EP4208624A1 - Method, analysis device and pumping system for detecting an oil leak in a beam pump - Google Patents

Method, analysis device and pumping system for detecting an oil leak in a beam pump

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Publication number
EP4208624A1
EP4208624A1 EP21801031.2A EP21801031A EP4208624A1 EP 4208624 A1 EP4208624 A1 EP 4208624A1 EP 21801031 A EP21801031 A EP 21801031A EP 4208624 A1 EP4208624 A1 EP 4208624A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
linkage
image sequence
pump
contamination
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21801031.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen HATZL
Severin KÜBERL
Martin Mayer
Stefan Wakolbinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4208624A1 publication Critical patent/EP4208624A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/008—Monitoring of down-hole pump systems, e.g. for the detection of "pumped-off" conditions
    • E21B47/009—Monitoring of walking-beam pump systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20—Image preprocessing
    • G06V10/25—Determination of region of interest [ROI] or a volume of interest [VOI]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/52—Surveillance or monitoring of activities, e.g. for recognising suspicious objects
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
    • E21B2200/22—Fuzzy logic, artificial intelligence, neural networks or the like

Definitions

  • the invention relates to a computer-implemented method, an analysis device and a pumping system for detecting an oil leak in a rod deep pump, the pump having a pump head which is connected to a kinematics converter via a rod and the kinematics - In operation, the converter is driven by a motor and the rods are immersed in a wellhead located in the ground.
  • Deep pumps are used as conveying devices for the extraction of underground stored liquids if the reservoir pressure is not sufficient for them to be able to pump them independently or independently. reach the surface in sufficient quantity. They are mostly used to extract oil. Further areas of application are the pumping of brine and healing waters.
  • linkage pumps which are also called horsehead pumps, nickel donkeys or nickers because of their appearance and their movement.
  • the actual pumping mechanism - a piston with non-return valves - is located in a separate pipe string in the borehole near the oil-bearing layer.
  • the piston is set in a continuous up and down motion by means of a screwable rod from a pump stand located on the ground.
  • the drive is mostly electric. However, in the presence of sufficient energy-containing gases dissolved in the petroleum, some of these gases can be removed on the spot by means of a Degassers are separated from the conveyed material and fed to a gas engine that drives the pump.
  • the working stroke is 1 to 5 m. Two and a half to twelve strokes per minute are usual.
  • the rod-type deep pump can be used economically up to pumping depths of around 2500 m. Other pump systems are more suitable for greater depths due to the heavy weight of the liquid column to be lifted.
  • the pump type "Mark II" from the Texan manufacturer Lufkin Industries is particularly suitable for high delivery rates from great depths due to its special movement geometry.
  • suction rod which is a steel rod typically between 25 and 30 feet in length and threaded at both ends, used in the oil industry to connect the surface and downhole components of a reciprocating pump installed in an oil well to connect with each other.
  • Rod pumps are used in the extraction of oil in reservoirs where the pressure is not sufficient for igneous extraction.
  • the pumping mechanism basically consists of a piston with non-return valves on a string of pipes below ground, while above ground it is made to move up and down by a pump stand.
  • stuffing box ensures a tight seal around the sucker rods.
  • Constant movement can cause it to loosen or wear out over time, which can lead to oil spills and associated contamination of the surrounding soil.
  • the resulting damage can be minimized by immediately detecting the beginning of an oil leak.
  • approaches to reduce the probability of an oil leak occurring and on the other hand work to minimize the damage caused in the event of an accident.
  • the object of the invention is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in that a lifting area is formed during a pumping movement of the rod through the wellhead, which is recorded by a camera using an image sequence, and the following method steps are carried out: a) recording of Pictures of the picture sequence with at least the lifting area of the linkage, b) Detection of contamination in the lift area of the linkage compared to a known clean state for a respective image of the image sequence, c) Determination of the location of the detected contamination for a respective image of the image sequence using the respective position of the linkage, d) determining the change in contamination at the determined location over at least one pump cycle from at least one image of the image sequence, e) checking whether the change in contamination exceeds a predetermined limit value, and if so, issuing a warning of an oil leak .
  • the invention makes use of the knowledge that an oil spill on the rod due to the movement of the rod smears along the rod at an inherently present seal on the drill head, which can easily be detected with computer-implemented methods.
  • a commercially available color or gray value camera can be used for this, while expensive thermal cameras usually have to be used in commercial systems.
  • a commercially available RGB or gray value camera is attached and aligned in such a way that the immersion point of the polishing rod and as large a part of the rod as possible is recorded.
  • an object resolution of about 1 mm/pixel should be achieved.
  • the image section must be selected in such a way that part or all of the rod is visible in the image.
  • the position of the polishing rod is roughly manually annotated, such as by drawing a square mark over the visible area of the rod.
  • the use of the invention means that even a small amount of oil escaping from a polishing rod can be automatically detected using a commercially available camera.
  • a single detection of an oil leak can be set in terms of time within a pumping period.
  • a relevant contamination could be just below the ground or above the visible camera section.
  • an additional plausibility check can be carried out after step c), for example whether a contamination determined in step b) can actually come from an oil leak on the linkage or it may be external contamination caused by people or animals or other machines.
  • the image sequence can also have images that do not follow one another immediately in terms of time.
  • individual or multiple images of the image sequence can be deleted which do not contain any information relevant to contamination, for example in order to save storage space in the memory of a computing device.
  • the contamination is detected by carrying out a pixel-by-pixel check against a predefined threshold value or a change in the pixel value for each image in the image sequence.
  • oil Since oil has viscous and adhesive properties, it adheres to the polished rod, while contamination without oil does not adhere.
  • a reference marking is attached to the linkage and the position of the detected contamination is determined in relation to the position of the reference marking by the reference marking being at least partially replaced by images of the image sequence is captured by the camera.
  • the captured image areas must be assigned to one another in order to be able to capture a change in an area on the rod.
  • time stamps are recorded for the images in the image sequence at the time of recording, and for the images in the image sequence the position of the recognized location is recorded via the time stamp Pollution is determined in relation to the position of the reference mark.
  • the motor is an electric motor
  • the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage is determined by the power consumption of the motor being detected with a sensor means during a pumping movement, from which the position of the linkage is determined.
  • a model for the shape and/or texture and their respective change over time is generated, trained and used on the basis of machine learning.
  • the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage is determined by a movement on the linkage or on the kinematic converter being detected by at least one sensor, from which the position of the linkage is determined will .
  • the object according to the invention is achieved by a computer program comprising commands which, when they are executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention.
  • the object according to the invention is achieved by an electronically readable data carrier with readable control information stored thereon, which comprises at least the computer program according to the invention and is designed in such a way that they carry out the method according to the invention when using the data carrier in a computing device.
  • the object according to the invention is achieved by a data carrier signal which transmits the computer program according to the invention.
  • the object according to the invention is also achieved by an analysis device with a memory of the type mentioned at the outset, which is set up so that during a pumping movement of the rods through the wellhead there is a lifting range, which is captured by a camera using an image sequence, and the analysis device is set up to carry out the method steps according to the invention.
  • the object according to the invention is also achieved by a pump system of the type mentioned at the outset, the pump having a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage, and the kinematic converter is driven by a motor during operation, and the linkage into a wellhead located in the ground, with a lifting area being present during a pumping movement of the rods through the wellhead, which is captured by a camera using an image sequence, and an analysis device according to the invention is set up to carry out the steps of the method according to the invention .
  • the pump having a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage, and the kinematic converter is driven by a motor during operation, and the linkage into a wellhead located in the ground, with a lifting area being present during a pumping movement of the rods through the wellhead, which is captured by a camera using an image sequence, and an analysis device according to the invention is set up to carry out the steps of the method according to the invention .
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a pumping system with a rod-type deep pump
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a pumping system with a rod pump with a camera for detecting an oil leak according to the invention
  • FIG. 4 shows an enlarged image section of FIG. 3
  • Fig. 5 shows a binarized representation of Fig. 4,
  • FIG 9 shows an exemplary embodiment of a flowchart for the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a pumping system 20 with a rod pump 1 of the sucker-rod pump type.
  • the pump system includes a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage 5, 10.
  • the linkage 5, 10 forms a so-called "rod cord” and runs through a wellhead 6, with which a Flow line 7 is connected to the derivation of a funded medium 14 .
  • the upper part 5 of the string is formed by a polished rod which passes through a wellhead 6 through a suitable seal.
  • the lower part 10 of the linkage is usually located underground.
  • a casing 8 adjoins the wellhead 6, in which a tube 9 runs, which carries the rod assembly 5 or 10 leads .
  • the wellhead 6 grips the polished rod 5 by means of a seal so that no oil adheres to the rod under normal operating conditions.
  • the pump head which contains a piston 11 in a barrel 12, is attached to the lower end of the linkage 10. A movement of the piston 11 causes the delivery medium 14 to be pumped out.
  • the casing 8 is formed in a borehole 13 .
  • the kinematic converter is driven, for example, by a drive machine in the form of an electric motor 3 via a reduction gear 4 .
  • the kinematic converter can also include a hydraulic power booster.
  • the mechanical connection of the kinematic converter takes place via a moving beam 2, but can vary depending on the type of pump used.
  • the kinematic converter converts a rotary movement of the motor 3 into a linear movement of the linkage 5 , 10 .
  • the properties of the kinematic converter can be described, for example, via leverage and translations, as well as via the electrical drive power and moving masses. It should be noted that the position of a flywheel mass along a rotary movement and the corresponding force on the linkage 10 is related in time, which is referred to as the reference phase angle. For a particular pump assembly, a reference phase angle can be determined using the kinematic principles of mechanics, as known to those skilled in the art.
  • the motor can be an electric motor, which considerably simplifies the determination of the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage 5, because this allows the power consumption of the motor 3 to be recorded with a sensor means during a pumping movement, from which the position of the linkage 5 is determined.
  • a detection means can optionally be provided, which is set up to detect the power consumption and the operating voltage of the individual phases of the electric motor 3 during its operation.
  • the effective power consumption and the apparent power consumption can be determined from the detected current and operating voltage values, from which the current position of the linkage 5 , 10 can be inferred.
  • the position of the linkage 5 can be determined by detecting a movement on the linkage 5, 10 or on the kinematic converter using at least one sensor, such as an inclination sensor, a movement sensor, an acceleration sensor or a magnetic contact sensor.
  • a sensor such as an inclination sensor, a movement sensor, an acceleration sensor or a magnetic contact sensor.
  • the method according to the invention can be implemented as a computer program which includes commands which, when they are executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention.
  • the method according to the invention can be available as an electronically readable data carrier with readable control information stored thereon, which comprises at least the computer program according to the invention and is designed such that they carry out the method according to the invention when using the data carrier in a computing device.
  • the method according to the invention can also be available as a data carrier signal which transmits the computer program according to the invention.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a pumping system 20 with a rod pump 1 and an analysis device 21 with a processor, a memory and a camera 22, which captures the rod 5 of the pump 1 in the form of a digital image.
  • the invention can be implemented as a computer-implemented method for detecting an oil leak in a rod pump 1 .
  • the pump 1 includes the pump head, which is connected to the kinematic converter via the linkage 5 , 10 .
  • the kinematic converter is driven by the motor 3 during operation.
  • the rods 5 , 10 are submerged in the wellhead 6 located in the ground.
  • a lift area is formed by the wellhead 6, which is captured by a camera 22 using an image sequence.
  • Fig. 3 shows an example of a captured image with the polished, oil-contaminated rod of the linkage 5 .
  • a reference image section 30 can be extracted for further analysis, as shown in FIG. 4 shown .
  • a detection angle 23 is formed by the camera 22 and its optics, which captures an image in an area in which part or all of the rod 5 is visible in the image.
  • a reference marking 24 is attached to the linkage 5 in this example.
  • the position of the detected contamination in relation to the position of the reference marking 24 is determined by the reference marking 24 being captured at least partially by the camera 22 using images of the image sequence. If a corresponding marking on the rod 5 cannot be recorded for each image, a time stamp can be recorded for each of the images in the image sequence at the time of recording.
  • the position of the detected contamination in relation to the position of the reference marking 24 can thus be determined for the images of the image sequence via the time stamp.
  • the position of the polishing rod 5 can also be annotated only manually, such as by drawing a square over the visible area of the rod.
  • the image is binarized, as shown in FIG. 5 , for example by applying a predetermined threshold to the value of each pixel.
  • Soiling of the rod can now be detected, for example by carrying out a pixel-by-pixel check against a predefined threshold value or a change in the pixel value for each image in the image sequence.
  • a model for the shape and/or texture and their respective change over time can optionally be generated, trained and applied on the basis of machine learning.
  • Fig. 6 shows an example of a soiled rod assembly in a first position, in which the rod assembly 5 dips deep into the drill head 6 .
  • the reference mark 24 in the form of a pipe clamp is attached to the polished rod 5 . Visible soiling above the polishing rod traverse, i.e. the marking 24, is not relevant since it is also present in the normal state and is used as reference information.
  • Fig. 7 shows the arrangement of the previous figure in a second position, in which the rod 5 is partially withdrawn from the drill head 6 and a clean area 33 of the polished rod 5 can be seen, as intended for the proper operation of the pump 1.
  • Fig. 8 shows the arrangement of the previous figure in a third position, in which the rod 5 has been partially pulled out of the drill head 6 and the clean area 33 of the polished rod 5 can be seen, as provided for the proper operation of the pump 1.
  • Fig. 9 shows an exemplary embodiment of a flowchart of the method according to the invention, in which the following method steps are carried out by the analysis device 21: a) capturing images of the image sequence with at least the lifting area of the linkage 5, b) detecting contamination in the lifting area of the linkage 5 compared to a known clean state for a respective image of the image sequence, c) determining the position of the detected contamination for a respective image of the image sequence using the respective position of the linkage 5, d) determining the change the contamination at the determined location over at least one pumping cycle from the images of the image sequence, e) checking whether the change in contamination exceeds a predetermined limit value, and if so, issuing a warning of an oil leak.
  • Polishing rod traverse, marking of the image section

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Abstract

The invention relates to a computer-implemented method for detecting an oil leak in a beam pump (1), wherein, during pumping movement of the rod linkage (5, 10) through the wellhead (6), a stroke region is formed, which is captured by a camera (22) by means of an image sequence, and wherein the following method steps are carried out: • a) capturing images of the image sequence containing at least the stroke region of the rod linkage, • b) detecting soiling in the stroke region of the rod linkage in comparison with a known clean state for an image in question of the image sequence, • c) ascertaining the position of the detected soiling for an image in question of the image sequence by means of the associated position of the rod linkage, • d) determining the change in the soiling at the ascertained position over at least one pumping cycle from the images of the image sequence, • e) checking if the change in the soiling exceeds a predefined limit value, and if applicable, outputting a warning of an oil leak.

Description

Verfahren, Analysevorrichtung und Pumpsystem zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe Method, analysis device and pumping system for detecting an oil spill in a rod pump
Die Erfindung betri f ft ein computer-implementiertes Verfahren, eine Analysevorrichtung und ein Pumpsystem zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe , wobei die Pumpe einen Pump-Kopf aufweist , welcher über ein Gestänge mit einem Kinematik-Wandler verbunden ist , und der Kinematik- Wandler im Betrieb von einem Motor angetrieben wird, und das Gestänge in einen im Boden befindlichen Bohrlochkopf eintaucht . The invention relates to a computer-implemented method, an analysis device and a pumping system for detecting an oil leak in a rod deep pump, the pump having a pump head which is connected to a kinematics converter via a rod and the kinematics - In operation, the converter is driven by a motor and the rods are immersed in a wellhead located in the ground.
Tiefpumpen werden als Fördereinrichtungen zur Gewinnung von unterirdisch lagernden Flüssigkeiten eingesetzt , wenn der Lagerstättendruck nicht ausreicht , dass sie selbständig bzw . in ausreichender Menge an die Oberfläche gelangen . Zumeist wird mit ihnen Erdöl gefördert . Weitere Einsatzgebiete sind die Förderung von Sole und Heilwässern . Deep pumps are used as conveying devices for the extraction of underground stored liquids if the reservoir pressure is not sufficient for them to be able to pump them independently or independently. reach the surface in sufficient quantity. They are mostly used to extract oil. Further areas of application are the pumping of brine and healing waters.
Das Bild der meisten Öl felder wird von Gestänge-Tiefpumpen geprägt , die wegen ihres Aussehens und ihrer Bewegung auch Pferdekopfpumpen, Nickesel oder Nicker genannt werden . Dabei befindet sich der eigentliche Pumpmechanismus - ein Kolben mit Rückschlagventilen - in einem eigenen Rohrstrang im Bohrloch nahe der öl führenden Schicht . Der Kolben wird mittels einer verschraubbaren Stange von einem an der Erdoberfläche befindlichen Pumpenbock in eine kontinuierliche Auf- und Abwärtsbewegung versetzt . The image of most oil fields is dominated by linkage pumps, which are also called horsehead pumps, nickel donkeys or nickers because of their appearance and their movement. The actual pumping mechanism - a piston with non-return valves - is located in a separate pipe string in the borehole near the oil-bearing layer. The piston is set in a continuous up and down motion by means of a screwable rod from a pump stand located on the ground.
Dies wird durch den sogenannten Pferdekopf bewerkstelligt . Dieser besteht aus einem am Ende eines als Balancier angeordneten Kreisbogensegments , an dem ein Stahlseil- oder Kettenpaar oben angeklemmt ist . This is accomplished by what is known as the horse's head. This consists of a circular arc segment arranged as a balancer at the end, to which a pair of steel cables or chains is clamped at the top.
Der Antrieb erfolgt zumeist elektrisch . Beim Vorhandensein von ausreichend im Erdöl gelösten energiehaltigen Gasen kann j edoch ein Teil dieser Gase an Ort und Stelle mittels eines Degasers vom Fördergut abgetrennt und einem Gasmotor, der die Pumpe antreibt , zugeführt werden . The drive is mostly electric. However, in the presence of sufficient energy-containing gases dissolved in the petroleum, some of these gases can be removed on the spot by means of a Degassers are separated from the conveyed material and fed to a gas engine that drives the pump.
Je nach Pumpenbauart und -große beträgt der Arbeitshub 1 bis 5 m . Pro Minute sind zweieinhalb bis zwöl f Hübe üblich . Die Gestänge-Tiefpumpe kann bis zu Fördertiefen von etwa 2500 m wirtschaftlich eingesetzt werden . Für größere Tiefen sind aufgrund des großen Gewichts der zu hebenden Flüssigkeitssäule andere Pumpensysteme besser geeignet . Depending on the type and size of the pump, the working stroke is 1 to 5 m. Two and a half to twelve strokes per minute are usual. The rod-type deep pump can be used economically up to pumping depths of around 2500 m. Other pump systems are more suitable for greater depths due to the heavy weight of the liquid column to be lifted.
Der Pumpentyp „Mark I I" des texanischen Herstellers Lufkin Industries eignet sich durch seine spezielle Bewegungsgeometrie besonders für hohe Förderraten aus großen Tiefen . The pump type "Mark II" from the Texan manufacturer Lufkin Industries is particularly suitable for high delivery rates from great depths due to its special movement geometry.
Der Pumpentyp „Sucker Rod" weist eine Saugstange auf , das heißt eine Stahlstange mit einer typischen Länge zwischen 25 und 30 Fuß und einem Gewinde an beiden Enden, die in der Ölindustrie verwendet wird, um die Oberflächen- und Bohrlochkomponenten einer in einer Ölquelle installierten Hubkolbenpumpe miteinander zu verbinden . The "sucker rod" type of pump features a suction rod, which is a steel rod typically between 25 and 30 feet in length and threaded at both ends, used in the oil industry to connect the surface and downhole components of a reciprocating pump installed in an oil well to connect with each other.
Gestänge-Tiefpumpen kommen bei der Gewinnung von Erdöl in Lagerstätten zum Einsatz , in welchen der Druck nicht zur Eruptivförderung ausreicht . Der Pumpenmechanismus besteht im Grunde unterirdisch aus einem Kolben mit Rückschlagventilen an einem Rohrstrang, oberirdisch wird dieser von einem Pumpenbock in eine Auf- und Abwärtsbewegung versetzt . Rod pumps are used in the extraction of oil in reservoirs where the pressure is not sufficient for igneous extraction. The pumping mechanism basically consists of a piston with non-return valves on a string of pipes below ground, while above ground it is made to move up and down by a pump stand.
Die sogenannte Stopfbuchse gewährleistet einen dichten Abschluss um das Pumpgestänge . The so-called stuffing box ensures a tight seal around the sucker rods.
Durch die ständige Bewegung kann sich diese mit der Zeit lockern oder verschleißen, was zu Ölaustritt und damit verbundener Kontamination des umliegenden Erdbodens führen kann . Constant movement can cause it to loosen or wear out over time, which can lead to oil spills and associated contamination of the surrounding soil.
Durch unmittelbare Feststellung von beginnendem Ölaustritt kann der entstehende Schaden minimiert werden . Im Stand der Technik gibt es einerseits Ansätze zur Verminderung der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Öllecks , und andererseits Arbeiten zur Minimierung des entstandenen Schadens im Störfall . The resulting damage can be minimized by immediately detecting the beginning of an oil leak. In the state of the art there are on the one hand approaches to reduce the probability of an oil leak occurring and on the other hand work to minimize the damage caused in the event of an accident.
So wurden beispielsweise spezielle Stopfbuchsen entwickelt , die sich mittels Federn automatisch nachziehen . For example, special stuffing boxes have been developed that are automatically tightened by means of springs.
Jedoch sind derartige mechanische Lösungen oft nicht zuverlässig genug und die Wirkung kann sich über das Alter der Anlage verschlechtern . However, such mechanical solutions are often not reliable enough and the effectiveness can deteriorate as the system ages.
Die Auswirkungen eines Öllecks können beispielsweise mit speziellen Auf f angbehältern oder geeigneten Betonfundamenten verringert werden . The effects of an oil leak can be reduced, for example, with special collection tanks or suitable concrete foundations.
Zusätzlich werden daher die Anlagen manuell durch regelmäßige Kontrollgänge überprüft . In addition, the systems are therefore checked manually through regular inspection rounds.
Systeme zur automatischen Erkennung von Ölleckagen sind ebenso aus dem Stand der Technik bekannt , wie beispielsweise mit Sensorik ausgestattete Gefäße , die austretende Flüssigkeit sammeln und einen Alarm auslösen . Systems for the automatic detection of oil leaks are also known from the prior art, such as vessels equipped with sensors that collect escaping liquid and trigger an alarm.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine genauere , rasche und zuverlässige , automatische Erkennung eines Ölaustritts einer Gestänge-Tief pumpe erlauben . It is the object of the invention to provide a method and a device which allow a more precise, quick and reliable automatic detection of an oil leak from a rod pump.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren eingangs genannter Art gelöst , indem während einer Pumpbewegung des Gestänges durch den Bohrlochkopf ein Hub-Bereich gebildet wird, welcher von einer Kamera durch eine Bild-Sequenz erfasst wird, und folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden : a) Erfassen von Bildern der Bild-Sequenz mit zumindest dem Hub-Bereich des Gestänges , b) Erkennen einer Verschmutzung im Hub-Bereich des Gestänges gegenüber einem bekannten sauberen Zustand für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz , c) Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz mithil fe der j eweiligen Position des Gestänges , d) Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung an der ermittelten Lage über zumindest einen Pumpzyklus aus zumindest einem Bild der Bild-Sequenz , e ) Prüfen, ob die Veränderung der Verschmutzung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet , und falls zutref fend, Ausgeben einer Warnung eines Ölaustritts . The object of the invention is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in that a lifting area is formed during a pumping movement of the rod through the wellhead, which is recorded by a camera using an image sequence, and the following method steps are carried out: a) recording of Pictures of the picture sequence with at least the lifting area of the linkage, b) Detection of contamination in the lift area of the linkage compared to a known clean state for a respective image of the image sequence, c) Determination of the location of the detected contamination for a respective image of the image sequence using the respective position of the linkage, d) determining the change in contamination at the determined location over at least one pump cycle from at least one image of the image sequence, e) checking whether the change in contamination exceeds a predetermined limit value, and if so, issuing a warning of an oil leak .
Die Erfindung mach sich die Erkenntnis zunutze , dass ein Ölaustritt am Gestänge durch die Bewegung des Gestänges an einer inhärent vorhandenen Dichtung am Bohrkopf längs der Stange verschmiert , welcher auf einfache Weise mit computerimplementierten Methoden erkannt werden kann . The invention makes use of the knowledge that an oil spill on the rod due to the movement of the rod smears along the rod at an inherently present seal on the drill head, which can easily be detected with computer-implemented methods.
Dadurch wird erreicht , dass bereits minimale , schleichende Ölaustritte und Schlieren an der Polierstange der Pumpe de- tektiert werden können . This ensures that even minimal, gradual oil leaks and streaks on the polishing rod of the pump can be detected.
Hierfür kann eine handelsübliche Färb- oder Grauwertkamera zum Einsatz kommen, während in kommerziellen Systemen in der Regel kostspielige Thermalkameras verwendet werden müssen . A commercially available color or gray value camera can be used for this, while expensive thermal cameras usually have to be used in commercial systems.
Eine handelsübliche RGB- oder Grauwertkamera wird so angebracht und ausgerichtet , dass der Eintauchpunkt der Polierstange und ein möglichst großer Teil der Stange selbst erfasst wird . A commercially available RGB or gray value camera is attached and aligned in such a way that the immersion point of the polishing rod and as large a part of the rod as possible is recorded.
Durch Verwendung eines geeigneten Obj ektivs soll eine Obj ektauflösung von etwa 1 mm/Pixel erreicht werden . By using a suitable lens, an object resolution of about 1 mm/pixel should be achieved.
Der Bildausschnitt muss so ausgewählt werden, dass ein Teil oder die gesamte Stange im Bild sichtbar ist . Vor der Inbetriebnahme wird die Position der Polierstange grob manuell annotiert , wie durch Einzeichnen einer viereckigen Markierung über den sichtbaren Bereich der Stange . The image section must be selected in such a way that part or all of the rod is visible in the image. Prior to operation, the position of the polishing rod is roughly manually annotated, such as by drawing a square mark over the visible area of the rod.
Durch die Anwendung der Erfindung wird erreicht , dass auch nur ein geringfügiger Ölaustritt an einer Polierstange automatisch mit einer handelsüblichen Kamera detektieren werden kann . The use of the invention means that even a small amount of oil escaping from a polishing rod can be automatically detected using a commercially available camera.
Ferner kann eine einzelne Detektion eines Ölaustritts in zeitlichen Bezug innerhalb einer Pump-Periode gesetzt werden . Furthermore, a single detection of an oil leak can be set in terms of time within a pumping period.
Dies verbessert den Stand der Technik dahingehend, dass ein Ölaustritt sofort erkannt werden kann, und nicht durch Verschmutzungen aus späteren Zeitpunkten beeinträchtigt werden kann . This improves the state of the art in that an oil leak can be recognized immediately and cannot be adversely affected by contamination from later points in time.
Daher können Fehlerkennungen und Fehlalarme reduziert werden . Therefore false detections and false alarms can be reduced.
Andererseits könnte eine relevante Verschmutzung gerade unter der Erde oder über dem sichtbaren Kameraausschnitt liegen . On the other hand, a relevant contamination could be just below the ground or above the visible camera section.
Durch Bestimmung des exakten Zeitpunktes innerhalb einer Periode kann einerseits über die Zeit die gesamte Polierstange betrachtet werden, und andererseits irrelevante Verschmutzungen als solche erkannt werden . By determining the exact point in time within a period, on the one hand the entire polishing rod can be viewed over time and on the other hand irrelevant contamination can be recognized as such.
Zur weiteren Verbesserung der Erkennungsrate eines Ölaustritts kann nach dem Schritt c ) eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung erfolgen, beispielsweise ob eine im Schritt b ) ermittelte Verschmutzung tatsächlich von einem Ölaustritt am Gestänge stammen kann oder es sich möglicherweise um eine äußere Verschmutzung handelt , welche durch Menschen, Tiere oder andere Maschinen hervorgerufen wurde . In order to further improve the detection rate of an oil leak, an additional plausibility check can be carried out after step c), for example whether a contamination determined in step b) can actually come from an oil leak on the linkage or it may be external contamination caused by people or animals or other machines.
Die Bildsequenz kann auch Bilder aufweisen, welche zeitlich nicht unmittelbar aufeinander folgen . Mit anderen Worten können einzelne oder mehrere Bilder der Bildsequenz gelöscht werden, welche keine für eine Verschmutzung relevante Informationen enthalten, um beispielsweise Speicherplatz im Speicher einer Rechenvorrichtung zu sparen . The image sequence can also have images that do not follow one another immediately in terms of time. In other words, individual or multiple images of the image sequence can be deleted which do not contain any information relevant to contamination, for example in order to save storage space in the memory of a computing device.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Erkennen der Verschmutzung erfolgt , indem für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz eine pixelweise Prüfung gegen einen vordefinierten Schwellwert oder eine Änderung des Pixels- Werts durchgeführt wird . In a development of the invention, it is provided that the contamination is detected by carrying out a pixel-by-pixel check against a predefined threshold value or a change in the pixel value for each image in the image sequence.
Dadurch wird erreicht , dass nur einer Änderung der Verschmutzungen zur Bestimmung der Verschmutzung herangezogen wird . This ensures that only a change in the contamination is used to determine the contamination.
Nachdem Öl viskose und adhäsive Eigenschaften aufweist , haftet es an der polierten Stange , während eine Verschmutzung ohne Öl nicht anhaftet . Since oil has viscous and adhesive properties, it adheres to the polished rod, while contamination without oil does not adhere.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass am Gestänge eine Referenz-Markierung angebracht ist , und das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung erfolgt , indem die Referenz- Markierung zumindest teilweise durch Bilder der Bild-Sequenz von der Kamera erfasst wird . In a further development of the invention, it is provided that a reference marking is attached to the linkage and the position of the detected contamination is determined in relation to the position of the reference marking by the reference marking being at least partially replaced by images of the image sequence is captured by the camera.
Nachdem die Kamera einen festen örtlichen Bereich der Pumpe erfasst , das Gestänge durch die Pumpbewegung j edoch bewegt wird, müssen die erfassten Bildbereiche zueinander zugeordnet werden, um eine Veränderung eines Bereichs auf der Stange erfassen zu können . After the camera captures a fixed local area of the pump, but the rod is moved by the pumping movement, the captured image areas must be assigned to one another in order to be able to capture a change in an area on the rod.
Durch die Weiterbildung wird erreicht , dass die Bilder einer Bild-Sequenz zueinander auf einfache Weise zugeordnet werden können . What is achieved by the development is that the images of an image sequence can be assigned to one another in a simple manner.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zu den Bildern der Bild-Sequenz j eweils Zeitstempel zum Aufnahmezeitpunkt erfasst werden, und für die Bilder der Bild- Sequenz über die Zeitstempel die Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung ermittelt wird . In a further development of the invention, it is provided that time stamps are recorded for the images in the image sequence at the time of recording, and for the images in the image sequence the position of the recognized location is recorded via the time stamp Pollution is determined in relation to the position of the reference mark.
Dadurch wird auf einfache Weise eine Zuordnung der Bildbereiche in j eweiligen Bildern ermöglicht . This enables the image areas in the respective images to be assigned in a simple manner.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Motor ein elektrischer Motor ist , und das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Position des Gestänges erfolgt , indem während einer Pumpbewegung die Leistungsaufnahme des Motors mit einem Sensormittel erfasst wird, aus welcher die Position des Gestänges ermittelt wird . In a further development of the invention, it is provided that the motor is an electric motor, and the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage is determined by the power consumption of the motor being detected with a sensor means during a pumping movement, from which the position of the linkage is determined.
Dadurch wird auf einfache Weise eine Zuordnung der Bildbereiche in j eweiligen Bildern ermöglicht . This enables the image areas in the respective images to be assigned in a simple manner.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass beim Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung ein Modell für die Form und/oder Textur und deren j eweilige zeitliche Änderung auf Basis maschinellen Lernens erzeugt , trainiert und angewandt wird . In a further development of the invention, it is provided that when determining the change in soiling, a model for the shape and/or texture and their respective change over time is generated, trained and used on the basis of machine learning.
Dadurch wird erreicht , dass die Art der Veränderung der de- tektierten Verschmutzung durch Anwendung maschinellen Lernens bestimmten Fehlerursachen zugeordnet werden, das heiß klassifi ziert kann . This means that the type of change in the detected contamination can be assigned to specific causes of error by using machine learning, which can then be hot classified.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Position des Gestänges erfolgt , indem eine Bewegung am Gestänge oder am Kinematik-Wandler durch zumindest einen Sensor erfasst wird, aus welcher die Position des Gestänges ermittelt wird . In a development of the invention, it is provided that the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage is determined by a movement on the linkage or on the kinematic converter being detected by at least one sensor, from which the position of the linkage is determined will .
Dadurch wird auf einfache Weise eine Zuordnung der Bildbereiche in j eweiligen Bildern ermöglicht . Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Computerprogramm gelöst , umfassend Befehle , welche bei deren Aus führung durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren aus zuführen . This enables the image areas in the respective images to be assigned in a simple manner. The object according to the invention is achieved by a computer program comprising commands which, when they are executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen elektronisch lesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten lesbaren Steuerinformationen gelöst , welche zumindest das erfindungsgemäße Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführen . The object according to the invention is achieved by an electronically readable data carrier with readable control information stored thereon, which comprises at least the computer program according to the invention and is designed in such a way that they carry out the method according to the invention when using the data carrier in a computing device.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Datenträgersignal gelöst , welches das erfindungsgemäße Computerprogramm überträgt . The object according to the invention is achieved by a data carrier signal which transmits the computer program according to the invention.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Analysevorrichtung mit einem Speicher eingangs genannter Art gelöst , welche dazu eingerichtet ist , während einer Pumpbewegung des Gestänges durch den Bohrlochkopf ein Hub-Bereich vorliegt , welcher von einer Kamera durch eine Bild-Sequenz erfasst wird, und die Analysevorrichtung dazu eingerichtet ist , die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte aus zuführen . The object according to the invention is also achieved by an analysis device with a memory of the type mentioned at the outset, which is set up so that during a pumping movement of the rods through the wellhead there is a lifting range, which is captured by a camera using an image sequence, and the analysis device is set up to carry out the method steps according to the invention.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Pumpsystem eingangs genannter Art gelöst , wobei die Pumpe einen Pump- Kopf aufweist , welcher über ein Gestänge mit einem Kinematik- Wandler verbunden ist , und der Kinematik-Wandler im Betrieb von einem Motor angetrieben wird, und das Gestänge in einen im Boden befindlichen Bohrlochkopf eintaucht , wobei während einer Pumpbewegung des Gestänges durch den Bohrlochkopf ein Hub-Bereich vorliegt , welcher von einer Kamera durch eine Bild-Sequenz erfasst wird, und eine erfindungsgemäße Analysevorrichtung dazu eingerichtet ist , die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus zuführen . Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: The object according to the invention is also achieved by a pump system of the type mentioned at the outset, the pump having a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage, and the kinematic converter is driven by a motor during operation, and the linkage into a wellhead located in the ground, with a lifting area being present during a pumping movement of the rods through the wellhead, which is captured by a camera using an image sequence, and an analysis device according to the invention is set up to carry out the steps of the method according to the invention . The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings. In the drawings shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Pumpsystems mit einer Gestänge-Tiefpumpe, 1 shows a schematic representation of a pumping system with a rod-type deep pump,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Pumpsystems mit einer Gestänge-Tiefpumpe mit einer Kamera zur erfindungsgemäßen Erkennung eines Ölaustritts, 2 shows a schematic representation of a pumping system with a rod pump with a camera for detecting an oil leak according to the invention,
Fig. 3 ein Beispiel für ein erfasstes Bild eines verschmutzten Gestänges, 3 shows an example of a captured image of a soiled linkage,
Fig. 4 ein vergrößerter Bildausschnitt der Fig. 3, FIG. 4 shows an enlarged image section of FIG. 3,
Fig. 5 eine binarisierte Darstellung der Fig. 4, Fig. 5 shows a binarized representation of Fig. 4,
Fig. 6 ein Beispiel für ein verschmutztes Gestänge in einer ersten Position, 6 shows an example of a soiled linkage in a first position,
Fig. 7 ein Beispiel für ein verschmutztes Gestänge in einer zweiten Position, 7 shows an example of a soiled linkage in a second position,
Fig. 8 ein Beispiel für ein verschmutztes Gestänge in einer dritten Position, 8 shows an example of a soiled linkage in a third position,
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel für Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. 9 shows an exemplary embodiment of a flowchart for the method according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems 20 mit einer Gestänge-Tiefpumpe 1 vom Typ einer Sucker-Rod-Pumpe . 1 shows an exemplary embodiment of a pumping system 20 with a rod pump 1 of the sucker-rod pump type.
Das Pumpsystem umfasst einen Pump-Kopf, welcher über ein Gestänge 5, 10 mit einem Kinematik-Wandler verbunden ist. The pump system includes a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage 5, 10.
Das Gestänge 5, 10 bildet eine sogenannte „Stabschnur" und verläuft durch einen Bohrlochkopf 6, mit welchen eine Durchflussleitung 7 zur Ableitung eines geförderten Mediums 14 verbunden ist . The linkage 5, 10 forms a so-called "rod cord" and runs through a wellhead 6, with which a Flow line 7 is connected to the derivation of a funded medium 14 .
Der obere Teil 5 des Gestänges ist durch eine polierte Stange gebildet , welche durch eine entsprechende Dichtung durch einen Bohrlochkopf 6 hindurch verläuft . The upper part 5 of the string is formed by a polished rod which passes through a wellhead 6 through a suitable seal.
Der untere Teil 10 des Gestänges ist meist unterirdisch gelegen . The lower part 10 of the linkage is usually located underground.
An den Bohrlochkopf 6 grenzt ein Mantel 8 an, in welchem eine Röhre 9 verläuft , die das Gestänge 5 bzw . 10 führt . A casing 8 adjoins the wellhead 6, in which a tube 9 runs, which carries the rod assembly 5 or 10 leads .
Der Bohrlochkopf 6 umgrei ft mittels einer Dichtung die polierte Stange 5 , sodass im normalen Betriebs zustand kein Öl an der Stange haftet . The wellhead 6 grips the polished rod 5 by means of a seal so that no oil adheres to the rod under normal operating conditions.
Am unteren Ende des Gestänges 10 ist der Pump-Kopf befestigt , der einen Kolben 11 in einem Lauf 12 beinhaltet . Eine Bewegung des Kolbens 11 führt zu einem Abpumpen des Fördermediums 14 . The pump head, which contains a piston 11 in a barrel 12, is attached to the lower end of the linkage 10. A movement of the piston 11 causes the delivery medium 14 to be pumped out.
Der Mantel 8 ist in einem Bohrloch 13 gebildet . The casing 8 is formed in a borehole 13 .
Der Kinematik-Wandler wird beispielsweise von einer Antriebsmaschine in Form eines elektrischen Motors 3 über ein Untersetzungsgetriebe 4 angetrieben . Der Kinematik-Wandler kann zusätzlich einen hydraulischen Kraftverstärker umfassen . The kinematic converter is driven, for example, by a drive machine in the form of an electric motor 3 via a reduction gear 4 . The kinematic converter can also include a hydraulic power booster.
Die mechanische Anbindung des Kinematik-Wandler erfolgt in diesem Beispiel über einen Laufbalken 2 , kann j e nach verwendetem Pumpentyp aber variieren . In this example, the mechanical connection of the kinematic converter takes place via a moving beam 2, but can vary depending on the type of pump used.
Dem Fachmann sind derartige Kinematik-Wandler geläufig, ebenso deren Beschreibung in Form von „Eigenschaften eines Kinematik-Wandlers" durch die Trans formations-Funktion von mechanischen Bewegungen und Kräften . Der Kinematik-Wandler konvertiert eine Drehbewegung des Motors 3 in eine Linearbewegung des Gestänges 5 , 10 . Those skilled in the art are familiar with such kinematic converters, as well as their description in the form of "properties of a kinematic converter" through the transformation function of mechanical movements and forces. The kinematic converter converts a rotary movement of the motor 3 into a linear movement of the linkage 5 , 10 .
Die Eigenschaften des Kinematik-Wandler können beispielsweise über Hebelwirkungen und Übersetzungen, sowie über die elektrische Antriebsleistung und bewegte Massen beschrieben werden . Dabei ist zu beachten, dass die Position einer Schwungmasse entlang einer Drehbewegung und die korrespondierende Krafteinwirkung am Gestänge 10 in einem zeitlichen Zusammenhang steht , welche als Bezugsphasenwinkel bezeichnet wird . Für eine j eweilige Pumpenanordnung kann ein Bezugsphasenwinkel unter Anwendung der Kinematik-Prinzipien der Mechanik bestimmt werden, wie dem Fachmann bekannt . The properties of the kinematic converter can be described, for example, via leverage and translations, as well as via the electrical drive power and moving masses. It should be noted that the position of a flywheel mass along a rotary movement and the corresponding force on the linkage 10 is related in time, which is referred to as the reference phase angle. For a particular pump assembly, a reference phase angle can be determined using the kinematic principles of mechanics, as known to those skilled in the art.
Der Motor kann ein elektrischer Motor sein, was das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Position des Gestänges 5 erheblich vereinfacht , denn dadurch kann während einer Pumpbewegung die Leistungsaufnahme des Motors 3 mit einem Sensormittel erfasst werden, aus welcher die Position des Gestänges 5 ermittelt wird . The motor can be an electric motor, which considerably simplifies the determination of the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage 5, because this allows the power consumption of the motor 3 to be recorded with a sensor means during a pumping movement, from which the position of the linkage 5 is determined.
Dazu kann optional ein Erfassungsmittel vorgesehen sein, das dazu eingerichtet ist , die Stromaufnahme und die Betriebsspannung der einzelnen Phasen des elektrischen Motors 3 während dessen Betrieb zu erfassen . For this purpose, a detection means can optionally be provided, which is set up to detect the power consumption and the operating voltage of the individual phases of the electric motor 3 during its operation.
Dies kann beispielsweise durch ein Amperemeter beziehungsweise Voltmeter erfolgen, welches insbesondere zeitlich hochauflösend diskrete Messpunkte mit Strom- beziehungsweise Spannungswerten erfasst . This can be done, for example, using an ammeter or voltmeter, which records discrete measuring points with current or voltage values in particular with high temporal resolution.
Durch die erfassten Strom- und Betriebsspannungswerte kann die ef fektive Leistungsaufnahme und die Schein-Leistungsaufnahme bestimmt werden, woraus auf die aktuelle Position des Gestänges 5 , 10 geschlossen werden kann . The effective power consumption and the apparent power consumption can be determined from the detected current and operating voltage values, from which the current position of the linkage 5 , 10 can be inferred.
Es ist dem Fachmann bekannt , wie ein Bezugsphasenwinkel für den Kinematik-Wandler mithil fe der Eigenschaften des Kinematik-Wandlers und der Leistungsaufnahme des Motors 3 , welcher den Zusammenhang zwischen dem Maximum der Leistungsaufnahme und dem Maximum der auf das Gestänge der Tiefpumpe 1 wirkenden Kraft beschreibt , ermittelt werden kann . It is known to those skilled in the art how to set a reference phase angle for the kinematic converter using the properties of the Kinematic converter and the power consumption of the motor 3, which describes the relationship between the maximum power consumption and the maximum of the force acting on the linkage of the deep pump 1, can be determined.
Es ist dem Fachmann auch bekannt , wie ein Drehmoment-Verlauf aus der Leistungsaufnahme des Motors 3 mithil fe der Eigenschaften des Kinematik-Wandlers ermittelt werden kann . It is also known to those skilled in the art how a torque curve can be determined from the power consumption of the motor 3 using the properties of the kinematic converter.
Alternativ kann die Ermittlung der Position des Gestänges 5 erfolgen, indem eine Bewegung am Gestänge 5 , 10 oder am Kinematik-Wandler durch zumindest einen Sensor, wie einen Inklinationssensor, einen Bewegungssensor, einen Beschleunigungssensor oder einen magnetischen Kontaktsensor erfasst wird . Alternatively, the position of the linkage 5 can be determined by detecting a movement on the linkage 5, 10 or on the kinematic converter using at least one sensor, such as an inclination sensor, a movement sensor, an acceleration sensor or a magnetic contact sensor.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Computerprogramm implementiert werden, das Befehle umfasst , welche bei deren Aus führung durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren aus zuführen . The method according to the invention can be implemented as a computer program which includes commands which, when they are executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren als elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten lesbaren Steuerinformationen verfügbar sein, welche zumindest das erfindungsgemäße Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführen . Furthermore, the method according to the invention can be available as an electronically readable data carrier with readable control information stored thereon, which comprises at least the computer program according to the invention and is designed such that they carry out the method according to the invention when using the data carrier in a computing device.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Datenträgersignal verfügbar sein, das das erfindungsgemäße Computerprogramm überträgt . The method according to the invention can also be available as a data carrier signal which transmits the computer program according to the invention.
Fig . 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines Pumpsystems 20 mit einer Gestänge-Tiefpumpe 1 , sowie einer Analysevorrichtung 21 mit einem Prozessor, einem Speicher und einer Kamera 22 , welche das Gestänge 5 der Pumpe 1 in Form eines digitalen Bildes erfasst . Die Erfindung kann als computer-implementiertes Verfahren zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe 1 ausgeführt werden . Fig. 2 shows an embodiment of a pumping system 20 with a rod pump 1 and an analysis device 21 with a processor, a memory and a camera 22, which captures the rod 5 of the pump 1 in the form of a digital image. The invention can be implemented as a computer-implemented method for detecting an oil leak in a rod pump 1 .
Dabei umfasst die Pumpe 1 , wie in der vorhergehenden Figur bereits ausgeführt , den Pump-Kopf , welcher über das Gestänge 5 , 10 mit dem Kinematik-Wandler verbunden ist . As already explained in the previous figure, the pump 1 includes the pump head, which is connected to the kinematic converter via the linkage 5 , 10 .
Der Kinematik-Wandler wird im Betrieb von dem Motor 3 angetrieben . The kinematic converter is driven by the motor 3 during operation.
Das Gestänge 5 , 10 taucht in den im Boden befindlichen Bohrlochkopf 6 ein . The rods 5 , 10 are submerged in the wellhead 6 located in the ground.
Während einer Pumpbewegung des Gestänges 5 wird durch den Bohrlochkopf 6 ein Hub-Bereich gebildet , welcher von einer Kamera 22 durch eine Bild-Sequenz erfasst wird . During a pumping movement of the rod assembly 5, a lift area is formed by the wellhead 6, which is captured by a camera 22 using an image sequence.
Fig . 3 zeigt ein Beispiel für ein erfasstes Bild mit der polierten, öl-verschmut zten Stange des Gestänges 5 . Fig. 3 shows an example of a captured image with the polished, oil-contaminated rod of the linkage 5 .
Es kann ein Referenz-Bildausschnitt 30 für die weitere Analyse extrahiert werden, wie in Fig . 4 dargestellt . A reference image section 30 can be extracted for further analysis, as shown in FIG. 4 shown .
Ein Erfassungswinkel 23 wird durch die Kamera 22 und deren Optik gebildet , welcher ein Bild in einem Bereich erfasst , in welchem ein Teil oder die gesamte Stange 5im Bild sichtbar ist . A detection angle 23 is formed by the camera 22 and its optics, which captures an image in an area in which part or all of the rod 5 is visible in the image.
Um die Position des Gestänges 5 einfach zu erfassen, ist in diesem Beispiel am Gestänge 5 eine Referenz-Markierung 24 angebracht . In order to easily detect the position of the linkage 5, a reference marking 24 is attached to the linkage 5 in this example.
Das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung 24 erfolgt , indem die Referenz-Markierung 24 zumindest teilweise durch Bilder der Bild-Sequenz von der Kamera 22 erfasst wird . Falls nicht für j edes Bild eine entsprechende Markierung auf der Stange 5 erfasst werden kann, kann zu den Bildern der Bild-Sequenz j eweils ein Zeitstempel zum Aufnahmezeitpunkt erfasst werden . The position of the detected contamination in relation to the position of the reference marking 24 is determined by the reference marking 24 being captured at least partially by the camera 22 using images of the image sequence. If a corresponding marking on the rod 5 cannot be recorded for each image, a time stamp can be recorded for each of the images in the image sequence at the time of recording.
Für die Bilder der Bild-Sequenz kann somit über die Zeitstempel die Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung 24 ermittelt werden . The position of the detected contamination in relation to the position of the reference marking 24 can thus be determined for the images of the image sequence via the time stamp.
Vor einer Inbetriebnahme kann die Position der Polierstange 5 auch nur manuell annotiert werden, wie durch Einzeichnen eines Vierecks über den sichtbaren Bereich der Stange . Prior to start-up, the position of the polishing rod 5 can also be annotated only manually, such as by drawing a square over the visible area of the rod.
Nach der Erfassung eines Bildes durch die Kamera 22 erfolgt eine Binarisierung des Bildes , wie in Fig . 5 dargestellt , beispielsweise durch Anwendung eines vorbestimmten Schwellwertes für den Wert j edes Pixels . After the camera 22 has captured an image, the image is binarized, as shown in FIG. 5 , for example by applying a predetermined threshold to the value of each pixel.
Verschmutzungen der Stange können nun erkannt werden, beispielsweise indem für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz eine pixelweise Prüfung gegen einen vordefinierten Schwellwert oder eine Änderung des Pixels-Werts durchgeführt wird . Soiling of the rod can now be detected, for example by carrying out a pixel-by-pixel check against a predefined threshold value or a change in the pixel value for each image in the image sequence.
Es wird nun die Veränderung einer Verschmutzung über die Zeit beobachtet . The change in contamination over time is now observed.
Beim Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung kann optional ein Modell für die Form und/oder Textur und deren j eweilige zeitliche Änderung auf Basis maschinellen Lernens erzeugt , trainiert und angewandt werden . When determining the change in soiling, a model for the shape and/or texture and their respective change over time can optionally be generated, trained and applied on the basis of machine learning.
Fig . 6 zeigt ein Beispiel für ein verschmutztes Gestänge in einer ersten Position, in welcher das Gestänge 5 tief in den Bohrkopf 6 eintaucht . Fig. 6 shows an example of a soiled rod assembly in a first position, in which the rod assembly 5 dips deep into the drill head 6 .
An der polierten Stange 5 ist die Referenz-Markierung 24 in Form einer Rohrschelle befestigt . Eine sichtbare Verschmutzung oberhalb der Polierstangen-Tra- verse , das heißt der Markierung 24 ist nicht relevant , da sie auch im Normal zustand vorhanden ist und als Bezugsinformation verwendet wird . The reference mark 24 in the form of a pipe clamp is attached to the polished rod 5 . Visible soiling above the polishing rod traverse, i.e. the marking 24, is not relevant since it is also present in the normal state and is used as reference information.
Fig . 7 zeigt die Anordnung der vorhergehenden Figur in einer zweiten Position, in welcher das Gestänge 5 zum Teil aus dem Bohrkopf 6 herausgezogen ist und ein sauberer Bereich 33 des polierten Stange 5 erkennbar ist , wie es für den ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe 1 vorgesehen ist . Fig. 7 shows the arrangement of the previous figure in a second position, in which the rod 5 is partially withdrawn from the drill head 6 and a clean area 33 of the polished rod 5 can be seen, as intended for the proper operation of the pump 1.
Fig . 8 zeigt die Anordnung der vorhergehenden Figur in einer dritten Position, in welcher das Gestänge 5 zum Teil aus dem Bohrkopf 6 ganz herausgezogen ist und der saubere Bereich 33 des polierten Stange 5 erkennbar ist , wie es für den ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe 1 vorgesehen ist . Fig. 8 shows the arrangement of the previous figure in a third position, in which the rod 5 has been partially pulled out of the drill head 6 and the clean area 33 of the polished rod 5 can be seen, as provided for the proper operation of the pump 1.
Fig . 9 zeigt ein Aus führungsbeispiel für Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens , in welchem folgende Verfahrensschritte von der Analysevorrichtung 21 ausgeführt werden : a) Erfassen von Bildern der Bild-Sequenz mit zumindest dem Hub-Bereich des Gestänges 5 , b) Erkennen einer Verschmutzung im Hub-Bereich des Gestänges 5 gegenüber einem bekannten sauberen Zustand für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz , c) Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung für ein j eweiliges Bild der Bild-Sequenz mithil fe der j eweiligen Position des Gestänges 5 , d) Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung an der ermittelten Lage über zumindest einen Pumpzyklus aus den Bildern der Bild-Sequenz , e ) Prüfen, ob die Veränderung der Verschmutzung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet , und falls zutref fend, Ausgeben einer Warnung eines Ölaustritts . Fig. 9 shows an exemplary embodiment of a flowchart of the method according to the invention, in which the following method steps are carried out by the analysis device 21: a) capturing images of the image sequence with at least the lifting area of the linkage 5, b) detecting contamination in the lifting area of the linkage 5 compared to a known clean state for a respective image of the image sequence, c) determining the position of the detected contamination for a respective image of the image sequence using the respective position of the linkage 5, d) determining the change the contamination at the determined location over at least one pumping cycle from the images of the image sequence, e) checking whether the change in contamination exceeds a predetermined limit value, and if so, issuing a warning of an oil leak.
Be zugs Zeichen : Reference sign :
1 Gestänge-Tief pumpe Laufbalken 1 linkage deep pump scroll bar
Antriebsmaschine , Motorprime mover, motor
Untersetzungsgetriebe polierte Stange Reduction gear polished rod
Bohrlochkopf wellhead
Durchfluss lei tung flow line
Mantel a coat
Röhre tube
Stabschnur rod cord
Kolben Pistons
Lauf run
Bohrloch borehole
Fördermedium conveying medium
Pumpsystem pumping system
Analyse-Vorrichtung analysis device
Kamera camera
Winkel angle
Polierstangen-Traverse , Markierung Bildausschnitt Polishing rod traverse, marking of the image section
Öl-verschmut zter Bereich der Stange binarisierter Bildausschnitt sauberer Bereich der Stange Oil-contaminated area of the rod binarized image detail clean area of the rod

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Computer-implementiertes Verfahren zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe (1) , wobei die Pumpe (1) einen Pump-Kopf aufweist, welcher über ein Gestänge (5, 10) mit einem Kinematik-Wandler verbunden ist, und der Kinematik-Wandler im Betrieb von einem Motor (3) angetrieben wird, und das Gestänge (5, 10) in einen im Boden befindlichen Bohrlochkopf (6) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Pumpbewegung des Gestänges (5) durch den Bohrlochkopf (6) ein Hub-Bereich gebildet wird, welcher von einer Kamera (22) durch eine Bild- Sequenz erfasst wird, und folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: a) Erfassen von Bildern der Bild-Sequenz mit zumindest dem Hub-Bereich des Gestänges (5) , b) Erkennen einer Verschmutzung im Hub-Bereich des Gestänges (5) gegenüber einem bekannten sauberen Zustand für ein jeweiliges Bild der Bild-Sequenz, c) Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung für ein jeweiliges Bild der Bild-Sequenz mithilfe der jeweiligen Position des Gestänges (5) , d) Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung an der ermittelten Lage über zumindest einen Pumpzyklus aus den Bildern der Bild-Sequenz, e) Prüfen, ob die Veränderung der Verschmutzung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, und falls zutreffend, Ausgeben einer Warnung eines Ölaustritts. 1. Computer-implemented method for detecting an oil leak in a linkage deep pump (1), wherein the pump (1) has a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage (5, 10), and the Kinematic converter is driven in operation by a motor (3), and the rods (5, 10) are immersed in a wellhead (6) located in the ground, characterized in that during a pumping movement of the rods (5) through the wellhead (6 ) a lifting area is formed, which is captured by a camera (22) using an image sequence, and the following method steps are carried out: a) capturing images of the image sequence with at least the lifting area of the linkage (5), b) detecting contamination in the lift area of the linkage (5) compared to a known clean state for a respective image of the image sequence, c) determining the location of the detected contamination for a respective image of the image sequence using the respective posit ion of the linkage (5), d) determining the change in contamination at the determined location over at least one pumping cycle from the images of the image sequence, e) checking whether the change in contamination exceeds a predetermined limit value, and if so, outputting a Oil spill warning.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Erkennen der Verschmutzung erfolgt, indem für ein jeweiliges Bild der Bild-Sequenz eine pixelweise Prüfung gegen einen vordefinierten Schwellwert oder eine Änderung des Pixels-Werts durchgeführt wird. 2. The method as claimed in the preceding claim, in which the contamination is detected by carrying out a pixel-by-pixel check against a predefined threshold value or a change in the pixel value for a respective image in the image sequence.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Gestänge (5) eine Referenz-Markierung (24) angebracht ist, und das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung (24) erfolgt, indem die Referenz-Markierung (24) zumindest teilweise durch Bilder der Bild-Sequenz von der Kamera (22) erfasst wird. . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zu den Bildern der Bild-Sequenz jeweils Zeitstempel zum Aufnahmezeitpunkt erfasst werden, und für die Bilder der Bild-Sequenz über die Zeitstempel die Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Lage der Referenz-Markierung (24) ermittelt wird. . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor (3) ein elektrischer Motor ist, und das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Position des Gestänges (5) erfolgt, indem während einer Pumpbewegung die Leistungsaufnahme des Motors (3) mit einem Sensormittel erfasst wird, aus welcher die Position des Gestänges (5) ermittelt wird. . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen der Veränderung der Verschmutzung ein Modell für die Form und/oder Textur und deren jeweilige zeitliche Änderung auf Basis maschinellen Lernens erzeugt, trainiert und angewandt wird. . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Lage der erkannten Verschmutzung in Bezug auf die Position des Gestänges (5) erfolgt, indem eine Bewegung am Gestänge (5, 10) oder am Kinematik-Wandler durch zumindest einen Sensor erfasst wird, aus welcher die Position des Gestänges (5) ermittelt wird. . Computerprogramm, umfassend Befehle, welche bei deren Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. 19 . Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen. 0. Datenträgersignal, welches das Computerprogramm nach Anspruch 8 überträgt. 1. Analysevorrichtung (21) zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe (1) , wobei die Pumpe (1) einen Pump-Kopf aufweist, welcher über ein Gestänge (5, 10) mit einem Kinematik-Wandler verbunden ist, und der Kinematik-Wandler im Betrieb von einem Motor (3) angetrieben wird, und das Gestänge (5, 10) in einen im Boden befindlichen Bohrlochkopf (6) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Pumpbewegung des Gestänges (5) durch den Bohrlochkopf (6) ein Hub-Bereich vorliegt, welcher von einer Kamera (22) durch eine Bild-Sequenz erfasst wird, und die Analysevorrichtung dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 2. Pumpsystem (20) zur Erkennung eines Ölaustritts bei einer Gestänge-Tiefpumpe (1) , umfassend eine Pumpe (1) mit einem Pump-Kopf, welcher über ein Gestänge (5, 10) mit einem Kinematik-Wandler verbunden ist, und der Kinematik-Wandler im Betrieb von einem Motor (3) angetrieben wird, und das Gestänge (5, 10) in einen im Boden befindlichen Bohrlochkopf (6) eintaucht, wobei während einer Pumpbewegung des Gestänges (5) durch den Bohrlochkopf (6) ein Hub-Bereich vorliegt, welcher von einer Kamera (22) durch eine Bild-Sequenz erfasst wird, und eine Analysevorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein a reference marking (24) is attached to the linkage (5), and determining the position of the detected Contamination in relation to the position of the reference marking (24) takes place in that the reference marking (24) is at least partially recorded by the camera (22) through images of the image sequence. . Method according to the preceding claim, wherein time stamps are recorded for the images in the image sequence at the time of recording, and the position of the detected contamination in relation to the position of the reference marking (24) is determined for the images in the image sequence via the time stamp will. . Method according to one of the preceding claims, wherein the motor (3) is an electric motor, and the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage (5) is determined by the power consumption of the motor (3) during a pumping movement a sensor means is detected, from which the position of the linkage (5) is determined. . Method according to one of the preceding claims, wherein when determining the change in soiling, a model for the shape and/or texture and their respective change over time is generated, trained and used on the basis of machine learning. . Method according to one of the preceding claims, wherein the position of the detected contamination in relation to the position of the linkage (5) is determined by a movement on the linkage (5, 10) or on the kinematic converter being detected by at least one sensor which the position of the linkage (5) is determined. . Computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the latter to carry out the method according to one of the preceding claims. 19 . Electronically readable data carrier with readable control information stored thereon, which comprises at least one computer program according to the preceding claim and is designed such that when the data carrier is used in a computing device, it carries out a method according to one of Claims 1 to 7. 0. data carrier signal, which transmits the computer program according to claim 8. 1. Analysis device (21) for detecting an oil leak in a linkage deep pump (1), wherein the pump (1) has a pump head which is connected to a kinematic converter via a linkage (5, 10), and the Kinematic converter is driven in operation by a motor (3), and the rods (5, 10) are immersed in a wellhead (6) located in the ground, characterized in that during a pumping movement of the rods (5) through the wellhead (6 ) a hub area is present, which is captured by a camera (22) by an image sequence, and the analysis device is set up to carry out the method steps according to one of claims 1 to 7. 2. Pump system (20) for detecting an oil leak in a linkage deep pump (1), comprising a pump (1) with a pump head, which is connected via a linkage (5, 10) to a kinematic converter, and the Kinematic converter is driven in operation by a motor (3), and the rod (5, 10) is immersed in a wellhead (6) located in the ground, during a pumping movement of the rod (5) through the wellhead (6) a stroke - there is an area which is captured by a camera (22) through an image sequence, and an analysis device according to the preceding claim is arranged to carry out the steps of the method according to any one of claims 1 to 7.
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