BR112019012009B1 - Aparelho e método operável para controlar uma característica de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação - Google Patents

Abstract

Métodos e aparelhos para controlar uma característica de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação, incluindo regular uma característica da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação e ajustar um ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em resposta a amostrar um erro da característica.

Description

Fundamentos da Divulgação

[0001] Cimentação de poço pode ser utilizada para cimentar colunas de revestimento e liners, colocar tampões de cimento e executar procedimentos de cimento remediadores. Por exemplo, o cimento em pó seco pode ser combinado com água e talvez aditivos químicos (secos ou líquidos) e a mistura resultante é cisalhada em uma operação de mistura até uma pasta de cimento homogênea ser obtida. Equipamento especializado é usado para misturar a pasta de cimento até uma densidade de pasta predeterminada medida em unidades de massa por volume (por exemplo, libra massa por galão (lbm/galão) ou quilogramas por metro cúbico (kg/m3)). Em alguns casos, misturadores de batelada são usados para misturar e armazenar pasta de cimento para trabalhos que ultrapassam as capacidades de volume de um misturador de cimento. Em qualquer cenário, equipamento de bombeamento de alta pressão é usado para colocar a pasta de cimento no poço.

Sumário da Divulgação

[0002] Este sumário é fornecido para apresentar uma seleção de conceitos que são ainda descritos abaixo na descrição detalhada. Este sumário não se destina a identificar características indispensáveis da matéria reivindicada, nem se destina a uso como um auxílio na limitação do escopo da matéria reivindicada.

[0003] A presente divulgação apresenta um aparelho operável para controlar uma característica de uma pasta de cimento numa unidade de cimentação. O aparelho inclui um processador e uma memória incluindo código de programa de computador. O processador, a memória e o código de programa de computador são coletivamente operáveis para regular uma característica da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação e para ajustar um ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em resposta a amostragem de um erro da característica.

[0004] A presente divulgação também apresenta um método para controlar uma característica de uma pasta de cimento numa unidade de cimentação. O método inclui regular uma característica da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação e ajustando um ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em resposta a amostragem de um erro da característica.

[0005] Estes e aspectos adicionais da presente divulgação são estabelecidos na descrição que se segue e/ou podem ser aprendidos por um versado na técnica lendo os materiais aqui e/ou praticando os princípios aqui descritos. Pelo menos alguns aspectos da presente divulgação podem ser alcançados através de meios recitados nas reivindicações anexas.

Breve Descrição dos Desenhos

[0006] A presente divulgação é compreendida a partir da seguinte descrição detalhada quando lida com as figuras anexas. É enfatizado que, de acordo com a prática padrão na indústria, várias características não são desenhadas em escala. De fato, as dimensões das vários características podem ser arbitrariamente aumentadas ou reduzidas para clareza de discussão.

[0007] FIG. 1 é uma vista esquemática de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0008] FIG. 2 é uma vista esquemática de uma implementação exemplo de uma porção do aparelho mostrado na FIG. 1 de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0009] FIGS. 3 e 4 são diagramas de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0010] FIGS. 5 e 6 são diagramas de forma de onda de densidade e fração de sólidos, respectivamente, de uma pasta de cimento de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0011] FIGS. 7 e 8 são diagramas de forma de onda de sobressinal máximo e tempo de acomodação de densidade e fração de sólidos, respectivamente, para uma mudança de ponto de ajuste de taxa de uma pasta de cimento de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0012] FIGS. 9-12 são diagramas de bloco de pelo menos porções de implementações de exemplo de aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0013] FIG. 13 é um diagrama de fluxograma de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método de operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0014] FIG. 14 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0015] FIGS. 15 a 20 são diagramas de fluxograma de pelo menos porções de implementações de exemplo de métodos de operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

[0016] FIG. 21 é uma vista esquemática de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação.

Descrição Detalhada

[0017] É para ser compreendido que a seguinte divulgação fornece muitas modalidades ou exemplos diferentes para implementar diferentes características de várias modalidades. Exemplos específicos de componentes e disposições são descritos abaixo para simplificar a presente divulgação. Estes são, obviamente, meramente exemplos e não se destinam a ser limitantes. Além disso, a presente divulgação pode repetir numerais de referência e/ou letras nos vários exemplos. Esta repetição é para simplicidade e clareza e não dita, por si só, uma relação entre as várias modalidades e/ou configurações discutidas.

[0018] FIG. 1 é uma vista esquemática de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. A vista esquemática ilustra pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo um sistema de locação de poço 100 numa locação de poço de campo petrolífero 102. A implementação representada proporciona um ambiente de exemplo para controlar uma característica de uma pasta de cimento de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação, tal como instalar cimento 103 fixando um revestimento/liner 105 dentro de um furo de poço 104. No entanto, outras implementações também estão dentro do escopo da presente divulgação, tal como colocar tampões de cimento e realizar procedimentos de cimentação remediadora na locação de poço 102.

[0019] O furo de poço 104 se estende de uma superfície de terreno da locação de poço 102 e uma vista em seção parcial de uma formação subterrânea 106 penetrada pelo furo de poço 104 é mostrada abaixo da locação de poço 102. O furo de poço 104 pode terminar com uma cabeça de poço 108. O sistema de locação de poço 100 pode ser operável para transferir vários materiais e aditivos de fontes correspondentes para um local de destino para mescla ou mistura e eventual injeção no furo de poço 104 durante operações de cimentação de furo de poço.

[0020] O sistema de locação de poço 100 compreende uma unidade de mistura e bombeamento de cimento (referida daqui em diante como uma "unidade de cimentação") 110 conectada fluidamente a um ou mais tanques 112 e um recipiente de aditivo 114. Os tanques 112 contêm um fluido de base que pode ser ou compreender água doce, salmoura e/ou lama. O recipiente 114 pode conter produtos químicos ou aditivos líquidos ou sólidos operáveis para tratar o fluido de base. Os aditivos podem ser ou compreender aceleradores, retardadores, aditivos de perda de fluido, dispersantes, extensores, agentes de aumento de peso e/ou aditivos de circulação perdida, dentre outros exemplos. A unidade de cimentação 110 é operável para receber o fluido de base e um ou mais dos aditivos através de condutos de fluido 116, 118 e misturar ou de outro modo combinar o fluido de base e os aditivos para formar um fluido misturado.

[0021] O sistema de locação de poço 100 pode ainda compreender um recipiente para granel 120, que pode conter um material a granel que seja substancialmente diferente dos aditivos contidos no recipiente de aditivo 114. Por exemplo, o material a granel pode ser ou compreender um pó de cimento ou cimento a granel, dentre outros exemplos. A unidade de cimentação 110 pode ser operável para receber o cimento a granel do recipiente para granel 120 através de um conduto ou outro dispositivo de transferência de material (daqui por diante simplesmente "conduto") 122 e misturar ou de outro modo combinar o fluido misturado e o cimento a granel para formar uma mistura, que pode ser ou compreender aquilo que é conhecido na técnica como uma pasta de cimento. A unidade de cimentação 110 pode, então, descarregar ou bombear a pasta de cimento para o furo de poço 104 através de um ou mais condutos de fluido 124 e/ou da cabeça de poço 108. Os um ou mais condutos de fluido 124 podem ser ou compreender pelo menos uma porção daquilo que é conhecido na técnica como uma linha de tratamento.

[0022] O sistema de locação de poço 100 pode compreender ainda um misturador de batelada 126 operável para receber e misturar quantidades predeterminadas do fluido de base, aditivos e/ou cimento a granel para formar quantidades predeterminadas ou bateladas da pasta de água e/ou cimento misturada. Se utilizada para armazenar a água misturada, a água misturada pode ser comunicada à unidade de cimentação 110 através de um conduto de fluido 128 para ser misturada com o cimento a granel para formar a pasta de cimento. Se utilizada para armazenar a pasta de cimento, a pasta de cimento pode ser comunicada à unidade de cimentação 110 através do conduto de fluido 128 e bombeada pela unidade de cimentação 110 para o furo de poço 104 através do conduto de fluido 124 e/ou da cabeça de poço 108.

[0023] O sistema de locação de poço 100 pode também compreender um centro de controle/potência 130, tal como pode ser operável para fornecer controle e/ou distribuição de energia elétrica centralizada para um ou mais equipamentos da locação de poço ou porções do sistema de locação de poço 100. O centro de controle/potência 130 pode ser operável para monitorar e controlar pelo menos uma porção do sistema de locação de poço 100 durante operações de cimentação. Por exemplo, o centro de controle/potência 130 pode ser operável para monitorar e controlar uma ou mais porções da unidade de cimentação 110, bem como bombas e/ou transportadores (não mostrados) para mover fluidos, materiais e/ou misturas descritas acima para a e da unidade de cimentação 110. O centro de controle/potência 130 pode compreender um conjunto motor-gerador, tal como um gerador de turbina a gás, um gerador de motor de combustão interna e/ou outras fontes de energia elétrica. Sinais de energia elétrica e/ou de controle podem ser comunicados entre o centro de controle/energia 130 e outro equipamento de locação de poço de modo sem fios e/ou através de condutores elétricos (não mostrados).

[0024] A unidade de cimentação 110, o recipiente de aditivo 114, o recipiente de granel 120, o misturador de batelada 126 e/ou o centro de controle/energia 130 podem ser, cada um, dispostos em caminhões, reboques e/ou outros transportadores móveis 111, 115, 121, 127, 131 correspondentes, respectivamente, de modo que eles possam permitir seu transporte para a locação de poço 102. Contudo, a unidade de cimentação 110, o recipiente de aditivo 114, o recipiente de granel 120, o misturador de batelada 126 e/ou o centro de controlo/potência 130 podem ter skids ou de outro modo ser estacionários e/ou podem ser temporariamente ou permanentemente instalados na locação de poço 102

[0025] FIG. 1 representa o sistema de locação de poço 100 como sendo operável para formar fluidos e/ou misturas que podem ser pressurizadas e injetadas individualmente ou coletivamente no furo de poço 104 durante operações de cimentação de furo de poço. No entanto, é para ser entendido que o sistema de locação de poço 100 pode ser operável para misturar e/ou produzir outras misturas e/ou outros fluidos que podem ser misturados pela unidade de cimentação 110 e injetados no furo de poço 104 durante outras operações de campo petrolífero, tal como perfuração, fraturamento hidráulico, acidificação, injeção de produto químico e/ou operações de corte a jato de água, dentre outros exemplos. Embora as operações de mistura e injeção de pasta de cimento, como aqui descritas, sejam descritas no ambiente do sistema de locação de poço 100, é para ser entendido que uma operação de mistura e injeção de pasta de cimento pode ser empregada durante outras operações de campo petrolífero, tal como perfuração, cimentação, acidificação, injeção de produtos químicos, fraturamento e/ou operações de corte a jato de água, dentre outros exemplos, e outras operações no local de trabalho.

[0026] Para realizar mistura automatizada de uma pasta de cimento, um controlador pode ser construído com software de interface homem-máquina (HMI) que permite que equipamento de mistura de cimento automatizado façam interface com controladores de sistema e comuniquem com outros sistemas para compartilhamento e registro de dados. . O software de HMI também fornece uma interface de usuário para um especialista de campo operar uma unidade de cimentação. O controlador é construído com firmware de controlador que é usado para executar algoritmos de automação que permitem controle e monitoramento de instrumentação na unidade de cimentação. O controlador é construído com hardware que inclui computadores de HMI e conjuntos de gabinetes que contêm processadores, memória, dispositivos de entrada/saída remota e componentes relacionados. O controlador é acoplado a componentes externos, tal como cabos, sensores, atuadores, medidores de fluxo, sensores de pressão, sensores de temperatura, sensores de taxa de bombeamento e densitômetros.

[0027] FIG. 2 é uma vista esquemática de uma implementação exemplo de uma porção do aparelho mostrado na FIG. 1 de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de uma unidade de cimentação 200 que pode ser empregada numa locação de poço de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. A locação de poço pode ser a locação de poço representada na FIG. 1, dentre outros exemplos dentro do escopo da presente divulgação.

[0028] A unidade de cimentação 200 compreende um misturador 202 operável para receber e misturar ou mesclar cimento e fluido para formar a pasta de cimento descrita acima. O misturador 202 pode ser um misturador tipo vórtice ou outro misturador operável para misturar ou mesclar líquidos e sólidos. O misturador 202 pode receber cimento a granel ou materiais de cimento de um recipiente 204, que pode armazenar temporariamente e/ou dirigir os materiais de cimento recebidos de um recipiente de granel, tal como do recipiente 120, via conduto 122 mostrado na FIG. 1. Os materiais de cimento podem ser transferidos para o misturador 202 através de um conduto de transferência de material 206, que pode compreender um dispositivo de dosagem seca volumétrico ou de massa (não mostrado) operável para controlar a taxa de fluxo volumétrica ou de massa dos materiais de cimento para o misturador 202. O dispositivo de dosagem pode incluir um alimentador de dosagem, um alimentador de parafuso, uma verruma, um transportador e/ou similares.

[0029] O misturador 202 pode receber fluido de tanques de deslocamento 210, 212 através de um conduto de fluido 214. Cada um dos tanques de deslocamento 210, 212 pode receber aditivos do recipiente de aditivo 114 através do conduto de fluido 118 e fluido de base dos tanques 112 através do conduto de fluido 116, como também mostrado na FIG. 1. Dentro de cada um dos tanques de deslocamento 210, 212, uma pluralidade de pás de mistura ou outros agitadores 216, 218 podem agitar a mistura para uniformemente misturar os aditivos com o fluido de base. Cada um dos tanques de deslocamento 210, 212 pode ser ou compreender um canal de fluxo contínuo ou uma via para comunicar ou transportar os aditivos e a mistura de fluido de base durante um período de tempo suficiente para permitir que ocorra mistura adequada. Cada tanque de deslocamento 210, 212 pode ter um modo de operação primeiro a entrar primeiro a sair (FIFO) e pode compreender um alojamento externo tipo vaso envolvendo um receptáculo tendo uma via ou um espaço de fluxo alongado operável para armazenar e comunicar a mistura através do mesmo. Sistemas de dosagem (não mostrados), tal como bombas de dosagem e/ou válvulas de dosagem, podem controlar a taxa de fluxo à qual os aditivos e o fluido de base são introduzidos nos tanques de deslocamento 210, 212.

[0030] A unidade de cimentação 200 também pode incluir um ou mais dispositivos operáveis para bombear e/ou dosar o fluido misturado dos tanques de deslocamento 210, 212 para o misturador 202 através do conduto de fluido 214. Por exemplo, a unidade de cimentação 200 pode incluir uma bomba de injeção 220 operável para bombear o fluido misturado dos tanques de deslocamento 210, 212 para o misturador 202. A bomba de injeção 220 pode ser uma bomba de dosagem, tal como pode ser operável para controlar a taxa de fluxo à qual o fluido misturado é introduzido no misturador 202. A bomba de injeção 220 pode ser uma bomba centrífuga ou outro tipo de bomba de fluido. A unidade de cimentação 200 também pode compreender uma válvula de dosagem (não mostrada) ao longo do conduto de fluido 214, tal como possa ser operável para controlar a taxa de fluxo à qual o fluido misturado é introduzido no misturador 202.

[0031] Um controlador 275 pode ser operável para monitorar e controlar uma ou mais operações da unidade de cimentação 200. O controlador 275 pode estar em comunicação com as várias válvulas de dosagem, bombas de dosagem e outros sistemas de dosagem descritos acima para ajustar ou de outra forma controlar a densidade e a fração de sólidos do fluido misturado, da pasta de cimento e/ou de outras misturas. Por exemplo, o controlador 275 pode ser operável para controlar as taxas de fluxo volumétricas nas quais o fluido de base e os aditivos são introduzidos nos tanques de deslocamento 210, 210, de modo a controlar a concentração do fluido misturado. O controlador 275 pode ainda controlar as taxas de fluxo volumétricas nas quais o cimento a granel e o fluido misturado são introduzidos no misturador 202, de modo a controlar a densidade e a fração de sólidos da pasta de cimento.

[0032] A pasta de cimento pode ser seletivamente descarregada do misturador 202 e recebida por um tanque de mistura 222. O tanque de mistura 222 pode compreender pás misturadoras ou outros agitadores 224 operáveis para agitar a pasta de cimento para misturar ainda mais o fluido de base e o cimento a granel. O tanque de mistura 222 pode ser ou compreender um canal ou uma via de fluxo contínuo para comunicar ou transportar a pasta de cimento durante um período de tempo suficiente para permitir que ocorra mistura adequada, de modo que a pasta de cimento possa atingir uma viscosidade de nível predeterminado e/ou compreender outra propriedades. O tanque de mistura 222 pode ter um modo de operação FIFO e pode compreender um alojamento externo tipo vaso envolvendo um receptáculo tendo uma via ou um espaço de fluxo alongado operável para armazenar e comunicar a pasta de cimento através do mesmo.

[0033] A suspensão de cimento pode ser seletivamente recirculada através do misturador 202 através de uma via de fluxo de recirculação 226 compreendendo um ou mais condutos de fluido. A recirculação da pasta de cimento pode ser realizada, por exemplo, para realizar mistura adicional da pasta de cimento e/ou para introduzir fluido de base ou cimento a granel adicional à pasta de cimento, tal como para mudar a composição e/ou as propriedades da pasta de cimento. Válvulas de controle de fluxo 229, 230 podem ser seletivamente abertas para permitir que a pasta de cimento recircule através da via de fluxo de recirculação 226. Durante recirculação, uma bomba 228 pode ser operável para recircular ou de outro modo mover a pasta de cimento através da via de fluxo de recirculação 226 do tanque de mistura 222 para o misturador 202.

[0034] A unidade de cimentação 200 pode ainda compreender uma ou mais unidades de bomba de alta pressão 241, 242 fluidamente acopladas para receber fluidos dos tanques de deslocamento 210, 212 e do tanque de mistura 222 e descarregar os fluidos para o furo de poço 104. Por exemplo, as unidades de bomba 241, 242 podem receber o fluido misturado ou a pasta de cimento através de condutos de entrada 231, 232 fluidamente conectados aos tanques de deslocamento 210, 212 e ao tanque de mistura 222. Um conduto de desvio 233 pode se estender entre os tanques de deslocamento 210, 212 e o tanque de mistura 222 desviando das unidades de bomba 241, 242. O conduto de desvio 233 pode ser conectado fluidamente ao conduto de fluido 128 e aos condutos de entrada 231, 232, de modo que possa permitir que a pasta de fluido ou cimento misturados do misturador de batelada 126 seja recebida pelas unidades de bomba 241, 242. Embora a unidade de cimentação 200 seja mostrada compreendendo duas unidades de bomba 241, 242, será entendido que a unidade de cimentação 200 pode incluir outras quantidades de unidades de bomba dentro do escopo da presente divulgação.

[0035] Uma válvula de entrada 221, 223, 225, 227 pode ser disposta em associação com cada entrada de fluido correspondente de cada unidade de bomba 241, 242, de modo a conectar e desconectar fluidamente e seletivamente cada unidade de bomba 241, 242 do tanque de mistura 222, dos tanques de deslocamento 210, 212 e/ou de outras porções da unidade de cimentação 200. Por exemplo, as válvulas de entrada 221, 223 podem ser acopladas ao longo do conduto de entrada 231 em lados opostos da unidade de bomba 241. Similarmente, as válvulas de entrada 225, 227 podem ser acopladas ao longo do conduto de entrada 232 em lados opostos da unidade de bomba 242.

[0036] A unidade de cimentação 200 pode ainda compreender condutos de saída 234, 235, cada um fluidamente conectado com uma saída de fluido correspondente de cada unidade de bomba 241, 242. Cada conduto de saída 234, 235 pode incluir uma válvula de saída de fluido correspondente 238, 239, que pode conectar e desconectar fluidamente seletivamente cada unidade de bomba 241, 242 do furo de poço 104 e/ou outras porções da unidade de cimentação 200 localizadas a jusante das válvulas de saída de fluido 238, 239. Os condutos de saída 234, 235 podem ser conectados fluidamente entre si através de um conduto intermediário ou de junção 236. Uma válvula de isolamento de fluido 237 pode ser disposta ao longo do conduto de junção 236 para conectar e desconectar seletivamente e fluidamente os condutos de saída 234, 235. Os condutos de saída 234, 235 e o conduto de junção 236 podem ser ou compreender pelo menos uma porção daquilo que é conhecido na técnica como um coletor de tratamento ou descarga 250.

[0037] O conduto de saída 234 pode ser conectado fluidicamente a um conduto de fluido 240 o qual pode ser ou formar uma porção do conduto de fluido 124 para acoplar fluidamente a unidade de bomba 241 e, talvez, a unidade de bomba 242 com o furo de poço 104. O conduto de fluido 240 pode ser ou compreender pelo menos uma porção do que é conhecido na técnica como uma linha de cimento 240 a qual pode ser utilizada para injetar a pasta de cimento no furo de poço 104 durante operações de cimentação. O conduto de saída 235 pode ser fluidamente conectado com um conduto de fluido 243 o qual pode formar uma porção do conduto de fluido 124 para acoplar fluidamente a unidade de bomba 242 e, talvez, a unidade de bomba 241, com o furo de poço 104. O conduto de fluido 243 pode ser ou compreender pelo menos uma porção daquilo que é conhecido na técnica como uma linha de kill 243 a qual pode ser utilizada para injetar a pasta de cimento no furo de poço 104 durante operações de kill de poço. O conduto de saída 234 pode ser seletivamente isolado da linha de cimento 240 por uma válvula de fluido 248, enquanto o conduto de saída 235 pode ser seletivamente isolado da linha de kill 243 por uma válvula de fluido 249. O coletor de descarga 250, as válvulas de fluido 237, 238, 239, 248, 249, a linha de cimento 240 e a linha de kill 243 podem ser ou compreender aquilo que é conhecido na técnica como ferro ou equipamento de tratamento.

[0038] As válvulas de fluido 221, 223, 225, 227, 237, 238, 239, 248, 249 podem ser ou compreender válvulas de esfera, válvulas globo, válvulas borboleta e/ou outros tipos de válvulas de fluido, de modo que possam ser seletivamente abertas e fechadas para permitir e impedir fluxo de fluido. Cada válvula de fluido 221, 223, 225, 227, 237, 238, 239, 248, 249 pode ser atuada remotamente por um atuador correspondente (não mostrado), tal como um solenoide, motor ou outro atuador elétrico, ou um atuador de fluido, tal como um cilindro pneumático ou hidráulico ou um atuador rotativo. Cada uma das válvulas de fluido 221, 223, 225, 227, 237, 238, 239, 248, 249 pode também ser atuada manualmente, tal como por uma alavanca (não mostrada).

[0039] O coletor de descarga 250 pode ser conectado fluidamente com a válvula de estrangulamento ajustável 252 a qual é operável para sangrar ou de outro modo aliviar a pressão de fluido do coletor de descarga 250. A válvula de estrangulamento 252 é operável para abrir progressivamente, de modo a permitir que o fluido pressurizado dentro do coletor de descarga 250 alivie ou de outro modo escoe para fora do coletor de descarga 250 através de um conduto de alívio 254. O conduto de alívio 254 pode conectar fluidamente o coletor de descarga 250 com os tanques de deslocamento 210, 212, de modo a permitir que o fluido pressurizado dentro do coletor de descarga 250 seja descarregado para os tanques de deslocamento 210, 212. A válvula de estrangulamento 252 pode ser ou compreender uma válvula de agulha, uma válvula de dosagem, uma válvula borboleta, uma válvula globo ou outra válvula operável para progressivamente ou gradualmente abrir e fechar para controlar a taxa de fluxo de fluido permitida através da válvula de estrangulamento 252.

[0040] A válvula de estrangulamento 252 pode ser aberta e fechada de maneira progressiva e remota por um atuador correspondente 256 operativamente acoplada com a válvula de estrangulamento 252. A válvula de estrangulamento 252 pode também ser progressivamente aberta e fechada manualmente através de uma alavanca ou um volante 258. A válvula de estrangulamento 252 inclui um sensor de posição correspondente 260 operável para gerar um sinal ou informação indicativa de uma posição real da válvula de estrangulamento 252 em tempo real. As posições reais da válvula de estrangulamento 252 podem incluir uma posição de fluxo totalmente aberta, uma posição de fluxo totalmente fechada e posições intermediárias ou incrementais entre as posições de fluxo totalmente aberto e fluxo totalmente fechado. Cada posição intermediária pode ser indicativa da quantidade ou percentagem que a válvula de estrangulamento 252 está aberta e, assim, indicativa da taxa de fluxo através da válvula de estrangulamento 252. O atuador 256 pode ser ou compreender um solenoide, motor ou outro atuador elétrico, ou um atuador de fluido, tal como um cilindro pneumático ou hidráulico ou um atuador rotativo. O sensor de posição 260 pode ser ou compreender um sensor de proximidade, tal como um sensor capacitivo, um sensor indutivo, um sensor magnético, um sensor de efeito Hall e/ou um comutador reed, dentre outros exemplos. O sensor de posição 260 pode também, ou em vez disso, incluir um sensor de posição linear, tal como um potenciômetro linear. O sensor de posição 260 pode também, ou em vez disso, incluir um sensor de posição rotativo, tal como um codificador, um potenciômetro rotativo, um sincro, um resolvedor e/ou um transformador diferencial variável rotativo (RVDT), dentre outros exemplos.

[0041] A unidade de cimentação 200 pode ainda compreender válvulas de sangria 262, 264 conectadas fluidamente em série entre as unidades de bomba 241, 242 e a válvula de estrangulamento 252. As válvulas de sangria 262, 264 podem ser dispostas ao longo do conduto de saída 235 e podem ser operáveis para conectar e desconectar seletivamente fluidamente a válvula de estrangulamento 252 do coletor de descarga 250. As válvulas de sangria 262, 264 podem ser ou compreender válvulas de esfera, válvulas globo, válvulas borboleta e/ou outros tipos de válvulas de fluido, de modo que possam ser seletivamente abertas e fechadas para permitir e impedir fluxo de fluido.

[0042] O controlador 275 pode ser operável para monitorar e controlar operações adicionais da unidade de cimentação 200. Por exemplo, o controlador 275 pode ser operável para monitorar e controlar uma ou mais porções do misturador 202, do tanque de mistura 222, dos tanques de deslocamento 210, 212, das bombas 220, 228, das unidades de bomba 241, 242 e das válvulas de fluido 221, 223, 225, 227, 237, 238, 239, 248, 249, 252, 262, 264, de modo a controlar a pressão de fluido, as taxas de fluxo de fluido e/ou de outro modo controlar o movimento do fluido de base, do fluido misturado, da pasta de cimento e/ou de outros fluidos para implementar os métodos e/ou processos de exemplo aqui descritos. As taxas de fluxo volumétricas de uma pasta de cimento e do fluido misturado determinam a densidade da pasta de cimento e a fração de sólidos. Um ajuste de qualquer das taxas de fluxo muda a densidade da pasta de cimento e a fração de sólidos. Fluido misturado geralmente compreende um fluido de base e um aditivo líquido. Para clareza, a menos que descrito de outro modo, o fluido de base, o fluido misturado, a pasta de cimento e/ou outros fluidos podem ser coletivamente referidos a seguir simplesmente como “um fluido”.

[0043] FIG. 3 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrado uma implementação de exemplo de uma unidade de cimentação 300 que pode ser empregada em uma locação de poço de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. A unidade de cimentação 300 inclui um skid de bombeamento de cimento (CPS) 310 formado com um acionador de frequência variável (VFD) 320 que alimenta motores principais e é acoplada a um misturador de batelada 330 que produz uma pasta de cimento que pode ser alimentada a um furo de poço. Os motores principais são empregados para bombear o cimento com velocidades diferentes. A pasta de cimento é formada misturando cimento de um recipiente de granel 340 com um fluido de mistura que vem de um sistema de aditivo líquido (LAS) 350 ou um recipiente de aditivo. O sistema de aditivo líquido 350 injeta produtos químicos líquidos em um fluido de base em dadas concentrações definidas por uma receita. O fluido de base e os aditivos formam um fluido misturado. A taxa de distribuição dos aditivos é conhecida como a taxa de fluido de mistura. O misturador de batelada 330 proporciona mistura de pasta de baixa pressão a alta precisão e armazena de mistura ou pasta. As taxas de fluxo volumétrico da mistura de cimento e do fluido de mistura determinam a densidade da pasta de cimento e a fração de sólidos. Um ajuste de qualquer uma destas taxas de fluxo muda a densidade da pasta de cimento e a fração de sólidos. O fluxo de mistura de cimento pode ser atuado pneumaticamente ou gravitacionalmente. Uma bomba centrífuga fornece o fluxo de fluido de mistura.

[0044] FIG. 4 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador para uma operação de cimentação que pode ser empregada em uma locação de poço de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O controlador emprega uma arquitetura de computador para, sem limitação, fornecer um ponto de ajuste de pasta de cimento, processar comandos emitidos por um operador e permitir que o operador monitore parâmetros. Dentro de um computador 410 está uma interface homem máquina (HMI) 420 e um servidor de comunicações (CS) 430 que permite a comunicação entre o software de HMI e o software de controlador. A arquitetura do computador permite acesso a dados de sensor e transferência de comandos entre o software de HMI e o software de controlador. O computador 410 comunica com um comutador de rede 440 utilizando, por exemplo, um Modbus empregando protocolo de controle de transmissão/protocolo de Internet (TCP/IP) através de uma camada física de Ethernet. O comutador de rede 440 comunica com o controlador de automação programável (PAC) 450 que executa firmware que adquire dados de sensor e permite controle sobre elementos de sistema, tal como motores, válvulas e atuadores empregando ganhos de realimentação que são ajustados dentro do PAC 450. Por exemplo, o firmware permite que um operador mova uma porta de uma válvula com um ganho ajustável em resposta a um erro detectado. O PAC 450 é acoplado a sensores, válvulas, etc. , através de interfaces externas 460.

[0045] FIGS. 5 e 6 são diagramas de forma de onda de densidade e fração de sólidos, respectivamente, de uma pasta de cimento de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. FIG. 5 ilustra um sobressinal máximo de densidade ΔpOS e tempo de acomodação ts para uma mudança de ponto de ajuste de densidade Δp de uma pasta de cimento. O ponto de ajuste de densidade final é p2sP. FIG. 6 ilustra um sobressinal máximo de fração de sólidos ΔSFOs e tempo de acomodação ts para uma mudança de fração de sólidos ΔSF de uma pasta de cimento. Os pontos de ajuste de densidade e fração de sólidos de início p1sP, sF1sP são para cimento de ataque. Então, há um período de transição para os pontos de ajuste de densidade e fração de sólidos finais p2 SP, SF2SP, que são cimento de fuga. O caso ideal é para a variação nas mudanças na densidade Δp e fração de sólidos ΔSF e tempo de transição ts ser zero.

[0046] FIGs. 7 e 8 são diagramas de forma de onda de sobressinal e tempo de acomodação de densidade e fração de sólidos, respectivamente, para uma mudança de ponto de ajuste de taxa de fluxo de uma pasta de cimento de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. FIG. 7 ilustra um sobressinal máxima e tempo de acomodação de densidade ts de um ponto de ajuste de densidade psP de uma pasta de cimento tendo em conta uma mudança na densidade ΔpRC após uma mudança na taxa de fluxo ΔQDH. FIG. 8 ilustra um sobressinal máximo e tempo de acomodação da fração de sólidos ts de um ponto de ajuste de fração de sólidos sFsP de uma pasta de cimento tendo em conta uma mudança na fração de sólidos ΔSFRC após uma mudança de taxa ΔQDH. semelhante às mudanças ilustradas nas FIGs. 5 e 6, durante operações de mistura de cimento a taxa à qual cimento é misturado deve ser mudada ocasionalmente durante o trabalho e isto provoca variações na densidade e na fração de sólidos, como mostrado nas FIGs. 7 e 8. O caso ideal é para a variação na densidade Δp, ΔpRC, a variação na fração de sólidos ΔSF, ΔSFRC, e tempo de acomodação ts serem zero. Na realidade, existem muitos desafios a serem considerados por um sistema de controle de mistura a fim de se aproximar da mistura de cimento ideal.

[0047] A taxa de fluxo volumétrica de uma pasta de cimento pode assim flutuar durante uma operação de cimentação. Múltiplos silos/tanques de garrafa de ar ou caminhões (ABTs) que empregam ar pressurizado para alimentar cimento seco (por exemplo, em uma operação terrestre) podem ser usados durante uma operação de cimentação e um operador alternará entre eles durante o bombeamento de uma pasta de cimento. Quando um silo/ABT está prestes a ser esgotado em seu conteúdo, a pasta de cimento geralmente acumula nas paredes do silo/ABT e o pessoal de campo geralmente martela no silo/ABT para permitir que a pasta de cimento restante caia para o fundo do silo/ ABT para ser consumida. Este é um dos casos que fornecem a maior flutuação na taxa de fluxo volumétrica de uma pasta de cimento.

[0048] A pasta de cimento é transportada para a unidade de cimentação do silo/ABT em resposta à pressão pneumática. A pressão pneumática é variada durante um trabalho a fim de levar em conta as configurações dos silos/ABTs que estão sendo usados. Às vezes, múltiplos silos/ABTs são conectados em uma cadeia margarida e a pressão é ajustada enquanto os silos/ABTs são drenados.

[0049] Ao misturar cimento de ataque ou de fuga, se os pontos de ajuste de densidade ou fração de sólidos não forem mudados, então, o sistema de controle se beneficiará das sensibilidades de processo reduzidas. Como resultado, pequenas correções nestas características conduzem as variações em densidade e fração de sólidos da pasta de cimento até cerca de zero. Durante a transição de cimento de ataque para fuga, se o ponto de ajuste de densidade ou fração de sólidos forem mudados, então, o sistema de controle se beneficia de elevadas sensibilidades de processo, de modo que correções grandes conduzam o tempo experimentado para fazer a transição de cimento de ataque para cimento de fuga até cerca de zero.

[0050] Durante a transição de um ponto de ajuste de taxa de pasta de cimento para outro, então, o sistema de controle se beneficia de elevada sensibilidade de processo no início da transição, de modo que correções grandes possam conduzir o tempo experimentado para acomodar até zero. No entanto, após a transição de ponto de ajuste de taxa de pasta de cimento estar completa, o sistema de controle se beneficia de sensibilidades de processo reduzidas gradualmente, de modo que pequenas correções posam conduzir as variações de densidade e fração de sólidos experimentadas até cerca de zero. Um processo de média pode ser empregado para controle melhorado de densidade de pasta de cimento de fundo de poço.

[0051] O firmware do sistema de controle implementa um circuito de controle para atingir controle de densidade de ± 0,1 libra por galão (ppg) na pasta de cimento de fundo de poço. Isto é feito alimentando de volta a densidade de fundo de poço a um algoritmo de mistura, de modo que o algoritmo de mistura possa compensar como pretendido. Um mecanismo para compensar é calcular uma densidade total para o volume que foi misturado, mas não bombeado, e calcular sua densidade média. A densidade de fundo de poço se aproximará da densidade da mistura média total para o volume residente e, assim, ela pode ser tratada como a densidade de fundo de poço esperada. Um circuito de controle pode compensar a mistura para manter a densidade de fundo de poço esperada dentro de 0,1 ppg com a análise da densidade de fundo de poço real para validação.

[0052] O sistema de controle é projetado com precisão de qualidade de mistura de ± 0,2 ppg. Se as variações dentro de 0,2 ppg forem como uma onda senoidal, então, a média seria substancialmente zero. A cuba de média fornece a média para o processo de controle. Assim, se as variações dentro da mistura forem de 0,2 ppg como uma onda senoidal perfeita, então, o ponto de ajuste de correspondência de bombeamento seria substancialmente perfeito (isto é, 100 por cento). Na prática, a densidade não age como uma onda senoidal dentro de 0,2 ppg e, portanto, a média poderia variar entre 0,2 acima ou abaixo de um ponto de ajuste. Se a média for calculada e for observado que a densidade de fundo de poço estimada é 0,2 ppg acima do ponto de ajuste, a compensação pode ser alcançada abaixando o ponto de ajuste de densidade de alvo em 0,2 ppg. Assim, a pasta de cimento poderia estar em 0,2 ppg abaixo do ponto de ajuste de densidade e isto seria a média com 0,2 ppg acima do ponto de ajuste nas cubas, resultando em densidade de fundo de poço dentro de 0,1 ppg.

[0053] Como aqui apresentado, para acomodar e acelerar mudanças em tempo de reação durante uma operação de mistura de pasta de cimento, o sistema de controle emprega um mecanismo de realimentação de circuito de controle proporcional-integral-derivado (PID) em cascata para direcionar o comportamento de controle. O sistema de controle usa erros observados entre os pontos de ajuste de densidade ou fração de sólidos e os valores adquiridos conduzem mudanças nas taxas de fluxo volumétrico da mistura de cimento e do fluido de mistura.

[0054] Os circuitos de controle PID exibem comportamentos diferentes devido a variações em parâmetros de ganho que podem ser usados. Um ganho proporcional faz com que o circuito de controle PID comande correções de erros proporcionalmente ao tamanho do erro. Um ganho integral faz com que o circuito de controle PID comande correções de erro proporcionais a um erro acumulado ao longo do tempo. Um ganho derivado faz com que o circuito de controle PID comande correções de erro proporcionalmente a uma taxa de mudança do erro. Ajustes de ganho aprimorados que realizam comportamento de controle substancialmente mais próximo do comportamento do modelo podem variar ao longo de uma operação de mistura de cimento devido a variações em temperatura ambiente, idade da pasta de cimento, pressão em uma extremidade terminal, etc . O sistema de controle aqui apresentado faz uso de várias técnicas que continuamente ou de outra forma ajustam continuamente ajustes de ganho para obter um comportamento de controlador intensificado.

[0055] Os ganhos de PID podem ser mudados de forma adaptativa. Cada um dos ganhos proporcionais (P), integrais (I) e derivados (D) é variado continuamente (ou continuadamente) através da operação de mistura de cimento. Um ganho pode ser elevado ou diminuído. O impacto da mudança no ganho no erro é usado para determinar a próxima mudança no valor de ganho. Se um ganho for elevado e o erro diminuir, então, a próxima mudança também será uma elevação. No entanto, se um ganho for elevado e o erro aumentar, então, a próxima mudança será uma diminuição. Da mesma forma, se um ganho for diminuído e o erro diminuir, então, a próxima mudança também será uma diminuição. No entanto, se um ganho for diminuído e o erro aumentar, então, a próxima mudança será um aumento.

[0056] Um algoritmo estatístico é usado para modelar a operação de cimentação e aprender de dados históricos a melhorar e reduzir os erros experimentados produzidos pelo sistema de controle, desse modo permitindo que ganhos de PID sejam aprendidos empregando um processo de aprendizado de máquina. Para este fim, é criada uma base de dados que contém valores históricos de ganhos e parâmetros de cimentação usados para descrever o estado do sistema, bem como os erros resultantes entre pontos de ajuste e valores adquiridos. O processo de aprendizagem de máquina adquire parâmetros de cimentação para identificar um estado atual da unidade de cimentação e do sistema de controle e, com base no uso anterior de ganhos, faz uma seleção para um conjunto de novos ganhos que resultarão em erros reduzidos.

[0057] Por exemplo, o processo de aprendizagem de máquina pode determinar que um certo estado da unidade de cimentação, tal como uma densidade de pasta de cimento e taxa de fluxo particular, opera com desempenho melhorado com um certo conjunto de ganhos. Quando essa certa densidade de pasta de cimento e taxa de fluxo são detectadas, ou um estado próximo a esse estado de sistema, o sistema de controle pode implantar imediatamente esse certo conjunto de ganhos históricos, desse modo melhorando o desempenho. A base de dados pode ser atualizada continuamente com os valores mais recentes.

[0058] Um algoritmo estatístico de aprendizagem profunda também pode ser usado para encontrar características na operação de cimentação que podem ser usadas para melhorar o processo de aprendizagem de máquina, a fim de reduzir o erro de controle experimentado. O objetivo do algoritmo estatístico de aprendizagem profunda é identificar características que melhorarão ainda mais o processo de tomada de decisão. Por exemplo, um algoritmo estatístico de aprendizagem profunda pode determinar que uma mudança na taxa de mistura de água está associada apenas a um subconjunto dos parâmetros de cimentação e a taxa de mistura de água impacta apenas um subconjunto dos ganhos de PID. Em cujo ponto, uma vez que o ponto de ajuste de taxa de mistura de água é mudado, apenas parâmetros associados são usados para calcular padrões em subconjuntos de dados relevantes e chegar à solução tanto em um período de tempo mais rápido quanto permitindo análise mais abrangente de dados relevantes.

[0059] Como outro exemplo, o algoritmo estatístico de aprendizagem profunda pode determinar que uma certa combinação linear de ganhos ou mudanças de ganho produz pouca ou nenhuma melhoria observável em erros. Como resultado, tal combinação linear de ganhos ou mudanças de ganho pode ser eliminada em um processo de busca ou ajuste em um controlador para mudar ganhos para reduzir um erro na pasta de cimento. Alternativamente, certas combinações lineares de ganhos ou mudanças de ganho podem ser identificadas pelo algoritmo estatístico de aprendizagem profunda que fornece melhoria nos erros.

[0060] Para descrever mais detalhes sobre tipos de ganho, o sistema de controle pode selecionar ganhos PID, sem limitação, para uma ou mais das seguintes características: um ganho proporcional que especifica o ganho proporcional do controlador; um ganho integral que especifica o tempo integral; um ganho derivado que especifica o tempo derivado; um ganho de rejeição de perturbação que especifica ênfase relativa de rejeição de perturbação ao rastreamento de ponto de ajuste; um ganho de linearidade que especifica linearidade da resposta de erro; um ganho de filtro que especifica uma constante de tempo de filtro derivado (aumentando este valor aumenta o amortecimento da ação derivada); e um ganho de peso que especifica uma quantidade pela qual ponderar um erro aplicado à ação derivada.

[0061] Descrevendo ainda mais o processo de variação de ganho durante a seleção de ganho conduzida adaptativamente, um conjunto de condições é reunido com uma lista de ganhos para cada tipo de projeto de trabalho de cimento, com diferentes valores de ganho sob medida para desempenho ótimo ou de outro modo melhorado devido a um ou mais de uma mistura de cimento de alvo, taxa de mistura de alvo, volume de trabalho de alvo, aditivos químicos de alvo, temperatura de pasta de alvo, densidade de alvo e fração de sólidos de alvo. O conjunto de condições também inclui provisões para conjunto de ganhos ótimo ou de outro modo melhorado durante cada estágio da operação de cimentação, tal como mistura de acúmulo, mistura de cimento de ataque, mistura de transição de ataque para fuga e mistura de cimento de fuga. O conjunto de condições também inclui provisões para um conjunto de ganhos ótimo ou de outro modo melhorado que pode ser dependente de parâmetros de cimentação, tal como temperatura de pasta real, densidade de pasta real, fração de sólidos real e concentração de produto químico real. O conjunto de condições é fornecido a um módulo de controle de lógica difusa em um controlador que é usado para identificar a combinação de ganhos ótima ou de outro modo melhorada e fornece como uma saída os ganhos para circuitos de PID.

[0062] Um processo de variação de ganho usa seleção de ganho de aprendizado de máquina, incluindo algoritmos de aprendizado supervisionado usados para o controlador aprender uma relação entre os ganhos de entrada (por exemplo, ganhos P, I, D para um circuito de controle faca-porta) e os parâmetros de cimentação de entrada (por exemplo, taxa de fluxo de fluido de mistura e densidade de cimento) e erro de saída (por exemplo, diferença entre uma densidade de ponto de ajuste e densidade monitorada). Os algoritmos têm acesso a dados históricos na unidade de cimentação que são adquiridos pelo controlador e disponibilizados a partir de perfilagem local na HMI e remotamente através de um servidor. O algoritmo examina dados disponíveis em repositórios para aprender um padrão para identificar o conjunto de ganhos ótimo ou de outro modo melhorado. Uma ou mais das seguintes funções, sem limitação, são usadas para aprendizado supervisionado: Vizinhos k-mais próximos (k-NN); rede neural de retropropagação (BP); quantização vetorial de aprendizagem (LVQ); e máquina vetorial de suporte (SVM).

[0063] FIG. 9 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador para uma operação de cimentação que pode ser empregada em uma locação de poço de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O controlador emprega uma arquitetura de computador para controlar uma densidade de uma pasta de cimento numa unidade de cimentação. No sistema de controle, uma posição de faca porta controla a densidade da pasta de cimento. Em sua operação, um ponto de ajuste de densidade 905 é introduzido no controlador, por exemplo, por um operador empregando uma HMI. O ponto de ajuste de densidade 905 é comparado no somador 910 com uma variável de processo 975 que representa uma densidade detectada da pasta de cimento e um erro de densidade 915 é inserido em um controlador de densidade 920 que, em conjunto com um somador 925, produz um ponto de ajuste de faca porta 930 que é inserido em um controlador de porta faca 935. O controlador de porta faca 935 produz um sinal de controle 940. O sinal de controle 940 é, então, fornecido a um somador 941 e somado com um desvio de dither 942 gerado por um cálculo efetuado num dither 943. O desvio de dither 942 gerado pelo dither 943 é calculado combinando uma amplitude de dither 944 com uma onda senoidal com base numa taxa de circuito fechado de um algoritmo de controle. O período da onda senoidal é selecionado para ser suficientemente mais longo que a taxa de circuito fechado, de modo que o ponto de ajuste faca porta 930 oscile lentamente através de vários ciclos de circuito fechado para melhorar a consistência de distribuição de granel. O valor somado do somador 941 é, então, utilizado para controlar um elemento de articulação de uma faca porta 945. O resultado produz uma posição de faca porta 950, que é finalmente realimentada ao somador 925. A posição de faca porta resultante 950 afeta a densidade da pasta de cimento representada pelo processo de densidade 970. O resultado produz uma densidade de pasta de cimento que é detectada como a variável de processo 975 que é realimentada ao somador 910. O controlador de densidade 920 e o controlador de faca porta 935 operam com ganhos de arranjos de realimentação de circuito fechado que são mudados em resposta a amostragem de um erro de uma característica respectiva. Estas ações podem ser realizadas pelo controlador de automação programável 450 como descrito acima com referência à FIG. 4.

[0064] FIG. 9 ilustra também uma perturbação interna 980 produzida pela hidráulica 982 que é inerentemente somada no somador 960 na operação de cimentação com a posição de faca porta 950. Além disso, perturbações externas 990 produzidas pela detecção de fluxo de água 992 e fluxo de pasta de cimento 994 são inerentemente somadas no somador 973 com a densidade da pasta de cimento produzida no processo de densidade 970. O resultado é uma arquitetura de controle que aceita um ponto de ajuste de densidade 905 e controla uma densidade de uma pasta de cimento, reconhecendo que perturbações internas e externas 980, 990 do sistema de controle podem produzir erros não intencionais na densidade da pasta de cimento.

[0065] FIG. 10 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador configurado para controlar uma fração de sólidos característica de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação empregada em uma locação de poço. O controlador regula a fração de sólidos da pasta de cimento empregando o somador 1010 que subtrai um valor atual de fração de sólidos SF de um valor de fração de sólidos desejado SFdes para produzir um erro de fração de sólidos ΔSFdes. O controlador inclui controlador PID 1020 para alterar um parâmetro de cimentação interno, tal como uma posição de faca porta ou válvula, para ajustar o valor atual de fração de sólidos SF. O controlador PID 1020 é operável com ganho proporcional gP, ganho integral gI e ganho derivado gD. O controlador é ainda formado com controlador adaptativo 1030 que é configurado para ajustar um ou mais dos ganhos do controlador PID 1020 em resposta à amostragem do erro de fração de sólidos ΔSFdes continuamente ou continuadamente ao longo do tempo.

[0066] FIG. 11 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador configurado para controlar uma densidade de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação empregada em uma locação de poço. O controlador regula a densidade da pasta de cimento empregando o somador 1110 que subtrai um valor de densidade atual p de um valor de densidade desejado pdes para produzir um erro de densidade Δpdes. O controlador inclui controlador PID 1120 para alterar um parâmetro de cimentação interno, tal como uma posição de faca porta ou válvula, para ajustar o valor de densidade atual p. O controlador PID 1120 é operável com ganho proporcional gP, ganho integral gI e ganho derivado gD. O controlador é ainda formado com controlador adaptativo 1130 que é configurado para ajustar um ou mais dos ganhos do controlador PID 1020 em resposta à amostragem de erro de densidade Δpdes continuamente ou continuadamente ao longo do tempo.

[0067] FIG. 12 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador configurado para acumular e fornecer acesso a dados históricos que podem ser empregados para ajustar ganhos do controlador para uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação empregada em uma locação de poço. Um servidor front-end de dados 1210 que manipula dados em tempo real para uma atividade de cimentação e/ou estimulação é acoplado a um servidor de histórico de dados 1260 e a outro equipamento de locação de poço 1290, incluindo com outros sistemas de fornecedores. O servidor front-end de dados 1210 fornece serviços de dados e integração 1240 e serviços de notificação 1250 para o outro equipamento de locação de poço 1290.

[0068] O servidor de histórico de dados 1260 salva dados históricos de uma operação de cimentação em uma base de dados que são empregados para reduzir um erro de uma característica da pasta de cimento em uma unidade de cimentação, tal como uma fração de sólidos ou uma densidade. Um algoritmo estatístico é empregado com os dados históricos para permitir que o controlador que controla tais características reduza o erro. O algoritmo estatístico emprega parâmetros de cimentação ou características que descrevem características da pasta de cimento, tal como, sem limitação, uma fração de sólidos atual e/ou uma densidade da mesma para reduzir o erro da característica. O algoritmo estatístico identifica tais características da unidade de cimentação para reduzir o erro da característica da pasta de cimento. As características podem incluir, sem limitação, uma taxa de fluxo de fluido de mistura, uma quantidade de um aditivo de pasta de cimento, uma idade da pasta de cimento e uma temperatura da pasta de cimento.

[0069] O servidor front end de dados 1210 manipula dados em tempo real que são utilizados para uma atividade de cimentação e/ou estimulação que inclui um subsistema de serviços de dados 1215 acoplado a um buscador de dados 1220. O subsistema de serviços de dados 1215 no servidor front end de dados 1210 também é acoplado a uma base de dados 1225 para armazenar dados de pasta de cimento que, por sua vez, são acoplados a um construtor de metadados 1230 e uma fila de mensagem 1235. Um subsistema de serviços de mensagem 1240 no servidor front end de dados 1210 fornece os serviços de notificação 1250 para o outro equipamento da locação de poço 1290. O subsistema de serviços de dados 1215 no servidor front end de dados 1210 fornece os serviços de dados e integração 1240 para o outro equipamento de locação de poço 1290.

[0070] Um subsistema de histórico 1265 no servidor de histórico de dados 1260 troca dados com o buscador de dados 1220 no servidor front end de dados 1210. O subsistema de histórico 1265 no servidor de histórico de dados 1260 também troca dados com um carregador de dados 1270 no servidor de histórico de dados 1260 que, por sua vez, fornece dados de controlador 1280 (através de uma fila de mensagem 1275) que são trocados com um repositório de servidor acessível a uma rede local. Os dados de controlador 1280 incluem, por exemplo, dados de HMI e sistema de controle da unidade de cimentação, bem como meios para proporcionar acesso a funcionalidades de ferramenta de manutenção.

[0071] FIG. 13 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1300) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O método (1300) inclui ativar (1310) controle de densidade/fração de sólidos (SF). Parâmetros de cimentação são, então, adquiridos (1320). Os parâmetros de cimentação adquiridos (1320) podem incluir ganhos de PID, taxa de fluxo de fluido de mistura, posição da válvula de jato, posição de válvula fina, posição de faca porta, peso de lata de surgência, densidade da mistura/SF, temperatura da mistura, taxa de fluxo da mistura, idade da mistura, aditivo da mistura, nível médio da cuba, densidade de fundo de poço/SF, temperatura de fundo de poço e taca de fluxo de fundo de poço, dentre outros exemplos também dentro do escopo da presente divulgação.

[0072] Os modelos de dados históricos são, então, construídos (1330) usando os parâmetros de cimentação adquiridos. Os modelos de dados históricos construídos (1330) podem incluir média móvel autorregressiva, k- médias, k medianas, k-medoides, C-médias confusas, modelo de mistura Gaussiano, agrupamento hierárquico, agrupamento espectral, quantização vetorial, mapeamento de auto-organização, vizinhos k mais próximos, rede neural de retropropagação, quantização vetorial de aprendizagem e máquina vetorial de suporte, dentre outros exemplos também dentro do escopo da presente divulgação. As previsões são, então, obtidas (1340) a partir dos modelos de dados históricos. Com base nas previsões obtidas (1340), ganhos de PID são ajustados (1350) para reduzir erros, tal como uma magnitude de uma densidade/ponto de ajuste SF menos uma densidade/medição de SF. Outras métricas de erro também podem ser usadas, ou em vez disso ser usadas, como uma métrica de erro média quadrático mínima. O método (1300) pode ser repetido, tal como começando com a aquisição de parâmetros de cimentação (1320).

[0073] FIG. 14 é um diagrama de blocos de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, é ilustrada uma implementação de exemplo de porções de um controlador mostrando uma estrutura de firmware. Uma implementação de PID de um algoritmo que ajusta ganhos de PID pode ser realizada através de uma estrutura de firmware executada no controlador. A arquitetura de estrutura de firmware fornece serviços primários e classes abstratas. O código de firmware constrói instâncias específicas de projeto em serviços primários de estrutura. Um aplicativo de firmware pode ser operado dinamicamente para suportar uma ampla variedade de implementações de hardware. A estrutura de firmware que fornece o sistema de automação programável 1410 fornece serviços de software básicos, incluindo um gerenciador de arquivo 1412 que se comunica usando uma tabela de valor atual (CVT) 1415 para arquivos 1411 armazenados no mesmo. A CVT 1415 é acoplada a um gerenciador de alarme 1414 para fornecer uma funcionalidade de alarme e a um subsistema de diagnóstico 1417 para fornecer uma funcionalidade de diagnóstico. A CVT 1415 também é acoplada a um gateway de interface de sensor de atuador (ASI) 1430 e a uma HMI local 1440 separada do firmware para o sistema de automação programável 1410 por meio de um comunicador periférico 1418. Um manipulador de erro central 1416 fornece uma funcionalidade de manipulação de erro central para a estrutura de firmware para o sistema de automação programável 1410.

[0074] Os arquivos 1411 associados ao firmware para o sistema de automação programável 1410 são acessíveis a um configurador 1422 que determina quais arquivos no gerenciador de arquivo 1412 baixar e carregar em um hospedeiro 1420. O hospedeiro 1420 também inclui um módulo de situação de hospedeiro 1424 (acoplado a um módulo de situação 1413) que é configurado para analisar uma característica de resposta do controlador para a pasta de cimento e uma HMI 1426 para permitir interações humanas.

[0075] O firmware para o sistema de automação programável 1410 também inclui uma máquina de tempo real 1450 formada por um subsistema de mapeamento de HMI 1452 que faz interface com a HMI 1426 no hospedeiro 1420, um sequenciador 1454, um subsistema de controle determinístico 1458 e outro subsistema de mapeamento de HMI 1456 que faz interface com um módulo field- programmable gate array (FPGA) 1419 no firmware para o sistema de automação programável 1410. O sequenciador 1454 é formado com uma rotina que pode, por exemplo, abrir válvulas selecionadas em uma ordem apropriada e com retardos apropriados entre elas. O subsistema de controle determinístico 1458 é configurado para executar circuitos fechados de controle de alta prioridade com recursos de processador apropriados em uma quantidade de tempo predefinida (por exemplo, por 100 milissegundos (ms)).

[0076] FIG. 15 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1500) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O método (1500) pode incluir carregar (1512) informação de configuração de sistema, inicializar (1514) um módulo FPGA, inicializar (1516) uma CVT e inicializar (1520) um gerenciador de arquivo. Uma vez que os módulos acima mencionados são inicializados, o método (1500) inclui inicializar (1522) periféricos (tal como comunicação que é controlada e/ou adquirida para motores, sensores, atuadores) que operam coletivamente empregando comunicação através de um gateway externo usando vários protocolos, inicializar (1524) um gerenciador de diagnóstico, inicializar (1526) um gerenciador de alarme e inicializar (1528) uma máquina de tempo real.

[0077] Após as inicializações, o método (1500) pode incluir executar (1532) um manipulador de simulação opcional que armazena e executa instruções para testar um controlador e simula interfaces, executar (1534) circuitos de controle periféricos, executar (1536) diagnósticos do gerenciador de diagnóstico, executar (1538) alarmes do gerenciador de alarmes, executar (1542) a máquina de tempo real, executar (1544) o gerenciador de arquivo e executar (1546) um manipulador de erro central. A execução da máquina de tempo real (1542) executa controle e monitoramento determinísticos, incluindo controle de tempo crítico e operações sequenciadas. A execução dos circuitos de controle periféricos (1534) executa operações de controle e monitoramento não determinísticas. A execução do gerenciador de diagnóstico (1536) monitora o estado do sistema (por exemplo, estado de comunicação, tempo de execução do controlador, uso de memória). A execução dos alarmes (1538) monitora parâmetros operacionais de acordo com critérios de cuidado e aviso predeterminados estabelecidos no gerenciador de alarme. Os módulos utilizados para executar o método (1500) têm acesso ao gerenciador de arquivo e ao manipulador de erro central. A execução do gerenciador de arquivo (1544) realiza manutenção de valores de parâmetros padrão, escalonamento, gerenciamento de unidade, perfilagem de dados de tarefa e armazenamento ou acesso a informações não voláteis a serem persistentemente mantidas pelo controlador. A execução do manipulador de erro central (1546) agrega erros e avisos dos módulos do método (1500) e, então, classifica os erros. Uma vez que os erros são classificados pelo manipulador de erro central, os erros podem ser comunicados aos módulos do método (1500) para ação e passados para o gerenciador de arquivo para serem perfilados. Uma funcionalidade de limpeza geral é fornecida (1550) após as operações para executar um desligamento controlado.

[0078] FIG. 16 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1600) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Um sistema aditivo líquido (LAS) fornece a capacidade de editar/salvar uma receita de pasta de cimento com diferentes combinações de ingredientes e executa uma batelada de cimentação para uma receita selecionada. O operador pode rearmar um totalizador de autobatelada (também chamado de “totalizador”) e abrir e fechar válvulas de controle/restrição de linhas LAS selecionadas. Uma vez que a execução do LAS começa, ela pode começar a execução da receita de pasta de cimento, abrir e fechar as válvulas de controle/restrição após um valor de totalizador de um medidor de fluxo corresponder a um ponto de ajuste e, no final, descontinuar a execução do LAS.

[0079] O método (1600) inclui inicializar (1610) o LAS, por exemplo, apresentando uma tela de LAS a um operador para preparar uma receita de pasta de cimento. O operador, então, programa (1615) uma receita de pasta de cimento e edita/salva a receita de pasta de cimento. O método (1600) inclui, então, executar (1620) a receita de pasta de cimento através da tela de LAS. O operador, então, seleciona a receita para a pasta de cimento e clica na tela para executar (1625) um processo de batelada para a receita. O totalizador de autobatelada é, então, rearmado (1630). O método (1600) inclui, então, controlar (1635) válvulas de controle de LAS de linhas de LAS selecionadas para serem autoabertas.

[0080] Um ponto de ajuste de volume para a receita de pasta de cimento é testado (1640) para determinar se ele é maior que 2,5 galões, ou algum outro volume predeterminado, tal como possa variar entre cerca de 0,5 galão e cerca de 10 galões. Se o ponto de referência de volume for maior que o volume predeterminado, então, as válvulas de restrição são abertas (1645). Se o ponto de ajuste de volume for menor que o volume predeterminado, então, um valor do totalizador de autobatelada é comparado (1650) com o ponto de ajuste de volume. O valor do totalizador de autobatelada é, então, testado (1655) contra o ponto de ajuste de volume. Se o valor do totalizador de autobatelada for maior que o ponto de ajuste de volume de (por exemplo) 2,5 galões, as válvulas de restrição serão fechadas (1660). Se o valor do totalizador de autobatelada for menor que o ponto de ajuste de volume de (por exemplo) 2,5 galões, o valor do totalizador de autobatelada é retestado (1665) contra um ponto de ajuste de volume mais alto. Se o valor do totalizador de autobatelada for maior que o ponto de ajuste de volume de (por exemplo) 5 galões, as válvulas de controle de LAS são fechadas (1670), caso contrário, o valor do totalizador de autobatelada é novamente comparado (1650) com o ponto de ajuste de volume.

[0081] FIG. 17 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1700) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Na descrição a seguir, exemplos de critérios de aceitação para controle de densidade incluem erro constante de densidade de Δp = 0,2 para 95 por cento de pasta de cimento, sinal máximo de mudança de ponto de ajuste ΔpOS = 0,2 parte por galão (ppg) e sinal máximo de mudança de taxa ΔpRC = 0,2 ppg. No entanto, outras implementações do método (1700) dentro do escopo da presente divulgação podem incluir parâmetros e/ou valores diferentes e/ou adicionais.

[0082] O método (1700) pode incluir selecionar (1710) um ícone de cuba de pasta de uma tela HMI e, então, selecionar (1715) um ícone de controle de densidade automático. Um ponto de ajuste de densidade (por exemplo, 14 ppg) para uma pasta de cimento é, então, selecionado (1720). A densidade da pasta de cimento é, então, testada (1750) contra o ponto de ajuste de densidade. Se a densidade da pasta de cimento for igual ao ponto de ajuste de densidade, o teste de densidade (1750) é repetido.

[0083] Se a densidade da pasta de cimento não for igual ao ponto de ajuste de densidade, o método (1700) inclui testar (1755) para determinar se a densidade da pasta de cimento é menor do que o ponto de ajuste de densidade. Se a densidade da pasta de cimento for inferior ao ponto de ajuste de densidade, o método (1700) inclui determinar (1760) se uma posição de faca porta está em uma abertura máxima. Se a densidade da pasta de cimento não for inferior ao ponto de ajuste de densidade, o método (1700) inclui testar (1735) para confirmar se a densidade da pasta de cimento é maior do que o ponto de ajuste de densidade. Se a densidade da pasta de cimento for maior que o ponto de ajuste de densidade, o método (1700) inclui determinar (1740) se a posição de faca e porta está aberta, caso contrário o teste de densidade (1750) é repetido.

[0084] Se a posição de faca porta não estiver aberta, a posição de faca porta é fechada (1745), tal como por cerca de um por cento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de densidade (1750) é repetido. Se a posição de faca porta estiver aberta, o método (1700) inclui testar (1725) para determinar se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático é igual a um valor máximo. Se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático for igual ao valor máximo, o teste de densidade (1750) é repetido. Se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático não for igual ao valor máximo, o ponto de ajuste de pasta de cimento automático é aumentado (1730), tal como por cerca de 0,1 barril por minuto (bpm) ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,01 bpm e cerca de 5,0 bpm) e, então, o teste de densidade (1750) é repetido.

[0085] Retornando ao teste de posição de faca porta (1760), se a posição de faca porta não estiver na abertura máxima, a posição de faca porta é aberta (1765), tal como em cerca de um por cento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de densidade (1750) é repetido. Se a posição de faca porta estiver na abertura máxima, o método (1700) inclui testar (1770) para determinar se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático é igual a um valor mínimo. Se o ponto de ajuste de pasta automático for igual ao valor mínimo, o teste de densidade (1750) é repetido. Se o ponto de ajuste de pasta automático não for igual ao valor mínimo, o ponto de ajuste de pasta automático é diminuído (1775), tal como em cerca de 0,1 bpm ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,01 bpm e cerca de 5,0 bpm) e, então, o teste de densidade (1750) é repetido.

[0086] FIG. 18 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1800) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O método (1800) pode incluir selecionar (1810) um ícone de cuba de pasta de uma tela HMI e, então, selecionar (1815) um ícone de controle de fração de sólidos (SF). O método (1800) inclui selecionar (1820) um ponto de ajuste SF para uma pasta de cimento. A SF da pasta de cimento é testada (1850) contra o ponto de ajuste de SF. Se a SF da pasta de cimento for igual ao ponto de ajuste de SF, o teste de SF (1850) é repetido.

[0087] Se a SF da pasta de cimento não for igual ao ponto de ajuste de SF, o método (1800) inclui testar (1855) para determinar se a SF da pasta de cimento é menor do que o ponto de ajuste de SF. Se a SF da pasta de cimento for inferior ao ponto de ajuste de SF, o método (1800) inclui determinar (1860) se uma posição de faca porta está em uma abertura máxima. Se a SF da pasta de cimento não for igual ao ponto de ajuste de SF, o método (1800) inclui testar (1835) para determinar se a SF da pasta de cimento é maior do que o ponto de ajuste de SF. Se a SF da pasta de cimento for maior que o ponto de ajuste de SF, o método (1800) inclui determinar (1840) se a posição de faca e porta está aberta, caso contrário o teste de SF (1850) é repetido.

[0088] Se a posição de faca porta não estiver aberta, a posição de faca porta é fechada (1845), tal como por cerca de um por cento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de SF (1850) é repetido. Se a posição de faca porta estiver aberta, o método (1800) inclui testar (1825) para determinar se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático é igual a um valor máximo. Se o ponto de ajuste de pasta automático for igual ao valor máximo, o teste de SF (1850) é repetido. Se o ponto de ajuste de pasta automático não for igual ao valor máximo, o ponto de ajuste de pasta automático é aumentado (1830), tal como em cerca de 0,1 bpm ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,01 bpm e cerca de 5,0 bpm) e, então, o teste de SF (1850) é repetido.

[0089] Se a posição de faca porta for determinada (1860) não estar na abertura máxima, a posição de faca porta é aberta (1865), tal como por cerca de um por cento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de SF (1850) é repetido. Se a posição de faca porta for determinada (1860) estar na abertura máxima, o método (1800) inclui testar (1870) para determinar se o ponto de ajuste de pasta de cimento automático é igual a um valor mínimo. Se o ponto de ajuste de pasta automático for igual ao valor mínimo, o teste de SF (1850) é repetido. Se o ponto de ajuste de pasta automático não for igual ao valor mínimo, o ponto de ajuste de pasta automático é diminuído (1875), tal como em cerca de 0,1 bpm ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,01 bpm e cerca de 5,0 bpm) e, então, o teste de SF (1850) é repetido.

[0090] FIG. 19 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (1900) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O método (1900) pode incluir selecionar (1910) um ícone de cuba de pasta de uma tela HMI e, então, selecionar (1915) um ícone de controle de taxa de fluxo de fluido (FR). O método (1900) inclui selecionar (1920) um ponto de ajuste de FR para uma pasta de cimento. A FR da pasta de cimento é, então, testada (1950) contra o ponto de ajuste de FR. Se a FR da pasta de cimento for igual ao ponto de ajuste de FR, o teste de FR (1950) é repetido.

[0091] Se a FR da pasta de cimento não for igual ao ponto de ajuste de FR, o método (1900) inclui testar (1955) para determinar se a FR da pasta de cimento é menor do que o ponto de ajuste de FR. Se a FR da pasta de cimento for inferior ao ponto de ajuste de FR, o método (1900) inclui determinar (1960) se uma posição de válvula de jato está 100 por cento. Se a FR da pasta de cimento não for inferior ao ponto de ajuste de FR, o método (1900) inclui testar (1935) para determinar se a FR da pasta de cimento é maior do que o ponto de ajuste de FR. Se a FR da pasta de cimento for maior que o ponto de ajuste de FR, o método (1900) inclui determinar (1940) se uma posição de válvula de afinamento está em zero por cento, caso contrário o teste de FR (1950) é repetido.

[0092] Se a posição de válvula de afinamento for determinada (1940) não ser zero por cento, a válvula de afinamento é fechada (1945), tal como em cerca de um por cento ou algum outro valor predeterminado (como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de FR (1950) é repetido. Se a posição da válvula de afinamento for determinada (1940) ser zero por cento, o método (1900) inclui testar (1925) para determinar se a posição da válvula de jato é zero por cento. Se a posição da válvula de jato for zero por cento, o teste de FR (1950) é repetido. Se a posição da válvula de jato não for zero por cento, a válvula de jato é fechada (1930), tal como em cerca de um porcento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de FR (1950) é repetido.

[0093] Se a posição da válvula de jato for determinara (1960) não ser de 100 por cento, a posição da válvula de jato é aberta (1965), tal como em cerca de um porcento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de FR (1950) é repetido. Se a posição da válvula de jato for de 100 por cento, o método (1900) inclui determinar (1970) se a posição da válvula de afinamento é de 100 por cento. Se a posição da válvula de afinamento for de 100 por cento, o teste de FR (1950) é repetido. Se a posição da válvula de afinamento não for de 100 por cento, a posição da válvula de afinamento é aberta (1975), tal como em cerca de um porcento ou algum outro valor predeterminado (tal como possa variar entre cerca de 0,5% e cerca de 10%) e, então, o teste de FR (1950) é repetido.

[0094] FIG. 20 é um diagrama de fluxo de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um método (2000) para operar uma unidade de cimentação de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O método (2000) é operável para controlar uma característica de uma pasta de cimento na unidade de cimentação, por exemplo, em tempo real. O método (2000) inclui regular (2010) uma característica da pasta de cimento empregando um arranjo de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação. O método (2000) também inclui amostrar (2020) um erro da característica. O método (2000) também inclui ajustar (2030) um ganho (por exemplo, um ganho proporcional, um ganho integral e um ganho derivado) da disposição de realimentação de circuito fechado em resposta à amostragem (2020) do erro da característica. O ganho da disposição de realimentação de circuito fechado pode compreender pelo menos um de um ganho de fração de sólidos e um ganho de densidade da pasta de cimento.

[0095] O método (2000) também inclui determinar (2040) se o erro melhorou. Se o erro melhorou, o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado é ainda ajusado (2050) em uma mesma direção que o ajuste anterior (2030). Se o erro não melhorou, o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado é ajustado (2060) em uma direção oposta ao ajuste anterior (2030). O erro na característica é, então, reamostrado (2020).

[0096] O ajuste (2030, 2050 e/ou 2060) no ganho da disposição de realimentação de circuito fechado pode ser proporcional ao erro da característica. O ajuste (2030, 2050 e/ou 2060) no ganho da disposição de realimentação de circuito fechado também pode ou em vez disso empregar um algoritmo estatístico que incorpora dados históricos de uma operação da unidade de cimentação. Os dados históricos podem compreender parâmetros de cimentação que descrevem um estado da unidade de cimentação e/ou características da unidade de cimentação tal como, sem limitação, uma taxa de fluxo de fluido de mistura, um aditivo de mistura, uma idade de mistura e uma temperatura de mistura. Os dados históricos também podem ser empregados para predizer futuros ganhos de realimentação com base em uma tendência nos dados históricos de acordo com o ajuste do ganho da disposição de realimentação de circuito fechado.

[0097] FIG. 21 é uma vista esquemática de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo do aparelho de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. Mais especificamente, a FIG. 21 é uma vista esquemática de pelo menos uma porção de uma implementação de exemplo de um sistema que pode ser formado com ou como o controlador 275 para controlar uma característica de uma pasta de cimento de uma unidade de cimentação 200 da FIG. 2 de acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação. O sistema inclui um sistema de processamento 2100 que pode executar instruções legíveis por máquina de exemplo para implementar pelo menos uma porção de um ou mais dos métodos e/ou processos aqui descritos, incluindo implementar pelo menos uma porção do controlador 275 numa locação de poço. O sistema de processamento 2100 pode ser ou compreender, por exemplo, um ou mais processadores, controladores, dispositivos de computação de finalidade especial, servidores, computadores pessoais, dispositivos de personal digital assistant (PDA), smartphones, óculos inteligentes, tablets, aparelhos de internet e/ou outros tipos de dispositivos de computação. Além disso, embora seja possível que a totalidade do sistema de processamento 2100 mostrado na FIG. 21 seja implementada dentro do controlador 275, é também contemplado que um ou mais componentes ou funções do sistema de processamento 2100 podem ser externos ao controlador 275.

[0098] O sistema de processamento 2100 compreende um processador 2112 tal como, por exemplo, um processador programável de uso geral. O processador 2112 pode compreender uma memória local 2114 e pode executar instruções codificadas 2132 presentes na memória local 2114 e/ou em outro dispositivo de memória. O processador 2112 pode executar, dentre outras coisas, instruções ou programas legíveis por máquina para implementar os métodos e/ou processos descritos neste documento. Os programas armazenados na memória local 2114 podem incluir instruções de programa ou código de programa de computador que, quando executados por um processador associado, permitem que o equipamento de superfície em uma locação de poço ou fora do campo realize tarefas conforme descrito aqui. O processador 2112 pode ser, compreender, ou ser implementado por um ou uma pluralidade de processadores de vários tipos adequados ao ambiente de aplicação local e pode incluir um ou mais computadores de propósito geral ou especial, microprocessadores, processadores de sinal digital (DSPs), field-programmable gate arrays (FPGAs), application-specific integrated circuits (ASICs) e processadores baseados em uma arquitetura de processador de múltiplos núcleos, como exemplos não limitativos. Outros processadores de outras famílias também são apropriados.

[0099] O processador 2112 pode estar em comunicação com uma memória principal 2117, tal como possa incluir uma memória volátil 2118 e uma memória não volátil 2120, talvez através de um barramento 2122 e/ou outros meios de comunicação. A memória volátil 2118 pode ser, compreender ou ser implementada por memória de acesso aleatório (RAM), memória de acesso aleatório estática (SRAM), memória de acesso aleatório dinâmica síncrona (SDRAM), memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM), memória de acesso aleatório dinâmica RAMBUS (RDRAM) e/ou quaisquer outros tipos de dispositivos de memória de acesso aleatório. A memória não volátil 2120 pode ser, compreender ou ser implementada por memória apenas de leitura, memória flash e/ou outros tipos de dispositivos de memória. Um ou mais controladores de memória (não mostrados) podem controlar o acesso à memória volátil 2118 e/ou à memória não volátil 2120.

[00100] O sistema de processamento 2100 pode também compreender um circuito de interface 2124. O circuito de interface 2124 pode ser, compreender ou ser implementado por vários tipos de interfaces padrão, tal como uma interface Ethernet, um barramento serial universal (USB), uma interface de entrada/saída de terceira geração (3GIO), uma interface sem fio e/ou uma interface celular, dentre outros. O circuito de interface 2124 também pode compreender um cartão de driver gráfico. O circuito de interface 2124 pode também compreender um dispositivo, tal como um modem ou um cartão de interface de rede, para facilitar a troca de dados com dispositivos de computação externos através de uma rede (por exemplo, conexão Ethernet, linha de assinante digital (DSL), linha telefônica, cabo coaxial, sistema de telefonia celular, satélite, etc. ). O circuito de interface 2124 pode também implementar, ser implementado por, ou de outro modo permitir o controle de uma característica da unidade de cimentação 200 representada na FIG. 2.

[00101] Um ou mais dispositivos de entrada 2126 podem ser conectados ao circuito de interface 2124. O(s) dispositivo(s) de entrada 2126 pode(m) permitir a um usuário introduzir dados e comandos no processador 2112, tal como a HMI 420 mostrada na FIG. 4. O(s) dispositivo(s) de entrada 2126 pode(m) ser, compreender ou ser implementado(s), por exemplo, por um teclado, um mouse, uma tela de toque, um track-pad, um trackball, um isoponto e/ou um sistema de reconhecimento de voz, dentre outros. O(s) dispositivo(s) de entrada 2126 pode(m) compreender um dispositivo de captura de imagem configurado para capturar uma imagem ou vídeo e fornecer conteúdo visual de equipamento de campo em uma locação de poço.

[00102] Um ou mais dispositivos de saída 2128 também podem ser conectados ao circuito de interface 2124. Os dispositivos de saída 2128 podem ser, compreender ou ser implementados, por exemplo, por dispositivos de exibição (por exemplo, um mostrador de cristal líquido ou mostrador de tubo de raios catódicos (CRT), dentre outros), impressoras e/ou alto-falantes, dentre outros.

[00103] O sistema de processamento 2100 pode também compreender um ou mais dispositivos de armazenamento em massa 2130 para armazenar instruções e dados legíveis por máquina. Exemplos de tais dispositivos de armazenamento em massa 2130 incluem drives de disquete, discos rígidos, drives de disco compacto (CD) e drives de digital versatile disk (DVD), dentre outros. As instruções codificadas 2132 podem ser armazenadas no dispositivo de armazenamento em massa 2130, na memória volátil 2118, na memória não volátil 2120, na memória local 2114 e/ou num meio de armazenamento removível e/ou externo 2134, tal como um CD ou DVD. Assim, os módulos e/ou outros componentes do sistema de processamento 2100 podem ser implementados de acordo com hardware (incorporado em um ou mais chips incluindo um circuito integrado tal como um ASIC), ou podem ser implementados como software ou firmware para execução por um processador. Em particular, no caso de firmware ou software, a modalidade pode ser fornecida como um produto de programa de computador incluindo um meio legível por computador ou uma estrutura de armazenamento incorporando código de programa de computador (isto é, software ou firmware) no mesmo para execução pelo processador.

[00104] Os métodos e processos aqui descritos podem ser realizados com um controlador para uma unidade de cimentação numa locação de poço e são escalonáveis para uma pluralidade de unidades de cimentação numa pluralidade de locações de poço. Além disso, o controlador pode fornecer informações visuais para um operador que representa um estado operacional do equipamento da locação de poço. Os métodos podem ser implementados com algoritmos executados através de uma estrutura de firmware executada no controlador. A arquitetura de estrutura de firmware fornece serviços primários e classes abstratas. O código do firmware pode construir instâncias específicas de projeto nos serviços principais de estrutura, filhos de classes parentais genéricas. O aplicativo de firmware pode ser composto dinamicamente para suportar uma ampla variedade de implementações de hardware.

[00105] Em vista a totalidade da presente divulgação, incluindo as reivindicações e figuras, um versado na técnica reconhecerá prontamente que a presente divulgação apresenta um aparelho operável para controlar uma característica de uma pasta de cimento numa unidade de cimentação compreendendo: um processador; e uma memória incluindo código de programa de computador, em que o processador, a memória e o código de programa de computador são coletivamente operáveis para: regular uma característica da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação; e ajustar um ganho da disposição de realimentação em resposta a amostragem de um erro da característica.

[00106] O ganho pode ser selecionado do grupo que consiste em: um ganho proporcional; um ganho integral; e um ganho derivado.

[00107] O processador, a memória e o código de programa de computador podem ser coletivamente operáveis para ajustar adicionalmente o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado numa mesma direção se o erro da característica melhorar.

[00108] O processador, a memória e o código de programa de computador podem ser coletivamente operáveis para ajustar adicionalmente o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado numa direção oposta se o erro da característica degradar.

[00109] O processador, a memória e o código de programa de computador podem ser coletivamente operáveis para ajustar o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado proporcionalmente ao erro da característica.

[00110] O ganho da disposição de realimentação de circuito fechado pode compreender pelo menos um de um ganho de fração de sólidos e um ganho de densidade da pasta de cimento.

[00111] O processador, a memória e o código de programa de computador podem ser operáveis coletivamente para ajustar o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado empregando um algoritmo estatístico que incorpora dados históricos de uma operação da unidade de cimentação. Os dados históricos podem compreender parâmetros de cimentação que descrevem um estado da unidade de cimentação. Os dados históricos podem incluir características da unidade de cimentação. As características podem compreender pelo menos uma de uma taxa de fluxo de fluido de mistura, um aditivo de mistura, uma idade de mistura e uma temperatura de mistura. Os dados históricos podem ser empregados para predizer ganhos de realimentação futuros com base numa tendência nos dados históricos.

[00112] A presente divulgação também apresenta um método para controlar uma característica de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação compreendendo: regular uma característica da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito fechado na unidade de cimentação; e ajustar um ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em resposta a amostrar um erro da característica.

[00113] O ganho pode ser selecionado do grupo que consiste em: um ganho proporcional; um ganho integral; e um ganho derivado.

[00114] O ajuste pode ainda compreender o ajuste do ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em uma mesma direção se o erro da característica melhorar.

[00115] O ajuste pode ainda compreender o ajuste do ganho da disposição de realimentação de circuito fechado em uma direção oposta se o erro da característica degradar.

[00116] O ajuste pode compreender ainda ajustar o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado proporcionalmente ao erro da característica.

[00117] O ganho da disposição de realimentação de circuito fechado pode compreender pelo menos um de um ganho de fração de sólidos e um ganho de densidade da pasta de cimento.

[00118] O ajuste pode compreender ainda ajustar o ganho da disposição de realimentação de circuito fechado empregando um algoritmo estatístico que incorpora dados históricos de uma operação da unidade de cimentação. Os dados históricos podem compreender parâmetros de cimentação que descrevem um estado da unidade de cimentação. Os dados históricos podem incluir características da unidade de cimentação. As características podem compreender pelo menos uma de uma taxa de fluxo de fluido de mistura, um aditivo de mistura, uma idade de mistura e uma temperatura de mistura. Os dados históricos podem ser empregados para predizer ganhos de realimentação futuros com base numa tendência nos dados históricos.

[00119] O precedente delineia as características de várias modalidades, de modo que um versado na técnica possa compreender melhor os aspectos da presente divulgação. Uma pessoa versada na técnica deve perceber que eles podem facilmente utilizar a presente divulgação como uma base para projetar ou modificar outros processos e estruturas para realizar as mesmas funções e/ou alcançar os mesmos benefícios das modalidades apresentadas aqui. Uma pessoa versada na técnica também deve perceber que tais construções equivalentes não se distanciam do espírito e escopo da presente divulgação, e que ela pode fazer várias mudanças, substituições e alterações neste documento sem se distanciar do espírito e escopo da presente divulgação.

[00120] O Resumo ao final desta divulgação é fornecido para cumprir com 37 C.F.R. §1.72(b) para permitir ao leitor confirmar rapidamente a natureza da divulgação técnica. Ele é apresentado com o entendimento de que ele não será usado para interpretar ou limitar o escopo ou o significado das reivindicações.

Claims (16)

1. Aparelho operável para controlar uma densidade ou fração de sólidos de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação (110, 200), caracterizado pelo fato de que compreende: um processador (2112); e uma memória (2114) legível por computador não transitória incluindo instruções (2132), em que o processador (2112), a memória (2114) e as instruções (2132) são coletivamente operáveis para: regular uma densidade ou uma fração de sólidos da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito de controle proporcional-integral-derivado (PID) na unidade de cimentação (110, 200); e identificar ganhos proporcionais (P), integrais (I) e derivados (D) do circuito de controle PID a serem usados para reduzir um erro de densidade ou um erro de fração de sólidos com base nas informações em um banco de dados, em que as informações incluem valores de ganho históricos com erros de cimentação resultantes associados aos valores de ganho históricos; e ajustar o ganho proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação de circuito de controle do PID em resposta um erro de densidade ou um erro de fração de sólidos com base na identificação, em que o ajuste dos ganhos proporcionais, integrais e derivados altera uma taxa de fluxo volumétrico de pelo menos um de uma mistura de cimento ou um fluido de mistura para ajustar a densidade ou a fração de sólidos da pasta de cimento.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador (2112), a memória (2114) e as instruções (2132) são coletivamente operáveis para ajustar adicionalmente um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID numa mesma direção se o erro de densidade ou erro de fração de sólidos melhorar.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador (2112), a memória (2114) e as instruções (2132) são operáveis coletivamente para ajustar adicionalmente um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID em uma direção oposta se o erro de densidade ou erro de fração de sólidos degradar.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador (2112), a memória (2114) e as instruções (2132) são coletivamente operáveis para ajustar adicionalmente um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID proporcionalmente ao erro de densidade ou erro de fração de sólidos.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador (2112), a memória (2114) e as instruções (2132) são operáveis coletivamente para ajustar adicionalmente um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID empregando um algoritmo estatístico que incorpora dados históricos de uma operação da unidade de cimentação.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os dados históricos compreendem parâmetros de cimentação que descrevem um estado da unidade de cimentação (110, 200).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os dados históricos compreendem características da unidade de cimentação (110, 200) e em que as características compreendem pelo menos uma taxa de fluxo de fluido de mistura, um aditivo de mistura, uma idade de mistura e uma temperatura de mistura.

8. Método para controlar uma densidade ou fração de sólidos de uma pasta de cimento em uma unidade de cimentação (110, 200), caracterizado pelo fato de que compreende: regular (2010) uma densidade ou fração de sólidos da pasta de cimento empregando uma disposição de realimentação de circuito de controle proporcional-integral-derivado (PID) na unidade de cimentação (110, 200); identificar os ganhos proporcionais (P), integrais (I) e derivados (D) do circuito de controle PID a serem usados para reduzir um erro de densidade ou um erro de fração de sólidos com base nas informações em um banco de dados, em que as informações incluem valores de ganho históricos com erros de cimentação resultantes associados aos valores de ganho históricos; e Ajustar (2030) os ganhos proporcionais (P), integrais (I) e derivados (D) da disposição de realimentação de circuito de controle PID em resposta a um erro de densidade ou um erro de fração de sólidos com base na identificação, em que o ajuste dos ganhos proporcionais, integrais e derivados altera uma taxa de fluxo volumétrico de pelo menos um de uma mistura de cimento ou um fluido de mistura para ajustar a densidade ou a fração de sólidos da pasta de cimento.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ajuste (2050) compreende ainda ajustar um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID em uma mesma direção se o erro de densidade ou erro de fração de sólidos melhorar.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ajuste (2060) compreende ainda ajustar um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação do circuito de controle PID numa direção oposta se o erro de densidade ou erro de fração de sólidos degradar.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ajuste (2030) compreende ainda ajustar um ou mais dos ganhos proporcional (P), integral (I) e derivado (D) da disposição de realimentação de circuito de controle PID proporcionalmente ao erro de densidade ou erro de fração de sólidos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ajuste (2030) compreende ainda ajustar o ganho da disposição de realimentação do circuito de controle PID empregando um algoritmo estatístico que incorpora dados históricos de uma operação da unidade de cimentação (110, 200).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dados históricos compreendem parâmetros de cimentação que descrevem um estado da unidade de cimentação (110, 200).

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dados históricos compreendem características da unidade de cimentação (110, 200).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as características compreendem pelo menos uma de uma taxa de fluxo de fluido de mistura, um aditivo de mistura, uma idade de mistura e uma temperatura de mistura.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dados históricos são empregados para predizer ganhos de realimentação futuros com base numa tendência nos dados históricos.