Способ и устройство для определения эксплуатационных параметров насосной установки для использования в скважинах - RU2686798C2
Код документа: RU2686798C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится, в целом, к добыче углеводородов и/или текучих сред и, более конкретно, к способам и устройствам для определения эксплуатационных параметров насосной установки для использования в скважинах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Насосные установки используют для извлечения текучей среды (например, углеводородов) из скважины. Поскольку насосная установка работает циклически для извлечения текучей среды из скважины, к компонентам насосной установки прилагаются различные усилия.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Пример способа включает в себя определение первого угла плеча кривошипа в насосной установке и определение первого коэффициента момента для насосной установки. Первый коэффициент момента включает в себя скорость изменения положения полированного штока относительно угла плеча кривошипа насосной установки. Способ включает в себя, на основании первого угла плеча кривошипа, первого коэффициента момента и эталонной скорости полированного штока, определение скорости, при которой должен работать двигатель насосной установки, чтобы обеспечить перемещение полированного штока при эталонной скорости полированного штока.
[004] Пример способа включает в себя определение первого угла плеча кривошипа в насосной установке и определение первого коэффициента момента для насосной установки. Первый коэффициент момента включает в себя скорость изменения положения полированного штока относительно угла плеча кривошипа. Способ также включает в себя определение первой нагрузки на полированный шток и сравнение первой нагрузки с эталонной нагрузкой. Способ включает в себя, на основании сравнения между первой и эталонной нагрузками, определение скорости, при которой должен работать полированный шток, для обеспечения того, чтобы эталонная нагрузка на полированный шток была по существу аналогична определенной впоследствии нагрузке на полированный шток.
[005] Пример устройства содержит корпус и процессор, установленный в корпусе. Процессор служит для определения скорости, при которой должен работать двигатель насосной установки для обеспечения того, чтобы нагрузка, прилагаемая к полированному штоку насосной установки, находилась в пределах порогового значения эталонной нагрузки, или для обеспечения того, чтобы скорость полированного штока находилась в пределах порогового значения эталонной скорости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[006] Фиг. 1 представляет пример насосной установки для использования в скважине, в которой могут быть реализованы примеры, раскрытые в настоящем документе.
[007] Фиг. 2 представляет другой пример насосной установки для использования в скважине, в которой могут быть реализованы примеры, раскрытые в настоящем документе.
[008] Фиг. 3 представляет другой пример насосной установки для использования в скважине, в которой могут быть реализованы примеры, раскрытые в настоящем документе.
[009] Фиг. 4A и 4B представляют пример справочной таблицы, созданной в процессе примерного процесса калибровки в соответствии с принципами настоящего изобретения.
[0010] Фиг. 5A и 5B представляют другой пример справочной таблицы, созданной с использованием раскрытых в настоящем документе примеров.
[0011] Фиг. 6A и 6B представляют другой пример справочной таблицы, созданной с использованием раскрытых в настоящем документе примеров.
[0012] На фиг. 7-11 приведены схемы последовательности операций примеров способов, которые могут быть использованы для реализации примеров насосных установок по фиг. 1-3.
[0013] На фиг. 12 приведена процессорная платформа для реализации способов по фиг. 7-11 и/или устройства по фиг. 1-3.
[0014] Чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Там, где это возможно, для обозначения одних и тех же или подобных деталей на всем чертеже (чертежах) и в сопровождающем их письменном описании будут использоваться одни и те же номера позиций.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Поскольку насосная установка скважины действует циклически, скважинная текучая среда создает трение на колонне насосных штанг насосной установки. Если скважинная текучая среда представляет собой, например, нефть высокой вязкости, трение, создаваемое на колонне насосных штанг во время ее хода вниз, может быть достаточным, чтобы вызвать перемещение колонны насосных штанг и полированного штока (например, опускание) в скважину с меньшей скоростью, чем предполагаемая, и отделение от поддерживающего бруса насосной установки. Отделение полированного штока / поддерживающего бруса может называться всплыванием штока. В некоторых случаях разделение полированного штока и поддерживающего груза может создавать перегрузку редуктора и/или создавать ударную нагрузку на насосной установке и/или колонне насосных штанг. В некоторых случаях всплывание штока может быть обнаружено за счет повышенных крутящих моментов двигателя, поскольку двигатель поднимает противовес насосной установки без помощи нагрузки полированного штока, когда полированный шток и поддерживающий брус разделяются. В некоторых случаях всплывание штока может быть обнаружено, если измеряемая нагрузка полированного штока опускается ниже предустановленного порогового значения.
[0016] В некоторых известных способах делалась попытка решить проблему всплывания штока путем понижения скорости двигателя при обнаружении всплывания штока. Однако понижение скорости двигателя при обнаружении всплывания штока не препятствует самому всплыванию штока, поскольку полированный шток, возможно, перемещается через высокоскоростной участок своего хода. На высокоскоростном участке штока механическая конструкция насосной установки и синусоидальная связь между скоростью поддерживающего бруса и угловой скоростью двигателя / плеча кривошипа может вызвать продолжение ускорения в нижнем направлении поддерживающего бруса и отделение от колонны насосных штанг.
[0017] В отличие от некоторых известных подходов, примеры, раскрытые в настоящем документе, решают проблему всплывания штока путем автоматического регулирования скорости и/или нагрузки на полированный шток, когда, например, обнаруживается всплывание штока, без неблагоприятного влияния на двигатель, насосную установку, полированный шток и/или насос. По существу постоянная скорость полированного штока на ходе вверх обеспечивает снижение пиковых нагрузок. По существу постоянная скорость полированного штока на ходе вниз обеспечивает снижение минимальных нагрузок. По существу постоянная нагрузка на полированный шток на ходе вниз обеспечивает возможность работы насосной установки при максимальной общей скорости цикла, в то же время, также существенно снижая эксплуатационные проблемы, связанные со скоростью, такие как, например, всплывание штока. В некоторых случаях уменьшение диапазона между минимальными и максимальными нагрузками и/или скоростями уменьшает вероятность усталостного трещинообразования на полированном штоке.
[0018] В некоторых случаях для значительного препятствования всплыванию штока нагрузка на полированный шток поддерживается равной заданному значению или выше него, при этом всплывание штока, как правило, не возникает. В таких случаях нагрузка полированного штока отслеживается и/или регулируется путем регулирования скорости полированного штока. В некоторых случаях скорость полированного штока поддерживается по существу постоянной и ниже скорости, при которой возникает всплывание штока, путем определения скорости поддерживающего бруса и регулирования скорости вращения двигателя и/или управления ею (например, переменной скоростью привода).
[0019] Фиг. 1 изображает пример штанговой насосной установки с кривошипным уравновешиванием, и/или насосную установку 100, которая может быть использована для добычи нефти из нефтяной скважины 102. Насосная установка 100 содержит основание 104, стойку 106 станка-качалки и балансир 108. Балансир 108 может быть использован для возвратно-поступательного движения полированного штока 110 относительно нефтяной скважины 102 через подвеску 112.
[0020] Насосная установка 100 содержит двигатель 114, приводящий в действие ременную передачу 116 для вращения редуктора 118 и, в свою очередь, вращения плеча 120 кривошипа и противовеса 121. Шатун 122 присоединен между плечом 120 кривошипа и балансиром 108, так что при вращении плеча 120 кривошипа движется шатун 122 и балансир 108. Поскольку балансир 108 поворачивается вокруг оси поворота и/или опоры балансира 124, балансир 108 перемещает балансир 126 штангового насоса и полированный шток 110.
[0021] Для обнаружения того, когда плечо 120 кривошипа завершает цикл и/или проходит конкретное угловое положение, первый датчик 128 подсоединен рядом с плечом 120 кривошипа. Для обнаружения и/или мониторинга числа оборотов двигателя 114, второй датчик 130 подсоединен рядом с двигателем 114. Третий датчик (например, потенциометр колонны, датчик линейного перемещения, использующий радар, лазер и т. п.) 132 подсоединен к насосной установке 100 и используется в сочетании с первым и вторым датчиками (например, датчиками приближения) 128, 130 для калибровки контроллера вставного штангового насоса и/или устройства 129 в соответствии с принципами настоящего изобретения. В отличие от некоторых известных насосных установок, которые основаны на измерении насосной установки и определении смещения плеча кривошипа / полированного штока, пример устройства 129 калибруют путем измерения непосредственно положения полированного штока 110 и вращения двигателя 114 на протяжении цикла плеча 120 кривошипа.
[0022] В некоторых случаях для калибровки устройства 129 по фиг. 1 первый датчик 128 обнаруживает завершение цикла плеча 120 кривошипа, второй датчик 130 обнаруживает одну или более мишеней, 134 соединенных с двигателем 114 и/или валом двигателя 114, когда двигатель 114 вращается, и третий датчик 132 измеряет непосредственно положение полированного штока 110 на протяжении его хода. Данные, полученные от первого, второго и третьего датчиков 128, 130 и 132, принимаются устройством 136 ввода/вывода (input/out, I/O) устройства 129 и сохраняются в памяти 140, доступ к которой выполняется с помощью процессора 142, расположенного в корпусе устройства 129. Например, в ходе процесса калибровки процессор 142 многократно принимает и/или по существу одновременно принимает (например, каждые 50 миллисекунд, каждые 5 секунд, между примерно 5 секундами и 60 секундами) число импульсов кривошипа и/или импульс от первого датчика 128, число импульсов двигателя в сравнении со временем и/или импульс от второго датчика 130, и положение полированного штока 110 в сравнении со временем от третьего датчика 132. В некоторых случаях таймер 144 используется процессором 142 и/или первым, вторым и/или третьим датчиками 128, 130 и/или 132 для определения периода выборки и/или для определения того, когда запрашивать, отправлять и/или принимать данные (например, значения измеренных параметров) от первого, второго и третьего датчиков 128, 130 и 132. Кроме того, в некоторых случаях входной сигнал (например, входной сигнал датчика, ввод данных оператором) может быть принят устройством 136 ввода/вывода, указывающим, когда плечо 120 кривошипа занимает вертикальное положение. Момент кручения противовеса может быть равен минимальному значению (например, примерно нулю), когда плечо 120 кривошипа занимает вертикальное положение. На основании входного сигнала может быть определено число импульсов двигателя от точки в цикле насосной установки 100 до вертикального положения.
[0023] В некоторых случаях процессор 142 создает справочную и/или калибровочную таблицу 400 (фиг. 4A и 4B), отображающую связь (связи) между этими измеренными значениями параметров (например, время, число импульсов двигателя, и положение полированного штока) для полного цикла (циклов) насосной установки 100 на основании положения полированного штока 110 в зависимости от времени и числа импульсов двигателя, в зависимости от времени между двумя последовательными отсчетами импульса кривошипа (например, оборот плеча 120 кривошипа). В некоторых случаях время может быть измерено в секундах, а положение полированного штока 110 может быть измерено в дюймах.
[0024] После того как процесс калибровки завершен, и соответствующая справочная таблица 400 создана, определенные данные положения (например, положения полированного штока 110 в зависимости от данных времени) сохраняются в памяти 140 и/или используются процессором 142 для создания динамограммы, такой как, например, динамограмма штока насоса, динамограмма поверхности, динамограмма насоса, и т. п. Динамограммы могут быть использованы для идентификации нагрузки,
[0025] Как показано в справочной таблице 500 по фиг. 5A и 5B, значения справочной таблицы 400 по фиг. 4A и 4B могут быть отрегулированы таким образом, чтобы измерения основывались на вертикальном положении плеча 120 кривошипа, а масштабирование было связано с угловыми смещениями плеча 120 кривошипа (т. е. углом кривошипа). В некоторых случаях уравнение 1 может быть использовано для определения угла кривошипа на основании значений, включенных в справочную таблицу 400, где
[0026] Уравнение 1:
[0027] Уравнение 2 может быть использовано для определения крутящего момента, созданного за счет нагрузки полированного штока,
[0028] Уравнение 2:
[0029] Уравнение 3:
[0030] Уравнение 4 может быть использовано для определения входного сигнала (например, частоты в герцах) для четвертого датчика 146 и/или двигателя 114, чтобы поддерживать скорость полированного штока 110 по существу постоянной, в пределах порогового значения конкретной скорости и/или ниже скорости, при которой происходит всплывание штока. В некоторых случаях пороговое значение скорости находится между 0,5 дюйма в секунду и 20,0 дюйма в секунду (12,7-508 мм/сек). Однако скорость полированного штока 110 может колебаться за пределами данного диапазона. Входной сигнал четвертого датчика 146 и/или двигателя 114 может быть определен путем определения скорости поддерживающего бруса и регулирования и/или управления скоростью вращения двигателя (например, переменной скоростью привода). Как показано в уравнении 4,
[0031] Уравнение 4:
[0032] Фиг. 2 изображает насосную установку типа Mark II и/или насосную установку 200, которая может быть использована для реализации примеров, раскрытых в настоящем документе. В отличие от штанговой насосной установки 100 с кривошипным уравновешиванием по фиг. 1, в которой пальцы плеча 120 кривошипа и противовес 121 используют общую ось 148, насосная установка 200 типа Mark II содержит плечо 202 противовеса и плечо 204 пальца, имеющие смещенные оси 206 и 208. Смещенные оси 206 и 208 обеспечивают насосной установке 200 положительный угол сдвига фаз,
[0033] Фиг. 3 изображает насосную установку с усовершенствованной геометрией и/или насосную установку 300, которая может быть использована для реализации примеров, раскрытых в настоящем документе. В отличие от штанговой насосной установки 100 с кривошипным уравновешиванием по фиг. 1, в которой пальцы плеча 120 кривошипа и противовес 121 используют общую ось 148, насосная установка 300 с усовершенствованной геометрией содержит плечо 302 противовеса и плечо 304 пальца, имеющие смещенные оси 306 и 308. Смещенные оси 306 и 308 обеспечивают насосной установке 300 отрицательный угол сдвига фаз,
[0034] Фиг. 4A и 4B изображают пример справочной таблицы 400, которая может быть создана в связи с реализацией примеров, раскрытых в настоящем документе, или может быть использована для такой реализации. Пример справочной таблицы 400 включает в себя первые столбцы 402, соответствующие времени, принятому от таймера 144, или определенному им, вторые столбцы 404, соответствующие числу импульсов двигателя 114, принятому от второго датчика 130, или определенному им, и третьи столбцы 406, соответствующие положению полированного штока 110, полученному от третьего датчика 132, или определенному им. В некоторых случаях данные, включенные в справочную таблицу 400, относятся к одному обороту плеча 120 кривошипа.
[0035] Фиг. 5A и 5B изображают пример справочной таблицы 500, которая может быть создана в связи с реализацией примеров, раскрытых в настоящем документе, или может быть использована для такой реализации. В некоторых случаях справочная таблица 500 создается путем регулирования значений справочной таблицы 400 по фиг. 4A и 4B таким образом, чтобы измерения основывались на вертикальном положении плеча 120 кривошипа, а масштабирование было связано с угловыми смещениями кривошипа (т. е. углом кривошипа в радианах). Пример справочной таблицы 500 включает в себя первые столбцы 502, соответствующие времени, принятому от таймера 144, или определенному им, вторые столбцы 504, соответствующие числу импульсов двигателя 114, принятому от второго датчика 130, или определенному им, и третьи столбцы 506, соответствующие положению полированного штока 110, полученному от третьего датчика 132, или определенному им, и четвертые столбцы 508, соответствующие углу кривошипа.
[0036] Фиг. 6A и 6B изображают пример справочной таблицы 600, которая может быть создана в связи с реализацией примеров, раскрытых в настоящем документе, или может быть использована для такой реализации. В некоторых случаях справочная таблица 600 создана с использованием вычислений обратной разности, показанных в уравнении 3, для определения коэффициента момента,
[0037] Тогда как в виде примера вариант осуществления устройства 129 показан на фиг. 1, один или больше из элементов, процессов и/или устройств, показанных на фиг. 1, могут быть объединены, разделены, перегруппированы, опущены, исключены и/или реализованы другим способом. Кроме того, устройство 136 ввода/вывода, память 140, процессор 142 и/или, вообще, пример устройства 129 по фиг. 1 может быть реализован с помощью аппаратных средств, программного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения и/или любого сочетания аппаратных средств, программного обеспечения и/или программно-аппаратного обеспечения. Таким образом, например, любой элемент из устройства 136 ввода/вывода, памяти 140, процессора 142, таймера 144 и/или, вообще, пример устройства 129 по фиг. 1 может быть реализован с помощью одной или больше аналоговой или цифровой схемы (схем), логических схем, программируемого процессора (процессоров), интегральной схемы (схем) специального назначения (application specific integrated circuit(s) (ASIC(s)), программируемого логического устройства (устройств) (programmable logic device(s) (PLD(s)) и/или программируемого пользователем логического устройства (устройств) (field programmable logic device(s) (FPLD(s)). При чтении любых из пунктов настоящего патента относительно устройства или системы для охвата чисто программной и/или программно-аппаратной реализации по меньшей мере один из примеров устройства 136 ввода/вывода, памяти 140, процессора 142, таймера 144 и/или, вообще, пример устройства 129 по фиг. 1 здесь являются четко определенными, включая в себя материальное читаемое компьютером запоминающее устройство или запоминающий диск, такой как память, цифровой универсальный диск (digital versatile disk (DVD)), компакт-диск (compact disk (CD),) диск Blu-ray, и т. п., сохраняющий программное обеспечение и/или программно-аппаратное обеспечение. Кроме того, пример устройства 129 по фиг. 1 может включать в себя один или больше элементов, процессов и/или устройств в дополнение к тем, или вместо тех, которые показаны на фиг. 1, и/или может включать в себя больше, чем один из любых или все из показанных элементов, процессов и устройств. В то время как на фиг. 1 изображена обычная штанговая насосная установка с кривошипным уравновешиванием, примеры, раскрытые в настоящем документе, могут быть реализованы в связи с любой другой насосной установкой. Например, пример устройства 129 и/или датчиков 128, 130, 132 и/или 146 может быть реализован в насосной установке 200 по фиг. 2 и/или в насосной установке 300 по фиг. 3.
[0038] Схемы последовательности операций, представляющие примеры способов для реализации устройства 129 по фиг. 1, изображены на фиг. 7-11. В данном примере способы по фиг. 7-11 могут быть реализованы в виде машиночитаемых команд, которые содержат программу для выполнения процессором, таким как процессор 1212, показанный в примере процессорной платформы 1200, описанной ниже в связи с фиг. 12. Программа может быть реализована в программном обеспечении, сохраняемом на материальном читаемом компьютером запоминающем носителе данных, таком как компакт-диск (CD-ROM), гибкий диск, накопитель на жестком диске, цифровой универсальный диск (DVD), диск Blu-ray, или память, связанная с процессором 1212, но вся программа и/или часть ее может альтернативно выполняться с помощью устройства, иного, чем процессор 1212, и/или реализоваться в программно-аппаратном обеспечении или выделенном аппаратном обеспечении. Кроме того, хотя примерная программа описана со ссылками на схему последовательности операций, показанную на фиг. 7-11, альтернативно могут быть использованы многие другие способы реализации варианта устройства 129. Например, порядок выполнения этапов может быть изменен, и/или некоторые описанные этапы могут быть изменены, пропущены или скомбинированы.
[0039] Как упомянуто выше, примеры способов действия по фиг. 7-11 могут быть реализованы с использованием кодированных команд (например, компьютеро- и/или машиночитаемых команд), сохраняемых на материальном читаемом компьютером запоминающем носителе данных, таком как накопитель на жестком диске, флеш-память, постоянное запоминающее устройство (ROM), компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), кэш-память, оперативное запоминающее устройство (RAM) и/или любое другое запоминающее устройство или запоминающий диск, в котором данные сохраняются в течение любого времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, для кратких примеров, для временной буферизации, и/или для кэширования данных). Используемый в данном документе термин «материальный читаемый компьютером запоминающий носитель данных» четко определен, чтобы включать любой тип читаемого компьютером носителя данных и/или запоминающего диска, и чтобы исключать распространяющиеся сигналы, и чтобы исключать передающую среду. Используемые в данном документе термины «материальный читаемый компьютером запоминающий носитель данных» и «материальный машиночитаемый запоминающий носитель данных», используются как взаимозаменяемые. Дополнительно или альтернативно, примеры способов действия по фиг. 7-11 могут быть реализованы с использованием кодированных команд (например, компьютеро- и/или машиночитаемых команд), сохраняемых на энергонезависимом компьютеро- и/или машиночитаемом запоминающем носителе данных, таком как накопитель на жестком диске, флеш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, цифровой универсальный диск, кэш-память, оперативное запоминающее устройство и/или любое другое запоминающее устройство или запоминающий диск, в котором данные сохраняются в течение любого времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, для кратких примеров, для временной буферизации, и/или для кэширования данных). Используемый в данном документе термин «энергонезависимый читаемый компьютером запоминающий носитель данных» четко определен, чтобы включать любой тип читаемого компьютером носителя данных и/или запоминающего диска, и чтобы исключать распространяющиеся сигналы, и чтобы исключать передающую среду. В данном контексте, использование фразы «по меньшей мере» в качестве переходного термина в преамбуле формулы изобретения означает возможность изменения, точно так же, как и термин «содержит» означает возможность изменения.
[0040] Способ по фиг. 7 может быть использован для создания справочной таблицы 400, и начинается в режиме подготовки калибровки, которая включает в себя определение начального числа импульсов плеча 120 кривошипа (этап 702). На этапе 704, процессор 142 запускает и/или инициализирует таймер 144 (этап 704). На этапе 706 процессор 142 определяет, с помощью таймера 144, количество времени, прошедшее с момента инициализации таймера 144 (этап 706). На этапе 708 процессор 142 определяет, равно ли прошедшее время заданному времени, например, пятьдесят миллисекунд, или превосходит его (этап 708). Таймер 144 может быть использован для установки периода выборки и/или по существу обеспечивает получение данных от первого, второго и/или третьего датчиков 128, 130, 132 при равных частотах. Если процессор 142 определяет, что прошедшее время равно заданному времени или превосходит его, на основании данных от первого датчика 128, процессор 142 определяет число импульсов плеча 120 кривошипа (этап 710). На этапе 712 процессор 142 определяет, на основании данных от первого датчика 128, является ли разность между текущим числом импульсов плеча 120 кривошипа и начальным числом импульсов плеча 120 кривошипа большей, чем ноль (этап 712). В некоторых случаях число импульсов плеча 120 кривошипа изменяется от нуля до единицы, после того как цикл плеча 120 кривошипа завершен. В некоторых примерах, в которых число импульсов начинается с одного, процессор 142 определяет, изменилось ли число импульсов плеча 120 кривошипа.
[0041] Если разность числа импульсов на этапе 712 равна нулю, на основании данных от первого датчика 128, процессор 142 снова инициализирует таймер 144 (этап 704). Однако если разность числа импульсов на этапе 712 больше нуля, инициируется процесс калибровки (этап 714). На этапе 716, второй датчик 130 определяет первое число импульсов двигателя 114 (этап 716). В других примерах, сразу же после инициирования процесса калибровки число импульсов двигателя 114 не получается. На этапе 718, на основании данных от третьего датчика 132, процессор 142 определяет первое положение полированного штока 110 (этап 718). Затем процессор 142 связывает значение нулевых импульсов с первым положением полированного штока 110 и сохраняет эти данные в памяти 140 (этап 720). Например, число импульсов может быть сохранено в первом вводе данных 408 второго столбца 404 справочной таблицы 400, а первое положение полированного штока 110 может быть сохранено в первом вводе данных 410 третьего столбца 406 справочной таблицы 400.
[0042] На этапе 722 процессор 142 снова запускает и/или инициализирует таймер 144 (этап 722). На этапе 724 процессор 142 определяет, с помощью таймера 144, количество времени, прошедшее с момента инициализации таймера 144 (этап 724). На этапе 726 процессор 142 определяет, равно ли прошедшее время заданному времени, например, пятьдесят миллисекунд, или превосходит его (этап 726). Если процессор 142 определяет, что прошедшее время равно заданному времени или превосходит его, на основании данных от второго датчика 130, процессор 142 определяет второе и/или следующее число импульсов двигателя 114 (этап 728).
[0043] На этапе 730 процессор 142 определяет разность между вторым и/или следующим числом импульсов и первым числом импульсов (этап 730). На этапе 732, на основании данных от третьего датчика 200, процессор 142 определяет второе и/или следующее положение полированного штока 110 (этап 732). На этапе 734 процессор 142 связывает разность между первым и вторым числом импульсов со вторым положением и/или следующим положением полированного штока 110 и сохраняет данные в памяти 140. Например, разность числа импульсов может быть сохранена во втором вводе данных 412 второго столбца 404 справочной таблицы 400, а второе положение полированного штока 110 может быть сохранено во втором вводе данных 414 третьего столбца 406 справочной таблицы 400. На этапе 736 процессор 142 определяет, получен ли входной сигнал, связанный с плечом 120 кривошипа, находящимся в вертикальном и/или нулевом положении (этап 736). В некоторых случаях входной сигнал может быть входным сигналом, полученным от оператора и/или датчика, который определяет, когда плечо 120 кривошипа находится в вертикальном и/или нулевом положении. Если принимается входной сигнал относительно плеча 120 кривошипа, находящегося в вертикальном и/или нулевом положении, процессор 142 связывает второе или следующее число импульсов с плечом 120 кривошипа, находящимся в вертикальном и/или нулевом положении, и сохраняет эту информацию в памяти 140 (этап 738).
[0044] На этапе 740, на основании данных от первого датчика 128, процессор 142 определяет число импульсов плеча 120 кривошипа (этап 740). На этапе 742 процессор 142 определяет, является ли разность между текущим числом импульсов плеча 120 кривошипа и начальным числом импульсов плеча 120 кривошипа большей, чем единица (этап 742). В некоторых случаях число импульсов плеча 120 кривошипа изменяется, если плечо 120 кривошипа завершает цикл. На этапе 744 полученные данные, справочная таблица 400 и/или обработанные данные сохраняются в памяти 140 (этап 744). Справочная таблица 400 может быть использована в сочетании с данными от первого и/или второго датчиков 128, 130 для определения положения полированного штока 110, когда насосная установка 100 работает непрерывно. В некоторых случаях данные, включенные в справочную таблицу 400, могут быть использованы для создания динамограммы, которая идентифицирует нагрузку,
[0045] Способ по фиг. 8 может быть использован для создания справочной таблицы 500, и начинается с определения процессором 142 первого ввода данных импульса двигателя в справочной таблице 400, который связан с плечом 120 кривошипа, находящимся в вертикальном и/или нулевом угловом положении (этап 802). Плечо 120 кривошипа может быть связано с нахождением в вертикальном и/или нулевом положении на основании входного сигнала, полученного процессором 142. Входной сигнал может быть получен от датчика и/или от оператора. В справочной таблице 400 по фиг. 4A и 4B, плечо 120 кривошипа было идентифицировано как пребывающее в нулевом угловом положении (например, вертикальном положении), когда число импульсов двигателя равно 800 при вводе данных 416.
[0046] На этапе 804, процессор 142 связывает первый ввод данных числа импульсов двигателя с нулевым угловым положением плеча 120 кривошипа (этап 804). Процессор 142 также идентифицирует первое положение полированного штока 110 при вводе данных 417, которое связано с первым числом импульсов двигателя (этап 806). На этапе 808, процессор 142 сохраняет нулевое положение плеча 120 кривошипа при вводе данных 510, первое положение полированного штока 110 при вводе данных 512 и первое число импульсов двигателя при вводе данных 514 во второй справочной таблице 500 (этап 808).
[0047] На этапе 810, процессор 142 переходит к следующему вводу данных импульса двигателя в первой справочной таблице 400 (этап 810). Например, если следующий ввод данных импульса двигателя происходит непосредственно после первого ввода данных импульса двигателя, процессор 142 будет переходить от ввода данных 416 к вводу данных 418. Затем процессор 142 определяет, связан ли следующий ввод данных импульса двигателя с нулевым угловым положением плеча 120 кривошипа (этап 812). В некоторых случаях следующий ввод данных импульса двигателя связан с нулевым угловым положением плеча 120 кривошипа на основании возврата плеча 120 кривошипа в нулевое угловое положение после полного цикла. Если следующий ввод данных импульса двигателя связан с нулевым угловым положением плеча 120 кривошипа, способ по фиг. 8 заканчивается. Однако, если следующий ввод данных импульса двигателя не связан с нулевым угловым положением плеча 120 кривошипа, управление переходит на этап 814.
[0048] На этапе 814, процессор определяет угол плеча 120 кривошипа на основании следующего ввода данных импульса двигателя (этап 814). Если следующий ввод данных числа импульсов двигателя представляет собой первый ввод данных 408 в справочной таблице 400, процессор 142 может использовать уравнение 4 для определения угла плеча 120 кривошипа. Если следующий ввод данных числа импульсов двигателя не представляет собой первый ввод данных 408 в справочной таблице 400, процессор 142 может использовать уравнение 5 для определения угла плеча 120 кривошипа.
[0049] Уравнение 4:
[0050] Уравнение 5:
[0051] Процессор 142 также определяет следующее положение полированного штока 110, связанное со следующим числом импульсов двигателя (этап 816). На этапе 818, процессор 142 сохраняет следующее положение плеча 120 кривошипа, например, при вводе данных 516, следующее положение полированного штока 110, например, при вводе данных 518 и следующее число импульсов двигателя, например, при вводе данных 520, во второй справочной таблице 500 (этап 818). На этапе 820, процессор 142 переходит к следующему вводу данных импульса двигателя в первой справочной таблице 400 (этап 820). Например, если следующий ввод данных импульса двигателя происходит непосредственно после второго ввода данных импульса двигателя, процессор 142 переходит от ввода данных 412 к вводу данных 420.
[0052] Способ по фиг. 9 может быть использован для создания справочной таблицы 500, и начинается с определения процессором 142 первого ввода данных 608 в справочной таблице 500, когда плечо 120 кривошипа находится в вертикальном и/или нулевом угловом положении (этап 902). На этапе 904 определяется коэффициент момента на основании связанного угла плеча 120 кривошипа (этап 904). В некоторых случаях обратная разностная аппроксимация, как показано в уравнении 3, может быть использована для определения коэффициента момента,
[0053] Затем процессор 142 определяет, включает ли справочная таблица 500 другой ввод данных угла плеча 120 кривошипа (этап 908). Например, если больше нет вводов данных угла плеча 120 кривошипа (например, нет последующих вводов данных угла плеча 120 кривошипа), способ по фиг. 9 заканчивается. Однако если следующий ввод данных угла плеча 120 кривошипа находится, например, на вводе данных 610, процессор 142 затем переходит к следующему вводу данных угла плеча 120 кривошипа во второй справочной таблице 500 и (этап 910).
[0054] Способ по фиг. 10 может быть использован для обеспечения работы насосной установки 100 таким образом, чтобы к полированному штоку 110 прилагалась пороговая нагрузка (например, минимальная нагрузка, максимальная нагрузка и/или конкретная нагрузка). В некоторых случаях пороговая нагрузка находится между примерно 100 фунтов до 50000 фунтов (444,8-22400 Н). Однако нагрузка, прилагаемая к полированному штоку 110, может колебаться за пределами данного диапазона. Способ по фиг. 10 начинается с определения процессором 142 углового положения плеча 120 кривошипа (этап 1002). В некоторых случаях угловое положение угла плеча 120 кривошипа определяется путем мониторинга импульсов двигателя 114 и использования справочной таблицы 400 по фиг. 4A и 4B и/или справочной таблицы 500 по фиг. 5A и 5B для определения углового положения плеча 120 кривошипа. В некоторых случаях процессор 142 может выполнять интерполяцию между вводами данных. Затем процессор 142 определяет связанный коэффициент момента, используя, например, данные в одной или более справочных таблиц 400, 500 и/или 600 (этап 1004). В некоторых случаях процессор 142 может выполнять интерполяцию между вводами данных. В других примерах процессор 142 определяет связанный коэффициент момента,
[0055] На этапе 1006, процессор 142 определяет нагрузку на полированный шток 110 (этап 1006). Нагрузка на полированный шток может быть определена с использованием датчика, прикрепленного, например, к полированному штоку 110, и/или динамограммы, созданной на основании, например, справочной таблицы 400. Определенная нагрузка на полированный шток 110 затем сравнивается с эталонной нагрузкой на полированный шток 110 для определения, например, того, что скорость полированного штока 110 достигает эталонного значения нагрузки и/или по существу аналогична ему (этапы 1008, 1010). В контексте настоящего документа, нагрузка полированного штока 110 по существу аналогична эталонному значению нагрузки, если нет заметной и/или значительной разницы между нагрузками. На этапе 1012, на основании определенной скорости полированного штока 110, определенного угла плеча 120 кривошипа и определенного коэффициента момента, процессор 142 определяет скорость для работы двигателя 114 и/или четвертого датчика 146, чтобы обеспечить перемещение полированного штока 110 с определенной скоростью полированного штока 110 (этап 1012). Затем процессор 142 принуждает двигатель 114 и/или четвертый датчик 146 работать при определенной скорости (этап 1014).
[0056] Способ по фиг. 11 может быть использован для обеспечения работы насосной установки 100 таким образом, чтобы полированный шток 110 перемещался с конкретной скоростью и/или в пределах порогового значения конкретной скорости. Способ по фиг. 10 начинается с определения процессором 142 углового положения плеча 120 кривошипа (этап 1102). В некоторых случаях угловое положение угла плеча 120 кривошипа определяется путем мониторинга импульсов двигателя 114 и использования справочной таблицы 400 по фиг. 4A и 4B и/или справочной таблицы 500 по фиг. 5A и 5B для определения углового положения плеча 120 кривошипа. В некоторых случаях процессор 142 может выполнять интерполяцию между вводами данных. Затем процессор 142 определяет связанный коэффициент момента, используя, например, данные в одной или более справочных таблиц 400, 500 и/или 600 (этап 1104). В некоторых случаях процессор 142 может выполнять интерполяцию между вводами данных. В других примерах процессор 142 определяет связанный коэффициент момента,
[0057] На этапе 1106, на основании определенного угла плеча 120 кривошипа, определенного коэффициента момента и эталонной скорости полированного штока 110, процессор 142 определяет скорость для работы двигателя 114 и/или четвертого датчика 146, чтобы обеспечить перемещение полированного штока 110 с определенной скоростью полированного штока 110 и/или со скоростью по существу аналогичной ей (этап 1108). В контексте настоящего документа, полированный шток 110 перемещается со скоростью, по существу аналогичной определенной скорости полированного штока 100, если нет заметной и/или значительной разницы между скоростями. Процессор 142 принуждает двигатель 114 и/или четвертый датчик 146 работать при определенной скорости (этап 1110).
[0058] Фиг. 12 представляет блок-схему примера процессорной платформы 1100, способной выполнять команды для осуществления способа по фиг. 7-11, для осуществления устройства 129 по фиг. 1. Процессорная платформа 1100 может быть, например, сервером, персональным компьютером, мобильным устройством (например, сотовым телефоном, смартфоном, планшетом, таким как iPadTM), персональным цифровым секретарем (personal digital assistant, PDA), устройством для доступа к Интернету или любым другим типом вычислительного устройства.
[0059] Процессорная платформа 1200 в показанном примере содержит процессор 1212. Процессор 1212 в показанном примере представляет собой аппаратное средство. Например, процессор 1212 может быть реализован с помощью одной или более интегральных схем, логических схем, микропроцессоров или контроллеров любого желаемого семейства или производителя.
[0060] Процессор 1212 в показанном примере содержит локальную память 1213 (например, кэш-память). Процессор 1212 в показанном примере поддерживает связь с основной памятью, содержащей энергозависимую память 1214 и энергонезависимую память 1216, с помощью шины 1218. Энергозависимая память 1214 может быть реализована с помощью синхронной динамической оперативной памяти (SDRAM), динамической памяти с произвольным доступом (DRAM), динамической оперативной памяти RAMBUS (RDRAM) и/или с помощью любого другого типа оперативного запоминающего устройства. Энергонезависимая память 1216 может быть реализована с помощью флеш-памяти и/или любого другого типа запоминающего устройства. Доступ к основной памяти 1214, 1216 контролируется с помощью контроллера памяти.
[0061] Процессорная платформа 1200 показанного примера также содержит схему 1220 интерфейса. Схема 1220 интерфейса может быть реализована с помощью любого типа стандартного интерфейса, например, интерфейса Ethernet, универсальной последовательной шины (USB), и/или интерфейса PCI express.
[0062] В показанном примере одно или более устройств ввода 1222 соединено со схемой интерфейса 1220. Устройство (устройства) 1222 ввода позволяет (позволяют) пользователю вводить данные и команды в процессор 1212. Устройство (устройства) ввода могут быть реализованы, например, с помощью аудиосенсора, микрофона, клавиатуры, кнопки, мыши, сенсорного экрана, сенсорной площадки, шарового манипулятора, светового пера и/или системы распознавания речи.
[0063] Одно или больше устройств 1224 вывода также соединено со схемой интерфейса 1220 показанного примера. Устройства вывода 1224 могут быть реализованы, например, с помощью устройств отображения (например, светоизлучающего диода (LED), органического светоизлучающего диода (OLED), жидкокристаллического дисплея, дисплея с электронно-лучевой трубкой (CRT), сенсорного экрана, сенсорного устройства вывода, светоизлучающего диода (LED), принтера и/или динамиков). Схема 1220 интерфейса в показанном примере, таким образом, обычно содержит карту графического драйвера, микросхему графического драйвера или процессор графического драйвера.
[0064] Схема интерфейса 1220 в показанном примере также содержит устройство связи, такое как передатчик, приемник, приемопередатчик, модем и/или сетевая интерфейсная плата, для осуществления обмена данными с внешними компьютерами (например, вычислительными устройствами любого вида) через сеть 1226 (например, Ethernet-соединение, цифровую абонентскую линию связи (DSL), телефонную линию, коаксиальный кабель, систему сотовой телефонной связи, и др.).
[0065] Процессорная платформа 1200 в показанном примере также содержит одно или несколько запоминающих устройств 1228 для хранения программ и/или данных. Примеры таких запоминающих устройств 1228 содержат накопители на гибких дисках, накопители на жестких дисках, накопители на компакт-дисках, накопители на дисках Blu-ray, системы RAID и накопители на универсальных цифровых дисках (DVD).
[0066] Кодированные команды 1232 для осуществления способов по фиг. 7-11 могут храниться в запоминающем устройстве 1228, в энергозависимой памяти 1214, в энергонезависимой памяти 1216 и/или на съемном материальном читаемом компьютером носителе информации таком как CD или DVD.
[0067] Учитывая вышеизложенное, должно быть понятно, что раскрытые выше способы, устройства и изделия по существу уменьшают всплывание штока на ходе вниз насосной установки при использовании в тяжелой нефти; по существу избегают регенеративного участка хода насосной установки; доводят до максимума число ходов в минуту для насосной установки; и/или уменьшают и/или сводят к минимуму области напряжения на полированном штоке насосной установки. В некоторых случаях примеры, раскрытые в настоящем документе, регулируют скорость и/или нагрузку полированного штока.
[0068] В подвергаемой вытеснению скважине, возможно, предпочтительным является увеличение общего числа ходов в минуту (strokes per minute, SPM) насосной установки. В некоторых случаях регулирование скорости полированного штока может уменьшить количество времени для выполнения части хода вниз цикла насосной установки. Таким образом, путем мониторинга и/или регулирования нагрузки на полированный шток, насосная установка может перемещать полированный шток с более постоянной скоростью на протяжении части хода вниз цикла, таким образом, увеличивая общее число ходов в минуту. В некоторых случаях для получения по существу постоянной скорости хода вниз процессор может увеличивать скорость двигателя на верхней и нижнем участках хода вниз и сдерживать и/или понижать скорость двигателя на протяжении средних участков хода вниз.
[0069] Несмотря на то, что в данном документе раскрыты определенные примеры способов, устройств и готовых изделий, область действия данного патента ими не ограничивается. Напротив, настоящий патент охватывает все способы, устройства и изделия, объективно подпадающие в объем защиты, определяемый формулой настоящего изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к способу и устройству для определения эксплуатационных параметров насосной установки для использования в скважинах. Технический результат заключается в обеспечении перемещения полированного штока с более постоянной скоростью. Способ определения эксплуатационных параметров насосной установки для использования в скважине включает в себя: определение первого угла плеча кривошипа в насосной установке; определение первого коэффициента момента для насосной установки, включающего в себя скорость изменения положения полированного штока относительно угла плеча кривошипа насосной установки; определение скорости, при которой должен работать двигатель насосной установки, чтобы обеспечить перемещение полированного штока при эталонной скорости полированного штока, на основании первого угла плеча кривошипа, первого коэффициента момента и эталонной скорости полированного штока; перемещение полированного штока на протяжении первого цикла насосной установки, используя двигатель; определение первых значений числа импульсов двигателя на протяжении первого цикла, используя первый датчик в первые моменты, при этом первые моменты распределены с равными промежутками; определение первых значений положения полированного штока на протяжении первого цикла, используя второй датчик в первые моменты; связывание первых значений числа импульсов с соответствующими значениями из первых значений положения для калибровки процессора насосной установки; и создание справочной таблицы с использованием первых значений числа импульсов и первых значений положения, полученных в первые моменты, для отображения корреляции между первыми значениями числа импульсов и первыми значениями положения. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.
