BRPI0809907B1

BRPI0809907B1 - método, dispositivo e sistema para se dar nova partida em uma bomba de fundo do poço

Info

Publication number: BRPI0809907B1
Application number: BRPI0809907-3A
Authority: BR
Inventors: Rider Jerald; Leuthen Mickey; Plitt Sheldon; G Yohanan Tom
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2019-11-05
Also published as: US20080247880A1; BRPI0809907A2; AU2008237294A1; CA2681818C; CN101680291A; EP2132408A1; EP2132408B1; AU2008237294B2; CA2681818A1; WO2008124568A1; US8092190B2

Abstract

método, dispositivo e sistema para se dar nova partida em uma bomba de fundo do poço sistemas e métodos para uso de acionamentos de velocidade variável para se dar nova partida em motores de bomba submersível de fundo do poço. em uma modalidade, uma bomba de fundo do poço é controlada usando-se um acionamento de velocidade variável que inclui um sistema de controle configurado para a detecção de interrupções na operação do sistema de bomba. após uma interrupção que requeira a nova partida do motor de bomba, o sistema de controle determina a velocidade de rotação reversa do motor de bomba e dá a nova partida no motor, quando esta velocidade for suficientemente baixa. o sistema de controle pode ser configurado para a redução da voltagem de saída do acionamento de velocidade variável e para uma varredura através de uma faixa de freqüências de saída, para a determinação da freqüência na qual a corrente aspirada pelo motor é a mais baixa. esta é a freqüência na qual a saída de acionamento combina com a velocidade do motor e a impedância aparente do motor é a mais alta. quando a velocidade é baixa o bastante, o motor tem a partida dada de novo.

Description

MÉTODO, DISPOSITIVO E SISTEMA PARA SE DAR NOVA PARTIDA EM UMA BOMBA DE FUNDO DO POÇO

REIVINDICAÇÕES DE PRIORIDADE

Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisória U.S. 60/910.470, depositado em 6 de abril de 2007 e do Pedido de Patente de Utilidade U.S. 12/061.241, depositado em 2 de abril de 2008, os quais são desse modo incorporados como referência, como se plenamente estabelecidos aqui em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

A invenção se refere geralmente a sistemas de controle elétricos e, mais particularmente, a sistemas e métodos implementados em acionamentos de velocidade variável para bombas submersíveis elétricas para se determinar quando uma bomba pode ter a partida dada de novo.

Técnica Relacionada

O óleo bruto tipicamente é produzido pela perfuração de poços em reservatórios de óleo e, então, bombeando-se o óleo para fora dos reservatórios através dos poços. Freqüentemente, o óleo é bombeado para fora dos poços usando-se bombas submersíveis elétricas. A potência elétrica é provida para sistemas de acionamento elétrico na superfície dos poços, e estes sistemas de acionamento provêem a potência elétrica requerida para as bombas de fundo do poço.

Embora as bombas de fundo do poço sejam projetadas para operarem continuamente, elas estão sujeitas a interrupções que podem resultar de várias causas diferentes. Por exemplo, mudanças nas condições de poço (por exemplo, o surgimento de gás em um poço de óleo) podem

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fazer com	que	a bomba pare de	operar.	Interrupções	ou
variações	na	potência suprida	para	um sistema	de
acionamento	de	bomba também podem	fazer com que a operação
da bomba seja	interrompida. Mesmo	se estas	interrupções	na

operação da bomba forem relativamente curtas, não obstante elas podem ser perturbadoras, particularmente quando as bombas forem bombas submersíveis operadas em poços profundos.

Estas interrupções podem ser muito perturbadoras porque as bombas submersíveis, as quais devem se adaptar em um poço e, portanto, devem ser longas e estreitas, têm muito pouca inércia. Conseqüentemente, quando há uma mudança nas condições a qual causa uma interrupção, estas bombas desaceleram ou param muito rapidamente, em comparação com bombas as quais têm mais inércia, tais como bombas de superfície. A desaceleração da bomba é ainda mais pronunciada em poços profundos, devido à grande coluna de água acima da bomba. Normalmente, quando a operação da bomba é interrompida por mais do que em torno de meio segundo, a bomba terá começado a rodar ao inverso.

Tipicamente, há alguma velocidade abaixo da qual a pressão produzida pela bomba é insuficiente para suportar a coluna de fluido. Quando a rotação da bomba cai abaixo desta velocidade, o fluido começa a cair de volta através do poço e através da bomba, aumentando dramaticamente o torque requerido para se retomar uma rotação para frente da bomba. Embora seja possível combinar a velocidade do motor de bomba, desacelerar seu giro reverso e começar a girá-lo para frente de novo, isto freqüentemente requer uma grande quantidade de torque. O torque que pode ser gerado pelo

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3/23 sistema de bomba pode ser limitado por fatores tais como a saída do acionamento para o motor de bomba, a impedância do cabo portando a potência fundo do poço, etc., de modo que dar nova partida no motor de bomba pode requerer mais torque do que o sistema pode gerar. Portanto, tipicamente é necessário parar a bomba e esperar que a coluna de fluido drene a partir do poço, antes de a bomba poder ter a partida dada de novo. O tempo requerido para que a coluna de fluido drene de volta para a formação pode levar uns poucos minutos, em alguns casos, enquanto em outros casos pode levar mais de uma hora.

Normalmente, quando é necessário dar nova partida na bomba, um operador espera por um período predeterminado e, então, dá nova partida na bomba. O período de espera tipicamente é determinado pela adição da quantidade de tempo necessária para que o fluido drene completamente do poço e uma margem de segurança (por exemplo, 25% adicionais). Devido ao fato de cada poço normalmente poder produzir centenas ou mesmo milhares de barris de óleo em um dia, o custo associado ao atraso entre a parada da bomba e ela ter a partida dada de novo pode ser muito alto. Portanto, é necessário minimizar o atraso entre o tempo em que a bomba pára e o tempo em que a bomba tem a partida dada de novo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta exposição é dirigida a sistemas e métodos para uso de acionamentos de velocidade variável para se dar nova partida em motores de bomba submersível de fundo do poço que resolvem um ou mais dos problemas discutidos acima. Em uma modalidade em particular, uma bomba submersível

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4/23 elétrica de fundo do poço empregada em um poço é controlada usando-se um acionamento de velocidade variável. O acionamento de velocidade variável inclui um sistema de controle o qual é configurado para a detecção de interrupções na operação do sistema de bomba. Se o sistema de controle detectar uma interrupção de potência ou alguma outra interrupção que requer a nova partida do motor de bomba, o sistema de controle determinará a velocidade de rotação reversa do motor de bomba e dará nova partida no motor, quando esta velocidade for suficientemente baixa. Nesta modalidade, o sistema de controle é configurado para redução da voltagem de saída do acionamento de velocidade variável e para uma varredura através de uma faixa de freqüências de saída para a determinação da freqüência na qual a corrente retirada pelo motor é a mais baixa. Esta é a freqüência na qual a impedância aparente do motor é mais alta, indicando que a freqüência da saída de acionamento de velocidade variável combina com a velocidade do motor. A velocidade de rotação reversa do motor é conhecida a partir desta freqüência, de modo que o sistema de controle determine se a velocidade é baixa o bastante para que o sistema de bomba tenha torque suficiente para a nova partida. Se a velocidade for baixa o bastante, o motor terá a partida dada de novo. Caso contrário, o sistema de controle continuará a monitorar a velocidade do motor e dará nova partida no motor após sua velocidade ser determinada como sendo suficientemente baixa.

Uma modalidade compreende um método para se dar nova partida em uma bomba de fundo do poço. O método inclui a determinação de uma velocidade de rotação reversa do motor

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5/23 de bomba, determinar se a velocidade é suficientemente baixa para se dar nova partida no motor, e dar nova partida no motor, se a velocidade for baixa o bastante. Uma velocidade de limite pode ser usada para se medir se a velocidade de rotação reversa do motor é baixa o bastante para se dar nova partida no motor. O método pode ser implementado em resposta à detecção de uma interrupção na operação da bomba de fundo do poço, o que requer que o motor de bomba de fundo do poço tenha a partida dada de novo. Por exemplo, uma mudança nas condições de poço ou uma interrupção de potência para um acionamento de velocidade variável que aciona o motor pode fazer com que uma rotação para frente do motor desacelere e mesmo rode em reverso. Procedimentos de sobrevivência à falta (ride-through) podem ser implementados para se tentar manter a operação da bomba, apesar da interrupção de potência, mas se estes procedimentos não forem bem sucedidos, uma detecção da velocidade do motor e uma nova partida do motor de acordo com o método acima prosseguirão.

Em uma modalidade, a velocidade de rotação reversa do motor de bomba é determinada pela redução da voltagem de saída no acionamento de velocidade variável, pela operação do acionamento em uma faixa de freqüências de saída e pela determinação de em qual das freqüências a corrente mais baixa é retirada pelo motor. Nesta freqüência, a impedância aparente do motor é mais alta, indicando que a freqüência do acionamento de velocidade variável combina com a velocidade do motor. Quando a freqüência é conhecida, pode ser determinado se o motor pode ter a partida dada de novo. Em uma modalidade, o motor tem a partida dada de novo

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6/23 quando a velocidade cai abaixo de um limite abaixo do qual o sistema de bomba tem torque suficiente para a nova partida. Em uma outra modalidade, o motor tem a partida dada de novo quando a velocidade se aproxima de 0.

Uma outra modalidade compreende um acionamento de velocidade variável o qual é configurado para acionamento de um motor de bomba de fundo do poço. O acionamento de velocidade variável inclui um sistema de controle, o qual é configurado para determinar a velocidade de rotação reversa do motor da bomba, determinar se esta velocidade é suficientemente baixa para se dar nova partida no motor, e dar a nova partida no motor, se possível. O acionamento de velocidade variável pode dar a nova partida no motor de bomba, por exemplo, quando a velocidade de rotação reversa do motor cair abaixo de um limite abaixo do qual o sistema de bomba tem torque suficiente para uma nova partida. Este procedimento pode ser iniciado em resposta a uma interrupção da operação da bomba (por exemplo, uma interrupção da potência para o acionamento de velocidade variável), e pode seguir a implementação de procedimentos de sobrevivência à falta que são projetados para manterem a operação da bomba através de uma interrupção de potência.

Numerosas outras modalidades também são possíveis.

As várias modalidades da invenção podem prover várias vantagens em relação à técnica anterior. Por exemplo, os presentes sistemas e métodos podem reduzir a quantidade de tempo de espera que é necessária antes de se tentar dar nova partida no motor de bomba. Esta redução no tempo de espera reduz a quantidade de produção perdida resultante de interrupções na operação da bomba. Ainda outras vantagens

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7/23 também podem ser providas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outros objetivos e vantagens da invenção podem se tornar evidentes mediante uma leitura da descrição detalhada a seguir e mediante uma referência aos desenhos associados.

A FIGURA 1 é um diagrama que ilustra uma bomba submersível elétrica e um sistema de controle de acordo com uma modalidade.

A FIGURA 2 é um diagrama de blocos funcional que ilustra a estrutura geral de um sistema que inclui um acionamento de velocidade variável e uma bomba de acordo com uma modalidade.

A FIGURA 3 é um fluxograma que ilustra a determinação da velocidade da bomba e a subseqüente nova partida da bomba de acordo com uma modalidade.

A FIGURA 4 é um fluxograma que ilustra um algoritmo pelo qual o acionamento de velocidade variável pode determinar a velocidade de bomba de acordo com uma modalidade.

Embora a invenção esteja sujeita a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas das mesmas são mostradas a título de exemplo nos desenhos e na descrição detalhada associada. Deve ser entendido, contudo, que os desenhos e a descrição detalhada não são pretendidos para limitação da invenção à modalidade em particular a qual é descrita. Esta exposição ao invés disso é pretendida para cobertura de todas as modificações, equivalentes e alternativas caindo no escopo da presente invenção, conforme definido pelas reivindicações em apenso.

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DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Uma ou mais modalidades da invenção são descritas abaixo. Deve ser notado que estas e quaisquer outras modalidades descritas abaixo são de exemplo e são pretendidas para serem ilustrativas da invenção, ao invés de limitantes.

Conforme descrito aqui, várias modalidades da invenção compreendem sistemas e métodos para uso de um acionamento de velocidade variável para a determinação da velocidade de rotação de uma bomba submersível elétrica seguindo-se a uma interrupção da operação normal da bomba e, desse modo, para se determinar quando a bomba pode ter a partida dada de novo com um atraso mínimo, ao invés de ter que esperar por um período de tempo que pode ser mais longo do que o necessário.

Em uma modalidade, uma bomba submersível elétrica de fundo do poço empregada em um poço é controlada usando-se um acionamento de velocidade variável. O acionamento de velocidade variável inclui seções de conversor e de inversor, bem como um banco de capacitores e sistemas de controle. O acionamento recebe a potência de entrada AC (sujeita a interrupções e/ou variações) e gera uma potência de saída a qual é adequada para acionamento da bomba. O acionamento é configurado para a detecção de perturbações na potência de AC suprida, sobreviver a estas perturbações, se possível, e, desse modo, impedir pelo menos parte das interrupções que de outra forma seriam experimentadas na operação normal da bomba.

Nesta modalidade, se o acionamento de velocidade variável detectar uma interrupção da potência de entrada,

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9/23 ou se houver uma queda de voltagem na linha de potência de entrada que excede a um nível de limite, isto significa o começo de um evento de sobrevivência à falta. Mediante a detecção do começo de um evento de sobrevivência à falta, o sistema de controle do acionamento pára a seção de conversor de acionamento e retira energia do banco de capacitores para continuar a operação da seção de inversor e, desse modo, continuar a prover potência para a bomba. Se a perturbação na linha de entrada terminar (ou se a linha começar a retornar para sua voltagem normal), isto significa o fim do evento de sobrevivência à falta. Se o evento de sobrevivência à falta for curto o bastante para ter mantido a operação da bomba, o sistema de controle retomará a operação do conversor de uma maneira controlada, de modo a se evitar um pico súbito de corrente que de outra forma danificaria o acionamento. O sistema de controle faz com que o acionamento lentamente recarregue o banco de capacitores e retorne para as condições de operação normais.

Após a operação do acionamento parar (devido às condições de poço mudarem ou a interrupções de potência, por exemplo), a rotação para frente da bomba desacelera e, então, reverte, conforme a coluna de fluido no poço drena de volta para baixo através da bomba e para a formação. De modo a se determinar a velocidade de rotação reversa da bomba, o acionamento é controlado para a produção de um sinal de acionamento de saída para o motor de bomba, o que tem uma voltagem relativamente baixa e uma freqüência variável. A freqüência do sinal é varrida através de uma faixa a qual corresponde a uma faixa de velocidades de

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10/23 motor de bomba reversas. Quando a freqüência do sinal de acionamento combina com a freqüência do motor de bomba, a impedância aparente do motor aumentará até um valor máximo, fazendo com que a corrente de saída do acionamento diminua para um mínimo. Quando o acionamento identifica uma queda na corrente de saída até substancialmente seu valor mínimo, a velocidade do acionamento é conhecida por combinar com a velocidade do motor.

Deve ser notado que substancialmente é usado aqui para indicar que não é necessário determinar o valor exato da propriedade descrita. Por exemplo, não é necessário determinar a freqüência exata correspondente à corrente de motor mínima - é suficiente determinar uma freqüência que seja próxima da corrente mínima (isto é, a freqüência que substancialmente minimiza a corrente ou substancialmente maximiza a impedância).

Se o sistema de bomba tiver torque suficiente para dar nova partida na velocidade identificada, ele poderá ter a partida dada imediatamente. Se o número não tiver torque suficiente para dar nova partida imediatamente, o acionamento continuará a combinar a velocidade de motor até a velocidade de motor cair abaixo de um valor de limite no qual o sistema de bomba tem torque suficiente para restaurar a rotação para frente da bomba e suportar a coluna de fluido no poço. A bomba então pode ter a partida dada de novo. Alternativamente, o acionamento pode continuar a combinar a velocidade do motor até ser determinado que o motor parou, em cujo ponto a bomba pode ter a partida dada de novo. Deve ser notado que, se o acionamento passar através da faixa de freqüências em que o

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11/23 motor de bomba pode estar girando e não detectar quaisquer quedas na corrente de saída, poderá ser assumido que a bomba parou de girar e pode ter a partida dada de novo normalmente.

Com referência à FIGURA 1, um diagrama ilustrando uma bomba submersível elétrica e um sistema de controle de acordo com uma modalidade é mostrado. Nesta modalidade, um acionamento de velocidade variável 110 é acoplado a uma bomba submersível elétrica 120. A bomba 120 é posicionada em um furo de poço 130 o qual foi perfurado em uma estrutura geológica portando óleo 140. O furo de poço 130 é revestido e é perfurado na extremidade inferior do poço para se permitir que o óleo flua a partir da formação para o poço.

A bomba 120 é acoplada à extremidade de coluna de tubulação 150. A bomba 120 e a coluna de tubulação 150 são abaixadas para o furo de poço para posicionamento da bomba na porção de produção do poço (isto é, a porção perfurada). A bomba 120 então é operada de modo a se bombear o óleo a partir da porção de produção do poço, através da coluna de tubulação 150 até a cabeça de poço 151. O óleo então flui para fora através da linha de fluxo de produção 152 e para os tanques de armazenamento (não mostrados na figura).

A bomba 120 inclui uma seção de motor elétrico 121 e uma seção de bomba 122. (Deve ser notado que a bomba 120 pode incluir vários outros componentes, os quais não serão descritos em detalhes aqui, porque eles são bem conhecidos na técnica e não são importantes para uma discussão da invenção.) A seção de motor 121 é operada para acionamento da sessão de bomba 122, a qual realmente bombeia o óleo

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12/23 através da coluna de tubulação e para fora do poço. Nesta modalidade, a seção de motor 121 usa um motor de indução o qual é acionado por um acionamento de velocidade variável 110. O acionamento de velocidade variável 110 recebe uma potência de entrada AC (corrente alternada) a partir de uma fonte externa, tal como um gerador (não mostrado na figura) através da linha de entrada 111. O acionamento 110 retifica a potência de entrada AC e, então, produz a potência de saída que é adequada para acionamento da seção de motor 121 da bomba 120. Esta potência de saída é provida para a seção de motor 121 através da linha de saída de acionamento 112, a qual corre para baixo pelo poço ao longo da coluna de tubulação 150.

Com referência à FIGURA 2, um diagrama de blocos funcional que ilustra a estrutura geral de um sistema que inclui um acionamento de velocidade variável e uma bomba de acordo com uma modalidade é mostrado. O acionamento de velocidade variável 110 inclui uma seção de conversor 210 e uma seção de inversor 220. A finalidade da seção de conversor 210 é retificar a voltagem AC recebida a partir da fonte de potência externa. A seção de conversor 210 gera potência DC, a qual é passada através de um filtro LC. A voltagem DC gerada pela seção de conversor 210 carrega um banco de capacitores acoplado ao barramento 240 para uma voltagem desejada. A voltagem desejada é obtida pelo controle da operação da seção de conversor 210. A voltagem no barramento 240 então é usada para acionamento da seção de inversor 220. A finalidade da seção de inversor 220 é conectar a voltagem do barramento aos terminais de saída de maneiras prescritas para a geração de várias formas de onda

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13/23 de saída. Os exemplos dos tipos de formas de onda de saída que podem ser gerados pela seção de inversor 220 são descritos em maiores detalhes na Patente U.S. N° 6.043.995. A potência de saída produzida pela seção de inversor 220 pode ser filtrada e, então, provida através de uma linha de saída para o motor de bomba 122, o qual então aciona a bomba 121.

A seção de conversor 210 e a seção de inversor 220 operam de acordo com sinais de controle recebidos a partir de um sistema de controle 230 do acionamento de velocidade variável. Por exemplo, o sistema de controle determina o sincronismo com o qual os SCRs (retificadores controlados por silício) da seção de conversor são ligados ou disparados. Este sincronismo determina quando e por quanto tempo a voltagem externa na linha de entrada é aplicada ao barramento e, desse modo, controla a voltagem de barramento. Se os SCRs forem ligados assim que a voltagem de linha de entrada ficar positiva, os SCRs serão comutados para ligados pela quantidade de tempo máxima, fazendo com que a voltagem de barramento se mova em direção a seu máximo. Se a comutação para ligado dos SCRs for atrasada, eles serão comutados para ligados menos do que a quantidade de tempo máxima, e uma voltagem de barramento mais baixa será obtida. A seção de controle do acionamento de velocidade variável de modo similar controla a operação da seção de inversor 220. A seção de controle seleciona o modo de saída desejado (por exemplo, modo de PWM padrão, modo de seis incrementos ou modo híbrido) e ajusta a voltagem de saída pela variação de fatores apropriados. Por exemplo, no modo de PWM, a voltagem de barramento é

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14/23 regulada para um máximo pelo disparo do SCR no tempo mais cedo, e a voltagem de saída é controlada pelo ajuste de um fator de escala da forma de onda de saída denominado o índice de modulação. No modo híbrido ou de seis incrementos, o fator de escala é regulado para 100 por cento, e a voltagem de saída é determinada pela voltagem de barramento, a qual é controlada pelo disparo dos SCRs. Em todos os três modos, a freqüência de saída (e, portanto, a velocidade da bomba) é uma função da voltagem de saída.

Uma outra função do sistema de controle é implementar algoritmos relativos a uma interrupção da operação da bomba. Estes algoritmos podem implementar procedimentos para sobrevivência a perturbações de potência e/ou para se dar nova partida na bomba com um atraso mínimo após uma operação da bomba ser interrompida. Deve ser notado que os algoritmos de sobrevivência à falta não precisam ser implementados em todas as modalidades. Também deve ser notado que as interrupções na operação da bomba podem resultar de várias outras causas além de simplesmente interrupções de potência.

Nesta modalidade, um acionamento de velocidade variável detecta uma interrupção da potência de entrada, ou se houver uma queda de voltagem na linha de potência de entrada que exceda a um nível de limite, isto significará o começo de um evento de sobrevivência à falta. Mediante a detecção do começo de um evento de sobrevivência à falta, o sistema de controle do acionamento parará a seção de conversor de acionamento e retirará energia do banco de capacitores para continuar a operação da seção de inversor e, desse modo, continuar a prover potência para a bomba. Se

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15/23 a perturbação na linha de entrada terminar (ou se a linha começar a retornar para sua voltagem normal), isto significará o fim do evento de sobrevivência à falta. Se o evento de sobrevivência à falta for curto o bastante para ter mantido a operação da bomba, o sistema de controle retomará a operação do conversor de uma maneira controlada, de modo a se evitar um pico súbito de corrente que de outra forma danificaria o acionamento. O sistema de controle faz com que o acionamento lentamente recarregue o banco de capacitores e retorne para as condições de operação normais.

Se a perturbação na linha de entrada for longa demais, o acionamento de velocidade variável não será capaz de sobreviver ao evento e será necessário dar nova partida na bomba. Portanto, o acionamento implementa algoritmos para se determinar a velocidade da bomba e para se dar nova partida na bomba com um atraso mínimo após uma interrupção. Com referência à FIGURA 3, um fluxograma que ilustra a determinação da velocidade da bomba e a nova partida subseqüente da bomba é mostrado. Inicialmente, o acionamento de velocidade variável está operando normalmente, recebendo uma potência AC externa, convertendo esta em potência DC, e, então, gerando uma potência AC em uma voltagem e uma freqüência as quais são apropriadas para acionamento do motor de bomba em uma velocidade desejada. No bloco 310, a potência para o acionamento de velocidade variável é interrompida. É assumido que a interrupção seja longa o bastante para que o acionamento não possa sobreviver à interrupção e manter uma voltagem de saída adequada para continuar a acionar o motor de bomba. Em

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16/23 algum ponto, a potência é restaurada para o acionamento (bloco 320), e o sistema de controle do acionamento implementa um algoritmo (começando com o bloco 330) para se dar nova partida na bomba com um atraso mínimo.

Quando o sistema de controle do acionamento determina que houve uma interrupção (seja uma interrupção de potência ou por outras causas), ele deve determinar a velocidade da rotação da bomba. Conforme citado acima, a bomba pode não ser capaz de desenvolver torque suficiente para suportar a coluna de fluido no poço, se o fluido estiver drenando rápido demais de volta para o poço e fazendo com que a bomba gire rápido demais em reverso. Portanto, é necessário determinar a velocidade da bomba, de modo a se determinar se a bomba pode ter a partida dada de novo. A maneira pela qual a velocidade da bomba é determinada será descrita abaixo em maiores detalhes em relação à FIGURA 4.

Quando a velocidade da bomba tiver sido determinada, o sistema de controle determinará se a velocidade está abaixo de um limite (bloco 340). Em velocidades acima deste limite, a bomba não tem torque suficiente para dar nova partida. Se a velocidade da bomba estiver abaixo deste limite, a bomba poderá desenvolver torque suficiente, de modo a ter a partida dada de novo (bloco 360). Se a velocidade da bomba não estiver abaixo do limite, o acionamento combinará a velocidade da bomba (bloco 350), desse modo acompanhando a velocidade, conforme a bomba desacelerar. O acionamento periodicamente compara a velocidade da bomba com a velocidade de limite (bloco 340), para determinar se a bomba pode ter a partida dada de novo. Isto continua até a velocidade da bomba cair abaixo do

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17/23 limite, em cujo ponto a bomba tem a partida dada de novo (bloco 360).

Deve ser notado que a freqüência de limite pode ser um valor estático ou variável. Em uma modalidade, os vários fatores que podem afetar a capacidade de se dar nova partida na bomba (os quais podem variar de um caso para outro) podem ser considerados e um valor de limite correspondente calculado. Se alguns dos fatores forem variáveis em uma situação em particular, o valor estático poderá ser calculado de forma conservadora ao se assumirem condições de pior caso para a nova partida da bomba. Alternativamente, o sistema de controle de acionamento pode ser configurado para calcular dinamicamente o valor de limite com base nas condições existentes.

Com referência à FIGURA 4, um fluxograma que ilustra um algoritmo pelo qual o acionamento de velocidade variável pode determinar a velocidade da bomba é mostrado. Nesta modalidade, a voltagem de saída do acionamento é primeiramente reduzida para um nível o qual é substancialmente menor do que a voltagem de operação típica produzida pelo acionamento (bloco 410) . Por exemplo, se o acionamento normalmente prover uma saída de 480 Volts, a saída poderá ser reduzida para 40 ou mesmo para 4 Volts. A voltagem de saída é reduzida porque, quando a saída do acionamento não combina com a velocidade da bomba, a impedância aparente do motor de bomba é muito baixa. Portanto, a corrente de saída do acionamento poderia estar perigosamente alta, e o acionamento poderia ser danificado, se a voltagem de saída normal (por exemplo, de 480 Volts) fosse usada.

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A freqüência da saída de acionamento inicialmente é regulada para um valor mínimo (bloco 420) . Em algumas modalidades, este valor mínimo poderia ser de uns poucos Hertz (Hz). Em outras modalidades, poderia ser diferente. A freqüência da saída de acionamento é varrida, então, a partir da freqüência mínima até uma freqüência máxima para a determinação da freqüência na qual a corrente de saída de acionamento mergulha. Na modalidade da FIGURA 4, isto é realizada pela determinação da corrente de saída em freqüências sucessivas e pela comparação das correntes medidas para a identificação do mergulho no qual a freqüência combina (ou combina muito aproximadamente) com a velocidade do motor de bomba.

Com referência novamente à FIGURA 4, a corrente de saída do acionamento na freqüência inicial (Por exemplo, de 3 a 4 Hz) é determinada (bloco 430). Então, a freqüência de saída do acionamento é incrementada para uma freqüência ligeiramente mais alta (bloco 440), e a corrente de saída na nova freqüência é determinada (bloco 450). As duas correntes de saída então são comparadas, de modo a se determinar se a corrente diminuiu ou não com a mudança na freqüência (bloco 460). Tipicamente, a corrente de saída de acionamento permanecerá relativamente constante (assumindo uma voltagem de saída constante), até a freqüência estar em de 0,5 a 1,0 Hz da velocidade do motor da bomba. Assim, se a corrente de saída de acionamento diminuir com uma mudança na freqüência, poderá ser assumido que a nova freqüência é aproximadamente a mesma (em 0,5 a 1,0 Hz) que a velocidade do motor de bomba.

Se, no bloco 460, a corrente de saída não diminuir com

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19/23 o aumento na freqüência, poderá ser assumido que a varredura das freqüências ainda não atingiu a freqüência correspondente à velocidade de bomba atual. Conseqüentemente, o algoritmo retorna em laço, incrementando a freqüência da saída de acionamento (bloco 440), determinando a corrente de saída correspondente à nova freqüência (bloco 450), e, de novo, testando a corrente para determinar se ela diminuiu em relação à corrente associada à freqüência prévia (bloco 460). O algoritmo assim faz um laço através dos blocos 440 a 460, até a freqüência de saída do acionamento atingir a freqüência correspondente à velocidade de bomba atual.

Conforme citado acima, o algoritmo para determinação da velocidade da bomba e para se dar nova partida na bomba é implementado no sistema de controle do acionamento. O sistema de controle pode incluir qualquer tipo adequado de processador de dados configurado para a execução das instruções de um programa de controle, bem como algum tipo de meio que pode ser lido em computador para o armazenamento de instruções. Também deve ser notado que uma modalidade da invenção pode compreender o programa de controle em si.

Também deve ser notado que a modalidade descrita em relação às FIG. 3 e 4 é de exemplo, e muitas variações são possíveis nas modalidades alternativas. Por exemplo, o algoritmo da FIGURA 3 assume que a interrupção da operação do acionamento foi suficientemente longa para permitir que a bomba comece a girar em reverso. Em modalidades alternativas, o algoritmo pode ser projetado para a determinação da velocidade da bomba, independentemente de a

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20/23 bomba ter ou não revertido seu giro. Uma modalidade alternativa pode varrer, por exemplo, a faixa inteira de freqüências possíveis correspondendo a uma rotação reversa a para frente da bomba. Uma outra modalidade alternativa pode incluir um mecanismo para se determinar se o acionamento foi interrompido por um período de tempo relativamente curto. Se a interrupção tiver sido curta, o sistema de controle poderá varrer freqüências correspondentes à rotação para frente e reversa da bomba. Se a interrupção tiver sido relativamente longa, o sistema de controle poderá simplesmente varrer as freqüências correspondentes a uma rotação reversa da bomba.

Uma outra variação que pode ser feita em modalidades alternativas também se refere à maneira pela qual o acionamento passa através das freqüências. Na modalidade descrita em relação às FIGURAS 3 e 4, as freqüências são varridas a partir de uma freqüência mínima até a freqüência máxima. As freqüências podem ser varridas, ao invés disso, na ordem inversa (começando com a freqüência máxima e terminando com a freqüência mínima). As alternativas de freqüência mínima para máxima ou de máxima para mínima poderiam ser aplicadas com respeito à rotação para frente e reversa da bomba.

Ainda outras variações possíveis se referem à identificação do mergulho na corrente de saída do acionamento correspondente à freqüência de saída de acionamento que combina com a rotação da bomba. Na modalidade descrita acima, as correntes de saída associadas a freqüências sucessivamente incrementadas são comparadas para se determinar quando a corrente diminui (o mergulho

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21/23 correspondendo à freqüência do motor de bomba). Em uma outra modalidade, as saídas correspondentes a freqüências sucessivas podem ser comparadas para se determinar se a corrente na freqüência mais alta é maior do que a corrente na freqüência mais baixa. Isto indicaria que o mergulho na corrente acabou de ter sido passado (isto é, que a mais baixa das duas freqüências corresponde à velocidade do motor de bomba) . Ainda em outras modalidades, uma faixa inteira de freqüências poderia ser varrida, e a corrente de saída mínima (e a freqüência correspondente) na faixa poderia ser identificada.

Em ainda uma outra variação, a velocidade do motor de bomba pode ser determinada pelo exame do torque do sistema, conforme a freqüência da saída do acionamento for varrida através da faixa de freqüências possíveis. Conforme a freqüência é variada, será visto que o torque muda de polaridade na freqüência a qual combina com a velocidade do motor de bomba. Esta mudança de polaridade pode ser identificada usando-se algoritmos similares àqueles usados acima para a identificação de mergulhos na corrente de motor de bomba.

Muitas outras variações nas modalidades acima serão evidentes para aqueles de conhecimento na técnica.

Aqueles de conhecimento na técnica apreciarão que alguns dos blocos lógicos ilustrativos, módulos, circuitos e etapas de algoritmo descritos em relação às modalidades mostradas aqui podem ser implementados como um hardware eletrônico, um software de computador (incluindo um firmware), ou combinações de ambos. Para ilustra de forma clara esta intercambialidade, vários componentes

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22/23 ilustrativos, blocos, módulos, circuitos e etapas foram descritos acima geralmente em termos de sua funcionalidade. Se essa funcionalidade é implementada como hardware ou como software depende da aplicação em particular e das restrições de projeto impostas ao sistema em geral. Aqueles de conhecimento na técnica podem implementar a funcionalidade descrita de formas variadas para cada aplicação em particular, mas essas decisões de implementação não devem ser interpretadas como causando um desvio do escopo da presente invenção.

Os benefícios e as vantagens as quais podem ser providas pela presente invenção foram descritas acima com respeito a modalidades específicas. Esses benefícios e vantagens, e quaisquer elementos ou limitações que possam fazer com que eles ocorram ou se tornem mais pronunciados não devem ser construídos como aspectos críticos, requeridos ou essenciais de todas ou quaisquer das reivindicações. Conforme usado aqui, pretende-se que os termos compreende, compreendendo ou quaisquer outras variações dos mesmos sejam interpretados como incluindo de forma não exclusiva os elementos ou as limitações os quais sigam esses termos. Assim sendo, um sistema, um método ou uma outra modalidade que compreenda um conjunto de elementos não está limitado àqueles elementos apenas, e pode incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes à modalidade reivindicada.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a modalidades em particular, deve ser entendido que as modalidades são ilustrativas e que o escopo da invenção não está limitado a estas modalidades. Muitas

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23/23 variações, modificações, adições e melhoramentos nas modalidades descritas acima são possíveis. É contemplado que estas variações, modificações, adições e melhoramento=s caem no escopo da invenção, conforme detalhado nas 5 reivindicações a seguir.

Claims

1. Método para se dar nova partida em uma bomba de fundo do poço (120), caracterizado pelo fato de compreender:

detectar uma interrupção da operação normal da bomba de fundo do poço (12 0) que requer que o motor de bomba de fundo do poço (121) tenha a partida dada de novo determinar uma velocidade de rotação reversa de um motor de bomba de fundo do poço (121);

determinar se a velocidade de rotação reversa do motor

de bomba de fundo do poço (121) é menor do que uma velocidade de rotação reversa limite; e quando a velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121) for menor do que a velocidade

de rotação reversa limite, dar a nova partida no motor de bomba de fundo do poço (121) .

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a detecção de uma interrupção da operação normal da bomba de fundo do poço (120) compreender a detecção de uma interrupção de potência para um acionamento de velocidade variável (110), o qual é acoplado ao motor de bomba de fundo do poço (121) e configurado para acionar o motor de bomba de fundo do poço, o referido método compreendendo ainda:

a realização de um procedimento de sobrevivência à falta, em resposta à detecção da interrupção de potência para o acionamento de velocidade variável e a realização do método da reivindicação 1 seguindo o procedimento de sobrevivência à falta.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1,

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2/6 caracterizado pelo fato de a determinação da velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço (120) compreende:

a variação de uma freqüência de um acionamento de velocidade variável (110), o qual controla um motor (121) da bomba de fundo do poço (120);

a monitoração de uma impedância aparente do motor;

a determinação da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada; e a determinação da velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço a partir da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada, em que a determinação da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada compreende a determinação da freqüência na qual uma corrente retirada pelo motor é minimizada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a determinação da freqüência na qual a corrente retirada pelo motor (121) é minimizada compreender a redução de uma voltagem de saída do acionamento de velocidade variável (110), então, a determinação da corrente retirada pelo motor (121) em múltiplas freqüências e a determinação de em qual das freqüências a corrente retirada pelo motor é minimizada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o método ser implementado em um sistema de bomba que inclui a bomba de fundo do poço (120) e o motor de bomba de fundo do poço (121), e pelo fato de a velocidade de rotação reversa de limite compreender uma velocidade abaixo da qual o sistema de bomba tem torque para dar nova partida.

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3/6

6. Dispositivo, caracterizado pelo fato de compreender:

um acionamento de velocidade variável (110) para uma bomba de fundo do poço (120);

onde o acionamento de velocidade variável (110) inclui um sistema de controle (230) configurado para:

detectar uma interrupção da operação normal da bomba de fundo do poço (12 0) que requer que o motor de bomba de fundo do poço (121) tenha a partida dada de novo;

determinar uma velocidade de rotação reversa de um motor de bomba de fundo do poço (121), determinar se a velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121) é menor do que uma velocidade de rotação reversa limite, e quando a velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121) for menor do que a velocidade de rotação reversa limite, dar a nova partida no motor de bomba de fundo do poço (121).

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o sistema de controle (230) ser configurado para:

a detecção de uma interrupção da operação normal da bomba de fundo do poço (120) pela detecção de uma interrupção de potência para o acionamento de velocidade variável (110); e a realização de um procedimento de sobrevivência à falta, em resposta à detecção da interrupção da potência para o acionamento de velocidade variável e para a determinação da velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121), em seguida ao procedimento de

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4/6 sobrevivência à falta.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o sistema de controle (230) ser configurado para:

a determinação da velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço (120) pela variação da freqüência do acionamento de velocidade variável (110);

a monitoração de uma impedância aparente do motor (121);

a determinação da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada; e a determinação da velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço a partir da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada, em que o sistema de controle é configurado para a determinação da freqüência na qual a impedância aparente do motor é maximizada pela determinação da freqüência na qual uma corrente retirada pelo motor é minimizada, e em que o sistema de controle é configurado para a determinação da freqüência na qual a corrente retirada pelo motor é minimizada pela redução de uma voltagem de saída do acionamento de velocidade variável e então, para a determinação da corrente retirada pelo motor em múltiplas freqüências e a determinação em qual das freqüências a corrente retirada pelo motor é minimizada.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o acionamento de velocidade variável (110), a bomba de fundo do poço (120) e o motor de bomba de fundo do poço (121) serem componentes de um sistema de bomba, e pelo fato de a velocidade de rotação

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5/6 reversa de limite compreender uma velocidade abaixo da qual o sistema de bomba tem torque para dar a nova partida.

10. Sistema, caracterizado pelo fato de compreender:

uma bomba de fundo do poço (12 0) que tem um motor de bomba (121); e um acionamento de velocidade variável (110) acoplado ao motor de bomba (121);

onde o acionamento de velocidade variável (121) inclui um sistema de controle (230) configurado para:

detectar uma interrupção da operação normal da bomba de fundo do poço (120) que requer que o motor de bomba de fundo do poço (121) tenha a partida dada de novo;

determinar uma velocidade de rotação reversa de um motor de bomba de fundo do poço (121), determinar se a velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121) é menor do que uma velocidade de rotação reversa limite, e quando a velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121) é menor do que a velocidade de rotação reversa limite, dar a nova partida no motor de bomba de fundo do poço (121).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o sistema de controle (230) ser configurado para:

a realização de um procedimento de sobrevivência à falta, em resposta à detecção da interrupção da potência para o acionamento de velocidade variável (110);

a determinação da velocidade de rotação reversa do motor de bomba de fundo do poço (121), em seguida ao procedimento de sobrevivência à falta; e

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6/6 a determinação da velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço (120) pela redução da voltagem de saída do acionamento de velocidade variável e então, a determinação da corrente retirada pelo motor em cada uma de

5 múltiplas freqüências de saída do acionamento de velocidade variável, determinando em qual das freqüências a corrente retirada pelo motor é minimizada, e determinando a velocidade de rotação reversa da bomba de fundo do poço a partir da freqüência na qual a corrente retirada pelo motor 10 é minimizada.