使过程上的背压最小且使通过量能够达到最大。而又一目标可以是使来自贮层的冷凝物的产量最大。可使用包括多变量控制器270的生产过程控制系统来实施所述优化，所述生产过程控制系统可同时控制并优化图2所示的各种过程控制系统。
尽管图3示出了用于在油气生产过程中进行多变量控制的一种方法300的一个实例，但可对图3所示的实例做出多种变化。例如所述步骤中的一个步骤、一些步骤或所有步骤都可根据需要重复发生。此外，尽管图中示出了各步骤的顺序，但图3中的各个步骤可并行发生或以不同的顺序发生。作为特定实例，图3所示的所有步骤都可并行地被执行。
在一些实施例中，结合在此披露的系统和方法而执行的各种功能是由计算机程序来实现或支持的，所述计算机程序由计算机可读程序代码组成且在计算机可读介质中被实施。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，这包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括任何类型的能通过计算机存取的介质，如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬磁盘驱动器、光盘(CD)、数字化视频光盘(DVD)或任何其它类型的存储器。
阐明此整篇专利文件中使用的特定词汇和短语的定义可能是有利的。术语“联接”及其派生词是指两个或多个元件之间的任何直接或间接的连通，无论那些元件是否彼此实际接触。术语“应用程序”是指一个或多个计算机程序、指令集、程序、函数、目标、类别、实例或适于以适当的计算机语言来实施的相关数据。术语“包括(include)”和“包含(comprise)”及其派生词表示没有限制的包含。术语“或”具有广泛的意义，意味着和/或。短语“与......相关联”和“与其相关联”及其派生词可表示包括、被包括在......内、与......互连、包含、被包含在......内、被连接至......或与......相连、被联接至......或与...相联、可与......连通、与......协同作用、交错、并置、与......紧邻、被结合至......或与......相结合、具有、具有......的属性或此类含义。术语“控制器”表示控制至少一种运行的任何装置、系统或其一部分。控制器可在硬件、固件、软件或所述硬件、固件、软件中的至少两种的一些组合中实现。不管本地的还是远程的，与任何特定控制器相关联的功能性都可以是集中式的或分布式的。
尽管本发明披露内容已对特定实施例和总体上相关联的方法作出了描述，但所属领域技术人员将易于理解这些实施例和方法的改变和排列。因此，上文对示例性的实施例作出的描述并未限定或限制本发明的披露内容。在不偏离由以下权利要求书限定的本发明披露内容的精神和范围的情况下，其它变化、替代和改变同样是可能的。