CN105319968B - 确定用于井的泵送单元的参数的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了确定用于井的泵送单元的参数的方法和装置。一示例性装置包括壳体和定位在壳体中的处理器。该处理器用于确定泵送单元的光杆上的第一负载，估计所述泵送单元的马达的第一扭矩，以及确定所述泵送单元的第一扭矩因子。所述处理器用于基于所述第一负载、所述第一扭矩和所述第一扭矩因子确定所述泵送单元的平衡块相位角度或所述平衡块的力矩。

Description

确定用于井的泵送单元的参数的方法和装置
技术领域
本公开总体涉及碳氢化合物和/或流体生产，更具体地，涉及确定用于井的泵送单元的参数的方法和装置。
背景技术
泵送单元用于从井中提取流体(例如碳氢化合物)。因为泵送单元循环地从井中提取流体，不同的力施加到泵送单元的部件上。
发明内容
一示例性方法包括确定泵送单元的光杆上的第一负载和估计所述泵送单元的马达的第一扭矩。所述示例性方法包括确定所述泵送单元的第一扭矩因子，所述第一扭矩因子包括所述光杆的位置相对于所述泵送单元的曲柄臂角度的变化率；所述示例性方法包括基于所述第一负载、所述第一扭矩和所述第一扭矩因子，确定所述泵送单元的平衡块的相位角或所述平衡块的力矩。
一示例性方法包括通过确定使用第一传感器的马达的脉冲计数值和使用第二传感器的光杆的位置之间的相关性来确定第一扭矩因子。所述扭矩因子包括所述泵送单元的光杆的位置相对于所述泵送单元的曲柄臂角度的变化率。
一示例性装置包括壳体以及定位在所述壳体中的处理器。所述处理器用于确定泵送单元的光杆上的第一负载，以估计所述泵送单元的马达的第一扭矩，以及确定所述泵送单元的第一扭矩因子。所述处理器用于基于所述第一负载、所述第一扭矩和所述第一扭矩因子确定所述泵送单元的平衡块的相位角或所述平衡块的力矩。
附图说明
图1示出了用于井的示例性泵送单元，在其上在此公开的示例可以得到实施。
图2示出了另一个用于井的示例性泵送单元，在其上在此公开的示例可以得到实施。
图3示出了另一个用于井的示例性泵送单元，在其上在此公开的示例可以得到实施。
图4A和4B示出了根据本公开的教导在示例性校准过程中产生的示例性参考表。
图5A和5B示出了使用此处公开的示例产生的另一个示例性参考表。
图6A和6B示出了使用此处公开的示例产生的另一个示例性参考表。
图7-10是表示可用于实施图1-3的示例性泵送单元的示例性方法的流程图。
图11是用于实施图7-10的方法和/或图1-3的设备的处理器平台。
这些附图并非按比例绘制。在任何可能的情况下，在所有附图和所附的书面描述中使用相同的附图标记代表相同或相似部件。
具体实施方式
由于井的泵送单元循环运动，力和/或扭矩被施加到不同的泵送单元部件上。在一些示例中，如果这些力和/或扭矩的至少一些被监控和/或维持在特定值以下，该泵送单元和/或其部件的操作寿命可延长。此处公开的示例涉及基本上实时监控施加到泵送单元变速箱上的负载和/或力的示例性杆式泵控制器和相关方法。例如，基于所述被监控的负载和/或力，杆式泵控制器可使得泵送单元被操作以使得变速箱峰值负载被保持在预定值(例如设计极限)之下以延长变速箱的操作寿命。附加地和可替代地，此处公开的示例可用于确定用于泵送单元的扭矩因子、平衡块相位角和/或平衡块力矩。
在一些示例中，变速箱经历的大部分负载与平衡块扭矩和来自光杆负载的扭矩相关联。当曲柄臂处于垂直时该平衡块扭矩可处于其最小值(例如近似零)，当曲柄臂水平时，该平衡块扭矩可处于其最大值。在一些示例中，光杆扭矩可基于光杆负载和扭矩因子确定，该扭矩因子将光杆负载和光杆扭矩相关联。
泵送单元的扭矩因子可按不同方式确定。例如，扭矩因子可基于泵送单元的几何结构和已知方程式和/或示例性校准过程确定。如果扭矩因子通过使用示例性校准过程和后续处理确定，扭矩因子可通过使用有限差分逼近法和校准过程中确定的值和/或后续确定的值确定。不管扭矩因子如何确定，扭矩因子可用于确定变速箱经历的净扭矩、平衡块相位角和/或最大平衡块转矩。在操作中，可操作泵送单元以便基本上保证变速箱经历的净扭矩和/或平衡块转矩保持在它们的最大值和/或预定值以下以实质增加泵送单元部件的操作寿命。附加地和可替代地，可调节相位角和/或泵送单元部件以减少变速箱经历的最大净扭矩。
图1示出了能用于从油井102生产油的示例性曲柄臂平衡泵送单元和/或泵送单元100。该泵送单元100包括基座104、游梁支柱106和活动梁108。该活动梁108可用于通过缆绳112使光杆110相对于油井102往复运动。
泵送单元100包括马达或发动机114，该马达或发动机驱动皮带和滑轮系统116使变速箱118转动并且从而使曲柄臂120和配重和/或平衡块121转动。连接杆122耦接在曲柄臂120和活动梁108之间，使得曲柄臂120的转动使连接杆122和活动梁108移动。随着活动梁108绕枢轴点和/或鞍状轴承124枢转，活动梁108带动驴头126和光杆110移动。
为了检测何时曲柄臂120完成一个循环和/或经过一特定角度位置，第一传感器128被耦接在曲柄臂120附近。为了检测和/或监测马达114的转数，第二传感器130被耦接在马达114附近。第三传感器(例如，使用雷达、激光等的弦丝电位计或线位移传感器)132与泵送单元100耦接并用于与第一和第二传感器(例如接近传感器)128，130结合使用以根据本公开的教导校准杆式泵控制器和/或设备129。与某些已知的依赖于测量泵送单元和确定曲柄臂/光杆偏移的校准技术相对照，该示例性设备129通过直接测量光杆110的位置和马达114在曲柄臂120的整个一循环内的旋转得到校准。
在某些示例中，为了校准图1的设备129，第一传感器128检测曲柄臂120循环的完成，第二传感器130在马达114转动时检测与马达114耦连的一个或多个目标134和/或马达114的轴，并且第三传感器132直接测定光杆110在其整个行程中的位置。从第一、第二和第三传感器128、130和132获得的数据由设备129的输入/输出(I/O)装置136接收并存储在位于设备129壳体内的处理器142可存取的存储器140中。例如，在校准过程中，处理器142迭代地接收和/或基本同时接收(例如，每50毫秒、每5秒钟，在大约5秒至60秒之间)来自第一传感器128的曲柄脉冲计数和/或脉冲，来自第二传感器130的马达脉冲计数对时间和/或脉冲，和来自第三传感器132的光杆110的位置对时间。在一些示例中，计时器144被处理器142和/或第一、第二和/或第三传感器128、130和/或132使用以确定采样周期和/或确定何时从第一、第二和第三传感器128、130和132请求、发送和/或接收数据(例如，测量的参数值)。此外，在一些示例中，可由I/O装置136接收表示何时曲柄臂120垂直的输入(例如，传感器输入或操作者输入)。当曲柄臂120垂直时，平衡块扭矩处于其最小值(例如，近似零)。基于此输入，可以确定从泵送单元100周期中的一点到该垂直位置的马达脉冲计数。
在一些示例中，处理器142产生参考和/或校准表400(图4A和4B所示)，该参考和/或校准表400基于两个连续曲柄脉冲计数(例如，曲柄臂120的一转)之间的光杆110的位置相对于时间和马达脉冲计数相对于时间示出了用于泵送单元100的完整循环的这些测量得到的参数值(例如，时间、马达脉冲计数和光杆位置)之间的关系。在一些示例中，时间可以秒计量，光杆110的位置可以英寸计量。
一旦校准过程完成和相应的参考表400被生成，确定的位置数据(例如光杆110位置相对于时间的数据)被储存在存储器140中和/或被处理器140用于生成示功图，例如杆式泵示功图、表面示功图、泵示功图等。这些示功图可用于识别例如光杆110上的负载F。附加地和可替代地，参考表140中包括的数值可用于确定曲柄臂120每转一圈马达脉冲的数量。
如图5A和5B的参考表500所示，可以调节图4A和4B的参考表400的值使得测量值是基于曲柄臂120的垂直位置并且比例确定为与曲柄角度位移(即曲柄角度)关联。在一些示例中，等式1可以用于基于参考表400中包括的值确定曲柄角度，其中MP对应第二传感器130检测的马达脉冲数量，MPPCZ对应曲柄臂120为零时第二传感器130检测的马达脉冲数量，MPPCR对应曲柄臂120转动一圈过程中第二传感器130检测的马达脉冲数量。
等式1：
Figure BDA0000742256200000051
等式2可用于确定当曲柄臂120位于角度θ时光杆负载TPRL(θ)造成的扭矩，其中F对应光杆负载，并且
Figure BDA0000742256200000052
对应光杆110的位置变化相对于曲柄臂120的角度变化的比率(例如，扭矩因子)。等式3可用于确定扭矩因子
Figure BDA0000742256200000053
其中
Figure BDA0000742256200000054
对应光杆110位置相对于时间的变化(例如光杆速度)，和
Figure BDA0000742256200000055
对应曲柄臂120的角速度。具体地，在一些示例中如图6A和6B的参考表600所示，一阶中心差分逼近法可用于确定
Figure BDA0000742256200000056
和
Figure BDA0000742256200000057
等式3所示关系可用于确定扭矩因子
Figure BDA0000742256200000058
在此处的一些示例中，扭矩因子可由TF(θ)或
Figure BDA0000742256200000059
表示。
等式2：
Figure BDA00007422562000000510
等式3：
Figure BDA00007422562000000511
等式4示出了当曲柄臂120处于角度θ时变速箱118的轴经历的净扭矩TNet(θ)，当曲柄臂120处于角度θ时平衡块扭矩TCB(θ)，和当曲柄臂120处于角度θ时来自光杆110的负载的扭矩TPRL(θ)之间的关系。在等式4中，泵送单元100的惯性矩被忽略了。等式5可用于确定变速箱118上的净扭矩TNet(θ)。参照等式5，TNP(θ)对应马达扭矩，MPPCR对应曲柄臂120转动一圈期间记录的马达114脉冲数量，和Targets对应与马达114和/或其轴耦接的目标数量。在一些示例中，马达扭矩由与马达114相耦接的第四传感器(例如变速驱动装置)146确定。变速箱118上的净扭矩TNet(θ)可由英寸磅取代英尺磅表示。因此，数字12可以包括在等式5中以表示以英寸磅为单位的净扭矩。等式6表示在角度θ时的平衡块扭矩TCB(θ)，最大平衡块力矩M和平衡块在弧度上的相位角τ之间的关系。
等式4：TNet(θ)＝TCB(θ)+TPRL(θ)
等式5：
Figure BDA0000742256200000061
等式6：TCB()＝-M*sin(θ+τ)
等式7对应等式2、4和6的组合，其中TNet(θ)对应变速箱118和/或其轴上的净扭矩，M对应最大平衡块力矩，θ对应曲柄臂120从垂直的角度位移，τ对应平衡块在弧度上的相位角，F对应瞬时光杆110负载，以及TF(θ)对应在曲柄臂120角度θ处的扭矩因子。
等式7：TNst(θ)＝[-M*sin(θ+τ)]+F*TF(θ)
等式8可用于在不同曲柄角度处使用扭矩因子TNet(θ)确定平衡块的相位角度。例如，当曲柄角度为0，
Figure BDA0000742256200000062
π和
Figure BDA0000742256200000063
时，可以通过使用等式9、10、11和12确定对应的扭矩因子。在一些示例中，可以内插曲柄角度0，
Figure BDA0000742256200000064
π和
Figure BDA0000742256200000065
中的每个之间的扭矩因子。也可以重写等式10以求得最大平衡块转矩M，等式13所示。
等式8：
Figure BDA0000742256200000066
等式9：TNet(0)＝[-M*sin(τ)]+F(0)*TF(0)
等式10：
Figure BDA0000742256200000067
等式11：TNet(π)＝[M*sin(τ)]+F(π)*TF(π)
等式12：
Figure BDA0000742256200000068
等式13：
Figure BDA0000742256200000071
图2示出了可用于实施此处公开的示例的Mark II型泵送单元和/或泵送单元200。与图1中的曲柄臂120的销与平衡块共用一公共轴线148的曲柄臂平衡泵送单元100相对照，该Mark II型泵送单元包括具有偏移轴线206和208的配重臂202和销臂204。该偏移轴线206和208为泵送单元200提供正相位角τ。
图3示出了可用于实施此处公开的示例的高等几何泵送单元和/或泵送单元300。与图1中的曲柄臂120的销与平衡块共用一公共轴线148的曲柄臂平衡泵送单元100相对照，该高等几何泵送单元300包括具有偏移轴线306和308的配重臂302和销臂304。该偏移轴线306和308为泵送单元300提供负相位角τ。
图4A和4B示出了针对此处公开示例产生的和/或用于实施此处公开示例的示例性参考表400。该示例性参考表400包括与从计时器144收到的和/或由计时器144确定的时间相对应的第一列402，与从第二传感器130接收的和/或由第二传感器130确定的马达114脉冲计数相对应的第二列404，和从第三传感器132接收的和/或由第三传感器132确定的光杆110的位置相对应的第三列406。在一些示例中，参考表400中包括的数据涉及曲柄臂120的单转。
图5A和5B示出了针对此处公开示例产生的和/或用于实施此处公开示例的示例性参考表500。在一些示例中，参考表500通过调整图4A和4B的参考表400的数值产生，使得测量值是基于曲柄臂120的垂直位置并且比例确定为与曲柄角度位移(即按弧度的曲柄角度)关联。该示例性参考表500包括与从计时器144收到的和/或由计时器144确定的时间相对应的第一列502，与从第二传感器130接收的和/或由第二传感器130确定的马达114脉冲计数相对应的第二列504，从第三传感器132接收的和/或由第三传感器132确定的光杆110的位置相对应的第三列506，以及与曲柄角度相对应的第四列508。
图6A和6B示出了针对此处公开示例产生的和/或用于实施此处公开示例的示例性参考表600。在一些示例中，参考表600通过使用一阶中心差分逼近法以确定
Figure BDA0000742256200000081
和
Figure BDA0000742256200000082
产生，等式3所示关系可用于确定扭矩因子
Figure BDA0000742256200000083
该示例性参考表600包括与从计时器144收到的和/或由计时器144确定的时间相对应的第一列502，与从第二传感器130接收的和/或由第二传感器130确定的马达114脉冲计数相对应的第二列504，从第三传感器132接收的和/或由第三传感器132确定的光杆110的位置相对应的第三列506，以及与曲柄角度相对应的第四列508。该参考表160还包括与
Figure BDA0000742256200000084
相对应的第五列602，与
Figure BDA0000742256200000085
相对应的第六列604和与
Figure BDA0000742256200000086
相对应的第七列606。
尽管图1示出了实施设备129的示例性方式，但是图1示出的一个或多个元件、过程和/或装置可以以任何其它方式组合、分割、重新布置、省略、消除和/或实施。并且，I/O装置136、存储器140、处理器142和/或更具体地，图1的示例性设备129可以通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合实施。因此，例如，I/O装置136、存储器140、处理器142、计时器144和/或更一般地，图1的示例性设备129的任一个可通过模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)中的一个或多个实施。当读到本专利的任一设备或系统权利要求以包括纯软件和/或固件实施时，示例性I/O装置136、存储器140、处理器142、计时器144和/或更一般地，图1的示例性设备129的至少一个在此被明确地限定为包括例如存储器、数字化通用磁盘(DVD)、光盘(CD)，蓝光盘等的有形的计算机可读存储装置或存储盘以存储软件和/或固件。再者，图1的示例性设备129可包括除图1所示以外的，或取代除图1所示的，一个或更多元件、过程和/或装置，和/或可包括一个以上的示出的元件、过程和装置或所有示出的元件、过程和装置的任一个或全部。
虽然图1描述了一个传统曲柄平衡泵送单元，此处公开的示例可针对任何其他泵送单元进行实施。例如，该示例性设备129和/或传感器128，130，132和/或146可在图2的泵送单元200上实施和/或在图3的泵送单元300上实施。
表示用于实施图1的设备129的示例性方法的流程图如图7-10所示。在该示例中，图7-10的方法可通过机读指令实施，所述机读指令包括由处理器执行的程序，所述处理器例如是以下结合图11讨论的示例性处理器平台1100中所示的处理器1112。所述程序体现在有形计算机可读存储介质上保存的软件中，所述有形计算机可读存储介质例如是CD-ROM、软盘、硬盘驱动存储器、数字化通用磁盘(DVD)、蓝光盘，或与处理器1112相关联的储存器，但是整个程序和/或其部分可以可替代地由除处理器1112以外的装置执行和/或体现在固件或专门硬件中。此外，尽管参考图7-10所述的流程图描述了示例性程序，也可以替代性地使用实施示例性设备129的很多其他方法。例如，框的执行顺序可以改变，和/或所描述的某些框可以改变、消除或组合。
如上所述，图7-10的示例性方法可通过使用编码指令(例如计算机可读和/或机读指令)实施，这些编码指令存储在例如硬盘驱动器、闪速存储器、只读存储器(ROM)、高密度盘(CD)、数字化通用磁盘(DVD)、高速缓冲存储器、随机存取存储器(RAM)的有形计算机可读存储介质上和/或信息在其中储存任意期限(例如，延长的时间段、永久、短时、临时缓存和/或信息的高速缓存)的任何其他储存装置或存储盘上。如此处所使用的，术语有形计算机可读存储介质被明确限定为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘，并排除传播信号并排除传输媒介。如此处所使用的，“有形计算机可读存储介质”和“有形机器可读存储介质”可互换使用。附加的或可替代的，图7-10的示例性方法可通过使用编码指令(例如计算机可读和/或机读指令)实施，这些编码指令存储存在例如硬盘驱动器、闪速存储器、只读存储器、高密度盘、数字化通用磁盘、高速缓冲存储器、随机存取存储器的非短暂性计算机和/或机器可读介质上和/或信息在其中储存任意期限(例如，延长的时间段、永久存储、短时、临时缓存和/或信息的高速缓存)的任何其他储存装置或存储盘上。如此处所使用的，术语“非短暂性计算机可读介质”被明确限定为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘，排除传播信号并排除传输媒介。如此处所使用的，当短语“至少”在权利要求的前序部分中被用作过渡性术语时，它是开放式的，就如同术语“包括”也是开放式的一样。
图7的方法可用于产生参考表400并开始于校准准备模式，该模式包括确定曲柄臂120的初始脉冲计数(框702)。在框704，处理器142启动和/或初始化计时器144(框704)。在框706，处理器142通过计时器144确定从计时器144初始化以来逝去的时间量(框706)。在框708，处理器142确定逝去的时间是否在预定时间或在预定时间后，该预定时间例如50毫秒(框708)。计时器144可用于设定采样周期和/或基本保证数据以相等频率从第一、第二和/或第三传感器128，130，132获得。如果处理器142基于来自第一传感器128的数据确定该逝去的时间在预定时间或在预定时间后，处理器142确定曲柄臂120的脉冲计数(框710)。在框712，处理器142基于来自第一传感器128的数据确定曲柄臂120的当前脉冲计数和曲柄臂120的初始脉冲计数之间的差值是否大于零(框712)。在一些示例中，一旦曲柄臂120的一个循环完成，曲柄臂120的脉冲计数从零变为一。在脉冲计数从一开始的示例中，处理器142确定曲柄臂120的脉冲计数是否已经改变。
如果基于来自第一传感器128的数据在框712处的脉冲计数差等于零，处理器142再次初始化计时器144(框704)。但是，如果框712处的脉冲计数差大于零，则启动校准过程(框714)。在框716，第二传感器130确定马达114的第一脉冲计数(框716)。在其他示例中，紧随校准过程启动之后，不会获得马达114的脉冲计数。在框718，基于来自第三传感器132的数据，处理器129确定光杆110的第一位置(框718)。然后，处理器142将零脉冲的值与光杆110的第一位置相关联并将这一数据存储在存储器140中(框720)。例如，脉冲计数可存储到参考表400的第二列404的第一项408中，并且光杆110的第一位置可被存储到参考表400的第三列406的第一项410中。
在框722中，处理器142再次启动和/或初始化计时器144。在框724，处理器142通过计时器144确定从计时器144初始化以来逝去的时间量(框724)。在框726，处理器142确定逝去的时间是否在预定时间或在预定时间后，该预定时间例如50毫秒(框726)。如果处理器142基于来自第二传感器130的数据确定逝去的时间是在预定时间或在预定时间后，处理器142确定马达114的第二和/或下一个脉冲计数(框728)。
在框730，处理器142确定所述第二和/或下一个脉冲计数和第一脉冲计数之间的差值(框730)。在框732，基于来自于第三传感器200的数据，处理器142确定光杆110的第二和/或下一个位置(框732)。在框734，处理器142将第一和第二脉冲计数之间的差值与光杆110的第二和/或下一个位置相关联并将该数据存储到存储器140中。例如，脉冲计数差值可存储到参考表400的第二列404的第二项412中，并且光杆110的第二位置可被存储到参考表400的第三列406的第二项414中。在框736，处理器142确定是否已经收到与处于垂直位置和/或零位置的曲柄臂120关联的输入(框736)。在一些示例中，所述输入可以是从操作者接收和/或从检测曲柄臂120何时处于垂直位置和/或零位置的传感器接收的输入。如果接收到有关曲柄臂120处于垂直位置和/或零位置的输入，处理器142将第二或下一个脉冲计数与处于垂直位置和/或零位置的曲柄臂120相关联并将此信息存储到储存器140中(框738)。
在框740，基于来自第一传感器128的数据，处理器142确定曲柄臂120的脉冲计数(框740)。在框742，处理器142确定曲柄臂120的当前脉冲计数和曲柄臂120的初始脉冲计数之间的差值是否大于一(框742)。在一些示例中，如果曲柄臂120完成了一个循环，曲柄臂120的脉冲计数会变化。在框744，采集的数据、生成的参考表400和/或处理的数据被存储在储存器140中(框744)。生成的参考表400可与来自第一和/或第二传感器128，130的数据结合使用以确定当泵送单元100连续操作时光杆110的位置。在一些示例中，参考表400中包括的数据可用于生成识别例如光杆110上的负载F的测力计。此外，表400可用于确定当曲柄臂120处于角度θ时变速箱118经历的净扭矩TNet(θ)、平衡块扭矩TCB(θ)，，和/或当曲柄臂120处于角度θ时的由于光杆110形成的扭矩TPRL(θ)。
图8的方法可用于生成参考表500并且通过处理器142开始识别参考表400中关联于处于垂直和/或零角度位置的曲柄臂120的第一马达脉冲项(框802)。基于处理器142接收的输入，曲柄臂120可关联于处于垂直和/或零位置。该输入可接收自传感器和/或操作者。在图4A和4B的参考表400中，当马达脉冲计数在项416处是800时，曲柄臂120被识别为处于零角度位置(例如垂直位置)。
在框804，处理器142将第一马达脉冲计数项与曲柄臂120零角度位置相关联(框804)。处理器142还识别在项417处与第一马达脉冲计数相关的第一光杆110位置(框806)。在框808，处理器142将曲柄臂120零位置存储在所述第二参考表500中项510处、将第一光杆110位置存储在项512处和将第一马达脉冲计数存储在项514处(框808)。
在框810，处理器142移动到第一参考表400中的下一个马达脉冲项(框810)。例如，如果下一个马达脉冲项紧跟第一马达脉冲项，处理器142将从项416移动到项418。然后，处理器142确定下一个马达脉冲项是否与曲柄臂120零角度位置相关联(框812)。在一些示例中，下一个马达脉冲项基于曲柄臂120完成一整个循环后回到零角度位置而与曲柄臂120零角度位置相关联。如果下一个马达脉冲项关联于曲柄臂120零角度位置，图8中的方法结束。但是，如果下一个马达脉冲项不关联于曲柄臂120零角度位置，控制器移动到框814。
在框814，处理器基于下一个马达脉冲计数项确定曲柄臂120的角度(框814)。如果下一个马达脉冲计数项是参考表400中的第一项408，处理器142可使用等式14确定曲柄臂120的角度。如果下一个马达脉冲计数项不是参考表400中的第一项408，处理器142则可使用等式15确定曲柄臂120的角度。
等式14：
Figure BDA0000742256200000131
等式15：
Figure BDA0000742256200000132
处理器142还识别与下一个马达脉冲计数相关联的下一个光杆110位置(框816)。在框818，处理器142将曲柄臂120下一个位置存储在第二参考表500中例如项516处，将下一个光杆110位置存储在例如项518处，将下一个马达脉冲计数存储在例如项520处(框818)。在框820，处理器142移动到第一参考表400中的下一个马达脉冲项(框820)。例如，如果下一个马达脉冲项紧跟第二马达脉冲项之后，处理器142从项412移动到项420。
图9的方法可用于生成参考表500并且通过处理器142识别当曲柄臂120处于垂直和/或零角度位置时参考表500中第一项608开始(框902)。在框904，基于关联的曲柄臂120角度确定扭矩因子(框904)。在一些示例中，一阶中心差分逼近法可用于确定
Figure BDA0000742256200000133
和
Figure BDA0000742256200000134
等式3所示关系可用于确定扭矩因子
Figure BDA0000742256200000135
处理器142然后将
Figure BDA0000742256200000136
存储于第五列602的关联项中，将
Figure BDA0000742256200000137
存储于第六列604中的关联项中，将
Figure BDA0000742256200000138
存储于第七列606中的关联项中(框906)。
然后，处理器142确定参考表500是否包括另一个曲柄臂120角度项(框908)。例如，如果没有更多曲柄臂120角度项(例如，没有后续曲柄臂120角度项)，图6A和6B所示方法结束。但是，如果例如下一个曲柄臂120角度项处于项610，处理器142然后移动到第二参考表500中的下一个曲柄臂120角度项(框910)。
图10的方法可用于确定平衡块的相位角τ和/或最大平衡块转矩M，并且由处理器142例如使用参考表500，600，700中一个或多个和/或来自传感器128，130，132和/或146中一个或多个的数据确定曲柄臂120的角度而开始(框1002)。然后处理器142确定曲柄臂120的角度是否等于预定曲柄臂120角度中的一个(框1004)。在一些示例中，所述预定曲柄臂120角度是
Figure BDA0000742256200000141
如果曲柄臂120角度等于预定曲柄臂120角度中的一个，处理器142例如使用第四传感器146确定该预定角度处的马达114扭矩(框1006)。在一些示例中，第四传感器146是变速驱动装置(VSD)。基于曲柄臂120角度等于预定曲柄臂120角度中的一个，处理器142确定变速箱116经历的净扭矩TNP作为在该预定角度处曲柄臂120角度的函数(框1008)。基于曲柄臂120角度等于预定曲柄臂120角度中的一个，处理器142通过参考第三表600确定相关联的扭矩因子TF(θ)(框1010)。基于曲柄臂120角度等于预定曲柄臂120角度中的一个，处理器142例如使用参考表500，600，700中一个或多个确定光杆110上的负载(框1012)。
在框1014，处理器142确定针对每个预定曲柄臂120角度的扭矩因子是否已经确定。如果针对预定曲柄臂120角度的扭矩因子并未全部确定，图10所示方法返回框1002。
如果针对预定曲柄臂120角度的扭矩因子已全部确定，处理器142例如使用等式8计算平衡块的相位角(框1016)。然后，处理器142可使用例如等式13计算最大平衡块转矩M(框1018)。在一些示例中，为了确定相位角和/或最大平衡块转矩，监测泵送单元100的至少一个行程。
图11是示例性处理器平台1100的框图，该示例性处理器平台1100能够执行指令以实施图7-10的方法以便实施图1的设备129。该处理器平台1100可以例如是服务器、个人电脑、移动装置(例如，移动电话、智能电话，平板电脑例如iPadTM)、个人数字助理(PDA)、互联网设备、或任何其他类型的计算装置。
所述示例的处理器平台1100包括处理器1112。所述示例的处理器1112是硬件。例如，处理器1112可以通过一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或来自任何需要的类别或制造商的控制器来实施。
所述示例的处理器1112包括本地存储器1113(例如，高速缓冲存储器)。所述示例的处理器1112通过总线1118与包括易失性存储器1114和非易失性存储器1116的主存储器通信。该易失性存储器1114可通过同步动态随机存取存储器(SDRAM)，动态随机存取存储器(DRAM)，RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其他类型的随机存取存储装置来实施。该非易失性存储器1116可通过闪速存储器和/或任何其它需要类型的存储装置来实施。对该主存储器1114，1116的存取受存储器控制器的控制。
所述示例的处理器平台1100还包括接口电路1120。该接口电路1120可通过任何类型的接口标准例如以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCI express接口来实施。
在所述示例中，一个或多个输入装置1122连接到接口电路1120。输入装置1122允许用户将数据和命令输入处理器1012中。输入装置可以通过例如音频传感器、麦克风、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、触控板、轨迹球、isopoint和/或语音识别系统来实施。
一个或多个输出装置1124也连接到所示示例的接口电路1120。该输出装置1024例如通过显示装置(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出装置、发光二极管(LED)、打印机和/或扬声器)来实施。因此，所示示例的接口电路1120典型地包括图形驱动卡、图形驱动芯片或图形驱动处理器。
所示示例的接口电路1120还包括通信装置例如发射器、接收器、收发器、调制解调器和/或网络接口卡以便于通过网络1126(例如，以太网连接、数据用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)来与外部机器(例如任何类型的计算装置)数据交换。
所述示例的处理器平台1100还包括一个或多个用于存储软件和/或数据的大容量存储装置1128。这些大容量存储装置1128的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动盘、高密度磁盘驱动器、蓝光盘驱动器、RAID系统和数字化视频光盘(DVD)驱动器。
用于实施图7-10的方法的编码指令1132可存储在大容量存储装置1128中，易失性存储器1114中，非易失性存储器1116中，和/或例如CD或DVD的可移除有形计算机可读存储介质上。
尽管此处公开了某些示例性方法、设备和制品，但本专利的覆盖范围不仅限于此。相反，本专利覆盖完全落入本专利的权利要求书限定的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (20)

1.一种用于确定用于井的泵送单元的参数的方法，所述方法包括：
确定所述泵送单元的光杆上的第一负载F，其中，所述泵送单元的马达用于经由所述泵送单元的曲柄臂使所述光杆相对于所述井往复运动，以从所述井汲取流体，其中，所述曲柄臂包括具有偏移轴线的配重臂和销臂，并且其中，所述轴线偏移相位角τ；
估计所述泵送单元的所述马达的第一扭矩TNP(θ)；
确定所述泵送单元的第一扭矩因子TF(θ)，其中，所述第一扭矩因子包括所述光杆的位置相对于所述泵送单元的所述曲柄臂的角度θ的变化率，其中，所述曲柄臂的所述角度θ表示所述曲柄臂绕变速箱的驱动轴的角度旋转；以及
基于所述第一负载、所述第一扭矩和所述第一扭矩因子，确定所述泵送单元的平衡块的所述相位角τ或所述平衡块的力矩M，其中，所述平衡块附接到所述曲柄臂的端部。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述泵送单元的所述平衡块的所述相位角或所述平衡块的所述力矩中的另一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用参考表确定所述第一扭矩因子。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
使用所述马达移动所述光杆通过所述泵送单元的第一循环；
使用第一传感器在第一时间确定通过所述第一循环的所述马达的第一脉冲计数值，所述第一时间是相等间隔的，其中，由于所述第一传感器在所述马达旋转时检测与所述马达和/或所述马达的轴耦接的一个或多个目标，所述第一脉冲计数值与所述第一传感器相关联；
使用第二传感器在所述第一时间确定通过所述第一循环的所述光杆的第一位置值；
将所述第一脉冲计数值与所述第一位置值的各个第一位置值相关联以校准所述泵送单元的处理器；以及
使用在所述第一时间获得的所述第一脉冲计数值和所述第一位置值生成所述参考表，以示出所述第一脉冲计数值和所述第一位置值之间的相关性。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括确定所述曲柄臂的零角度位置并确定在所述第一位置值时的各个曲柄臂角度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一扭矩因子与所述曲柄臂的第一预定角度相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括确定与所述曲柄臂的第二预定角度相关联的第二扭矩因子，所述相位角度进一步基于所述第二扭矩因子确定。
8.一种用于确定用于井的泵送单元的参数的方法，所述方法包括：
提供具有马达的泵送单元，以经由曲柄臂使光杆相对于所述井往复运动来从所述井汲取流体，其中，所述曲柄臂包括具有偏移轴线的配重臂和销臂，其中，所述轴线偏移相位角τ，并且其中，所述曲柄臂的角度θ表示所述曲柄臂绕变速箱的驱动轴的角度旋转；
通过确定使用第一传感器的所述马达的脉冲计数值和使用第二传感器的所述光杆的位置之间的相关性来确定所述泵送单元的第一扭矩因子TNP(θ)，其中，所述第一扭矩因子TNP(θ)包括所述泵送单元的所述光杆的位置相对于所述泵送单元的所述曲柄臂的所述角度θ的变化率。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述马达的脉冲计数值和所述光杆的所述位置之间的相关性确定所述泵送单元的所述光杆上的第一负载。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括估计所述泵送单元的马达的第一扭矩。
11.根据权利要求10所述的方法，基于所述第一负载、所述第一扭矩和所述第一扭矩因子，确定所述泵送单元的平衡块的相位角或基于所述相位角的所述平衡块的力矩。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括确定所述泵送单元的所述平衡块的所述相位角或所述平衡块的所述力矩中的另一个。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一扭矩因子基于所述曲柄臂的第一角度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，使用参考表确定所述扭矩因子。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，生成所述参考表包括：
使用所述马达移动所述光杆通过所述泵送单元的第一循环；
使用第一传感器在第一时间确定通过所述第一循环的所述马达的第一脉冲计数值，所述第一时间是相等间隔的；
使用第二传感器在所述第一时间确定通过所述第一循环的所述光杆的第一位置值；
将所述第一脉冲计数值与所述第一位置值中的各个第一位置值相关联以校准所述泵送单元的处理器；以及
使用在所述第一时间获得的所述第一脉冲计数值和所述第一位置值生成所述参考表，以示出所述第一脉冲计数值和所述第一位置值之间的相关性。
16.一种用于确定用于井的泵送单元的参数的装置，所述装置包括：
壳体；以及
定位在所述壳体中的处理器，所述处理器用于确定所述泵送单元的光杆上的第一负载F，估计所述泵送单元的马达的第一扭矩TNP(θ)，以及确定所述泵送单元的第一扭矩因子TF(θ)，所述处理器用于基于所述第一负载F、所述第一扭矩TNP(θ)和所述第一扭矩因子TF(θ)确定所述泵送单元的平衡块的相位角τ或所述平衡块的力矩M，其中，所述泵送单元的所述马达用于经由所述泵送单元的曲柄臂使所述光杆相对于所述井往复运动，以从所述井汲取流体，其中，所述曲柄臂包括具有偏移轴线的配重臂和销臂，其中，所述平衡块附接到所述配重臂的端部，其中，所述轴线偏移相位角τ，并且其中，所述曲柄臂的所述角度θ表示所述曲柄臂绕变速箱的驱动轴的角度旋转。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述处理器用于进一步确定所述平衡块的所述相位角或所述平衡块的所述力矩中的另一个。
18.如权利要求16所述的装置，其中，使用参考表确定所述第一扭矩因子。
19.如权利要求18所述的装置，其中，所述处理器用于基于使用第一传感器的所述马达的脉冲计数值和所述光杆的位置之间的相关性生成所述参考表。
20.如权利要求16-19中任一项所述的装置，其中，所述第一扭矩因子与所述曲柄臂的第一预定角度相关联。
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