JP6604978B2 - 井戸における使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための方法及び装置 - Google Patents

井戸における使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための方法及び装置 Download PDF

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Description

本開示は、概して炭化水素及び/または流体の製造に関し、より詳細には、井戸での使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための方法及び装置に関する。
ポンプ装置は、井戸から流体(たとえば炭化水素)を引き出すために使用される。井戸から流体を引き出すためにポンプ装置がサイクルするとき、ポンプ装置の構成要素において異なる力が付与される。
例示的方法は、ポンプ装置のクランクアームの第1の角度を決定することと、ポンプ装置のための第1のトルク要素を決定することとを含む。第1のトルク要素は、ポンプ装置のクランクアームの角度に対する研磨ロッドの位置の変化率を含む。本方法は、クランクアームの第1の角度、第1のトルク要素及び基準研磨ロッドの速度に基づいて、研磨ロッドが基準研磨ロッドの速度で移動するのを可能とするため、ポンプ装置のモーターを操作するための比率を決定することを含む。
例示的方法は、ポンプ装置のクランクアームの第1の角度を決定することと、ポンプ装置のための第1のトルク要素を決定することとを含む。第1のトルク要素は、クランクアームの角度に対する研磨ロッドの位置の変化率を含む。本方法は、研磨ロッドにおける第1の負荷を決定することと第1の負荷を基準負荷と比較することとをさらに含む。本方法は、第1の負荷と基準負荷との間の比較に基づいて、研磨ロッドにおける基準負荷が続いて決定される研磨ロッドにおける負荷と実質的に類似するのを可能とするための、研磨ロッドを操作するための速度を決定することをも含む。
例示的装置は、ハウジングとハウジング内に配置されたプロセッサとを含む。プロセッサは、ポンプ装置の研磨ロッドにおいて付与される負荷が基準負荷の閾値内となるのを可能とするための、または、研磨ロッドの速度が基準速度の閾値内となるのを可能とするための、ポンプ装置のモーターを操作するための比率を決定する。
本明細書に記載の実施例が実現され得る、井戸での使用のための例示的ポンプ装置である。 本明細書に記載の実施例が実現され得る、井戸での使用のための別の例示的ポンプ装置である。 本明細書に記載の実施例が実現され得る、井戸での使用のための別の例示的ポンプ装置である。 図4Aは、本開示の教示による例示的校正工程の間に生成された例示的参照テーブルを示す。 図4Bは、本開示の教示による例示的校正工程の間に生成された例示的参照テーブルを示す。 図5Aは、本明細書に記載の実施例を用いて生成された別の例示的参照テーブルを示す。 図5Bは、本明細書に記載の実施例を用いて生成された別の例示的参照テーブルを示す。 図6Aは、本明細書に記載の実施例を用いて生成された別の例示的参照テーブルを示す。 図6Bは、本明細書に記載の実施例を用いて生成された別の例示的参照テーブルを示す。 図1〜図3の例示的ポンプ装置を実行するために使用され得る例示的方法を表すフローチャートである。 図1〜図3の例示的ポンプ装置を実行するために使用され得る例示的方法を表すフローチャートである。 図1〜図3の例示的ポンプ装置を実行するために使用され得る例示的方法を表すフローチャートである。 図1〜図3の例示的ポンプ装置を実行するために使用され得る例示的方法を表すフローチャートである。 図1〜図3の例示的ポンプ装置を実行するために使用され得る例示的方法を表すフローチャートである。 図7〜図11の方法を実行するためのプロセッサプラットフォーム及び/または図1〜図3の装置である。
図は原寸ではない。可能な限り、同じ参照符号は、同じまたは同等の部分を参照するために、図及び添付の記載された明細書を通して使用される。
井戸のポンプ装置がサイクルを通して移動するとき、油井の穴の流体は、ポンプ装置のサッカー・ロッドストリングにおいて摩擦を付与する。油井の穴の流体が、たとえば高粘度のオイルの場合、そのダウンストロークの間にサッカー・ロッドストリングにおいて付与された摩擦は、サッカー・ロッドストリング及び研磨ロッドを予想されるよりも低速で井戸内へと移動させ(たとえば、落下)、ポンプ装置の運搬バーから分離させるのに十分となり得る。研磨ロッド/運搬バーの分離は、ロッド浮遊(rod float)と称され得る。いくつかの実施例において、研磨ロッド及び運搬ユニット分離は、ギヤボックスを過負荷とし、及び/またはポンプ装置及び/またはサッカー・ロッドストリングに衝撃負荷となり得る。いくつかの実施例において、ロッド浮遊は、研磨ロッド及び運搬ユニットが分離するときにモーターが研磨ロッドの負荷の支援なくポンプ装置のカウンターウェイトを持ち上げるため、より高いモータートルクによって検出され得る。いくつかの実施例において、ロッド浮遊は、計測された研磨ロッド負荷が所定の閾値未満に低下する場合に検出され得る。
ロッド浮遊に対処するためのいくつかの知られた方法は、ロッド浮遊が検出されたときにモーター速度を低減させることにより試みられた。しかしながら、ロッド浮遊が検出されたときにモーター速度を低下させることは、そのストロークの高速区分を通して研磨ロッドが動き得るため、それ自体においてロッド浮遊を防がない。高速ドッド速度区分において、ポンプ装置の機械的設計及び運搬バー速度とモーター/クランクアームの角速度との間の正弦関係は、運搬バーを、下方へと加速し続け、サッカー・ロッドストリングから分離させる。
いくつかの知られた手法とは対照的に、本明細書に記載の実施例は、たとえばロッド浮遊が検出されたときに、モーター、ポンプ装置、研磨ロッド及び/またはポンプに悪影響を及ぼすことなく、研磨ロッドにおける速度及び/または負荷を自動的に制御することによって、ロッド浮遊に対処する。アップストロークにおける実質的に一定の研磨ロッドの速度は、ピーク負荷が低減されるのを可能とする。ダウンストロークにおける実質的に一定の研磨ロッドの速度は、最小負荷が増加されるのを可能とする。ダウンストロークにおける実質的に一定の研磨ロッド負荷は、ポンプ装置が、たとえばロッド浮遊のような、速度関連の操作問題を実質的に低減させつつ、最大の全体のサイクル速度で操作されるのを可能とする。いくつかの実施例において、最小及び最大負荷並びに速度の間の範囲の低減は、研磨ロッドにおける疲労故障の可能性を低減させる。
いくつかの実施例において、実質的にロッド浮遊を防ぐため、研磨ロッドにおける負荷は、ロッド浮遊が通常生じない所定の値でまたは所定の値より大きい値で維持される。こうした実施例において、研磨ロッドの負荷は、監視され及び/または研磨ロッドの速度を制御することによって制御される。いくつかの実施例において、研磨ロッドの速度は、運搬バーの速度を決定し、モーター速度(たとえば、可変の駆動速度)を調整及び/または制御することによって、実質的に一定で、ロッド浮遊が生じる速度より低く維持される。
図1は、油井102からオイルを生成するために使用され得る例示的クランクアーム平衡型ポンプ装置及び/またはポンプ装置100を示す。ポンプ装置100は、基部104、サンプソンポスト106及びウォーキングビーム108を含む。ウォーキングビーム108は、ロープ(bridle)112を介して油井102に対して研磨ロッド110を往復運動させるために使用されても良い。
ポンプ装置100は、ギヤボックス118を回転させ、同様にクランクアーム120及びカウンターウェイト121を回転させるためにベルト及び滑車システム116を駆動するモーターまたはエンジン114を含む。連結棒122は、クランクアーム120の回転がピットマン122及びウォーキングビーム108を移動させるように、クランクアーム120とウォーキングビーム108との間で結合される。ウォーキングビーム108が枢動点及び/またはサドルベアリング124周りに枢動するとき、ウォーキングビーム108は、ホースヘッド126及び研磨ロッド110を移動させる。
クランクアーム120がサイクルを完了するとき、及び/または、特定の角度位置を通過するときに検出するため、第1のセンサ128がクランクアーム120に隣接して結合される。モーター114の回転数を検出及び/または監視するため、第2のセンサ130がモーター114に隣接して結合される。第3のセンサ(たとえば、ストリングポテンショメータ、レーダーを用いた直線変位センサ、レーザー等)132は、ポンプ装置100に結合され、第1及び第2のセンサ(たとえば、近接センサ)128、130と組み合わせて使用され、本開示の教示によるロッドポンプコントローラ及び/または装置129を校正する。ポンプ装置の計測及びクランクアーム/研磨ロッドのオフセットの決定によるいくつかの知られたポンプ装置とは対照的に、例示的装置129は、クランクアーム120のサイクルを通した研磨ロッド110の位置及びモーター114の回転を直接的に計測することによって校正される。
いくつかの実施例において、図1の装置129を校正するため、第1のセンサ128は、クランクアーム120のサイクルの完了を検出し、第2のセンサ130は、モーター114が回転するときにモーター114及び/またはモーター114のシャフトに結合された1つまたは複数のターゲット134を検出し、第3のセンサ132は、そのストロークを通した研磨ロッド110の位置を直接的に計測する。第1、第2及び第3のセンサ128、130及び132から得られたデータは、装置129の入/出力(I/O)デバイス136によって受信され、装置129のハウジング内に配置されたプロセッサ142によってアクセス可能なメモリ140に記憶される。たとえば、校正工程の間、プロセッサ142は、第1のセンサ128からのクランクパルスカウント及び/またはパルス、第2のセンサ130からの時間に対するモーターパルスカウント及び/またはパルス、第3のセンサからの時間に対する研磨ロッド110の位置を、繰り返し受信し、及び/または同時に受信する(たとえば、50ミリ秒毎、5秒毎、おおよそ5秒から60秒の間)。いくつかの実施例において、サンプリング間隔を決定するため、及び/または第1、第2及び第3のセンサ128、130及び132からデータ(たとえば、計測されたパラメータ値)を要求、送信及び/または受信するときを決定するため、プロセッサ142及び/または第1、第2及び/または第3のセンサ128、130及び/または132によってタイマー144が使用される。さらに、いくつかの実施例において、入力(たとえば、センサ入力、操作者の入力)は、クランクアーム120が鉛直であるときを示すI/Oデバイス136によって受信されても良い。平衡トルクは、クランクアーム120が鉛直のときにその最小(たとえば、おおよそゼロ)であっても良い。入力に基づき、鉛直な位置に対するポンプ装置100のサイクルにおけるポイントからのモーターパルスカウントが決定されても良い。
いくつかの実施例において、プロセッサ142は、2つの連続的なクランクパルスカウントの間の時間に対する時間及びモーターパルスカウントに対する研磨ロッド110の位置(たとえば、クランクアーム120の回転)に基づいたポンプ装置100の完全なサイクルのための、これらの計測されたパラメータ値(たとえば、時間、モーターパルスカウント及び研磨ロッド位置)の間の関係を示す参照及び/または校正テーブル400(図4A及び図4B)を生成する。いくつかの実施例において、時間は、秒で計測されても良く、研磨ロッド110の位置は、インチで計測されても良い。
一度校正工程が完了し、対応する参照テーブル400が生成されると、決定された位置データ(たとえば、時間データに対する研磨ロッド110の位置)がメモリ140内に保存され、及び/または、たとえば、ロッドポンプ動力計カード、表面動力計カード、ポンプ動力計カード等のような、動力計カードを生成するためにプロセッサ142によって使用される。動力計カードは、たとえば研磨ロッド110における負荷Fを識別するために使用されても良い。付加的にまたは代替的に、参照テーブル400に含まれた値は、クランクアーム120の回転毎のモーターパルス数を決定するために使用されても良い。
図5A及び図5Bの参照テーブル500に示されるように、図4A及び図4Bの参照テーブル400の値は、計測がクランクアーム120の垂直位置に基づき、クランクアーム120の角度変位(すなわち、クランク角)と関連付けられるべくスケール調整されるように調整されても良い。いくつかの実施例において、参照テーブル400に含まれた値に基づいてクランク角を決定するために式1が使用されてもよく、MPは、第2のセンサ130によって検出されるモーターパルスの数に対応し、MPPCZは、クランクアーム120がゼロのときに第2のセンサ130によって検出されるモーターパルスの数に対応し、MPPCRは、クランクアーム120の1回転の間に第2のセンサ130によって検出されるモーターパルスに対応する。
Figure 0006604978
式2は、クランクアーム120が角度θのときの研磨ロッドの負荷によって生成されたトルク、TPRL(θ)を決定するために使用されても良く、ここでFは研磨ロッドの負荷に対応し、(ds(θ))/dθは、クランクアーム120の角度の変化(たとえば、トルク要素(torque factor)に対する研磨ロッド110の位置の変化率に対応する。式3は、図6A及び図6Bに示されるようなトルク要素、TFを決定するために使用され得る後退導関数計算(backward derivative calculation)であり、PRP[i]は研磨ロッド110の第1の位置に対応し、PRP[i−1]は研磨ロッド110の前の位置に対応し、クランク角[i]はクランクアーム120の第1の角度に対応し、クランク角[i−1]はクランクアーム120の前の角に対応する。
Figure 0006604978
Figure 0006604978
式4は、研磨ロッド110の速度を特定の速度の閾値内及び/またはロッド浮遊が生じる速度未満に実質的に一定に維持するために、第4のセンサ146及び/またはモーター114に対する入力(たとえば、周波数、ヘルツ)を決定するために使用されても良い。いくつかの例において、速度閾値は、おおよそ0.5インチ毎秒から20.0インチ毎秒までの間である。しかしながら、研磨ロッド110の速度は、この範囲外に変化しても良い。第4のセンサ146及び/またはモーター114に対する入力は、運搬バーの速度の決定、モーター速度(たとえば、可変駆動速度)の調整及び/または制御によって決定されても良い。式4を参照すると、HzCMDは、第4のセンサ146に対する目的の入力に関し、NPHZは、モーター114の銘板からのモーター114の定格周波数に関し、NPRPMは、モーター114の銘板からのモーターの全負荷RPMに関する。式4の参照を続けると、MPpCRは、クランクアーム120の2つの連続的パルスの間で受信されたモーターパルスの数に関し、MPpMRは、モーターの回転毎に生成されるモーターパルス信号の数に関し、PRSは、研磨ロッド110の所望の速度に対応する。
Figure 0006604978
図2は、本明細書に開示された実施例を実行するために使用され得るマークII型ポンプ装置及び/またはポンプ装置200を示す。クランクアーム120のピン及びカウンターウェイト121が共通軸線148を共有する図1のクランクアーム平衡型ポンプ装置100とは対照的に、マークII型ポンプ装置200は、オフセットした軸線206及び208を有するカウンターウェイトアーム202及びピンアーム204を含む。オフセットした軸線206及び208は、ポンプ装置200に正の位相角、τを提供する。
図3は、本明細書に開示された実施例を実行するために使用され得る改良された形状のポンプ装置及び/またはポンプ装置300を示す。クランクアーム120のピン及びカウンターウェイト121が共通軸線148を共有する図1のクランクアーム平衡型ポンプ装置100とは対照的に、改良された形状のポンプ装置300は、オフセットした軸線306及び308を有するカウンターウェイトアーム302及びピンアーム304を含む。オフセットした軸線306及び308は、ポンプ装置300に負の位相角、τを提供する。
図4A及び図4Bは、本明細書に開示された実施例に関連して生成され得る及び/または本明細書に開示された実施例を実行するために使用され得る例示的参照テーブル400を示す。例示的参照テーブル400は、タイマー144から受信された及び/またはタイマー144によって決定された時間に対応する第1列402と、第2のセンサ130から受信される及び/または第2のセンサ130によって決定されるモーター114のパルスカウントに対応する第2列404と、第3のセンサ132から受信される及び/または第3のセンサ132によって決定される研磨ロッド110の位置に対応する第3列406と、を含む。いくつかの実施例において、参照テーブル400に含まれるデータは、クランクアーム120の1回転に関する。
図5A及び図5Bは、本明細書に開示された実施例に関連して生成され得る及び/または本明細書に開示された実施例を実行するために使用され得る例示的参照テーブル500を示す。いくつかの実施例において、参照テーブル500は、計測がクランクアーム120の垂直位置に基づき、クランク角変位(すなわち、弧度法でのクランク角)に関連付けられるべくスケール調整されるように、図4A及び図4Bの参照テーブル400の値を調整することによって生成される。例示的参照テーブル500は、タイマー144から受信される及び/またはタイマー144によって決定される時間に対応する第1列502と、第2のセンサ130から受信される及び/または第2のセンサ130によって決定されるモーター114のパルスカウントに対応する第2列504と、第3のセンサ132から受信される及び/または第3のセンサ132によって決定される研磨ロッド110の位置に対応する第3列506と、クランク角に対応する第4列508と、を含む。
図6A及び図6Bは、本明細書に開示された実施例と関連して及び/または本明細書に開示された実施例を実行するために生成され得る例示的参照テーブル600を示す。いくつかの実施例において、参照テーブル600は、トルク要素、TFを決定するため、式3に示される後退差分計算を用いて生成される。例示的参照テーブル600は、タイマー144から受信される及び/またはタイマー144によって決定される時間に対応する第1列502と、第2のセンサ130から受信される及び/または第2のセンサ130によって決定されるモーター114のパルスカウントに対応する第2列504と、第3のセンサ132から受信される及び/または第3のセンサ132によって決定される研磨ロッド110の位置に対応する第3列506と、クランク角に対応する第4列508と、を含む。参照テーブル600は、トルク要素、TFに対応する第5列606をさらに含む。
装置129を実施する例示的方法は、図1に示されるが、図1に示される要素、工程及び/またはデバイスの1つまたは複数は、結合され、分離され、再構成され、除外され、排除され、及び/または任意の他の方法で実現されても良い。さらに、I/Oデバイス136、メモリ140、プロセッサ142及び/またはより一般的に、図1の例示的装置129は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、及び/または、ハードウェア、ソフトウェア及び/またはファームウェアの任意の組み合わせによって実現されても良い。したがって、たとえば、任意のI/Oデバイス136、メモリ140、プロセッサ142、タイマー144及び/またはより一般的に、図1の例示的装置129は、1つまたは複数のアナログまたはデジタル回路、ロジック回路、プログラマブルプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)及び/またはフィールドプログラマブルロジックデバイス(FPLD)によって実現され得る。ソフトウェア及び/またはファームウェアの実施を完全にカバーするための本特許に係る任意の装置またはシステムの請求項を参照すると、少なくとも1つの例示的I/Oデバイス136、メモリ140、プロセッサ142、タイマー144及び/またはより一般的に、図1の例示的装置129は、本明細書においてソフトウェア及び/またはファームウェアを記憶するメモリ、デジタル多用途ディスク(DVD)、コンパクトディスク(CD)、ブルーレイディスク等のような実体的な(tangible)コンピュータ可読記憶デバイスまたは記憶ディスクを含むように明確に定義される。さらに、図1の例示的装置129は、図1に示されたものに加え、またはその代わりに、1つまたは複数の要素、工程及び/またはデバイスを含んでも良く、及び/または1よりも多い任意のまたは全ての示された要素、工程及びデバイスを含んで良い。図1が従来のクランク平衡状態のポンプ装置を示す一方で、本明細書に開示された実施例は、任意の他のポンプ装置と関連して実現され得る。たとえば、例示的装置129及び/またはセンサ128、130、132及び/または146は、図2のポンプ装置200及び/または図3のポンプ装置300において実現されても良い。
図1の装置129を実施するための例示的方法を表すフローチャートは、図7〜図11に示される。この実施例において、図7〜図11の方法は、図12と関連して以下に記載される例示的プロセッサプラットフォーム1200に示されたプロセッサ1212のようなプロセッサによる実行のためのプログラムを備える機械可読命令によって実現されても良い。プログラムは、プロセッサ1212と関連付けられたCD−ROM、フロッピーディスク、ハードドライブ、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイディスク、またはメモリのような実体的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたソフトウェアにおいて具現化されても良いが、全体のプログラム及び/またはその部分は、それとは別にプロセッサ1212以外のデバイスによって実行され、及び/またはファームウェアまたは専用のハードウェアにおいて具現化され得る。さらに、例示的プログラムが図7〜図11に示されたフローチャートを参照しつつ説明されたが、例示的装置129を実施する多くの他の方法がそれとは別に使用されても良い。たとえば、ブロックの実行順序は、変更されても良く、及び/または記載された、いくつかのブロックは、変更され、排除され、または結合されても良い。
上述のように、図7〜図11の例示的方法は、コード化された命令(たとえば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ(ROM)、コンパクトディスク(CD)、デジタル多用途ディスク(DVD)、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び/または任意の継続時間(たとえば、延長された時間間隔、永久的、短時間、一時的バッファ、及び/または情報のキャッシュのため、)情報が記憶される任意の他の記憶デバイスまたは記憶ディスクのような実体的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコンピュータ及び/または機械可読命令)を用いて実現されても良い。本明細書において使用されるように、実体的なコンピュータ可読記憶媒体という語は、任意の形式のコンピュータ可読記憶デバイス及び/または記憶ディスクを含むように、且つ、伝搬信号を除くように、且つ伝送媒体を除くように、明確に定義される。本明細書において使用されるように、「実体的なコンピュータ可読記憶媒体」及び「実体的な機械可読記憶媒体」は、置換可能に使用される。付加的にまたは代替的に、図7〜図11の例示的方法は、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ及び/または任意の継続時間(たとえば、延長された時間間隔、永久的、短時間、一時的バッファ、及び/または情報のキャッシュのため、)情報が記憶される任意の他の記憶デバイスまたは記憶ディスクのような非一時的コンピュータ及び/または機械可読媒体に記憶されたコード化された命令(たとえば、コンピュータ及び/または機械可読命令)を用いて実現されても良い。本明細書において使用されるように、非一時的コンピュータ可読媒体という用語は、任意の形式のコンピュータ可読記憶デバイス及び/または記憶ディスクを含み、伝搬信号除き、伝送媒体を除くように明確に定義される。本明細書において使用されるように、請求項のプリアンブルにおける遷移的用語として「at least」という句が使用されるとき、「comprising」という用語が非制限的であるのと同様に非制限的(open−ended)なものである。
図7の方法は、参照テーブル400を生成するために使用されても良く、クランクアーム120の最初のパルスカウントの決定(ブロック702)を含む校正準備モードにおいて開始する。ブロック704において、プロセッサ142は、タイマー144を開始し、及び/または初期化する(ブロック704)。ブロック706において、プロセッサ142は、タイマー144によってタイマー144が初期化されてからの時間経過を決定する(ブロック706)。ブロック708において、プロセッサ142は、経過時間がたとえば、50ミリ秒のような所定時間にあるか、または所定の時間後であるかを決定する(ブロック708)。タイマー144は、サンプリング間隔を設定し及び/または等しい周期で第1のセンサ128、第2のセンサ130及び/または第3のセンサ132から実質的にデータが得られるのを確実とするように使用されても良い。プロセッサ142が第1のセンサ128からのデータに基づいて経過時間が所定時間または所定時間後であると決定する場合、プロセッサ142は、クランクアーム120のパルスカウントを決定する(ブロック710)。ブロック712において、プロセッサ142は、クランクアーム120の現在のパルスカウントとクランクアーム120の最初のパルスカウントとの間の差がゼロより大きいかどうかを、第1のセンサ128からのデータに基づいて決定する(ブロック712)。いくつかの実施例において、クランクアーム120のサイクルが一度完了すると、クランクアーム120のパルスカウントは、ゼロから1へと変化する。パルスカウントが1で開始する実施例において、プロセッサ142は、クランクアーム120のパルスカウントが変化したかどうかを決定する。
ブロック712におけるパルスカウントの差がゼロに等しい場合、第1のセンサ128からのデータに基づいて、プロセッサ142は、再度タイマー144を初期化する(ブロック704)。しかしながら、ブロック712においてパルスカウントの差がゼロより大きい場合、校正工程は、初期化される(ブロック714)。ブロック716において、第2のセンサ130は、モーター114の第1のパルスカウントを決定する(ブロック716)。他の実施例において、校正工程が開始した直後に、モーター114のパルスカウントは得られない。ブロック718において、第3のセンサ132からのデータに基づき、プロセッサ142は、研磨ロッド110の第1の位置を決定する(ブロック718)。プロセッサ142は、次いでゼロパルスの値を研磨ロッド110の第1の位置と関連付け、このデータをメモリ140内に記憶させる(ブロック720)。たとえば、パルスカウントは、参照テーブル400の第2列404の第1の入力408において記憶されても良く、研磨ロッド110の第1の位置は、参照テーブル400の第3列406の第1の入力410において記憶されても良い。
ブロック722において、プロセッサ142は、タイマー144を再度開始し、及び/または初期化する(ブロック722)。ブロック724において、プロセッサ142は、タイマー144によってタイマー144が初期化されてからの時間経過を決定する(ブロック724)。ブロック726において、プロセッサ142は、経過時間がたとえば、50ミリ秒のような所定の時間であるか、または、所定の時間後であるかを決定する(ブロック726)。プロセッサ142が第2のセンサ130からのデータに基づいて経過時間が所定の時間、または所定の時間後であると決定する場合、プロセッサ142は、モーター114の第2の及び/または次のパルスカウントを決定する(ブロック728)。
ブロック730において、プロセッサ142は、第2のパルスカウント及び/または次のパルスカウントと第1のパルスカウントとの間の差を決定する(ブロック730)。ブロック732において、第3のセンサ200からのデータに基づいてプロセッサ142は、研磨ロッド110の第2の位置及び/または次の位置を決定する(ブロック732)。ブロック734において、プロセッサ142は、第1のパルスカウントと第2のパルスカウントとの間の差を研磨ロッド110の第2の位置及び/または次の位置と関連付け、メモリ140内にデータを記憶させる。たとえば、パルスカウントの差は、参照テーブル400の第2列404の第2の入力412において記憶されても良く、研磨ロッド110の第2の位置は、参照テーブル400の第3列406の第2の入力414において記憶されても良い。ブロック736において、プロセッサ142は、垂直位置及び/またはゼロ位置であるクランクアーム120と関連付けられた入力が受信されたかどうかを決定する(ブロック736)。いくつかの実施例において、入力は、クランクアーム120が垂直及び/またはゼロ位置にあるときに検出する操作者及び/またはセンサから受信された入力であっても良い。クランクアーム120が垂直位置及び/またはゼロ位置であることに関する入力が受信された場合、プロセッサ142は、第2のパルスカウントまたは次のパルスカウントを垂直位置及び/またはゼロ位置にあるクランクアーム120と関連付け、この情報をメモリ140に記憶させる(ブロック738)。
ブロック740において、第1のセンサ128からのデータに基づいて、プロセッサ142は、クランクアーム120のパルスカウントを決定する(ブロック740)。ブロック742において、プロセッサ142は、クランクアーム120の現在のパルスカウントとクランクアーム120の最初のパルスカウントとの間の差が1より大きいかどうかを決定する(ブロック742)。いくつかの実施例において、クランクアーム120のパルスカウントは、クランクアーム120がサイクルを完了した場合に変化する。ブロック744において、収集されたデータ、参照テーブル400及び/または処理されたデータは、メモリ140に記憶される(ブロック744)。参照テーブル400は、ポンプ装置100が連続的に動作するときに研磨ロッド110の位置を決定するために、第1のセンサ128及び/または第2のセンサ130からのデータとの組み合わせで使用され得る。いくつかの実施例において、参照テーブル400に含まれるデータは、たとえば、研磨ロッド110において負荷、Fを識別する動力計カードを生成するために使用されても良い。さらに、生成されたテーブル400は、モーター114、クランクアーム120角度等を操作するための速度でネットトルク(net torque)、TFを決定するために使用され得る。
図8の方法は、参照テーブル500を生成するために使用されても良く、プロセッサ142によって垂直位置及び/またはゼロ角度位置にあるクランクアーム120と関連付けられた参照テーブル400における第1のモーターパルス入力の識別を開始する(ブロック802)。クランクアーム120は、プロセッサ142によって受信された入力に基づいて垂直位置及び/またはゼロ位置と関連付けられても良い。入力は、センサ及び/または操作者から受信されても良い。図4A及び図4Bの参照テーブル400において、クランクアーム120は、入力416におけるモーターパルスカウントが800であるときに、ゼロ角度位置(たとえば、垂直位置)として識別される。
ブロック804において、プロセッサ142は、第1のモーターパルスカウント入力を角度ゼロ位置にあるクランクアーム120と関連付ける(ブロック804)。プロセッサ142は、モーターパルスカウントと関連付けられた入力417における第1の研磨ロッド110位置をさらに識別する(ブロック806)。ブロック808において、プロセッサ142は、第2の参照テーブル500内の入力510におけるクランクアーム120ゼロ位置、入力512における第1の研磨ロッド110位置、及び、入力514における第1のモーターパルスカウントを記憶させる(ブロック808)。
ブロック810において、プロセッサ142は、次のモーターパルス入力を第1の参照テーブル400内に移動させる(ブロック810)。たとえば、次のモーターパルス入力が第1のモーターパルス入力直後である場合、プロセッサ142は、入力416から入力418へと移動する。プロセッサ142は、次いで次のモーターパルス入力がクランクアーム120のゼロ角度位置に関連付けられているかどうかを決定する(ブロック812)。いくつかの実施例において、次のモーターパルス入力は、全サイクルの後にゼロ角度位置に戻るクランクアーム120に基づいてクランクアーム120のゼロ角度位置に関連付けられる。次のモーターパルス入力がクランクアーム120のゼロ角度位置に関連付けられる場合、図8の方法は終了する。しかしながら、次のモーターパルス入力がクランクアーム120のゼロ角度位置に関連付けられない場合、ブロック814へ移行する。
ブロック814において、プロセッサは、次のモーターパルスカウント入力に基づいてクランクアーム120の角度を決定する(ブロック814)。次のモーターパルスカウント入力が参照テーブル400における第1の入力408である場合、プロセッサ142は、クランクアーム120の角度を決定するために式4を使用しても良い。次のモーターパルスカウント入力が参照テーブル400における第1の入力408ではない場合、プロセッサ142は、クランクアーム120の角度を決定するために式5を使用しても良い。
Figure 0006604978
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プロセッサ142は、次のモーターパルスカウントに関連付けられた次の研磨ロッド110の位置をさらに識別する(ブロック816)。ブロック818において、プロセッサ142は、たとえば、入力516におけるクランクアーム120の次の位置と、たとえば、入力518における次の研磨ロッド110の位置と、たとえば、第2の参照テーブル500内の入力520における次のモーターパルスカウントと、を記憶する(ブロック818)。ブロック820において、プロセッサ142は、第1の参照テーブル400における次のモーターパルス入力へと移動する(ブロック820)。たとえば、次のモーターパルス入力が第2のモーターパルス入力の直後である場合、プロセッサ142は、入力412から入力420へ移動する。
図9の方法は、参照テーブル500を生成するために使用されても良く、プロセッサ142によってクランクアーム120が垂直位置及び/またはゼロ角度位置にあるときに参照テーブル500における第1の入力608の識別を開始する(ブロック902)。ブロック904において、トルク要素は、関連したクランクアーム120の角度に基づいて決定される(ブロック904)。いくつかの実施例において、トルク要素、TFを決定するために式3に示されたような後方差分近似が使用されても良い。プロセッサ142は、次いで第5列606における関連した入力においてTFを記憶する(906)。
プロセッサ142は、次いで参照テーブル500が別のクランクアーム120の角度入力を含むかどうかを決定する(ブロック908)。たとえば、クランクアーム120の角度入力がこれ以上存在しない場合(たとえば、次のクランクアーム120角度入力が存在しない場合)、図9の方法は終了する。しかしながら、次のクランクアーム120の角度入力が入力610である場合、たとえば、プロセッサ142は、次いで第2の参照テーブル500及び(ブロック910)における次のクランクアーム120の角度入力へと移動する。
図10の方法は、閾値負荷(たとえば、最小負荷、最大負荷及び/または特定の負荷)が研磨ロッド110において付与されるようにポンプ装置100を操作させるために使用されても良い。いくつかの実施例において、閾値負荷は、おおよそ100ポンドから50,000ポンドの間にある。しかしながら、研磨ロッド110において付与される負荷は、この範囲外に変化し得る。図10の方法は、プロセッサ142によってクランクアーム120の角度位置の決定を開始する(ブロック1002)。いくつかの実施例において、クランクアーム120の角度の角度位置は、モーター114パルスの監視によって、クランクアーム120の角度位置を決定するための図4A及び図4Bの参照テーブル400及び/または図5A及び図5Bの参照テーブル500を用いて決定される。いくつかの実施例において、プロセッサ142は、入力の間に補間(interpolate)しても良い。プロセッサ142は、次いでたとえば、1つまたは複数の参照テーブル400、500及び/または600におけるデータを用いて関連したトルク要素を決定する(ブロック1004)。ある場合において、プロセッサ142は、入力の間を補間しても良い。他の実施例において、プロセッサ142は、たとえば、式3、第1回及び第2回における研磨ロッド110の位置、及び第1回及び第2回におけるクランクアーム120の角度を用いて関連したトルク要素、TFを決定する。
ブロック1006において、プロセッサ142は、研磨ロッド110における負荷を決定する(ブロック1006)。たとえば、研磨ロッドにおける負荷は、たとえば、参照テーブル400に基づいて、研磨ロッド110及び/または生成された動力計カード取り付けられたセンサを用いて決定されても良い。研磨ロッド110において決定された負荷は、たとえば、達成すべき及び/または基準負荷値と実質的に類似の研磨ロッド110速度を決定するために次いで基準研磨ロッド110負荷と比較される(ブロック1008、1010)。本明細書において使用されるように、負荷の間の目立つ及び/または顕著な差が存在しない場合、研磨ロッド110負荷は、実質的に基準負荷値と類似する。ブロック1012において、決定された研磨ロッド110の速度、決定されたクランクアーム120角度及び決定されたトルク要素に基づいて、プロセッサ142は、研磨ロッド110が決定された研磨ロッド110速度で移動するのを可能とするように、モーター114及び/または第4のセンサ146を操作するための速度を決定する(ブロック1012)。プロセッサ142は、次いで、モーター114及び/または第4のセンサ146を決定された速度で動作させる(ブロック1014)。
図11の方法は、研磨ロッド110が特定の速度及び/または特定の速度の閾値内で移動するようにポンプ装置100を動作させるように使用されても良い。図10の方法は、プロセッサ142によってクランクアーム120の角度位置の決定を開始する(ブロック1102)。いくつかの実施例において、クランクアーム120角の角度位置は、モーター114パルスの監視によってクランクアーム120の角度位置を決定するための図4A及び図4Bの参照テーブル400及び/または図5A及び図5Bの参照テーブル500を用いて決定される。いくつかの実施例において、プロセッサ142は、入力の間を補間しても良い。プロセッサ142は、次いでたとえば、1つまたは複数の参照テーブル400、500及び/または600におけるデータを用いて関連したトルク要素を決定する(ブロック1104)。ある場合において、プロセッサ142は、入力の間を補間しても良い。他の実施例において、プロセッサ142は、たとえば、式3、第1回及び第2回における研磨ロッド110の位置、第1回及び第2回におけるクランクアーム120の角度を用いて、関連したトルク要素、TFを決定する。
ブロック1106において、決定されたクランクアーム120の角度、決定されたトルク要素及び基準研磨ロッド110の速度に基づいて、プロセッサ142は、研磨ロッド110が移動し、決定された研磨ロッド110の速度で及び/または決定された研磨ロッド110の速度と実質的に類似するのを可能とするようにモーター114及び/または第4のセンサ146を操作するための速度を決定する(ブロック1108)。本明細書において使用されるように、研磨ロッド110は、速度の間の目立つ及び/または顕著な差が存在しない場合に、実質的に決定された研磨ロッド100の速度に類似した速度で移動する。プロセッサ142は、モーター114及び/または第4のセンサ146を決定された速度で動作させる(ブロック1110)。
図12は、図1の装置129を実行するための図7〜図11の方法を実施するための命令を実行することが可能な例示的プロセッサプラットフォーム1100のブロック図である。プロセッサプラットフォーム1100は、たとえば、サーバー、パーソナルコンピュータ、モバイルデバイス(たとえば、携帯電話、スマートフォン、iPad(登録商標)のようなタブレット、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、インターネット家電、または任意の他の形式のコンピューティング装置)であり得る。
図示された実施例のプロセッサプラットフォーム1200は、プロセッサ1212を含む。図示された実施例のプロセッサ1212は、ハードウェアである。たとえば、プロセッサ1212は、1つまたは複数の集積回路、ロジック回路、マイクロプロセッサ、または任意の所望のファミリーまたは製造業者からの制御器によって実現され得る。
図示された実施例のプロセッサ1212は、ローカルメモリ1213(たとえば、キャッシュ)を含む。図示された実施例のプロセッサ1212は、バス1218を介して揮発性メモリ1214及び不揮発性メモリ1216を含むメインメモリと通信する。揮発性メモリ1214は、同時性の動的ランダムアクセスメモリ(SDRAM)、動的ランダムアクセスメモリ(DRAM)、RAMBUS動的ランダムアクセスメモリ(RDRAM)及び/または任意の他の形式のランダムアクセスメモリデバイスによって実現されても良い。不揮発性メモリ1216は、フラッシュメモリ及び/または任意の他の所望の形式のメモリデバイスによって実現されても良い。メインメモリ1214、1216へのアクセスは、メモリコントローラによって制御される。
図示された実施例のプロセッサプラットフォーム1200は、インタフェース回路1220をさらに含む。インタフェース回路1220は、イーサネット(登録商標)インタフェース、ユニバーサルシリアルバス(USB)、及び/またはPCIエクスプレスインタフェースのような任意の形式のインタフェース標準によって実現されても良い。
示された実施例において、1つまたは複数の入力装置1222は、インタフェース回路1220に対して結合される。入力装置1222は、使用者がプロセッサ1212内にデータ及びコマンドを入力するのを許可する。入力装置は、たとえば、音声センサ、マイク、キーボード、ボタン、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、isoポイント及び/または音声認識システムによって実現され得る。
1つまたは複数の出力デバイス1224は、図示された実施例のインタフェース回路1220に対してさらに接続する。出力デバイス1224は、たとえば、ディスプレイ装置(たとえば、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ(CRT)、タッチスクリーン、触知性出力デバイス、発光ダイオード(LED)、プリンタ及び/またはスピーカー)によって実現され得る。図示された実施例のインタフェース回路1220は、したがって、グラフィックドライバカード、グラフィックドライバチップまたはグラフィックドライバプロセッサを概して含む。
図示された実施例のインタフェース回路1220は、ネットワーク1226(たとえば、イーサネット(登録商標)接続、デジタル加入者線(DSL)、電話線、同軸ケーブル、携帯電話システム等)を介した外部のマシン(たとえば、任意の種類のコンピューティング装置)とのデータの交換を容易とするための送信機、受信機、送受信機、モデム及び/またはネットワークインタフェースカードのような通信デバイスも含む。
図示された実施例のプロセッサプラットフォーム1200は、ソフトウェア及び/またはデータを記憶するための1つまたは複数の大容量記憶デバイス1228をさらに含む。こうした大容量記憶デバイス1228の実施例は、フロッピーディスクドライブ、ハードドライブディスク、コンパクトディスクドライブ、ブルーレイディスクドライブ、RAIDシステム、及びデジタル多用途ディスク(DVD)ドライブを含む。
図7〜図11の方法を実行するためのコード化された命令1232は、大容量記憶デバイス1228に、揮発性メモリ1214に、不揮発性メモリ1216に、及び/またはCDまたはDVDのような取り外し可能な実体的なコンピュータ可読記憶媒体において記憶されても良い。
前述のことから、重油用途においてポンプ装置のダウンストロークにおいて実質的にロッド浮遊を低減する上述の方法、装置及び物品は、実質的にポンプ装置のストロークの再生部を回避し、ポンプ装置のための毎分ストローク数を最大化し、及び/または低減し、及び/またはポンプ装置の研磨ロッドにおける応力範囲を最小化することを理解されたい。いくつかの実施例において、本明細書に開示された実施例は、研磨ロッドの速度及び/または負荷を制御する。
下方に位置する井戸において、ポンプ装置の毎分の全体のストローク(SPM)を増加することは好適となり得る。こうした実施例において、研磨ロッドの速度の制御は、ポンプ装置サイクルのダウンストローク部を完了させるための時間を低減し得る。したがって、研磨ロッドにおける負荷を監視及び/または制御することによって、ポンプ装置は、サイクルのダウンストローク部の間、研磨ロッドをより一定の速度で移動させても良く、これにより毎分の全体のストロークを増加させる。いくつかの実施例において、実質的に一体のダウンストローク速度を得るため、プロセッサは、ダウンストロークの上部及び底部においてモーター速度を増加させ、ダウンストロークの中間部の間にモーター速度を緩和及び/または減少させても良い。
製造の特定の例示的方法、装置及び物品が本明細書において開示されてきたが、本発明の範囲は、これに限定されるものではない。むしろ、本発明は、適正に本発明の特許請求の範囲内となる製造の全ての方法、装置及び物品を包含する。

Claims (18)

  1. 井戸における使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための方法であって、
    ポンプ装置のクランクアームの第1の角度を決定することと、
    前記ポンプ装置のための第1のトルク要素であって前記ポンプ装置の前記クランクアームの角度に対する研磨ロッドの位置の変化率を備えた第1のトルク要素を決定することと、
    前記クランクアームの前記第1の角度、前記第1のトルク要素、及び基準研磨ロッドの速度に基づいて、前記研磨ロッドが前記基準研磨ロッドの速度で移動するのを可能とするように前記ポンプ装置のモーターを操作するための比率を決定することと、
    前記モーターを用いて前記ポンプ装置の第1のサイクルを通して前記研磨ロッドを移動させることと、
    実質的に等しく間隔をおいた最初の回において第1のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記モーターの第1のパルスカウント値を決定することと、
    前記最初の回において第2のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記研磨ロッドの第1の位置値を決定することと、
    前記ポンプ装置のプロセッサを校正するために前記第1のパルスカウント値を前記第1の位置値のそれぞれの1つと関連付けることと、
    前記第1のパルスカウント値と前記第1の位置値との間の相関を示すために、前記最初の回において得られた前記第1のパルスカウント値及び前記第1の位置値を用いて参照テーブルを生成することと、を備える、方法。
  2. 前記モーターを前記決定された比率で動かすことをさらに備えた、請求項1に記載の方法。
  3. 前記クランクアームの前記第1の角度が参照テーブルに基づいた、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記クランクアームの前記第1の角度と関連した前記研磨ロッドの第1の位置を決定することをさらに備えた、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記研磨ロッドの第2の位置及び前記クランクアームの第2の角度を決定することをさらに備えた、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記トルク要素が、前記研磨ロッドの前記第1の位置及び前記第2の位置ならびに前記クランクアームの前記第1の角度及び前記第2の角度に基づいて決定される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 井戸における使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための方法であって、
    ポンプ装置のクランクアームの第1の角度を決定することと、
    前記ポンプ装置のための第1のトルク要素であって前記クランクアームの角度に対する研磨ロッドの位置の変化率を備えた第1のトルク要素を決定することと、
    前記研磨ロッドにおいて第1の負荷を決定することと、
    前記第1の負荷を基準負荷と比較することと、
    前記第1の負荷と前記基準負荷との間の前記比較に基づいて、前記研磨ロッドにおける前記基準負荷が次いで決定される前記研磨ロッドにおける負荷と実質的に類似するのを可能とするように前記研磨ロッドを操作するための速度を決定することと、
    前記モーターを用いて前記ポンプ装置の第1のサイクルを通して前記研磨ロッドを移動させることと、
    実質的に等しく間隔をおいた最初の回において第1のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記モーターの第1のパルスカウント値を決定することと、
    前記最初の回において第2のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記研磨ロッドの第1の位置値を決定することと、
    前記ポンプ装置のプロセッサを校正するために前記第1のパルスカウント値を前記第1の位置値のそれぞれの1つと関連付けることと、
    前記第1のパルスカウント値と前記第1の位置値との間の相関を示すために、前記最初の回において得られた前記第1のパルスカウント値及び前記第1の位置値を用いて参照テーブルを生成することと、
    を備えた方法。
  8. 前記クランクアームの前記第1の角度、前記第1のトルク要素、及び前記決定された研磨ロッドの速度に基づいて、前記研磨ロッドが前記決定された研磨ロッドの速度で移動するのを可能とするように前記ポンプ装置のモーターを操作するための比率を決定する、請求項に記載の方法。
  9. 前記モーターを前記決定された比率で動かすことをさらに備えた、請求項7又は8に記載の方法。
  10. 前記クランクアームの前記第1の角度が参照テーブルに基づいた、請求項7乃至9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記クランクアームの前記第1の角度と関連付けられた前記研磨ロッドの第1の位置を決定することをさらに備えた、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記研磨ロッドの第2の位置を決定することと、前記研磨ロッドの前記第2の位置に基づいて前記クランクアームの第2の角度を決定することと、をさらに備えた、請求項7乃至11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記トルク要素が前記研磨ロッドの前記第1の位置及び前記第2の位置ならびに前記クランクアームの前記第1の角度及び前記第2の角度に基づいて決定される、請求項7乃至12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 井戸における使用のためのポンプ装置の操作パラメータを決定するための装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置されたプロセッサであって、ポンプ装置のモーターを操作するための比率を決定し、前記ポンプ装置の研磨ロッドにおいて付与される負荷が基準負荷の閾値内となるのを可能とし、または、前記研磨ロッドの速度が基準速度の閾値内となるのを可能とし、
    前記モーターを用いて前記ポンプ装置の第1のサイクルを通して前記研磨ロッドを移動させ、
    実質的に等しく間隔をおいた最初の回において第1のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記モーターの第1のパルスカウント値を決定し、
    前記最初の回において第2のセンサを用いて前記第1のサイクルを通して前記研磨ロッドの第1の位置値を決定し、
    前記ポンプ装置のプロセッサを校正するために前記第1のパルスカウント値を前記第1の位置値のそれぞれの1つと関連付け、
    前記第1のパルスカウント値と前記第1の位置値との間の相関を示すために、前記最初の回において得られた前記第1のパルスカウント値及び前記第1の位置値を用いて参照テーブルを生成する、プロセッサと、を備えた装置。
  15. 前記プロセッサが、クランクアームの第1の角度、トルク要素及び決定された研磨ロッドの速度に基づいて、前記研磨ロッドにおいて付与される前記負荷が前記基準負荷の閾値内となるのを可能とするように前記モーターを操作するための前記比率を決定する、請求項14に記載の装置。
  16. 前記研磨ロッドの速度が実質的に基準負荷と類似した前記研磨ロッドにおける負荷を可能とする、請求項14又は15に記載の装置。
  17. 前記プロセッサが、前記クランクアームの第1の角度、トルク要素及び前記基準速度に基づいて前記研磨ロッドの前記速度が前記基準速度の前記閾値内となるのを可能とするように前記モーターを操作するための前記比率を決定する、請求項14乃至16のいずれか1項に記載の装置。
  18. 前記プロセッサが、前記研磨ロッドの第1の位置及び第2の位置ならびに前記第1のクランクアーム角及び前記第2のクランクアーム角に基づいて前記トルク要素を決定する、請求項14乃至17のいずれか1項に記載の装置。
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