BR112016030949B1

BR112016030949B1 - Métodos e aparelhos para determinar parâmetros de uma unidade de bombeamento para utilização em poços

Info

Publication number: BR112016030949B1
Application number: BR112016030949-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas Matthew Mills
Original assignee: Bristol, Inc., D/B/A Remote Automation Solutions
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2022-10-11
Also published as: CA2953535A1; EP3164601A2; CN205318142U; JP2017523340A; RU2017102021A3; EP3164601B1; MX2017000204A; WO2016004149A2; AR101039A1; BR112016030949A2; US10408206B2; CA2953535C; CN105319968B; RU2017102021A; US20160003234A1; CN105319968A; SA516380640B1; WO2016004149A3; JP6678603B2; BR112016030949A8

Abstract

MÉTODOS E APARELHOS PARA DETERMINAR OS PARÂMETROS DE UMA UNIDADE DE BOMBEAMENTO PARA UTILIZAÇÃO EM POÇOS Métodos e aparelhos para determinar os parâmetros de uma unidade de bombeamento para utilização em poços são divulgados. Um aparelho exemplar inclui um alojamento e um processador posicionado no alojamento. O processador é usado para determinar uma primeira carga sobre uma haste polida de uma unidade de bombeamento, para estimar um primeiro torque de um motor da unidade de bombeamento, e determinar um primeiro fator de torque para a unidade de bombeamento. O processador, com base na primeira carga, o primeiro torque, e o primeiro fator de torque, determinará um ângulo de fase de um contrapeso da unidade de bombear ou de um momento do contrapeso.

Description

CAMPO DA DIVULGAÇÃO

[0001] Esta divulgação refere-se em geral a produção de hidrocarboneto e/ou fluidos e mais particularmente a métodos e aparelhos para determinar os parâmetros de funcionamento de uma unidade de bombeamento para utilização em poços.

FUNDAMENTOS

[0002] As unidades de bombeamento são utilizadas para extrair fluido (por exemplo, hidrocarbonetos) de um poço. À medida que os ciclos de unidade de bombeamento extraem o fluido do poço, as diferentes forças são transmitidas nos componentes da unidade de bombeamento.

SUMÁRIO

[0003] Um exemplo de método inclui determinar uma primeira carga sobre uma haste polida de uma unidade de bombeamento e um primeiro torque de um motor da unidade de bombeamento. O exemplo de método inclui determinar um primeiro fator de torque para a unidade de bombeamento, o primeiro fator de torque compreendendo uma taxa de mudança em uma posição da haste polida no que diz respeito a um ângulo de um braço de manivela da unidade de bombeamento. O método de exemplo inclui, com base na primeira carga, o primeiro torque e o primeiro fator de torque, a determinação de um ângulo de fase de um contrapeso da unidade de bombeamento ou um momento do contrapeso.

[0004] Um exemplo de método inclui determinar um primeiro fator de torque de uma unidade de bombeamento através da determinação de uma correlação entre os valores de contagem de pulso de um motor utilizando um primeiro sensor e uma posição de uma haste polida utilizando um segundo sensor. O fator de torque inclui uma taxa de mudança em uma posição de uma haste polida da unidade de bombeamento em relação ao ângulo de um braço de alavanca da unidade de bombeamento.

[0005] Um exemplo de aparelho inclui um compartimento e um processador posicionado no compartimento. O processador é usado para determinar uma primeira carga sobre uma haste polida de uma unidade de bombeamento, para estimar um primeiro torque de um motor da unidade de bombeamento, e determinar um primeiro fator de torque para a unidade de bombeamento. O processador, com base na primeira carga, no primeiro torque e no primeiro fator de torque, determinará um ângulo de fase de um contrapeso da unidade de bombeamento ou de um momento do contrapeso.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0006] A FIG. 1 é um exemplo de unidade de bombeamento para uso com um poço em que os exemplos descritos neste documento podem ser implementados.

[0007] A FIG. 2 é outro exemplo da unidade de bombeamento para uso com um poço em que os exemplos descritos neste documento podem ser implementados.

[0008] A FIG. 3 é outro exemplo da unidade de bombeamento para uso com um poço em que os exemplos descritos neste documento podem ser implementados.

[0009] As FIGS. 4A e 4B mostram um exemplo de tabela de referência gerada durante um processo de calibração de exemplo de acordo com os ensinamentos da divulgação.

[0010] As FIGS. 5A e 5B mostram outro exemplo de tabela de referência gerada usando os exemplos descritos neste documento.

[0011] As FIGS. 6A e 6B mostram outro exemplo de tabela de referência gerada usando os exemplos descritos neste documento.

[0012] As FIGS. 7-10 são fluxogramas representativos de exemplos de métodos que podem ser utilizados para implementar o exemplo das unidades de bombeamento das FIGS. 1-3.

[0013] A FIG. 11 é uma plataforma de processador para implementar os métodos das FIGS. 7-10 e/ou o aparelho das FIGS. 1-3.

[0014] As figuras não estão em escala. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados por todas as figuras e a descrição escrita acompanhante para se referir a peças iguais ou semelhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Conforme uma unidade de bombeamento de um poço se move através de um ciclo, as forças e/ou torques são exercidos sobre os diferentes componentes da unidade de bombeamento. Em alguns exemplos, se pelo menos algumas destas forças e/ou torques são monitorados e/ou mantidos abaixo de um determinado valor, a vida operacional da unidade de bombeamento e/ou seus componentes podem ser estendidos. Os exemplos divulgados neste documento referem-se a exemplos de controladores de bombas de haste e métodos relacionados que monitoram as cargas e/ou forças transmitidas sobre uma caixa de engrenagem de uma unidade de bombeamento em tempo substancialmente real. Com base nas cargas e/ou forças monitoradas, o controlador da bomba de haste pode fazer com que a unidade de bombeamento seja operada de modo que as cargas de caixa de engrenagem de pico sejam mantidas abaixo de um valor predeterminado (por exemplo, o limite de desenho) para prolongar a vida operacional da caixa de engrenagem, por exemplo. Adicionalmente ou alternativamente, os exemplos divulgados neste documento podem ser utilizados para determinar os fatores de torque, os ângulos de fase de contrapeso e/ou os momentos de contrapeso para uma unidade de bombeamento.

[0016] Em alguns exemplos, a maior parte das cargas experimentadas pela caixa de engrenagem está associada a um torque de contrapeso e um torque a partir da carga de haste polida. O torque de contrapeso pode estar no seu mínimo (por exemplo, cerca de zero) quando o braço da manivela está vertical e no seu valor máximo quando o braço da manivela está horizontal. Em alguns exemplos, o torque da haste polida pode ser determinado com base na carga de haste polida e fator(s) de torque que correlaciona(m) a carga de haste polida e o torque de haste polida.

[0017] Os fatores de torque para uma unidade de bombeamento podem ser determinados de maneiras diferentes. Por exemplo, os fatores de torque podem ser determinados com base na geometria da unidade de bombeamento e equações conhecidas e/ou em exemplo de processo de calibração. Se os fatores de torque são determinados utilizando o exemplo de processo de calibração e processamento subsequente, os fatores de torque podem ser determinados usando aproximação de diferença finita e valores determinados durante o processo de calibração e/ou valores subsequentemente determinados. Independentemente de como os fatores de torque são determinados, os fatores de torque podem ser utilizados para determinar o torque líquido experimentado pela caixa de engrenagem, o ângulo de fase de contrapeso e/ou o momento de torque de contrapeso máximo. Em operação, a unidade de bombeamento pode ser operada para garantir substancialmente que o torque líquido experimentado pela caixa de engrenagem e/ou o momento de torque de contrapeso sejam mantidos abaixo dos seus valores máximos e/ou valores pré- determinados para aumentar substancialmente a vida útil de operação dos componentes da unidade de bomba. Adicionalmente ou alternativamente, o ângulo de fase e/ou componentes da unidade de bombeamento podem ser ajustados para diminuir o torque líquido máximo experimentado pela caixa de engrenagem.

[0018] A FIG. 1 mostra um exemplo de unidade de bombeamento equilibrada de braço de manivela e/ou unidade de bombeamento 100 que pode ser utilizada para produzir petróleo a partir de um poço de petróleo 102. A unidade de bombeamento 100 inclui uma base 104, um poste Sampson 106 e uma viga móvel 108. A viga móvel 108 pode ser usada para mover para frente e para trás em linha reta uma haste polida 110 em relação ao poço de petróleo 102 através de uma brida 112.

[0019] A unidade de bombeamento 100 inclui um motor ou máquina 114 que aciona um sistema de correia e a roldana 116 para rodar uma caixa de engrenagens 118 e, por sua vez, rodar um braço de manivela 120 e um contrapeso 121. Uma biela 122 é acoplada entre o braço de manivela 120 e a viga móvel 108 de modo que a rotação do braço de manivela 120 move a biela 122 e a viga móvel 108. Conforme a longarina móvel 108 gira em torno de um ponto de pivô e/ou mancal de berço 124, a viga móvel 108 move uma cabeça de cavalo 126 e a haste polida 110.

[0020] Para detectar quando o braço de manivela 120 completa um ciclo e/ou passa uma determinada posição angular, um primeiro sensor 128 está acoplado adjacente ao lado do braço de manivela 120. Para detectar e/ou monitorar um número de rotações do motor 114, um segundo sensor 130 está acoplado adjacente ao motor 114. Um terceiro sensor (por exemplo, um potenciômetro de coluna, um sensor de deslocamento linear utilizando radar, laser, etc.) 132 é acoplado à unidade de bombeamento 100 e é utilizado em combinação com os primeiro e segundo sensores (por exemplo, sensores de proximidade) 128, 130 para calibrar um controlador de bomba de haste e/ou aparelho 129 de acordo com os ensinamentos da presente divulgação. Em contraste com algumas unidades de calibração conhecidas que se baseiam na medição da unidade de bombeamento e na determinação de um deslocamento de braço de manivela/haste polida, o exemplo de aparelho 129 é calibrado através da medição direta da posição da haste polida 110 e a rotação do motor 114 ao longo de um ciclo do braço de manivela 120.

[0021] Em alguns exemplos, para calibrar o aparelho 129 da FIG. 1, o primeiro sensor 128 detecta a conclusão de um ciclo do braço de manivela 120, o segundo sensor 130 detecta um ou mais alvos 134 acoplados ao motor 114 e/ou a um eixo do motor 114 conforme o motor 114 gira e o terceiro sensor 132 mede diretamente a posição da haste polida 110 ao longo de seu curso. Os dados obtidos a partir dos primeiro, segundo e terceiro sensores 128, 130 e 132 são recebidos por um dispositivo de entrada/saída (I/O) 136 do aparelho 129 e armazenados em uma memória 140 que é acessível por um processador 142 posicionado dentro de um compartimento do aparelho 129. Por exemplo, durante o processo de calibração, o processador 142 recebe de forma iterativa e/ou substancialmente simultaneamente recebe (por exemplo, a cada 50 milissegundos, a cada 5 segundos, entre cerca de 5 segundos e 60 segundos) uma contagem de pulsos de manivela e/ou de pulso do primeiro sensor 128, uma contagem de pulso de motor em função do tempo e/ou um pulso a partir do segundo sensor 130 e a posição da haste polida 110 em função do tempo a partir do terceiro sensor 132. Em alguns exemplos, um temporizador 144 é utilizado pelo processador 142 e/ou pelos primeiro, segundo e/ou terceiro sensor 128, 130 e/ou 132 para determinar um período de amostragem e/ou para determinar o momento de solicitar, enviar e/ou receber dados (por exemplo, valores de parâmetros medidos) do primeiro, segundo e terceiro sensores 128, 130 e 132. Além disso, em alguns exemplos, uma entrada (por exemplo, entrada do sensor, entrada de operador) pode ser recebida pelo dispositivo de I/O 136 que indica quando o braço de manivela 120 está na posição vertical. O torque de contrapeso pode estar no seu mínimo (por exemplo, aproximadamente zero) quando o braço de manivela 120 estiver na posição vertical. Com base na entrada, a contagem de pulso do motor a partir de um ponto no ciclo da unidade de bombeamento 100 para a posição vertical pode ser determinada.

[0022] Em alguns exemplos, o processador 142 gera uma referência e/ou tabela de calibração 400 (FIGS. 4A e 4B) que mostra as relações entre estes valores dos parâmetros medidos (por exemplo, o tempo, a contagem de pulsos do motor e a posição da haste polida) para ciclos completos da unidade de bombeamento 100 com base na posição da haste polida 110 em função do tempo e a contagem de pulso do motor em função do tempo entre duas contagens de pulso de manivela consecutivas (por exemplo, uma rotação do braço de manivela 120). Em alguns exemplos, o tempo pode ser medido em segundos e a posição da haste polida 110 pode ser medida em polegadas.

[0023] Uma vez que o processo de calibração foi concluído e a tabela de referência correspondente 400 foi gerada, os dados de posição determinados (por exemplo, a posição da haste polida 110 em função dos dados de tempo) são guardados na memória 140 e/ou utilizados pelo processador 142 para gerar um cartão de dinamômetro, como por exemplo, um cartão de dinamômetro de bomba de haste, um cartão de dinamômetro de superfície, um cartão de dinamômetro de bomba, etc. Os cartões de dinamômetro podem ser utilizados para identificar a carga F na haste polida 110, por exemplo. Adicionalmente ou em alternativa, os valores incluídos na tabela de referência 400 podem ser utilizados para determinar o número de pulsos de motores por rotação de braço de manivela 120.

[0024] Como mostrado na tabela de referência 500 das FIGS. 5A e 5B, os valores da tabela de referência 400 das FIGS. 4A e 4B podem ser ajustados de modo que as medições são baseadas em uma posição vertical do braço de manivela 120 e dimensionadas para estarem associadas a deslocamentos angulares de manivela (isto é, ângulo de manivela). Em alguns exemplos, a Equação 1 pode ser usada para determinar o ângulo de manivela com base em valores constantes da tabela de referência 400, onde MP corresponde ao número de pulsos de motor detectados pelo segundo sensor 130, MPPCZ corresponde ao número de pulsos de motor detectados pelo segundo sensor 130 quando o braço de manivela 120 é zero e MPPCR corresponde ao número de pulsos de motor detectados pelo segundo sensor 130 durante uma rotação do braço de manivela 120.

[0025] A Equação 2 pode ser utilizada para determinar o torque criado pela carga de haste polida,

, quando o braço de manivela 120 estiver em um ângulo θ, onde F corresponde à carga de haste polida e

corresponde à taxa de αθ mudança na posição da haste polida 110 com relação à alteração no ângulo do braço de manivela 120 (por exemplo, fator de torque). A equação 3 pode ser utilizada para determinar o fator de torque

onde

corresponde à mudança na posição da haste polida 110 em função do tempo (por exemplo, velocidade da haste polida) e

corresponde à velocidade angular do braço de manivela 120. Especificamente, em alguns exemplos e como mostrado na tabela de referência 600 das FIGS. 6A e 6B, uma aproximação de diferença central de primeira ordem pode ser usada para determinar

e e a relação mostrada na Equação 3 pode ser utilizada para determinar o fator de torque,

Em alguns exemplos apresentados neste documento, o fator de torque pode ser representado por

[0026] A Equação 4 mostra a relação entre o torque líquido,

experienciado por um eixo da caixa de engrenagens 118 quando o braço de manivela 120 está em um ângulo θ, o torque de contrapeso, TCB(θ), quando o braço de manivela 120 está em um ângulo θ e o torque TPRL(θ), a partir do carregamento da haste polida 110 quando o braço de manivela 120 está em um ângulo, θ. Na Equação 4, o torque de inércia da unidade de bombeamento 100 é ignorado. A Equação 5 pode ser utilizada para determinar o torque líquido TLiquido(θ) na caixa de engrenagem 118. Fazendo referência a Equação 5, TNP(θ) corresponde ao torque do motor, MPPCR corresponde ao número de pulsos do motor 114 gravados durante uma rotação do braço de manivela 120 e Targets corresponde ao número de alvos 134 acoplados ao motor 114 e/ou ao seu eixo. Em alguns exemplos, o torque do motor é determinado por um quarto sensor (por exemplo, um variador de velocidade) 146 acoplado ao motor 114. O torque líquido, TLiquido(θ) na caixa de engrenagem 118 pode ser representado em termos de libras polegada em vez de libras pé. Assim, o número doze pode ser incluído na Equação 5 para representar o torque líquido em termos de libras polegada. A Equação 6 mostra a relação entre o torque de contrapeso TCB(θ) em um ângulo θ, o momento de contrapeso máximo M, e o ângulo de fase T, do contrapeso em radianos.

[0027] A Equação 7 representa uma combinação das Equações 2, 4 e 6, onde TLiquido(θ) corresponde ao torque líquido sobre a caixa de engrenagem 118 e/ou seu eixo, M corresponde ao momento de contrapeso máximo, θ corresponde ao deslocamento angular do braço de manivela 120 da vertical, T corresponde ao ângulo de fase do contrapeso em radianos, F corresponde à carga de haste polida instantânea 110 e TF(θ) corresponde ao fator de torque no ângulo θ do braço da manivela 120.

[0028] A Equação 8 pode ser utilizada para determinar o ângulo de fase do contrapeso utilizando os fatores de torque, TLiquido(θ), em diferentes ângulos de manivela. Por exemplo, utilizando as Equações 9, 10, 11 e 12, os respectivos fatores de torque podem ser determinados quando o ângulo de manivela é

. Em alguns exemplos, os fatores de torque entre cada um dos ângulos de manivela

podem ser interpolados. A Equação 10 também pode ser reescrita para resolver para o momento de torque de contrapeso máximo, M, como mostrado na Equacao 13.

[0029] A FIG. 2 mostra uma unidade de bombeamento Mark II e/ou unidade bombeamento 200 que pode ser utilizada para implementar os exemplos divulgados neste documento. Em contraste com a unidade de bombeamento equilibrada por braço de manivela 100 da FIG. 1, em que os pinos do braço de manivela 120 e o contrapeso dividem um eixo comum 148, a unidade de bombeamento tipo Mark II 200 inclui um braço de contrapeso 202 e um braço de pino 204 tendo eixos compensados 206 e 208. Os eixos de deslocamento 206 e 208 fornecem à unidade de bombeamento 200 um ângulo de fase positiva, T.

[0030] A FIG. 3 mostra uma unidade de bombeamento de geometria avançada e/ou uma unidade bombeamento 300 que pode ser utilizada para implementar os exemplos divulgados neste documento. Em contraste com a unidade de bombeamento equilibrada por braço de manivela 100 da FIG. 1, em que os pinos do braço de manivela 120 e o contrapeso dividem o eixo comum 148, a unidade de bombeamento de geometria avançada 300 inclui um braço de contrapeso 302 e um braço de pino 304 tendo eixos de deslocamento 306 e 308. Os eixos de deslocamento 306 e 308 fornecem à unidade de bombeamento 300 um ângulo de fase negativa, T.

[0031] As FIGS. 4A e 4B mostram o exemplo de tabela de referência 400 que pode ser gerado em conexão com e/ou utilizado para implementar os exemplos divulgados neste documento. O exemplo de tabela de referência 400 inclui as primeiras colunas 402 correspondentes ao tempo recebido de e/ou determinado pelo temporizador 144, segundas colunas 404 correspondentes à contagem de pulsos do motor 114 recebidos de e/ou determinados pelo segundo sensor 130 e terceira colunas 406 correspondentes à posição da haste polida 110 recebida de e/ou determinada pelo terceiro sensor 132. Em alguns exemplos, os dados incluídos na tabela de referência 400 relacionam-se com uma única rotação do braço da manivela 120.

[0032] As FIGS. 5A e 5B mostram o exemplo de tabela de referência 500 que pode ser gerado em conexão com e/ou utilizado para implementar os exemplos divulgados neste documento. Em alguns exemplos, a tabela de referência 500 é gerada através do ajuste dos valores da tabela de referência 400 das FIGS. 4A e 4B de modo que as medições são baseadas em uma posição vertical do braço de manivela 120 e dimensionadas para estarem associadas a deslocamentos angulares de manivela (isto é, ângulo de manivela em radianos). O exemplo de tabela de referência 500 inclui as primeiras colunas 502 correspondentes ao tempo recebido de e/ou determinado pelo temporizador 144, as segundas colunas 504 correspondentes à contagem de pulsos do motor 114 recebidos de e/ou determinados pelo segundo sensor 130 e terceira colunas 506 correspondentes à posição da haste polida 110 recebida de e/ou determinada pelo terceiro sensor 132 e quatro colunas 508 correspondentes ao ângulo de manivela.

[0033] As FIGS. 6A e 6B mostram o exemplo da tabela de referência 600 que pode ser gerado em conexão com e/ou utilizados para implementar os exemplos divulgados neste documento. Em alguns exemplos, a tabela de referência 600 é gerada usando uma aproximação de diferença central de primeira ordem para determinar

e a relação mostrada na Equação 3 pode ser utilizada para determinar o fator de torque,

O exemplo de tabela de referência 600 inclui a primeira coluna 502 correspondente ao tempo recebido a partir de e/ou determinado pelo temporizador 144, a segunda coluna 504 correspondente ao número de pulsos do motor 114 recebidos a partir e/ou determinados pelo segundo sensor 130, a terceira coluna 506 correspondente à posição da haste polida 110 recebida de e/ou determinada pelo terceiro sensor 132 e a quarta coluna 508 correspondente ao ângulo de manivela. A tabela de referência 600 inclui também uma quinta coluna 602 correspondente

, uma sexta coluna 604 corresponde

e uma sétima coluna 606 corresponde a

.

[0034] Enquanto um exemplo de implementação do aparelho 129 é ilustrado na FIG. 1, um ou mais elementos, processadores e/ou dispositivos ilustrados na FIG. 1 podem ser combinados, divididos, rearranjados, omitidos, eliminados e/ou implementados em qualquer outra forma. Além disso, o dispositivo de I/O 136, a memória 140, o processador 142 e/ou, mais geralmente, o exemplo de aparelho 129 da FIG. 1 podem ser implementados por hardware, software, firmware e/ou qualquer combinação de hardware, software e/ou firmware. Assim, por exemplo, qualquer um dos dispositivos de I/O 136, a memória 140, o processador 142, o temporizador 144 e/ou, mais geralmente, o exemplo de aparelho 129 da FIG. 1 poderiam ser implementados por um ou mais circuitos digitais, circuitos lógicos, processadores programáveis, circuitos integrados de aplicação específica (ASlC(s)), dispositivos lógicos programáveis (PLD(s)) e/ou dispositivos lógicos programáveis por campo (FPLD(s)). Quando lendo qualquer reivindicação referente ao aparelho ou sistema desta patente a cobrir puramente uma implementação de software e/ou firmware, pelo menos um dentre o exemplo de dispositivo I/O 136, a memória 140, o processador 142, o temporizador 144 e/ou, mais geralmente, o exemplo de aparelho 129 da FIG. 1 é/são expressamente definidos para incluir um dispositivo de armazenamento legível por computador tangível ou um disco de armazenamento, como uma memória, um Disco Versátil Digital (DVD), um disco compacto (CD), um disco Blu-ray, etc. que armazena o software e/ou firmware. Mais ainda, o exemplo de aparelho 129 da FIG. 1 pode incluir um ou mais elementos, processadores e/ou dispositivos além de, ou em vez de, aqueles ilustrados na FIG. 1 e/ou pode incluir mais de um ou todos os elementos, processos e dispositivos ilustrados.

[0035] Enquanto a FIG. 1 ilustra uma unidade de bombeamento convencional equilibrada por manivela, os exemplos divulgados neste documento podem ser implementados em conexão com qualquer outra unidade de bombeamento. Por exemplo, o exemplo de aparelho 129 e/ou os sensores 128, 130, 132 e/ou 146 podem ser implementados na unidade de bombeamento 200 da FIG. 2 e/ou na unidade de bombeamento 300 da FIG. 3.

[0036] Fluxogramas representativos de exemplos de métodos para implementação do aparelho 129 da FIG. 1 são mostrados nas FIGS. 7-10. Neste exemplo, os métodos das FIGS. 7 - 10 podem ser implementados por instruções legíveis por máquina que compreendem um programa para execução por um processador, como o processador 1112 mostrado no exemplo de plataforma do processador 1100 discutido abaixo em conexão com a FIG. 11. O programa pode ser incorporado no software armazenado em um meio de armazenamento legível por computador tangível como um CD-ROM, disquete, uma unidade de disco rígido, um disco versátil digital (DVD), disco Blu-Ray ou uma memória associada ao processador 1112, mas todo o programa e/ou partes do mesmo poderiam alternadamente ser executadas por um dispositivo que não seja o processador 1112 e/ou incorporado no firmware ou hardware dedicado. Além disso, embora o exemplo de programa seja descrito tendo como referência os fluxogramas ilustrados nas FIGS. 7-10, muitos outros métodos de implementação do exemplo de aparelho 129 poderão ser usado alternativamente. Por exemplo, a ordem de execução dos blocos pode ser alterada e/ou alguns dos blocos descritos podem ser alterados, eliminados ou combinados.

[0037] Como mencionado acima, os exemplos de método das FIGS. 7 - 10 podem ser implementados utilizando instruções codificadas (por exemplo, instruções legíveis por computador e/ou máquina) armazenadas em um meio de armazenamento tangível legível por computador como uma unidade de disco rígido, uma memória flash, uma memória somente de leitura (ROM), um disco compacto (CD), um disco versátil digital (DVD), um cache, uma memória de acesso aleatório (RAM) e/ou qualquer outro dispositivo ou disco de armazenamento em que as informações são armazenadas por qualquer duração (por exemplo, por períodos de tempo prolongados, permanentemente, breves instâncias, para buffering temporário e/ou para armazenamento em cache das informações). Tal como utilizado neste documento, o termo meio de armazenamento tangível legível por computador é expressamente definido para incluir qualquer tipo de dispositivo de armazenamento legível por computador e/ou armazenamento em disco e para excluir sinais de propagação e para excluir meios de transmissão. Tal como utilizado neste documento, "meio de armazenamento tangível legível por computador" e "meio de armazenamento tangível legível por máquina" são utilizados alternadamente. Adicionalmente ou alternativamente, os exemplos de método das FIGS. 7 - 10 podem ser implementados utilizando instruções codificadas (por exemplo, computador e/ou instruções legíveis por máquina) armazenadas em um computador não transitório e/ou meio legível por máquina, como uma unidade de disco rígido, memória flash, uma memória somente de leitura, um disco compacto, um disco digital versátil, um cache, uma memória de acesso aleatório e/ou qualquer outro dispositivo de armazenamento ou disco de armazenamento em que a informação é armazenada para qualquer duração (por exemplo, por longos períodos de tempo, de forma permanente, para casos breves, para buffer temporário e/ou para armazenamento em cache das informações). Tal como utilizado neste documento, o termo meio legível por computador não transitório é expressamente definido para incluir qualquer tipo de dispositivo de armazenamento legível por computador e/ou armazenamento em disco e para excluir sinais de propagação e para excluir meios de transmissão. Como utilizado neste documento, quando a frase "pelo menos" é utilizada como o termo de transição em um preâmbulo de uma reivindicação, sendo indeterminada da mesma maneira como o termo "compreendendo" é indeterminado.

[0038] O método da FIG. 7 pode ser usado para gerar a tabela de referência 400 e começa em um modo de preparação de calibragem, que inclui a determinação de uma contagem de pulsos iniciais do braço de manivela 120 (bloco 702). No bloco 704, o processador 142 inicia e/ou inicializa o temporizador 144 (bloco 704). No bloco 706, processador 142 determina, por meio do temporizador 144, a quantidade de tempo decorrido desde que o temporizador 144 foi iniciado (bloco 706). No bloco 708, o processador 142 determina se o tempo decorrido é igual ou diferente de um tempo predeterminado, como, por exemplo, cinquenta milissegundos (bloco 708). O temporizador 144 pode ser utilizado para definir um período de amostragem e/ou para assegurar substancialmente que o dado é obtido a partir dos primeiro, segundo e/ou terceiro sensores 128, 130, 132 a frequências iguais. Se o processador 142 determina que o tempo decorrido é igual ou diferente do tempo pré-determinado, com base em dados a partir do primeiro sensor 128, o processador 142 determina a contagem de pulsos do braço de manivela 120 (bloco 710). No bloco 712, o processador 142 determina, com base em dados a partir do primeiro sensor 128, se a diferença entre a contagem de pulsos atual do braço de manivela 120 e a contagem de pulsos inicial do braço de manivela 120 é superior a zero (bloco 712). Em alguns exemplos, a contagem de pulsos do braço de manivela 120 muda de zero para um, uma vez que o ciclo do braço de manivela 120 está concluído. Nos exemplos em que a contagem de pulsos começa em um, o processador 142 determina se o contador de pulsos do braço de manivela 120 mudou.

[0039] Se a diferença de contagem de pulsos no bloco 712 for igual a zero, com base em dados a partir do primeiro sensor 128, o processador 142 inicializa de novo o temporizador 144 (bloco 704). No entanto, se a diferença de contagem de pulsos no bloco 712 for maior do que zero, o processo de calibragem é iniciado (bloco 714). No bloco 716, o segundo sensor 130 determina uma primeira contagem de pulsos do motor 114 (bloco 716). Em outros exemplos, imediatamente após o processo de calibragem ser iniciado, a contagem de pulsos do motor 114 não é obtida. No bloco 718, com base nos dados do terceiro sensor 132, o processador 129 determina uma primeira posição da haste polida 110 (bloco 718). O processador 142 associa então um valor de zero pulso com a primeira posição da haste polida 110 e armazena-o na memória 140 (bloco 720). Por exemplo, a contagem de pulsos pode ser armazenada em uma primeira entrada 408 da segunda coluna 404 da tabela de referência 400 e a primeira posição da haste polida 110 pode ser armazenado em uma primeira entrada 410 da terceira coluna 406 da tabela de referência 400.

[0040] No bloco 722, o processador 142 inicia novamente e/ou inicializa o temporizador 144. No bloco 724, processador 142 determina, por meio do temporizador 144, a quantidade de tempo decorrido desde que o temporizador 144 foi iniciado (bloco 724). No bloco 726, o processador 142 determina se o tempo decorrido é igual ou diferente de um tempo predeterminado, tal como, por exemplo, cinquenta milissegundos (bloco 726). Se o processador 142 determina que o tempo decorrido é igual ou diferente do tempo pré-determinado, com base em dados a partir do segundo sensor 130, o processador 142 determina uma segunda e/ou contagem seguinte de pulsos do motor 114 (bloco 728).

[0041] No bloco 730, o processador 142 determina a diferença entre a segunda e/ou contagem seguinte de pulsos e a primeira contagem de pulsos (bloco 730). No bloco 732, com base nos dados do terceiro sensor 200, o processador 142 determina uma segunda e/ou posição seguinte da haste polida 110 (bloco 732). No bloco 734, o processador 142 associa a diferença entre a primeira e a segunda contagem do pulso com a segunda posição e/ou a posição seguinte da haste polida 110 e armazena os dados na memória 140. Por exemplo, a diferença da contagem de pulsos pode ser armazenada em uma segunda entrada 412 da segunda coluna 404 da tabela de referência 400 e a segunda posição da haste polida 110 pode ser armazenada em uma segunda entrada 414 da terceira coluna 406 da tabela de referência 400. No bloco 736, o processador 142 determina se uma entrada associada ao braço de manivela 120 estando em um plano vertical e/ou em uma posição zero foi recebida (bloco 736). Em alguns exemplos, a entrada pode ser uma entrada proveniente de um operador e/ou um sensor que detecta quando o braço de manivela 120 está na vertical e/ou posição zero. Se uma entrada for recebida quando o braço de manivela 120 estiver na posição vertical e/ou zero, o processador 142 associa a segunda contagem ou próxima contagem de pulso ao braço de manivela 120 estando na posição vertical e/ou zero e armazena essas informações na memória 140 (bloco 738).

[0042] No bloco 740, com base nos dados do primeiro sensor 128, o processador 142 determina a contagem de pulso do braço de manivela 120 (bloco 740). No bloco 742, o processador 142 determina se a diferença entre a contagem de pulsos atual do braço de manivela 120 e a contagem de pulsos inicial do braço de manivela 120 é maior do que um (bloco 742). Em alguns exemplos, a contagem de pulso do braço de manivela 120 muda se o braço de manivela 120 completa um ciclo. No bloco 744, os dados coletados, a tabela de referência gerada 400 e/ou os dados processados são armazenados na memória 140 (bloco 744). A tabela de referência gerada 400 pode ser usada em combinação com os dados do primeiro e/ou segundo sensores 128, 130 para determinar a posição da haste polida 110 quando a unidade de bombeamento 100 funciona continuamente. Em alguns exemplos, os dados incluídos na tabela de referência 400 podem ser utilizados para gerar um cartão de dinamômetro que identifica a carga F na haste polida 110, por exemplo. Além disso, a tabela 400 pode ser usada para determinar o torque líquido TLiquido(θ) experienciado pela caixa de engrenagem 118, o torque de contrapeso TCB(θ), quando o braço de manivela 120 está em um ângulo θ e/ou o torque TPRL(θ) devido à haste polida 110 quando o braço de manivela 120 está em um ângulo θ.

[0043] O método da FIG. 8 pode ser usado para gerar a tabela de referência 500 e começa pelo processador 142 identificando uma primeira entrada de pulso de motor na tabela de referência 400 que é associado ao braço de manivela 120 estando na posição vertical e/ou de ângulo zero (bloco 802). O braço de manivela 120 pode ser associado com estando na posição vertical e/ou zero com base em uma entrada recebida pelo processador 142. A entrada pode ser recebida a partir de um sensor e/ou um operador. Na tabela de referência 400 das FIGS. 4A e 4B, o braço da manivela 120 foi identificado como sendo a posição em ângulo zero (por exemplo, posição vertical) quando a contagem de pulso de motor estiver em 800 na entrada 416.

[0044] No bloco 804, o processador 142 associa a primeira entrada de contagem de pulso de motor com o ângulo de posição zero do braço de manivela 120 (bloco 804). O processador 142 também identifica a posição da primeira haste polida 110 na entrada 417 que está associada à primeira contagem de pulsos de motor (bloco 806). No bloco 808, o processador 142 armazena a posição zero de braço de manivela 120 na entrada 510, a posição da primeira haste polida 110 na entrada 512 e a primeira contagem de pulso de motor na entrada 514 na segunda tabela de referência 500 (bloco 808).

[0045] No bloco 810, o processador 142 desloca-se para a próxima entrada de pulso de motor na primeira tabela de referência 400 (bloco 810). Por exemplo, se a próxima entrada de pulso de motor for imediatamente após a primeira entrada de pulso de motor, o processador 142 irá se mover da entrada 416 para a entrada 418. O processador 142 então determina se a próxima entrada de pulso de motor está associada à posição de ângulo zero do braço de manivela 120 (bloco 812). Em alguns exemplos, a próxima entrada de pulso de motor está associada à posição de ângulo zero de braço de manivela 120 baseado no braço de manivela 120 retornando à posição de ângulo zero após um ciclo completo. Se a próxima entrada de pulso de motor estiver associada à posição do ângulo zero de braço de manivela 120, o método da FIG. 8 terminará. No entanto, se a próxima entrada de pulso de motor não estiver associada à posição do ângulo zero de braço de manivela 120, o controle moverá para o bloco 814.

[0046] No bloco 814, o processador determina o ângulo do braço de manivela 120 com base na próxima entrada de contagem de pulso de motor (bloco 814). Se a próxima entrada de contagem de pulso de motor será a primeira entrada 408 na tabela de referência 400, o processador 142 pode usar a Equação 14 para determinar o ângulo do braço de manivela 120. Se a próxima entrada de contagem de pulso de motor não é a primeira entrada 408 na tabela de referência 400, o processador 142 pode utilizar a Equação 15 para determinar o ângulo do braço de manivela 120.

[0047] O processador 142 também identifica a posição da próxima haste polida 110 associada à próxima contagem de pulsos de motor (bloco 816). No bloco 818, o processador 142 armazena a próxima posição de braço de manivela 120 na, por exemplo, entrada 516, a próxima posição de haste polida 110 na, por exemplo, entrada 518 e a próxima contagem de pulso de motor na, por exemplo, entrada 520 na segunda tabela de referência 500 (bloco 818). No bloco 820, o processador 142 desloca-se para a próxima entrada de pulso de motor na primeira tabela de referência 400 (bloco 820). Por exemplo, se a próxima entrada de pulso de motor for imediatamente após a segunda entrada de pulso de motor, o processador 142 irá mover da entrada 412 para a entrada 420.

[0048] O método da FIG. 9 pode ser utilizado para gerar a tabela de referência 500 e começa pelo processador 142 que identifica a primeira entrada 608 na tabela de referência 500, quando o braço de manivela 120 estiver na vertical e/ou posição de ângulo zero (bloco 902). No bloco 904, um fator de torque é determinado com base no ângulo de braço de manivela associado 120 (bloco 904). Em alguns exemplos, uma aproximação de diferença central de primeira ordem pode ser utilizada para determinar

O processador 142 então armazena

na entrada associada na quinta coluna 602,

na entrada associada na sexta dt dt , coluna 604 e o

na entrada associada na sétima coluna 606 (bloco 906).

[0049] O processador 142 determina se a tabela de referência 500 inclui outra entrada de ângulo de braço de manivela 120 (bloco 908). Por exemplo, se não houver mais entradas de ângulos de braço de manivela 120 (por exemplo, não há entradas de ângulo de braço de manivela 120 posteriores) o método das FIGS. 6A e 6B termina. No entanto, se a próxima entrada de ângulo do braço de manivela 120 estiver na entrada 610, por exemplo, o processador 142, então, move para a próxima entrada de ângulo de braço de manivela 120 na segunda tabela de referência 500 e (bloco 910).

[0050] O método da FIG. 10 pode ser utilizado para determinar o ângulo de fase T, do contrapeso e/ou o momento de torque de contrapeso máximo M, e começa com o processador 142 determinando o ângulo do braço de manivela 120, utilizando, por exemplo, uma ou mais das tabelas de referência 500, 600 e 700 e/ou entrada de um ou mais dos sensores 128, 130, 132 e/ou 146 (bloco 1002). O processador 142 determina então se o ângulo do braço de manivela 120 é igual a um dos ângulos de braço de manivela 120 predeterminados (bloco 1004). Em alguns exemplos, os ângulos predeterminados do braço de manivela 120 são

. Se o ângulo de braço de manivela 120 é igual a um dos ângulos de braço de manivela 120 predeterminados, o processador 142 determina um torque do motor 114 no ângulo predeterminado usando, por exemplo, o quarto sensor 146 (bloco 1006). Em alguns exemplos, o quarto sensor 146 é um variador de velocidade (VSD). Com base no ângulo de braço de manivela 120 igualando um dos ângulos de braço de manivela 120 predeterminados, o processador 142 determina o torque líquido TNP, experimentado pela caixa de engrenagem 116 como uma função do ângulo do braço de alavanca 120 com o ângulo predeterminado (1008). Com base no ângulo do braço de manivela 120 igualando um dos ângulos predeterminados de braço de manivela 120, o processador 142 determina o fator de torque associado TF(θ) referindo-se a terceira tabela 600 (bloco 1010). Com base no ângulo do braço de manivela 120 igualando um dos ângulos de braço de manivela 120 predeterminados, o processador 142 determina a carga sobre a haste polida 110, utilizando, por exemplo, uma ou mais das tabelas de referência 500, 600 e 700 (bloco 1012).

[0051] No bloco 1014, o processador 142 determina se os fatores de torque para cada um dos ângulos predeterminados de braço de manivela 120 foram determinados. Se nem todos os fatores de torque para os ângulos predeterminados de braço de manivela 120 foram determinados, o método da FIG. 10 regressa ao bloco 1002.

[0052] Se todos os fatores de torque para os ângulos predeterminados de braço de manivela 120 foram determinados, o processador 142 calcula o ângulo de fase do contrapeso, utilizando, por exemplo, a Equação 8 (bloco 1016). O processador 142 pode então calcular o momento de torque de contrapeso máximo, M, utilizando, por exemplo, a Equação 13 (bloco 1018). Em alguns exemplos, para determinar o ângulo de fase e/ou o momento de torque de contrapeso máximo, pelo menos um curso de bombeamento da unidade 100 é monitorado.

[0053] A FIG. 11 é um diagrama de blocos de um exemplo de plataforma de processador 1100 capaz de executar as instruções para a implementação dos métodos das FIGS. 7-10 para implementar o aparelho 129 da FIG. 1. A plataforma de processador 1100 pode ser, por exemplo, um servidor, um computador pessoal, um dispositivo móvel (por exemplo, um telefone celular, um telefone inteligente, um tablet como um iPadTM), um assistente pessoal digital (PDA), um aparelho de Internet ou qualquer outro tipo de dispositivo de computação.

[0054] A plataforma do processador 1100 do exemplo ilustrado inclui um processador 1112. O processador 1112 do exemplo ilustrado é hardware. Por exemplo, o processador 1112 pode ser implementado por um ou mais circuitos integrados, circuitos lógicos, microprocessadores ou controladores de qualquer família ou fabricante desejado.

[0055] O processador 1112 do exemplo ilustrado inclui uma memória local 1113 (por exemplo, um cache). O processador 1112 do exemplo ilustrado, está em comunicação com uma memória principal incluindo uma memória volátil 1114 e uma memória não volátil 1116 através de um barramento 1118. A memória volátil 1114 pode ser implementada pela Memória Dinâmica Síncrona de Acesso Aleatória (SDRAM), Memória Dinâmica de Acesso Aleatório (DRAM), Memória Dinâmica de Acesso Aleatório RAMBUS (RDRAM) e/ou qualquer outro tipo de dispositivo de memória de acesso aleatório. A memória não volátil 1116 pode ser implementada por memória flash e/ou qualquer outro tipo de dispositivo de memória desejado. O acesso à memória principal 1114, 1116 é controlado por um controlador de memória.

[0056] A plataforma de processador 1100 do exemplo ilustrado também inclui um circuito de interface 1120. O circuito de interface 1120 pode ser implementado por qualquer tipo de padrão de interface, tal como uma interface Ethernet, um barramento serial universal (USB), e/ou uma interface PCI express.

[0057] No exemplo ilustrado, um ou mais dispositivos de entrada 1122 estão ligados ao circuito de interface 1120. Os dispositivos de entrada 1122 permitem que um usuário insira dados e comandos para o processador 1012. O(s) dispositivo(s) de entrada pode(m) ser implementado(s), por exemplo, por um sensor de áudio, um microfone, um teclado, um botão, um mouse, uma touchscreen, um trackpad, um trackball, isopoint e/ou um sistema de reconhecimento de voz.

[0058] Um ou mais dispositivos de saída 1124 também estão conectados ao circuito de interface 1120 do exemplo ilustrado. Os dispositivos de saída 1024 podem ser implementados, por exemplo, por dispositivos de visualização (por exemplo, um diodo emissor de luz (LED), um diodo orgânico emissor de luz (OLED), um mostrador de cristal líquido, um visor de tubo de raios catódicos (CRT), uma tela sensível ao toque, um dispositivo de saída táctil, um diodo emissor de luz (LED), uma impressora e/ou caixas de som). O circuito de interface 1120 do exemplo ilustrado, então, normalmente inclui um driver de placa gráfica, um chip controlador gráfico ou um processador do dispositivo do gráfico.

[0059] O circuito de interface 1120 do exemplo ilustrado também inclui um dispositivo de comunicação, tal como um transmissor, um receptor, um transmissor- receptor, um modem e/ou cartão de interface de rede para facilitar a troca de dados com os aparelhos externos (por exemplo, dispositivos de qualquer tipo de computação) através de uma rede 1126 (por exemplo, uma ligação Ethernet, uma linha de assinante digital (DSL), uma linha de telefone, cabo coaxial, um sistema de telefone celular, etc.).

[0060] A plataforma do processador 1100 do exemplo ilustrado também inclui um ou mais dispositivos de armazenamento de massa 1128 para armazenamento de programas e/ou dados. Exemplos de tais dispositivos de armazenamento em massa 1128 incluem unidades de disquetes, discos rígidos, dispositivos de disco compacto, unidades de disco Blu-ray, sistemas RAID e leitores de discos digitais versáteis (DVD).

[0061] Instruções codificadas 1132 para implementar os métodos das FIGS. 7-10 podem ser armazenadas no dispositivo de armazenamento de massa 1128, na memória volátil 1114, na memória não volátil 1116 e/ou em um suporte de armazenamento legível por computador tangível removível tal como um CD ou DVD. [0062] Apesar de certos métodos exemplares, aparelhos e artigos de fabricação terem sido divulgados neste documento, o escopo da cobertura desta patente não está limitado aos mesmos. Pelo contrário, esta patente abrange todos os métodos, aparelhos e artigos de fabricação, caindo completamente no escopo das reivindicações desta patente.

Claims

1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: determinação de uma primeira carga de uma haste polida (110) de uma unidade de bombeamento (100); estimar um primeiro torque de um motor (114) da unidade de bombeamento (100); determinar um primeiro fator de torque para a unidade de bombeamento (100), o primeiro fator de torque compreende uma taxa de mudança de posição da haste polida (110) no que diz respeito a um ângulo de um braço de manivela (120) da unidade de bombeamento (100); com base na primeira carga, o primeiro torque, e o primeiro fator de torque, determinando um ângulo de fase de um contrapeso da unidade de bombeamento (100) ou de um momento do contrapeso.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação do outro do ângulo de fase do contrapeso da unidade de bombeamento (100), ou o momento do contrapeso.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fator de torque é determinado usando uma tabela de referência (400).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: mover a haste polida (110) por meio de um primeiro ciclo da unidade de bombeamento (100) usando o motor (114); determinar primeiros valores de contagem de pulso do motor (114) através do primeiro ciclo utilizando um primeiro sensor (128) de primeiras vezes, nas primeiras vezes sendo substancialmente igualmente espaçados; determinar primeiros valores de posição da haste polida (110) através do primeiro ciclo utilizando um segundo sensor (130) nos primeiros tempos; associar os primeiros valores de contagem de pulsos com os respectivos primeiros valores de posição para calibrar um processador da unidade de bombeamento (100), e geração de uma tabela de referência (400), utilizando os primeiros valores de contagem de pulso e os primeiros valores de posição obtidos nos primeiros tempos para mostrar uma correlação entre os primeiros valores de contagem de impulsos e os primeiros valores de posição.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação de uma posição substancialmente em ângulo zero do braço da manivela (120) e determinar os respectivos ângulos do braço de manivela (120) nos primeiros valores de posição.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que que o primeiro fator de torque está associado com um primeiro ângulo predeterminado do braço da manivela (120).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação de um segundo fator de torque associado com um segundo ângulo pré-determinado do braço de manivela (120), o ângulo de fase sendo adicionalmente determinado com base no segundo fator de torque.

8. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento; e um processador posicionado no alojamento, o processador para determinar uma primeira carga sobre uma haste polida (110) de uma unidade de bombeamento (100), para estimar um primeiro torque de um motor (114) da unidade de bombeamento (100), e determinar um primeiro fator de torque para a unidade de bombeamento (100), o processador para, com base na primeira carga, o primeiro torque, e o primeiro fator de torque, determinar um ângulo de fase de um contrapeso da unidade de bombeamento (100) ou de um momento do contrapeso.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o processador é para determinar ainda o outro ângulo de fase do contrapeso ou o momento do contrapeso.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o fator de torque é determinado usando uma tabela de referência (400).

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o processador é para gerar a tabela de referência (400) com base numa correlação entre os valores de contagem de pulsos do motor (114) usando um primeiro sensor e uma posição da haste polida (110).

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro fator de torque está associado com um primeiro ângulo predeterminado do braço da manivela (120).