MX2014007633A

MX2014007633A - Sistema de bombeo y control de pozos.

Info

Publication number: MX2014007633A
Application number: MX2014007633A
Authority: MX
Inventors: Mike Lisk
Original assignee: Mike Lisk
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-09-26
Also published as: CA2859654C; WO2013095723A1; AU2012355920B2; US20120328453A1; AU2012355920A1; CA2859654A1; US8967250B2; MX348246B

Abstract

Se describe un sistema de bombeo y de control de pozos con supervisión capaz de operar en una amplia gama de condiciones ambientales; el sistema mantiene automáticamente el nivel de fluido en un recipiente de almacenamiento de fluido, mientras que al mismo tiempo protege a la bomba y al generador de operar en condiciones fuera de los parámetros de operación predeterminados para evitar la falla prematura y reducir las reparaciones; al conseguir bombear fluido solamente cuando existen las condiciones de operación predeterminadas, por ejemplo, bajo nivel de flujo, temperatura ambiente, etc., el sistema reduce los costos de horas hombre, de combustible, y de operaciones de mantenimiento al propietario, mejora la confiabilidad del bombeo de pozos y la producción, reduce el consumo de combustible del generador, reduce las emisiones, y preserva el agua y los hidrocarburos líquidos subterráneos, sin importar lo que se esté bombeado al recipiente de almacenamiento de fluido por el sistema.

Description

SISTEMA DE BOMBEO Y DE CONTROL DE POZOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema inteligente de bombeo y de control de pozos que monitorea los niveles de fluido generalmente en pozos en lugares remotos tales como pozos de hidrocarburos (petróleo, gas, etc.) o en pozos de agua para ganado generalmente en lugares donde el servicio de energía eléctrica no es disponible. El presente sistema monitorea y analiza condiciones críticas de seguridad de los equipos, así como parámetros de mantenimiento y de producción que controlan el proceso de bombeo de fluido y posteriormente proporciona energía eléctrica a una bomba para pozo a pedido automáticamente sin necesidad de un operador en el sitio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La producción de fluidos en pozos remotos ha sido problemática por mucho tiempo en la industria de la ganadería (pozos de agua) y la industria de producción de hidrocarburos (por ejemplo, pozos de petróleo). Los problemas con pozos remotos incluyen generalmente bajas tasas de producción de los sistemas de bombeo en pozos profundos, altas tasas de fallo de bombas y otros componentes, altos costos de mantenimiento, y desafíos de acceso de pozos típicos. Con el fin de hacer frente a estos problemas, muchos dentro de la industria de la ganadería, por ejemplo, han recurrido a pozos con energía solar, molinos de viento, o generadores en el punto de servicio que requieren repetidos viajes al sitio remoto del pozo para poner combustible y arrancar el generador para mantener la bomba para proporcionar el agua necesaria para satisfacer las necesidades de producción, con base generalmente en la demanda del ganado.

Mientras que la energía solar se ha aplicado a los pozos que suministran agua para la industria de la ganadería, los sistemas de bombeo de energía solares sufren de bajos caudales en pozos profundos en comparación con los caudales de una bomba de pozo profundo estándar energizada con energía eléctrica de CA. La producción de energía solar también está limitada al lugar ya que depende de la exposición a la luz solar, con capacidades de producción de fluido que disminuyen o que se interrumpen en largos períodos de baja o ninguna luz solar. En algunos casos, la tasa de producción de un sistema de producción solar es el principal factor limitante que restringe a una propiedad de obtener su potencial completo, por ejemplo, una propiedad ganadera que tiene suficiente superficie para alimentar más ganado, pero que está limitada en el número de cabezas de ganado a causa de una producción de agua adecuada y confiable. Además, los sistemas de producción solares a menudo no utilizan un control de nivel y dan como resultado agua bombeada que supera la capacidad del recipiente de almacenamiento de agua en el sitio para derramarse fuera del recipiente y ser desperdiciada.

Los molinos de viento también se han utilizado en los sitios remotos de pozos, pero generalmente son muy ineficientes cuando se produce el agua. Los molinos de viento convencionales para pozos tienen ejes accionados por el viento que accionan mecánicamente el mecanismo de bombeo. A menos que sean desactivados por un operador, los molinos de viento bombean siempre y cuando el viento esté presente. Al igual que el exceso de luz solar en los pozos solares, el exceso de viento puede causar el derrame del agua bombeada y, por lo general, da como resultado el sobreflujo de agua que se derrama en el suelo, desperdiciando el agua y los esfuerzos de funcionamiento del molino de viento. Los molinos de viento también tienden a ser caros y difíciles de mantener, a menudo presentando condiciones riesgosas y peligrosas para el técnico que realiza el mantenimiento.

El generador en el punto de servicio, aunque generalmente el más barato en un inicio, puede a la larga ser un enfoque muy caro para la producción de agua, hidrocarburos, u otro fluido. Un generador generalmente requiere que un operador haga un viaje al lugar con un contenedor de combustible, ponga combustible al generador, y posteriormente arranque el generador junto con la bomba de pozo profundo en el pozo. Generalmente, el operador posteriormente deja el lugar y no espera en el lugar durante las varias horas que tarda el generador en consumir el combustible, pero deja el lugar sabiendo que cuando el generador ha consumido todo el combustible, dejará de funcionar. Permitir que el generador se quede sin combustible bajo una carga eléctrica de esta manera es muy peligroso tanto para el generador como para la bomba de pozo profundo, a menudo acortando la vida útil de cada pieza. Esta práctica puede conducir además a costosas reparaciones o reemplazos muy pronto ya sea del generador o de la bomba para pozo. Adicionalmente, al igual que los sistemas solares y de molino de viento en la industria de la ganadería, tóermitirjque el generador corra riesgos produce agua en exceso que se derrama en el suelo. Aunque un generador en un pozo de hidrocarburos puede incluir un interruptor de nivel que apaga la bomba cuando el fluido en el tanque alcanza un cierto nivel, los sistemas generadores de hidrocarburos actuales continúan operando el generador, incluso después de que la bomba se ha apagado debido a una indicación de tanque lleno, hasta que ya sea que el generador se quede sin combustible o hasta que un operador apague el generador.

Las Patentes norteamericanas Nos. 4,744,334 y 1 ,632,188 y 6,699,019 describen métodos y aparatos para el bombeo y la transferencia de agua subterránea a la superficie para necesidades de consumo de ganado. La invención descrita en la Patente norteamericana No. 4,744,334 en general padece de una capacidad limitada de producción de agua en comparación con la presente invención. Las invenciones de bombeo de agua con molino de viento descritas en las Patentes norteamericanas Nos. 1 ,632,188 y 6,699,019 sufren en cuanto a áreas de accesibilidad para el mantenimiento, la fiabilidad operativa, el costo de las reparaciones y la conservación del agua en comparación con la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un sistema de bombeo y de control de pozos, que comprende una fuente de energía eléctrica tal como un generador de electricidad accionado por motor de combustión de propano u otro combustible similar y uno o más sensores de campo para producir automáticamente un suministro de energía eléctrica a pedido suficiente para soportar una bomba para pozo en tierra para llenar un recipiente de almacenamiento de fluido a un nivel predeterminado, mientras que se monitorea continuamente el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento con los sensores de campo monitoreando condiciones críticas de operación y medioambientales y analizando las condiciones para controlar la operación del sistema, para mejorar la eficiencia operativa y para evitar riesgos tanto para la bomba como para el generador. La presente invención incluye adicionalmente la capacidad de proporcionar una alerta o notificación, por ejemplo, mensajes de mantenimiento o localización de averías o estado del sistema. La alerta o notificación se pueden desplegar en una pantalla LCD en el panel de control, o se pueden transmitir a una ubicación remota del sistema, tales como un mensaje de texto, un correo electrónico u otra notificación enviada a un operador. De esta manera, la presente invención puede reducir el consumo de combustible y las emisiones debido a la frecuencia repetida de viajes a sitios de pozos y/o debido a un generador controlado remotamente, aumentar la producción de fluido deseado, y, en el caso de los pozos de agua, evitar el desgaste innecesario de agua subterránea, todo lo cual beneficia al medio ambiente natural y reduce los costos de operación del usuario. Tal como se utiliza en la presente, el término "fluido" significa cualquier sustancia líquida que se puede bombear y se almacenar en sitios remotos incluyendo, sin limitación, agua subterránea, agua de fractura, materiales de desecho, hidrocarburos líquidos, tales como petróleo crudo, y similares, o mezclas de los mismos. El término "producción", tal como se utiliza en la presente incluye la producción a partir de fuentes de fluido de origen natural tales como agua y petróleo subterráneos, así como la recuperación de fluidos introducidos no naturalmente cuya eliminación se desea.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de bombeo y de control de pozos, el cual aumentará significativamente la capacidad de producción de fluidos en los sitios remotos de pozos en donde el servicio de energía eléctrica no es disponible.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de bombeo y de control de pozos, el cual aumentará significativamente la confiabilidad de la producción de fluidos en un sitio remoto del pozo.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema de bombeo y de control de pozos, el cual puede mejorar la eficiencia de combustible, reducir emisiones indeseables provenientes del tráfico vehicular a un sitio del pozo y provenientes de los generadores controlados remotamente, y, para los pozos de agua, conservar los recursos de agua subterránea.

Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de bombeo y de control de pozos, el cual reduce o elimina riesgos de salud y seguridad asociados con los técnicos que realizan tareas de mantenimiento en un sistema de producción de agua con molino de viento en ubicaciones remotas.

Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de bombeo y de control de pozos, el cual puede proporcionar un sistema de producción de fluidos duradero, eficaz y confiable para sitios remotos de pozos, preferiblemente utilizando un combustible producido domésticamente y ecológico.

Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un método para mejorar un sistema de bombeo de pozos existente con un sistema de control que mejora la eficiencia del sistema de bombeo.

La presente invención proporciona un sistema de bombeo y de control de pozos que incluye una fuente de energía eléctrica, un control del sistema, un recipiente de almacenamiento de fluido, una bomba para pozo que proporciona fluido al recipiente de almacenamiento de fluido, y un dispositivo de monitoreo para monitorear: i) el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, ii) un caudal de la bomba, y iii) las condiciones de operación de la fuente de energía. La fuente de energía eléctrica es cualquier fuente de energía capaz de suministrar suficiente electricidad para energizar de forma segura la bomba del pozo a una profundidad operativa. Sin embargo, muchas ventajas del presente sistema de bombeo y de control se obtienen en lugares en donde el servicio de energía eléctrica no es disponible. En estos lugares, son necesarias las fuentes de energía eléctrica sin conexión, tales como generadores accionados por motores de combustión, paneles solares, turbinas de viento, o incluso generadores hidroeléctricos. Los preferidos entre estos son generadores accionados por motor de combustión. El dispositivo de monitoreo funciona para transmitir el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido al control del sistema y arranca el generador y la bomba para pozo cuando el nivel de fluido alcanza un nivel bajo predeterminado. El control del sistema monitorea el generador y la bomba para pozo para protegerlos contra la operación bajo condiciones de bajo flujo o la operación del generador o de la bomba durante parámetros operativos inadecuados. Si el sistema se apaga debido a un error de operación o condición de fallo, se proporciona un mensaje de localización de averías que indica las razones para el apagado. El dispositivo de monitoreo puede ser un interruptor de flotador o un interruptor de presión de fluido. El sistema puede incluir adicionalmente un medio para monitorear el flujo de descarga de la bomba.

El sistema puede incluir adicionalmente por lo menos uno de los siguientes: medios para monitorear un nivel de combustible y medios para desplegar un mensaje de bajo nivel de combustible, medios para monitorear un parámetro de mantenimiento para el generador, tal como el nivel de aceite de servicio, y medios para desplegar una alerta de mantenimiento, tal como un mensaje de bajo nivel de aceite de servicio, medios para monitorear la temperatura ambiente y medios para desplegar un mensaje de baja temperatura ambiente, medios para monitorear el tiempo de llenado típico del recipiente de almacenamiento mediante el monitoreo del caudal de fluido proveniente de la bomba, la cantidad de fluido necesaria para elevar el nivel de fluido al nivel alto, o el tiempo transcurrido entre el arranque y parada de la bomba, o medios para monitorear la producción eléctrica del generador. Si la temperatura ambiente está por debajo de cero y si el sistema está en marcha mínima, el control del sistema evita que la bomba arranque hasta que la temperatura ambiente se eleve por encima de cero. El control del sistema interrumpe la operación de la bomba y del generador cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, después de que un parámetro de mantenimiento se cumple o se supera, tal como después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido ha alcanzado el nivel alto, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica. El control del sistema despliega un mensaje cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, lo que indica que el generador requiere de combustible, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, lo que indica que el generador requiere de aceite de servicio, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, lo que indica que el generador y la bomba no se deben arrancar, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido ha alcanzado el nivel alto, lo que indica una posible fuga en el recipiente de almacenamiento de fluido, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica, lo que indica un error o mal funcionamiento eléctrico.

El control del sistema es preferiblemente capaz de almacenar y desplegar por lo menos una condición operativa en el sistema o por lo menos una ubicación remota a la cual el control del sistema la ha transmitido electrónicamente, o ambas. La condición operativa puede incluir uno o más de los siguientes: datos de producción de fluido, tiempo en marcha del generador o de la bomba, tiempo transcurrido entre la operación del generador o de la bomba, cantidad total de fluido bombeado, o tiempo de mantenimiento para limpiar un filtro de aire, cambiar el aceite de servicio, o cambiar la bujía del generador. La condición operativa se puede desplegar en una pantalla LCD en el sistema.

La presente invención también incluye un método para mejorar un sistema de bombeo de pozos existente proporcionando a tal sistema de bombeo de pozos existente el sistema de control de la presente invención para mejorar la eficiencia del sistema de bombeo de pozos.

La presente invención también incluye un método para operar un sistema de bombeo y de control de pozos, con el sistema incluyendo una fuente de energía eléctrica tal como un generador, un control del sistema, un recipiente de almacenamiento de fluido, una bomba para pozo que proporciona fluido al recipiente de almacenamiento de fluido, y un dispositivo de monitoreo para monitorear un nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, un caudal de la bomba, y por lo menos una condición operativa del generador. El método incluye monitorear el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido con el dispositivo de monitoreo, e iniciar la operación del generador y de la bomba para pozo cuando el nivel de fluido alcanza un nivel bajo predeterminado. El monitoreo puede incluir el control del sistema que recibe una señal de un interruptor de flotador o de un interruptor de presión para iniciar la secuencia de arranque del sistema. El control del sistema generalmente inicia la operación de la bomba y del generador para bombear fluido para llenar el recipiente de almacenamiento de fluido a un nivel alto predeterminado y posteriormente inicia una secuencia de apagado del generador y de la bomba. Posteriormente, el sistema monitorea la operación de la bomba. Si el flujo de fluido es menor que un caudal predeterminado, el método puede incluir adicionalmente detener la operación de la bomba y del generador mediante el control del sistema. El método puede comprender adicionalmente transmitir una condición de error, tal como a una ubicación remota. El método puede incluir adicionalmente volver a arrancar el generador y la bomba para pozo después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado.

El método puede incluir adicionalmente por lo menos uno de los siguientes: monitorear un nivel de combustible y desplegar un mensaje de bajo nivel de combustible, monitorear un nivel de aceite de servicio y desplegar un mensaje de bajo nivel de aceite de servicio, monitorear la temperatura ambiente y desplegar un mensaje de baja temperatura ambiente, monitorear el tiempo de llenado típico del recipiente de almacenamiento mediante el monitoreo del caudal de fluido proveniente de la bomba, la cantidad de fluido necesaria para elevar el nivel de fluido al nivel alto (completo), o el tiempo transcurrido entre el arranque y parada de la bomba, o monitorear la producción eléctrica del generador. Si la temperatura ambiente está por debajo de cero y si el sistema está en marcha mínima, el control del sistema evita que la bomba arranque hasta que la temperatura ambiente se eleve por encima de cero. El control del sistema interrumpe la operación de la bomba y del generador cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de fluido ha alcanzado el nivel alto, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica.

El control del sistema despliega un mensaje cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, lo que indica que el generador requiere de combustible, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, lo que indica que el generador requiere de aceite de servicio, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, lo que indica que el generador y la bomba no se deben arrancar, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de fluido ha alcanzado el nivel alto (completo), lo que indica una posible fuga en el recipiente de almacenamiento de fluido, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica, lo que indica un error eléctrico.

Estos y otros varios objetivos de la presente invención se harán evidentes para aquellos expertos en esta técnica tras la revisión de la descripción, los dibujos, y las reivindicaciones anexos y descritos en la presente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 es una vista frontal que ilustra esquemáticamente el sistema de bombeo y de control de pozos de conformidad con la presente invención.

La FIG. 2 es una vista esquemática superior del sistema de bombeo y de control de pozos.

La FIG. 3 es una vista frontal de componentes de ejemplo en el panel de control.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que muestra una secuencia de operación de ejemplo del sistema de bombeo y de control de pozos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un sistema de bombeo y de control de pozos es el sistema global detallado en la presente. La FIG. 1 ilustra una modalidad del sistema de bombeo y de control de pozos de conformidad con la presente invención. Tal como se observa en los dibujos, el sistema de bombeo y de control de pozos comprende un panel de control 12 y un generador 11 como la fuente de energía, ambos están montados preferiblemente en un montaje deslizante 10. El generador 11 es preferiblemente un generador accionado por motor de combustión alimentado por gas propano, diésel u otro combustible adecuado que se ajustará a las necesidades de energía eléctrica de una bomba para pozo 22, la cual es preferiblemente una bomba para pozo profundo subterráneo. Un ejemplo de tal generador eléctrico son los generadores de la serie EcoGen disponibles en GENERAC Power Systems de Waukesha, Wisconsin. El panel de control del sistema 12 está conectado eléctricamente al generador 11 y a la bomba para pozo 22 mediante un montaje de cable y enchufe de tamaño adecuado 20 para la carga eléctrica requerida que es necesaria para arrancar el generador y la bomba. El panel de control del sistema 12 es preferiblemente un gabinete con puerta abatible, resistente a la intemperie de clasificación NEMA. Un ejemplo de un gabinete preferido para esta solicitud es un gabinete # B121206CH NEMA- 12 de la serie Hubbell, Wiegmann de Automation Direct en Cumming, Georgia. Representados en el interior del panel de control 12 es una pantalla 62 y una entrada de usuario 68 (FIG.3), tal como un teclado, pantalla táctil, etc., y un control del sistema o procesador 60 que permite salidas y recepciones y monitoreos y entradas desde una serie de dispositivos de campo incluyendo un interruptor de flotador 14 o un interruptor de presión de fluido 25, un interruptor de presión de combustible 13, y un interruptor de flujo 15 como se puede observar en la FIG. 2 de los dibujos. Los interruptores de flotador, de presión y de flujo sirven para monitorear las variables de control de bombeo y las condiciones del estado del sistema para una aplicación al aire libre en un sitio de pozo generalmente en donde el servicio de energía eléctrica no es de fácil acceso, tales como en los sitios de pozos de petróleo remotos y pozos de agua para ganado. Estos interruptores reportan las condiciones del sistema al panel de control del sistema, que a su vez controla la operación de la bomba en respuesta a tales entradas para mantener el nivel de fluido deseado en el recipiente de almacenamiento de fluido 16.

El interruptor de flotador 14 se coloca en el recipiente de almacenamiento de fluido objetivo 16 o un interruptor de presión 25 se coloca en la tubería de fluido 24 entre la descarga del pozo y el recipiente de almacenamiento de fluido 16 para monitorear condiciones predeterminadas de bajo nivel de fluido y de nivel de fluido completo. El interruptor de flotador 14 puede ser cualquier microinterruptor magnético o mecánico, accionado con flotador duradero, de alta calidad, preferiblemente clasificado para 12 voltios de CC o superior con por lo menos un conjunto de contactos normalmente abiertos, compatible con las temperaturas ambiente de la solicitud. Un ejemplo de un interruptor de flotador de nivel de fluido preferido para esta solicitud sería un interruptor de flotador Dayton 3BY80. Este interruptor es un interruptor duradero compatible con las temperaturas ambiente de la solicitud, y por ejemplo generalmente es capaz de más de diez mil ciclos en su vida útil. El interruptor de presión 25 puede ser cualquier tipo de microinterruptor sensible a la presión de líquido duradero, con conjuntos duales independientes de contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, preferiblemente clasificado para 12 voltios de CC o superior. Un ejemplo de un interruptor de presión preferido para esta solicitud es un interruptor de presión PSW-852CL de OMEGA Engineering de Stamford, Connecticut. El interruptor de presión 25 es un interruptor duradera compatible con las temperaturas ambiente de la solicitud, y que tiene una histéresis ajustable en campo y una repetibilidad del punto de ajuste de +/- 2% y más de diez mil ciclos de vida útil nominal. El interruptor de flotador 14, o el interruptor de presión 25, están conectados eléctricamente al panel de control 12 mediante un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido eléctrico 18. Un ejemplo de un montaje preferido es un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido Brad Harrison, modelo 112020A01 F060 con un receptáculo modelo 1R2006A20A120 y un receptáculo modelo 1R2004A20A120, todos disponibles en Brad Harrison/Woodhead Productos distribuidos por Gross Automation, Brookfield, Wisconsin.

Cuando el interruptor de flotador 14 o el interruptor de presión 25 detectan una condición de bajo nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido 16, una señal eléctrica se envía desde el interruptor al panel de control 12 (en donde la señal de bajo nivel de fluido es confirmada opcionalmente por el control del sistema después de un tiempo predeterminado para confirmar la condición real de bajo nivel). El panel de control del sistema 12 opera en una secuencia pre-programada, un ejemplo de lo cual se describe a continuación. Una vez que una condición de bajo nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido 16 se detecta y/o se confirma, el panel de control 12 comienza una secuencia de arranque del sistema con una señal de arranque siendo enviada al generador 11. El generador 11 recibirá una señal de arranque proveniente del panel de control del sistema 12, que arrancará el generador eléctrico 11 y producirá energía eléctrica adecuada para soportar un motor eléctrico en una bomba para pozo profundo subterráneo 22. Se apreciará que la batería del panel de control 12 (no mostrada) puede no ser suficiente para energizar el arranque eléctrico del generador 1 , y que se puede requerir una batería de arranque auxiliar.

Una vez que se ha arrancado el generador 11 , la condición de ENCENDIDO del generador será confirmada en el panel de control del sistema 12 tras la recepción de una señal de la salida del generador 1 . Una vez que la salida del generador se confirma en el panel de control del sistema 12, se puede dejar transcurrir un tiempo de puesta en marcha predeterminado, permitiendo que el motor del generador 11 se caliente. Después del período de calentamiento y puesta en marcha predeterminados, el panel de control del sistema 12 conectará la energía eléctrica a la bomba para pozo profundo subterráneo 22, que puede ser cualquier bomba sumergible accionada por motor eléctrico de CC o sesenta ciclos de CA clasificada para la instalación y compatible con las condiciones medioambientales de la instalación. La bomba 22 está conectada eléctricamente al panel de control del sistema mediante un montaje de cable y enchufe 20, y produce un flujo de fluido a partir de la bomba para pozo profundo subterráneo 22 a través de una tubería de fluido 24 al recipiente de almacenamiento de fluido 16, llenando el recipiente de almacenamiento de fluido 16 a un nivel completo predeterminado tal como se señala por la posición del interruptor de flotador 14 de, por ejemplo, 45 grados por encima de la posición horizontal, o la activación de la configuración de presión del interruptor de presión 25. Cuando el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido 16 alcanza una condición completa tal como se mide por el interruptor de flotador 14 en una posición predeterminada o el interruptor de presión 25 en un ajuste de presión predeterminada, una señal será enviada desde el interruptor de flotador 14 o desde el interruptor de presión 25 al panel de control del sistema 12 para comenzar un proceso de apagado controlado de la bomba para pozo profundo subterráneo 22 y del generador 11. En una modalidad preferida, el suministro eléctrico a la bomba para pozo 22 se apagará por el panel de control del sistema 12, pero el generador 11 seguirá puesto en marcha durante un tiempo predeterminado para permitir que el generador 11 se enfríe sin carga, y posteriormente se apague automáticamente listo para comenzar el siguiente proceso de ciclo de llenado.

Un interruptor de flujo 15 se ubica en la tubería de fluido 24 entre la descarga del pozo y el recipiente de almacenamiento de fluido 16. Un ejemplo de un interruptor de flujo mecánico es un interruptor de flujo de paleta Dwyer F.S.-2 disponible en DWYER Instruments Inc. de Michigan City, Indiana, y un ejemplo de un interruptor de flujo accionado térmicamente para esta solicitud es un interruptor FST-211-SPST de OMEGA Engineering de Stamford, Connecticut. El interruptor de flujo 15 puede ser cualquier microinterruptor accionado con temperatura, magnética o mecánicamente, preferiblemente clasificado para 12 voltios de CC o superior con por lo menos un conjunto de contactos normalmente cerrados capaces de detectar el nivel de flujo de fluido más bajo de la instalación. El interruptor de flujo 15 es duradero y compatible con las temperaturas ambiente de la solicitud, puede tener un punto de ajuste ajustable en campo, y generalmente se clasifica con una vida útil superior a diez mil ciclos. El interruptor de flujo está conectado eléctricamente al panel de control del sistema 12 mediante un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido eléctrico 19. Un ejemplo de un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido preferido es un cable modelo Brad Harrison 113020A01 F060 con un receptáculo modelo 1 R3006A20A120 y un receptáculo modelo 1R3004A20A120, todos disponibles en Brad Harrison/Woodhead Products distribuidos por Gross Automation de Brookfield, Wisconsin. El interruptor de flujo 15 confirmará el flujo de fluido dentro de un tiempo predeterminado después de que la bomba para pozo se enciende. Si no se detecta ningún flujo de fluido por el interruptor de flujo 15 o si el flujo de fluido se detiene durante un tiempo predeterminado, entonces, una señal será enviada desde el interruptor de flujo 15 al panel de control del sistema 12 para apagar la energía eléctrica que se suministra a la bomba para pozo profundo subterráneo 22 protegiéndola de operar en una condición de ausencia de flujo debido a una tubería de fluido congelado 24, un suministro débil de fluido en el pozo o de cualquier otra condición que pudiera evitar que el fluido fluya cuando la bomba para pozo profundo subterráneo 22 está encendida.

Una alarma u otra notificación de condición de fallo se pueden enviar para desplegar un mensaje, iniciar un indicador de fallo, encender una luz de advertencia, o de otro modo iniciar un despliegue localizado, por ejemplo, a través de mensaje de texto, mensajes de correo electrónico, u otro indicador en la pantalla LCD 62 dentro del panel de control del sistema 12 para indicar la condición de ausencia de flujo y se pueden reenviar automáticamente a un control u operador central, tal como de forma inalámbrica, a través de correo electrónico, texto, u otra notificación. Después de que ha transcurrido un período predeterminado para permitir que un pozo se recargue con la filtración de fluido del suelo o para permitir que se descongelen las tuberías de fluido 24, el panel de control del sistema 12 iniciará automáticamente una nueva secuencia de arranque, mientras que continúa monitoreando la condición de la bomba por medio del interruptor de flujo 15 para proteger el sistema. Esta secuencia se repetirá hasta que el recipiente de almacenamiento de fluido 16 ha alcanzado un nivel completo tal como se mide mediante el interruptor de flotador 14 en el recipiente de almacenamiento de fluido 16 o el interruptor de presión 25 en la tubería de fluido. Un botón de restablecimiento situado en el interior del panel de control del sistema 12 después de eso puede restablecer el mensaje de texto y el sistema de bombeo y de control de pozos 10, borrando la condición y permitiendo una operación inmediata, pero todavía monitoreando cualquier recurrencia de una condición de ausencia de flujo.

Para ayudar en la prevención de operar en una condición en donde pueda presentarse una tubería de suministro congelada, un sensor de temperatura situado en el interior del panel de control del sistema 12 evitará el arranque del sistema en cualquier momento que la temperatura haya caído por debajo de una temperatura establecida (por ejemplo, cero grados centígrados (0 °C) o inferior) y no permitirá que el sistema inicie una secuencia de arranque hasta que la temperatura detectada en el interior del panel de control 12 se haya elevado a una temperatura establecida (por ejemplo, cuatro punto cuatro grados centígrados (4.4°C)), o se activa el botón de restablecimiento del sistema situado en el interior del panel de control del sistema 12. Un mensaje de texto acerca de la condición será desplegado en la pantalla LCD en el interior del panel de control del sistema 12 hasta que la condición se haya borrado o el botón de restablecimiento situado en el interior del panel de control del sistema 12 se haya activado.

La presión del combustible se monitorea mediante un interruptor de presión 13, preferiblemente con una calificación de Peligrosidad División 1 con por lo menos un conjunto de contactos normalmente cerrados clasificados para 2 voltios de CC o superior, con un intervalo de punto de ajuste ajustable de 55.15 a 206.84 kPa (ocho a treinta libras por pulgada cuadrada), con por lo menos una presión de trabajo máxima de 2068.42 kPa (300 libras por pulgada cuadrada) y clasificados para instalaciones al intemperie. Un ejemplo de un interruptor de presión preferido es un interruptor PSW-12T-AS disponible en Omega Engineering de Stamford, Connecticut. El interruptor de presión está conectado eléctricamente al panel de control 2 mediante un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido eléctrico 18. Un ejemplo de un montaje de cable y receptáculo de cambio rápido preferido es un cable Brad Harrison modelo 112020A01 F060 con un receptáculo modelo 1 R2006A20A120 y un receptáculo modelo 1R2004A20A120, todos disponibles de Brad Harrison/Woodhead Productos distribuidos por Gross Automation de Brookfield, Wisconsin.

El interruptor de presión de combustible 13 está ubicado entre el tanque de propano 21, u otro suministro de combustible, y el regulador de presión 23 que suministra el generador eléctrico 11. El interruptor de presión de combustible 13 monitorea el nivel de combustible del tanque y detecta una condición de baja presión de combustible, y enviará una señal al panel de control del sistema 12 para iniciar una secuencia de apagado cuando la presión de combustible caiga hasta el punto establecido del interruptor de presión 13 mientras que el sistema está puesto en marcha. Una vez que se detecta el nivel de baja presión del combustible, un mensaje de texto de la condición será desplegado en la pantalla LCD en el interior del panel de control del sistema 12 y el sistema se verá impedido de reiniciar hasta que el sistema se vuelva a cargar con combustible a una presión adecuada por encima del punto establecido del interruptor de presión 13 y se active el botón de restablecimiento del sistema situado en el interior del panel de control del sistema 12, borrando la condición y el mensaje de texto.

El panel de control del sistema 12 adicionalmente puede desplegar en la pantalla LCD 62 una serie de mensajes instantáneos de texto de mantenimiento, incluyendo filtro de aire, aceite de servicio, o cambio de bujías después de un tiempo predeterminado, por ejemplo, quinientas horas de operación. Todos los mensajes instantáneos de texto de mantenimiento se basan preferiblemente en tiempos en intervalos de horas de operación recomendados por el fabricante del generador 11. Tales mensajes instantáneos generalmente serán programados en el control del sistema dentro del panel de control del sistema 12, y un mensaje de texto será desplegado en la pantalla LCD 62 al final de los tiempos transcurridos para notificar a un técnico/operador que realice la tarea indicada. Estos mensajes instantáneos de texto de mantenimiento se pueden restablecer, por ejemplo, pulsando el botón de restablecimiento del sistema situado en el interior del panel de control del sistema 12.

El sistema de bombeo y de control 10 desplegará en la pantalla LCD 62 en el interior del panel de control del sistema 12 el texto operativo. Con base en el caudal medido de la bomba 22 en la instalación, un valor calculado de litros (galones) totales de fluido recogido hasta un valor máximo, por ejemplo 3,785,412.47 litros (un millón de galones), será desplegado como una acción predeterminada en la pantalla LCD. En una modalidad, este valor total no se puede restablecer por un operador. Una vez que el sistema ha ascendido a los 3,785,412.47 litros de ejemplo (un millón de galones) de fluido producido, el valor se restablecerá a cero y comenzará a contar de nuevo hasta 3,785,412.47 litros (un millón de galones), repitiendo este ciclo durante toda la vida del sistema. Un segundo valor de producción de fluido será desplegado opcionalmente en la pantalla LCD en el interior del panel de control del sistema 12 como una pantalla secundaria de acción predeterminada, que despliega el total de litros (galones) de fluido bombeados desde el último restablecimiento. Esto es para permitir que un operador cuantifique los litros (galones) de fluido producido entre las visitas al sitio del pozo. En una operación de ejemplo, un contador se restablece a cero, por ejemplo, pulsando el botón de restablecimiento del sistema situado en el interior del panel de control del sistema 12 con una duración prestablecida, por ejemplo, cinco segundos. Después de iniciar el restablecimiento, el valor del contador se restablecerá de nuevo a cero y reiniciará los litros (galones) totales de fluido cuando el proceso de producción de fluido comienza de nuevo.

Los cálculos se realizan con base en la capacidad del recipiente de almacenamiento de fluido 16, de la velocidad de descarga medida de la bomba para pozo profundo subterráneo 22 y de los ajustes del interruptor de flotador 14 o del interruptor de presión 25 para determinar el tiempo aproximado necesario para que la bomba para pozo profundo llene el recipiente de almacenamiento de fluido 16 a un nivel deseado o necesario. Los recipientes de almacenamiento 16 están instalados en sitios de pozos según sea necesario y, generalmente, varían entre 37,854.12 y 151,416.50 litros (10,000 y 40,000 galones). Las reservas de almacenamiento también varían y dependen de las cargas de ganado (para pozos de agua) y de los cálculos de capacidad (para pozos de hidrocarburos u otros) y los flujos de la bomba, y pueden variar, por ejemplo, de un sistema que opera casi todos los días durante 8 horas o más a sistemas que operan una vez a la semana o menos. Con base en los cálculos, un valor de tiempo más un porcentaje seleccionado del tiempo calculado serán introducidos en el control del sistema 60 en el interior del panel de control del sistema 12. Cuando el tiempo de operación de la bomba con un flujo confirmado en el interruptor de flujo 15 supera el valor introducido, el panel de control del sistema 12 indica que el sistema ha superado un tiempo de puesta en marcha razonable, indicando al operador que verifique si hay una fuga en el sistema de tuberías. En esa situación, el sistema también continuará generalmente a través de una secuencia de apagado y no se restablecerá hasta que un operador haya iniciado un restablecimiento del sistema, por ejemplo, pulsando un botón de restablecimiento del sistema situado en el interior del panel de control del sistema 12. Esta característica está diseñada para evitar el desperdicio de combustible y preservar el agua subterránea o de otro fluido objetivo.

La FIG. 3 es una vista frontal de los componentes de ejemplo en el panel de control. La FIG. 3 muestra componentes del interior 50 del panel de control 12, incluyendo un relé de bomba 52, un termostato 54, un cargador de batería 56 para la batería del panel de control y para la batería de arranque auxiliar (no mostradas), relés 58, un controlador 60, terminales 70, fusibles 72, y relés 74. El controlador 60 incluye una pantalla LCD 62, entradas 64, salidas 66, y entradas de usuario 68 (tales como un teclado, teclas de entrada, etc.) Debido a que los componentes adicionales o unos cuantos se pueden incluir en el interior 50 del panel de control 12, los elementos mostrados en la FIG. 3 no deben ser limitantes de ninguna manera, y se proporcionan solamente como una configuración de ejemplo.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que muestra una secuencia de operación de ejemplo del sistema de bombeo y de control de pozos de la invención. El método de ejemplo incluye una etapa 110 que analiza el nivel de nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido. Si el nivel de fluido indica un nivel completo, el generador permanece apagado tal como se muestra en la etapa 310. Si el nivel de líquido está indicado en un nivel bajo, el método continúa desde la etapa 110 a la etapa 120. En la etapa 120, se mide la temperatura ambiente que rodea al sistema de bombeo y de control de pozos. Si la temperatura ambiente no está por encima de un nivel predeterminado, (por ejemplo, generalmente 0 grados Celsius para pozos de agua), el método vuelve a la etapa 310 con el generador permaneciendo apagado. Si la temperatura ambiente que rodea al sistema de pozo está por encima del nivel predeterminado, el método continúa desde la etapa 120 a la etapa 140. Alternativamente, el método se puede restablecer, tal como pulsando un botón de restablecimiento como se muestra en la etapa 130. El método posteriormente continúa desde la etapa 130 a la etapa 140. En la etapa 140, el método mide el nivel de aceite de servicio. Si el nivel de aceite de servicio en la etapa 140 está por debajo de un nivel predeterminado, el método vuelve a la etapa 310 y el generador permanece apagado. Si el nivel de aceite de servicio es aceptable, el método continúa desde la etapa 140 a la etapa 150. Alternativamente, la indicación del nivel de aceite de operación se puede restablecer tal como se indica en la etapa 130 y el método vuelve posteriormente a la etapa 140 (evitando de ese modo que el generador arranque si el nivel de aceite es demasiado bajo). Si se agrega aceite de servicio (y se pulsa el botón de restablecimiento en la etapa 130), entonces el método continúa desde la etapa 140 a la etapa 150.

En la etapa 150, el método mide la presión del combustible. Si la presión del combustible no es adecuada, el método continúa a la etapa 155 en donde el sistema se puede restablecer (tal como pulsando un botón). Si el sistema no se ha restablecido en la etapa 55, el método continúa a la etapa 310 y el generador permanece apagado. Si el sistema se ha restablecido en la etapa 155, el método vuelve a la etapa 150 para medir la presión del combustible. Si la presión del combustible es adecuada, el método continúa a la etapa 160.

En la etapa 160, el método mide un intervalo de tiempo que transcurre para indicar un bajo nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido. Por ejemplo, tal como se indica en la etapa 160, después de que han expirado sesenta segundos continuos, el generador arrancará y producir energía eléctrica. El método posteriormente continuará desde la etapa 160 a la etapa 170 en donde se medirá la presión del combustible. Si el nivel de presión del combustible es bajo, el método continúa desde la etapa 170 a la etapa 180 con el generador desconectando la energía eléctrica a la bomba y el generador está en marcha durante sesenta segundos para enfriarse y posteriormente continúa desde la etapa 180 a la etapa 310 para cambiar el generador apagado. Si una baja presión del combustible no se indica en la etapa 170, el método continúa a la etapa 190. En la etapa 190, la señal de electricidad de CA al control del sistema se monitorea durante dos segundos. Si se indica una señal, el método continúa desde la etapa 190 a la etapa 210. Si no se indica una señal, el método continúa desde la etapa 190 a la etapa 200 para evaluar si el sistema se ha restablecido (tal como pulsando un botón). Si el sistema no se ha restablecido en la etapa 200, el método continúa a la etapa 310 con el generador desconectado. Alternativamente, si el sistema se ha restablecido, el método regresa desde la etapa 190 a la etapa 160.

En la etapa 210, el generador opera preferiblemente sin ninguna carga eléctrica durante sesenta segundos para calentar el motor y el método posteriormente continúa a la etapa 220. En la etapa 220, la energía eléctrica se envía al motor de la bomba sumergible por medio de un relé de bomba de control del sistema y el método continúa a la etapa 230.

En la etapa 230, la bomba sumergible opera durante el tiempo predeterminado, preferiblemente aproximadamente sesenta segundos, para producir el flujo de fluido para confirmar el flujo con el interruptor de flujo evitando la operación continua en una condición de ausencia de flujo, tal como una tubería congelada. El método continúa posteriormente desde la etapa 230 a la etapa 250 en donde el flujo de fluido se monitorea con el interruptor de flujo del sistema. Si el flujo de fluido no está indicado en el interruptor de flujo del sistema, el método continúa desde la etapa 250 a la etapa 180 tal como se indicó anteriormente. Alternativamente, si el flujo de fluido no se mide con el interruptor de flujo del sistema, el método se puede restablecer tal como se indica en 240 y continúa a la etapa 245 en donde el control del sistema evalúa si el generador está en marcha. Si el generador está en marcha, el método vuelve a la etapa 220 tal como se indicó anteriormente. Si el generador no está en marcha, el método continúa a la etapa 160 una vez que se ha producido el restablecimiento. Si se indica el flujo de fluido en el interruptor de flujo del sistema, el método continúa desde la etapa 250 a la etapa 260. En la etapa 260, el generador funciona y proporciona energía eléctrica al motor de la bomba sumergible hasta que el tanque de almacenamiento indica un nivel completo, o hasta que ha transcurrido el tiempo de puesta en marcha permitido y predeterminado, o hasta que se indica una pérdida de flujo en el interruptor de flujo.

El método posteriormente continúa desde la etapa 260 ya sea la etapa 270, 280, o 290. Si ha transcurrido el tiempo de puesta en marcha permitido, el método continúa desde la etapa 260 a la etapa 270. Si el tanque de almacenamiento de fluido indica un nivel completo, el método continúa desde la etapa 260 a la etapa 280. Si la etapa 260 indica una pérdida de flujo en el interruptor de flujo, el método continúa desde la etapa 260 a la etapa 290. Si ha transcurrido el tiempo de puesta en marcha permitido en la etapa 270, el método continúa a la etapa 180 tal como se indicó anteriormente y posteriormente procede a desconectar el generador en la etapa 310. Si en la etapa 280 el tanque de almacenamiento de fluido está completo, el método continúa a la etapa 180 tal como se indicó anteriormente y posteriormente continúa a la etapa 310 para cambiar el generador apagado. Si se indica una pérdida de flujo en un interruptor de flujo en la etapa 290, el método continúa a la etapa 300. En la etapa 300, después de que el tiempo predeterminado de pérdida de flujo expira, el generador funcionará durante un tiempo predeterminado, preferiblemente aproximadamente sesenta segundos y se apagará. Posteriormente, después de que ha expirado el tiempo de restablecimiento predeterminado, el proceso de bombeo será restablecido y operado hasta el tanque de almacenamiento de fluido indique un nivel completo. Después de la etapa 300, el método continúa desde la etapa 300 a la etapa 280 para indicar que el tanque de almacenamiento de fluido está completo y posteriormente continúa desde la etapa 280 a la etapa 180 tal como se detalló anteriormente y, finalmente, a la etapa 310 para desconectar el generador.

El presente sistema de bombeo y de control de pozos aborda varias deficiencias de los sistemas anteriores, incluyendo proporcionar la capacidad de operar tanto a la luz del día como en horario de noche junto con caudales significativamente mayores, dar al sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención capacidades de producción que superan a las de los pozos soportados por sistemas de producción solares, y potencialmente conceder al usuario del sistema de bombeo y de control de pozos 10 la oportunidad de mayores capacidades de alimentación para el ganado y de producción en donde el agua es actualmente un factor limitante o de mayor producción de petróleo, en donde las limitaciones de operación del generador tal como se discutió anteriormente son actualmente un factor limitante.

La operación del sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención en lugar de un sistema de producción de molino de viento producirá mayores caudales que los sistemas de producción energizados con molinos de viento y evitará el desperdicio de agua subterránea en la industria de la ganadería que se bombea desde el suelo hasta un recipiente de almacenamiento, ya que los molinos de viento no tienen ninguna capacidad de control de nivel. El mantenimiento de los sistemas de producción de molinos de viento también puede ser muy costoso y peligroso para el operador y los técnicos. Tareas de mantenimiento frecuentes típicas incluyen la sustitución de las juntas en la parte inferior de la tubería del pozo que requiere el gasto de varias horas hombre y el uso de un vehículo de tipo grúa. El servicio del montaje de la caja de engranajes en la parte superior de la torre del sistema de bombeo de molino de viento requiere que un técnico suba hasta la parte superior de la torre del molino de viento o que sea elevado al área mediante algún dispositivo de elevación de modo que, por ejemplo, se puedan realizar la lubricación, el mantenimiento del cambio de aceite de servicio, y la reparación del montaje de la caja de engranajes. Este mantenimiento y servicio exponen a un técnico a los riesgos de trabajar en condiciones de alturas con herramientas, lubricantes, y estar sujetos a las ráfagas de viento que pueden crear un entorno muy peligroso. Mediante el uso del sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención en lugar del sistema de producción de molino de viento, el operador obtendrá una reducción en los costos de mantenimiento y una eliminación sustancial de los peligros de trabajar en las alturas para los técnicos, evitando de forma posible lesiones e incluso la muerte.

El uso del sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención en lugar de un sistema basado en un generador no inteligente también puede proporcionar muchas ventajas adicionales. Un comando completo de la operación de producción de fluido será obtenido mediante el uso del sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención. Aunque las reducciones en los costos de mano de obra y de operación debido a los viajes frecuentes al sitio del pozo para abastecerse de combustible y arrancar el generador fueron objetivos de la invención, un beneficio sustancial obtenido para el operador es que el presente sistema de bombeo y de control de pozos monitoreará las condiciones dinámicas y críticas del sistema. El control de las funciones del sistema para operar con respecto a estas condiciones dará como resultado una operación segura tanto para el generador 11 como para la bomba de pozo profundo subterráneo 22 y evitará que tanto el generador 11 como la bomba de pozo profundo subterráneo 22 operen fuera de las condiciones de tolerancia de diseño eléctricas tales como sobrevoltaje, bajo voltaje, baja frecuencia, o la frecuencia del generador desactivándose con una carga eléctrica (motor de la bomba conectado eléctricamente).

El sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención y los métodos de su uso se emplean de forma más ventajosa con objetivos de fluido que se recargan periódicamente. El agua y el petróleo subterráneos, por ejemplo, se pueden encontrar en arena, esquisto, u otros estratos a través de los cuales el líquido debe filtrarse antes de que se pueda bombear a la superficie. Mediante el monitoreo del flujo de fluido, el sistema apagará la bomba y, en su caso, apagará el generador cuando el bombeo se vuelva ineficiente, debido a que cuando el nivel de fluido en la bomba se ha bajado, necesita recargarse. Después de un tiempo, cuando el fluido objetivo ha tenido la oportunidad de recargarse, el sistema restablecerá automáticamente la bomba.

También se apreciará por aquellos expertos en la técnica, aunque la fuente de energía eléctrica preferida es un generador accionado por motor de combustión, otras fuentes de energía eléctrica sin conexión, tales como baterías, paneles solares y turbinas eólicas también se puede utilizar ya sea solos o en combinación entre sí o con el generador preferido para energizar el sistema de la presente invención. Los sensores se pueden utilizar para monitorear la eficiencia de operación de los componentes individuales de tal combinación de fuente de energía, permitiendo que el sistema de control cambie o combine automáticamente fuentes de electricidad para aumentar aún más la eficiencia global del sistema.

La mayoría de los pozos tendrán una velocidad a la cual los fluidos en el suelo recargan al pozo a medida que el fluido se elimina del pozo. Históricamente, la selección de las bombas se realiza para asegurar un caudal de la bomba que sea menor a la tasa de recarga del fluido objetivo. Las capacidades de control del sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención permiten la selección de una bomba que genera un caudal mayor que la tasa de recarga debido a la capacidad del sistema para detectar una condición de flujo bajo debido a un bajo nivel de fluido en el pozo. Una vez que se produce una condición de flujo bajo, el sistema comenzará un apagado controlado del proceso de bombeo, que también incluye generalmente apagar el generador. Posteriormente, el sistema permanecerá apagado durante un tiempo predeterminado que permita que el pozo sea recargado con líquido. Después de que ha transcurrido el tiempo predeterminado, el sistema restablecerá el proceso de bombeo. Mediante la sustitución de una primera bomba (generalmente la original) con un caudal de fluido bajo con una segunda bomba (reemplazo) con un caudal de fluido mayor que el de la primera bomba, el sistema de bombeo y de control de pozos de la presente invención puede conseguir un aumento significativo en las tasas de producción y al mismo tiempo una disminución en el tiempo de operación.

EJEMPLO 1 El sistema de la presente invención se implemento con un pozo de agua existente que bombea agua desde una profundidad de 213.36 metros (700 pies). Antes de la implementación del sistema, el pozo estuvo utilizando un motor de 1492 vatios (2 caballos de fuerza) que soporta una bomba sumergible, y estuvo bombeando a razón de 15.14 litros/min (4 galones/min) para generar un máximo de 21800 litros de agua por día (5760 galones de agua por día) con un costo de combustible de $0.0026 centavos/litro ($0.01 centavos/galón) de agua bombeada. La electricidad para este sistema fue producida mediante un generador en el punto de servicio alimentado con diésel de 10 kilovatios. Para implementar el sistema, el generador de diésel en el punto de servicio se reemplazó con un generador alimentado con propano de 6 kilovatios. El motor se mantuvo a 92 vatios (2 caballos de fuerza), pero los 15.14 litros/min (4 galones/min) de la bomba sumergible se reemplazaron con 22.71 litros/min (6 galones/minuto) de la bomba, un aumento de cincuenta por ciento (50%) en la velocidad de bombeo. Para este pozo, se utilizó un sensor de ausencia de carga "Pump Tech Plus" disponible en Franklin Electric de Bluffton, Indiana. El sensor de ausencia de carga constantemente detectó la carga eléctrica del motor de la bomba (amperios o factor de potencia) y reconoce que una carga por debajo del punto de ajuste corresponde a un nivel de fluido inferior en el pozo y hace automáticamente un corte de energía a la bomba protegiéndola de daños. Cuando esto ocurre, el sistema de bombeo y de control detecta una pérdida de flujo en el interruptor de flujo instalado en la tubería y envía una señal al controiador del sistema de que se ha producido una pérdida de flujo. El controiador posteriormente apaga el generador durante un tiempo predeterminado para permitir que el pozo recargue. El proceso de producción cambió esta operación del sistema de un proceso de flujo continuo a un proceso por lotes. Ahora, el sistema opera durante dos (2) horas bombeando fluido a razón de 22.71 litros/min (6 galones/minuto). Después de dos horas de bombeo, el pozo alcanza un nivel bajo y el sistema se apaga permitiendo un tiempo de recarga de cuarenta (40) minutos. Después de que ha transcurrido el tiempo de recarga, el sistema se restablece, y el ciclo se repite hasta que el recipiente de almacenamiento está lleno.

La aplicación del sistema de la invención dio lugar a un 12.5% de aumento en la producción diaria máxima de 21800 litros de agua por día (5760 galones de agua por día) a 24530 litros de agua por día (6480 galones de agua por día). Debido a un caudal cincuenta por ciento (50%) mayor que llena el tanque de almacenamiento, el tiempo de puesta en marcha necesario para operar el generador se disminuyó en un treinta por ciento (30%) de dieciséis (16) horas por día a once (11) horas por día. El aumento del cincuenta por ciento (50%) en el flujo y el período de apagado predeterminado junto con un menor costo por litro (galón) de propano dio como resultado un sesenta por ciento (60%) de reducción en el costo del combustible de $0.0026 por litro de agua ($0.01 por galón de agua) a $0.0010 por litro de agua ($0.004 por galón de agua). El pozo descrito soporta a doscientas (200) vacas de carne en período de lactancia, requiriendo cada una 75.7 litros (20 galones) de consumo de agua por día a temperaturas de 35 °C (95 °F) (se hace referencia a un Estudio de la Universidad de Arkansas por el Profesor Shane Gadberry FSA3021). Esta tasa de consumo totalizó 15140 litros por día (4000 galones por día). A un costo de $0.0026 por litro ($0.01 por galón) de combustible diésel, el sistema operó a un costo de cuarenta dólares ($40) por día. El sistema de bombeo y de control instalado de la presente invención produjo los mismos 15140 litros de agua por día (4000 galones de agua por día), pero a $0.0010 por litro ($0.004 por galón) en el costo del combustible de propano por cada litro (galón) de agua producida, o un costo de diez y seis dólares ($16) diarios. Además, el aumento en el flujo dio como resultado una disminución en el tiempo de operación de un treinta por ciento (30%). El tiempo de operación más corto redujo drásticamente el costo del proceso de bombeo. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que el ejemplo anterior ejemplifica aún más el método de la invención de proporcionar el sistema de bombeo y de control de la presente invención a un sistema de bombeo existente para mejorar su eficiencia.

Aquellos expertos en la técnica apreciarán además que los principios de la presente invención demostrados en el ejemplo de pozo de agua anterior son igualmente aplicables a otros fluidos, tales como hidrocarburos líquidos producidos por los pozos de petróleo y de gas, y a otros sistemas de bombeo.

EJEMPLO 2 El sistema de bombeo y de control de la invención se implemento para mejorar la eficiencia de un pozo de petróleo con caballete de bombeo convencional. Tales caballetes de bombeo normalmente no utilizan una bomba eléctrica y generalmente no requieren un generador. Más bien, son impulsados directamente por motores de combustión, que utilizan normalmente combustible diésel, propano o gas natural extraído del pozo. Para tal sistema, el sistema de control de la presente invención monitorea el caudal del fluido bombeado y el nivel completo del recipiente de almacenamiento de fluido de la misma manera que la descrita anteriormente para un sistema de pozo de agua. En el caso de un sistema de caballete de bombeo, el monitoreo de la fuente de energía supone monitorear el motor de combustión que acciona el caballete de bombeo en lugar de monitorear un generador u otra fuente de electricidad. Proporcionar a un sistema de caballete de bombeo nuevo o existente, el sistema de bombeo y de control de la presente invención permite que el caballete de bombeo se prenda y se apague dependiendo del estado de recarga de los hidrocarburos líquidos en el pozo. Mediante la puesta en marcha del caballete de bombeo durante un período más corto mientras se bombea a un caudal mayor, se aumenta la eficiencia de la producción del pozo.

De esta manera, se apreciará por aquellos expertos en la técnica que la presente invención no está restringida a las modalidades preferidas y particulares descritas con referencia a los dibujos o a las modalidades ejemplificadas, y que se pueden realizar variaciones en las mismas sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema de bombeo y de control de pozos para un pozo subterráneo, caracterizado porque comprende: una fuente de energía; un control del sistema; un recipiente de almacenamiento de fluido; una bomba para pozo que proporciona fluido desde el pozo subterráneo al recipiente de almacenamiento de fluido; por lo menos un dispositivo de monitoreo para monitorear un nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, un caudal de la bomba, y una o más condiciones operativas de la fuente de energía; en donde el por lo menos un dispositivo de monitoreo comunica el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido al control del sistema y en donde el control del sistema enciende la fuente de energía y arranca la bomba para pozo cuando el nivel de fluido alcanza un nivel bajo predeterminado.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la fuente de energía eléctrica comprende un generador accionado por motor de combustión, y en donde el control del sistema monitorea automáticamente al generador y a la bomba para pozo para protegerlos contra la operación bajo condiciones de bajo flujo o la operación del generador o de la bomba durante parámetros operativos inadecuados.

3. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el por lo menos un dispositivo de monitoreo comprende un interruptor de flotador o un interruptor de presión.

4. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente medios para monitorear el flujo de descarga de la bomba.

5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque incluye adicionalmente por lo menos uno de los siguientes: medios para monitorear un nivel de combustible y medios para desplegar un mensaje de bajo nivel de combustible, medios para monitorear un nivel de aceite de servicio y medios para desplegar un mensaje de bajo nivel de aceite de servicio, medios para monitorear la temperatura ambiente y medios para desplegar un mensaje de baja temperatura ambiente, medios para monitorear el tiempo de llenado típico del recipiente de almacenamiento mediante el monitoreo del caudal de fluido proveniente de la bomba, la cantidad de fluido necesaria para elevar el nivel de fluido al nivel alto, o el tiempo transcurrido entre el arranque y parada de la bomba, o medios para monitorear la producción eléctrica del generador.

6. - El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el control del sistema interrumpe la operación de la bomba y del generador cuando se produce uno o más de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de fluido ha alcanzado el nivel alto, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica.

7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el control del sistema transmite un mensaje de error, despliega un mensaje, o transmite un mensaje de error y despliega un mensaje cuando se produce uno o más de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin el dispositivo de monitoreo, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica.

8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el control del sistema es capaz de almacenar y desplegar por lo menos una condición operativa en el sistema o por lo menos una ubicación remota a la cual el control del sistema la ha transmitido electrónicamente, o ambas.

9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la condición operativa incluye uno o más de los siguientes: datos de producción de fluido, tiempo en marcha del generador o de la bomba, tiempo transcurrido de la operación del generador o de la bomba, cantidad total de fluido bombeado, o tiempo de mantenimiento para limpiar un filtro de aire, aceite de servicio, o bujía del generador.

10. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el fluido es un hidrocarburo.

11. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema es alimentado por energía solar y en donde la fuente de energía se selecciona del grupo que consiste de: generador de motor de combustión, paneles solares, turbinas de viento, o cualquier combinación de estos.

12. - El sistema de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la fuente de energía incluye un generador y paneles solares.

13. - Un método para operar un sistema de bombeo y de control de pozos para un pozo subterráneo, el sistema que comprende una fuente de energía, un control del sistema, un recipiente de almacenamiento de fluido, una bomba para pozo que proporciona fluido desde el pozo subterráneo al recipiente de almacenamiento de fluido, por lo menos un dispositivo de monitoreo para monitorear un nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, un caudal de la bomba, y una o más condiciones operativas de la fuente de suministro, el método está caracterizado porque comprende: monitorear el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido con el dispositivo de monitoreo; proporcionar electricidad proveniente de la fuente de energía a la bomba para pozo; e iniciar la operación de la bomba para pozo cuando el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido alcanza un nivel bajo predeterminado.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la etapa de monitorear incluye que el control del sistema reciba una señal de un interruptor de flotador para comenzar una secuencia de arranque del sistema.

15. - El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el control del sistema inicia la operación del generador y de la bomba para bombear fluido para llenar el recipiente de almacenamiento de fluido a un nivel alto predeterminado y posteriormente inicia una secuencia de apagado del generador y de la bomba.

16. - El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque si durante la operación de la bomba, el flujo de fluido es menor que un caudal predeterminado, el método comprende adicionalmente: detener la operación de la bomba y del generador por el control del sistema.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente: desplegar una condición del sistema.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el método comprende adicionalmente: volver a arrancar el sistema después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el fluido es un hidrocarburo.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque incluye por lo menos uno de los siguientes: monitorear un nivel de combustible y desplegar un mensaje de bajo nivel de combustible, monitorear un nivel de aceite de servicio y desplegar un mensaje de bajo nivel de aceite de servicio, monitorear la temperatura ambiente y desplegar un mensaje de baja temperatura ambiente, monitorear el tiempo de llenado típico del recipiente de almacenamiento mediante el monitoreo del caudal de fluido proveniente de la bomba, la cantidad de fluido necesaria para elevar el nivel de fluido a un nivel alto de fluido predeterminado, o el tiempo transcurrido entre el arranque y parada de la bomba, o monitorear la producción eléctrica del generador.

21. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el control del sistema interrumpe la operación de la bomba y del generador cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de fluido ha alcanzado el nivel alto de fluido predeterminado, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica.

22. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el control del sistema despliega un mensaje cuando se produce uno de los siguientes: después de que el nivel de combustible alcanza un nivel bajo de combustible predeterminado, lo que indica que el generador requiere de combustible, después de que el nivel de aceite de servicio alcanza un nivel bajo de aceite de servicio predeterminado, lo que indica que el generador requiere de aceite de servicio, después de que la temperatura ambiente alcanza una baja temperatura ambiente predeterminada, lo que indica que el generador y la bomba no se deben arrancar, después de que el tiempo de llenado típico ha transcurrido sin que el dispositivo de monitoreo indique que el nivel de fluido en el recipiente de fluido ha alcanzado el nivel alto, lo que indica una posible fuga u otro problema con el recipiente de almacenamiento de fluido, o después de una indicación de que la producción eléctrica del generador está fuera de un intervalo predeterminado de producción eléctrica, lo que indica un error eléctrico.

23. - Un método para mejorar un pozo existente, el pozo existente incluye por lo menos una fuente de energía y una primera bomba conectada a un recipiente de almacenamiento de fluido, el método está caracterizado porque comprende: reemplazar la primera bomba con una segunda bomba que es capaz de bombear a un caudal de fluido que es mayor que el de la primera bomba; y proporcionar un control del sistema y un dispositivo de monitoreo para monitorear un nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, el caudal de fluido de la segunda bomba, y por lo menos una condición operativa de la fuente de energía; en donde el dispositivo de monitoreo comunica el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido al control del sistema y en donde el control del sistema enciende la fuente de energía y arranca la segunda bomba cuando el nivel de fluido alcanza un nivel bajo predeterminado.

24. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el fluido es agua.

25. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el líquido es un hidrocarburo.

26.- El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el pozo existente es un pozo subterráneo.

27.- Un método para mejorar un sistema de bombeo de pozo subterráneo existente, el sistema de bombeo de pozo subterráneo existente incluye por lo menos una fuente de energía que tiene una o más condiciones de operación, y una bomba para proporcionar fluido desde el pozo subterráneo a un caudal a un recipiente de almacenamiento de fluido, el método está caracterizado porque comprende: proporcionar un control del sistema y un dispositivo de monitoreo para monitorear un nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido, el caudal del fluido bombeado, y por lo menos una condición de operación de la fuente de energía; en donde el dispositivo de monitoreo comunica el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido al control del sistema y en donde el control del sistema enciende la fuente de energía y arranca la bomba cuando el nivel de fluido en el recipiente de almacenamiento de fluido alcanza un nivel bajo preseleccionado.

28.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque el fluido es agua.

29.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque el líquido es un hidrocarburo.