NL8801918A

NL8801918A - Method and device for measuring the differential fluid- delivery capacity of a pump

Info

Publication number: NL8801918A
Application number: NL8801918A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1990-03-01
Also published as: NL194895C; NL194895B

Abstract

Falls in differential motor load or delivery capacity of differential pump fluids are used to indicate an accumulation of gas or that an electrical submerged or other pump is switched off.

Description

METHODE EN INRICHTING VOOR HET METEN VAN HETDIFFERENTIËLE FLUIDUMUITGANGSVERMOGEN VAN EEN POMPMETHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE DIFFERENTIAL FLUID OUTPUT OF A PUMP

Het gebruik van geleidelijke starters voorelektrische dompelpompen (EDP's) (electricalsubmersible pumps = ESP’s) gedurende de afgelopenjaren heeft de gelegenheid geboden de produktie teverhogen door het leegpompen van EDP’s, d.w.z. hetomlaag pompen van putfluïdumniveaus tot aan de pomp-inlaat teneinde een maximale opbrengst uit een put teverkrijgen door verlaging van de beneden in de boorputheersende druk. Het op deze wijze bedienen van een EDPbetekent dat de EDP continu wordt aan- en uitge¬schakeld, doordat de eenheid wordt leeggepompt, vooreen korte tijd buiten werking wordt gesteld teneindeervoor te zorgen dat de put zich gedeeltelijk kanvullen, en daarna opnieuw wordt aangezet. Vóórdat degeleidelijke starters werden gebruikt zou dit nietmogelijk zijn geweest, aangezien bij het opnieuw aan¬zetten van de EDP’s regelmatig storingen optraden.The use of gradual starters for electric submersible pumps (EDPs) (electricalsubmersible pumps = ESPs) in recent years has provided an opportunity to increase production by pumping EDPs down, ie pumping down well fluid levels down to the pump inlet to maximize output from a well obtained by lowering the downhole pressure. Operating an EDP in this way means that the EDP is continuously switched on and off by pumping out the unit, shutting it down for a short time to allow the well to partially fill, and then turning it on again. This would not have been possible before the gradual start-ups were used, as failures occurred frequently when the EDPs were turned back on.

Behalve dat storingen bij het opnieuw aanzettentot een minimum dienen te worden teruggebracht, is ervoor een pompuitschakeling ook een betrouwbare pompuit-schakeldetectie vereist en dient ervoor te wordengezorgd dat een EDP niet in werking treedt nadat hijmet gas gevuld is. Het mislukken van het buiten werkingstellen van een met gas gevulde EDP zal leiden totvoortijdige storing ten gevolge van oververhitting.Gasophoping vindt plaats wanneer een EDP een zodanigehoeveelheid gas opneerat dat hij niet langer in staat isfluïdum naar het oppervlak te pompen, hetgeen hetgevolg is van de aanwezigheid van grote gasbellen inhet putfluïdum of van het feit dat de pompinlaat niet is afgedekt bij pompuitschakeling. Overeenkomstig deonderhavige uitvinding is een EDP-pompuitschakelrege-laar ontwikkeld teneinde te voldoen aan de behoefte tothet op betrouwbare wijze detecteren en buiten werkingstellen van een EDP wanneer deze met gas gevuld ofleeggepompt is, aangezien gebleken is dat de bestaandeEDP-motorregelaars/besturingseenheden onder deze kri¬tische omstandigheden onvoldoende functioneren.In addition to minimizing restart failures, pump shutdown also requires reliable pump shutdown detection and care must be taken to ensure that an EDP does not fire after filling with gas. Failure to disable a gas-filled EDP will result in premature failure due to overheating. Gas build-up occurs when an EDP absorbs such an amount of gas that it is no longer able to pump fluid to the surface, which is due to its presence from large gas bubbles in the well fluid or from the fact that the pump inlet is not covered during pump shutdown. In accordance with the present invention, an EDP pump shutdown controller has been developed to meet the need for reliably detecting and decommissioning an EDP when it is gas-filled or empty-pumped, as existing EDP motor controllers / control units have been found to be among these ratings. functional conditions do not function properly.

Bestaande EDP-motorbesturingseenheden zijn afge¬leid van aan het oppervlak opgestelde motorbesturings-installaties waar de werking van de motor stabieler ende bediening van de motor minder kritisch is. Zo ishet, bijvoorbeeld, voor een motorbesturingseenheid nietvan wezenlijk belang dat daarmee kan worden voorkomendat een aan het oppervlak opgestelde centrifugaalpompdroog loopt aangezien dit geen schade aan de pomp of demotor ervan zal veroorzaken, maar een beneden in eenboorput opgestelde EDP zal al spoedig storingen ver¬tonen wanneer hij aangezet wordt na verlies vanfluïdumstroming naar het oppervlak. Deze bestaandemotorbesturingseenheden regelen de bedrijfsstroom (ofhet energieverbruik) van de motor en vergelijken ditmet een met de hand verstelbaar vast instelpunt.Existing EDP motor control units have been derived from surface mounted motor control systems where motor operation is more stable and motor operation is less critical. For example, it is not essential for an engine control unit to prevent a surface mounted centrifugal pump from running dry as this will not cause damage to the pump or its motor, but an EDP arranged downhole will soon fail when it is turned on after loss of fluid flow to the surface. These existing motor control units control the operating current (or energy consumption) of the motor and compare it with a manually adjustable fixed setpoint.

Wanneer de stroom gedurende een voorgeschreventijdslengte beneden dit onderbelasting-instelpuntblijft, dan wordt de motor buiten werking gesteld.If the current remains below this underload setpoint for a prescribed length of time, the motor will be shut down.

De ervaring heeft geleerd dat deze bestaandemethode van motorbesturing onbetrouwbaar is, aangezienblijkt dat pompende EDP's die onderbelast of in hetgeheel niet belast zijn, voortijdig buiten werkingworden gesteld. De oorzaak van deze onbetrouwbaarheidis, dat de met de hand aangebrachte instelpunten dik¬wijls geschat worden, of in het gunstigste geval,gebaseerd zijn op uiteenlopende vuistregels, die geenverband houden met wat er in de boorput plaatsvindt.Experience has shown that this existing method of motor control is unreliable as it appears that pumping EDPs that are underloaded or unloaded at all are put out of operation prematurely. The cause of this unreliability is that the manually applied set points are often estimated, or at best, based on divergent rules of thumb, unrelated to what is going on in the well.

Ten gevolge daarvan worden de instelpunten dikwijls öf te hoog ingesteld hetgeen tot voortijdige uitschakelingen verlies aan produktie leidt, öf te laag ingesteldwaardoor de EDP juist niet wordt uitgeschakeld, hetgeentot storing van de EDP en verlies aan produktie leidt.As a result, the set points are often set either too high, leading to premature shutdowns, loss of production, or set too low, which causes the EDP not to shut down, leading to EDP failure and loss of production.

Het primaire doel van de onderhavige uitvinding ishet verschaffen van een methode en inrichting voor hetbuiten werking stellen van een pompmotor wanneer eenmotor onderbelast is geraakt, bijvoorbeeld door pomp-uitschakeling of gasophoping. Het is gebleken dat gas¬ophoping en pompuitschakeling, zoals volgens de onder¬havige uitvinding is ontdekt, gekenmerkt worden dooreen plotselinge val in motorbelasting en fluïdumuit-gangsvermogen wanneer gas de pomp binnentreedt.The primary object of the present invention is to provide a method and apparatus for shutting down a pump motor when a motor has become underloaded, for example, by pump shutdown or gas build-up. Gas accumulation and pump shutdown, as discovered in the present invention, has been found to be characterized by a sudden drop in engine load and fluid power output as gas enters the pump.

De methode volgens de uitvinding omvat: (a) het op vastgestelde tussentijden meten van hetenergieverbruik van de pomp; (b) het op grond van de metingen vaststellen van eenrecent pompmotor-energieverbruik; (c) het op grond van de metingen vaststellen van eeneerder pompmotor-energieverbruik; (d) het afleiden van het verschil tussen de stappen (b) en (c); en (e) het aanduiden van het verschil als differentieelpompfluïdumuitgangsvermogen.The method according to the invention comprises: (a) measuring the energy consumption of the pump at set intervals; (b) determining a recent pump motor energy consumption from the measurements; (c) determining an earlier pump motor energy consumption from the measurements; (d) deriving the difference between steps (b) and (c); and (e) designating the difference as differential pump fluid output power.

De inrichting volgens de uitvinding omvat: (a) middelen voor het op vastgestelde tussentijdenmeten van het energieverbruik van de pomp; (b) middelen voor het op grond van de metingen vast¬stellen van een recent pompmotor-energieverbruik; (c) middelen voor het op grond van de metingen vast¬stellen van een eerder pompmotor-energieverbruik; (d) middelen voor het afleiden van het verschil tussende stappen (b) en (c); en (e) middelen voor het aanduiden van het verschil alsindicatie voor het differentiële pompfluïdumuit-gangsvermogen wanneer genoemd verschil een voorafvastgestelde hoeveelheid overschrijdt.The device according to the invention comprises: (a) means for measuring the energy consumption of the pump at determined intermediate times; (b) means for determining a recent pump motor energy consumption from the measurements; (c) means for determining an earlier pump motor energy consumption from the measurements; (d) means for deriving the difference between steps (b) and (c); and (e) means for indicating the difference as an indication of the differential pump fluid output power when said difference exceeds a predetermined amount.

Er kunnen verscheidene alternatieve methoden eninrichtingen overeenkomstig de uitvinding worden ge¬bruikt voor het op betrouwbare wijze vaststellen of ergasophoping of pompuitschakeling heeft plaatsgevondendoor het aan het oppervlak meten van pompbedienings-parameters. Een bij voorkeur toegepaste methode omvathet volgende: (1) berekeningen worden uitgevoerd opbasis van gemeten motorbelasting teneinde te bepalen ofer een val in motorbelasting heeft plaatsgevonden. (2)In geval van pompgebruik voor niet-gashoudende stoffen,wordt de EDP buiten werking gesteld bij de eersteindicatie van een val in motorbelasting. Dit zalplaatsvinden bij pompuitschakeling; er zal geen gas depomp binnentreden en geen val in motorbelasting veroor¬zaken totdat het fluïdumniveau in de put omlaag isgepompt en de pompinlaatopening onbedekt is. (3) Ingeval van pompgebruik voor gas-houdende stoffen, wordtde EDP alleen buiten werking gesteld wanneer hij metgas gevuld is. De motorbelasting zal steeds weer dalenwanneer er gas de pomp binnentreedt, maar zal zich weerherstellen wanneer het gas samen met de pompvloeistofde pomp verlaat. Wanneer een grote hoeveelheid gas depomp binnentreedt en de pomp met gas gevuld raakt, zalde motorbelasting dalen en zich niet herstellen aange¬zien het gas in de pomp opgesloten is. In deze toe¬passing wordt de EDP buiten werking gesteld wanneer demotorbelasting daalt en zich binnen een redelijke tijdniet herstelt.Several alternative methods and devices according to the invention can be used to reliably determine if ergas build-up or pump shutdown has occurred by measuring pump operating parameters at the surface. A preferred method includes the following: (1) Calculations are performed based on measured engine load to determine if a drop in engine load has occurred. (2) In the case of pump use for non-gaseous substances, the EDP is deactivated at the first indication of a fall in engine load. This will take place at pump shutdown; no gas will enter the pump and will not cause a drop in engine load until the fluid level in the well is pumped down and the pump inlet port is uncovered. (3) In the case of pump use for gaseous substances, the EDP is only deactivated when it is filled with gas. The motor load will drop over and over when gas enters the pump, but will recover when the gas leaves the pump along with the pump fluid. When a large amount of gas enters the pump and the pump fills with gas, the motor load will drop and not recover as the gas is trapped inside the pump. In this application, the EDP is disabled when the motor load falls and does not recover within a reasonable time.

Bij voorkeur omvat de methode (en inrichting voorhet uitvoeren van de methode) het buiten werkingstellen van de pomp (of pompmotor) wanneer hetdifferentiële pompfluïdumuitgangsvermogen gedurende een vooraf vastgestelde tijdslengte een vooraf vastgesteldehoeveelheid overschrijdt (of wanneer een onderbelastingwordt waargenomen, of omvat anderzijds het buitenwerking stellen van de pomp wanneer een onderbelastingwordt waargenomen die een vooraf vastgesteldetijdslengte overschrijdt).Preferably, the method (and apparatus for performing the method) includes shutting down the pump (or pump motor) when the differential pump fluid output power exceeds a predetermined amount for a predetermined length of time (or when an underload is sensed, or, alternatively, shutting down the pump when an underload is detected that exceeds a predetermined length of time).

Andere doeleinden, verschillen ten opzichte van debestaande techniek, voordelen en kenmerken van deuitvinding zullen voor deskundigen duidelijk zijn bijbestudering van de volgende beschrijving aan de handvan de bijbehorende tekening, waarbij: Figuur 1 eenstromingsschema toont van een bij voorkeur toegepastevolgorde in de stappen van een besturingseenheid dieontwikkeld is volgens de onderhavige uitvinding.Other objects, differences from the prior art, advantages and features of the invention will be apparent to those skilled in the art from studying the following description with reference to the accompanying drawing, in which: Figure 1 shows a flow chart of a preferred sequence applied in the steps of a controller developed is according to the present invention.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding wordenverscheidene parameters onafhankelijk van elkaar of inelke willekeurige combinatie toegepast teneinde vast testellen of er een verandering in de motorbelasting vaneen elektrische dompelpomp (EDP) heeft plaatsgevonden.Deze parameters zijn: schijnbaar vermogen, nuttigvermogen, blindvermogen, arbeidsfactor, enstroomsterkte (aangezien de spanning in het algemeenconstant is). Elk van deze parameters zal dalen wanneerde EDP-motorbelasting daalt. Combinaties van dezeparameters in bepaalde verhoudingen kunnen ook wordentoegepast aangezien de verhoudingen zullen veranderenwanneer de motorbelasting daalt. Indien destroomsterkte gebruikt wordt voor het regelen van demotorbelasting, dan kan de spanning ook worden gemetenals secundaire parameter teneinde zeker te stellen datstroomschommelingen niet het gevolg zijn vanspanningspieken of dalingen, d.w.z. de stroomsterktekan schommelen door andere oorzaken dan motorbelasting.De elektriciteitsmaatschappij kan bijvoorbeeldongelijkmatige voltages leveren of stormen kunnenwisselingen in stroomsterkte veroorzaken.In accordance with the present invention, several parameters are applied independently or in any combination to determine whether a change in the motor load of an electric submersible pump (EDP) has occurred. These parameters are: apparent power, useful power, reactive power, power factor, and amperage (since the voltage is generally constant). Each of these parameters will drop as the EDP motor load drops. Combinations of these parameters in certain ratios can also be used as the ratios will change when the engine load decreases. If the amperage is used to control the motor load, the voltage can also be measured as a secondary parameter to ensure that current fluctuations are not due to voltage spikes or drops, ie the amperage may fluctuate for reasons other than motor load. For example, the utility may supply uneven voltages or storms can cause amperage changes.

Motorbelastingparameters kunnen met behulp van eengroot aantal verschillende technieken worden gemeten.Parameters kunnen direct worden gemeten of zij kunnenvoordat zij worden gemeten eerst worden onderworpen aanfiltrering of worden gelijkgemaakt met behulp van eentechniek voor het bepalen van het effectieve meetkundiggemiddelde. De metingen kunnen worden gedaan op eenanaloge wijze met wiskundige berekeningen die uitge¬voerd worden volgens een analoog schakelschema. Analogemetingen kunnen ook worden omgezet in digitale enwiskundige berekeningen die uitgevoerd worden methetzij digitale apparatuur hetzij met programmatuur,zoals die in een computer met microverwerking. Digitalebemonsteringssnelheden, de geschatte tijdslengte bijberekeningen, en eisen ten aanzien vaninformatie-opslag zijn onderling met elkaar verbonden,maar kunnen wijd uiteenlopen. In een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding werdgebruik gemaakt van een analoge-digitalebemonsteringssnelheid van 4 Hz, hoewel bemon-steringssnelheden van minder dan 1 x per 15 minuten ookkunnen worden gebruikt, en wel op verschillende tijdenof bij de berekeningen zoals die welke hierna wordenbeschreven.Motor load parameters can be measured using a variety of techniques. Parameters can be measured directly or they may be subjected to filtration or equalized using a technique to determine the true geometric mean before measurement. The measurements can be made in an analogous manner with mathematical calculations performed according to an analog circuit diagram. Analog measurements can also be converted into digital and mathematical calculations performed using either digital equipment or software, such as a computer with a microprocessor. Digital sampling rates, the estimated length of time for calculations, and information storage requirements are interrelated, but may vary widely. In a preferred embodiment of the present invention, an analog digital sampling rate of 4 Hz was used, although sampling rates of less than 1x per 15 minutes may also be used, at different times or in the calculations such as those described below.

In tegenstelling tot de bestaande motorbesturings-technologie waarbij het motorvermogen of de stroom-sterkte vergeleken wordt met een vast ingesteld punt,wordt bij de besturingsmethode volgens de onderhavigeuitvinding gebruik gemaakt van verschillende techniekenteneinde vast te stellen of er pompuitschakeling, zoalshieronder beschreven, heeft plaatsgevonden. Teneindevast te stellen of de motorbelasting is gedaald, kanmen de meest recente motorbelastingmetingen vergelijkenmet elke willekeurige eerdere gemiddelde motor¬belasting. De meest recente motorbelastingmeting kanderhalve één enkel informatiepunt zijn of het gemiddelde van vele informatiepunten die het laatstzijn voorgekomen. Er is geen beperking ten aanzien vanhet aantal informatiepunten of de lengte van de tijdwaarover het gemiddelde kan worden berekend. Hetbeproeven van de onderhavige uitvinding gingvoorspoedig toen gebruik werd gemaakt van de gemiddeldewaarde van de meest recente één-seconde stroom en ooktoen gebruik werd gemaakt van de laatste éénpuntslezingvan de stroom. Het eerdere motorbelastinggemiddeldewordt bij voorkeur berekend over elke willekeurigetijdsruimte vanaf de start van de EDP tot aan heteerste informatiepunt dat gebruikt is in het meestrecente gemiddelde. Een bepaalde methode voor hetvaststellen van de eerdere motorbelasting bestaat uithet continu herberekenen van het bewegend gemiddeldevan de motorbelasting voor elke willekeurigevastgestelde tijdslengte voorafgaand aan de meestrecente gemiddelde informatie. Er is geen beperking aanhet aantal informatiepunten of de lengte van de tijdgedurende welke het gemiddelde wordt berekend. Bij hetbeproeven van de onderhavige uitvinding werd met succesgebruik gemaakt van een bewegend gemiddelde van 5seconden stroom. De vereiste mate van verlaging in demotorbelastingparameter dient te worden vastgesteldteneinde een potentiële gasophoping- of pompuit-schakelingsomstandigheid te identificeren. Deze mate isafhankelijk van het feit welke parameter wordtgehanteerd, maar is nog tamelijk flexibel. Volgens deonderhavige uitvinding werd met succes aangetoond dateen stroomdaling groter moet zijn dan 5%, maar be¬proeving heeft ook aangetoond dat succes kan wordenbehaald met een criterium ergens tussen 1% en 20%, eneen breder gebied van een ï% tot 30% is ook mogelijk,hoewel vergissingen eerder zullen voorkomen in hetbredere gebied. In een situatie waarbij gashoudendestoffen worden gepompt, dient de motorbelasting te dalen en gedurende een bepaalde tijdsperiode laag teblijven voordat de EDP buiten werking wordt gesteld inverband met gasophoping. Deze vereiste tijd gedurendewelke de motorbelasting laag dient te zijn is afhan¬kelijk van de lengte van de tijd die gebruikt wordt inde gemiddelden van de bovengenoemde stappen. Volgens deonderhavige uitvinding werd met succes 10 secondenbeproefd als een bepaald tijdscriterium, maar het wasgemakkelijk haalbaar om elke willekeurige tijd van meerdan 2 seconden te gebruiken. Deze tijdslimiet zouechter tot nul kunnen worden teruggebracht indien erlangere tijdsperioden werden gebruikt voor het bere¬kenen van de twee gemiddelden aan motorbelasting. Demaximum tijdslimiet is slechts een functie van hoeveelrisico op schade er met de EDP genomen kan wordenvoordat deze buiten werking wordt gesteld (1 uur ofmeer zou bijvoorbeeld extreem zijn).In contrast to the existing motor control technology where the motor power or amperage is compared to a fixed set point, the control method of the present invention uses different techniques to determine whether pump shutdown as described below has occurred. In order to determine whether the engine load has fallen, it is possible to compare the most recent engine load measurements with any previous average engine load. The most recent engine load measurement can be a single information point or the average of many information points that occurred last. There is no restriction on the number of information points or the length of time over which the average can be calculated. Testing of the present invention went smoothly when the average value of the most recent one-second current was used and also when the last one-point reading of the current was used. The previous engine load average is preferably calculated over each arbitrary space from the start of the EDP to the first information point used in the most recent average. One method of determining the previous engine load is to continuously recalculate the moving average of the engine load for any arbitrary length of time prior to the most recent average information. There is no limit to the number of information points or the length of time over which the average is calculated. The present invention successfully employed a moving average of 5 seconds of current. The required degree of reduction in the engine load parameter should be determined in order to identify a potential gas build-up or pump shutdown condition. This degree depends on which parameter is used, but is still quite flexible. The present invention has successfully demonstrated that a current drop should be greater than 5%, but testing has also shown that success can be achieved with a criterion anywhere between 1% and 20%, and a wider range from 1% to 30% is also possible, although mistakes are more likely to occur in the wider area. In a situation where gaseous substances are pumped, the engine load should drop and remain low for a period of time before the EDP is decommissioned due to gas build-up. This required time for the motor load to be low depends on the length of time used in the averages of the above steps. According to the present invention, 10 seconds was successfully tested as a given time criterion, but it was easily feasible to use any time greater than 2 seconds. However, this time limit could be reduced to zero if longer periods of time were used to calculate the two averages of engine load. The maximum time limit is only a function of how much risk of damage the EDP can be taken before it is put out of action (for example, 1 hour or more would be extreme).

Het berekenen van de differentiaal van motor¬belasting met betrekking tot tijd is een andere methodeom vast te stellen of de motorbelasting is gedaald.Calculating the differential of motor load over time is another method of determining if the motor load has decreased.

Motorbelasting wordt, zoals hierboven vermeld, opregelmatige tussentijden bemonsterd en de differentiëlemotorbelasting wordt berekend door de eerdere motor¬belasting af te trekken van de meest recente motor¬belasting, en het verschil te delen door de tijd tussende twee metingen. De eerdere en meest recente motor-belastingwaarden kunnen éénpuntsmetingen of de gemid¬delden van verscheidene metingen zijn. Een aanzienlijknegatief resultaat duidt op een val in motorbelastingzoals wanneer een EDP met gas gevuld of de pomp uitge¬schakeld is. De mate waarin de differentiaal negatiefdient te zijn hangt af van de bemonsteringssnelheden ende tijdsruimte waarover de differentiaal berekendwordt. De EDP wordt leeggepompt wanneer de differen¬tiaal aanzienlijk negatief wordt en daarna niet weeraanzienlijk positief wordt. De differentiële methode van besturingsberekening kan op digitale of op analogewijze worden uitgevoerd.As mentioned above, engine load is sampled at regular intervals and the differential engine load is calculated by subtracting the previous engine load from the most recent engine load and dividing the difference by the time between two measurements. The previous and most recent engine load values can be single point measurements or the averages of several measurements. A significantly negative result indicates a drop in motor load such as when an EDP is filled with gas or the pump is turned off. The degree to which the differential should be negative depends on the sampling rates and the time space over which the differential is calculated. The EDP is pumped out when the differential becomes significantly negative and does not return to significant positive thereafter. The differential method of control calculation can be performed in a digital or analog manner.

Integratie van de motorbelasting gedurende eenbepaalde tijdsperiode is nog weer een andere methodevoor het berekenen van gemiddelde motorbelastingen.Motor load integration over a given period of time is yet another method for calculating average motor loads.

Motorbelasting wordt, zoals hierboven vermeld, opregelmatige tussentijden bemonsterd en opgeslagen ineen informatiereeks. De curve voor het gebied ondermotorbelasting als functie van tijd wordt berekend voorde meest recente tijdsperiode door gebruik te maken vaneen integratietechniek. De meest recente tijdsperiodekan elke willekeurige, door de gebruiker gespecifi¬ceerde lengte hebben, afhankelijk van de vereistegevoeligheid (hoe korter de lengte, des te gevoeligeris de berekening voor veranderingen in motorbelasting).As mentioned above, engine load is sampled at regular intervals and stored in a series of information. The curve for the area under engine load as a function of time is calculated for the most recent time period using an integration technique. The most recent time period may be any length specified by the user depending on the sensitivity required (the shorter the length, the more sensitive the calculation for changes in motor load).

De integratie-besturingseenheidberekeningsmethodekan ook op digitale of analoge wijze worden uitgevoerd.Gasophoping of pompuitschakeling wordt aangegevenindien de meest recente integratie van motorbelastingminder is dan de eerdere integratie die een voorafvastgestelde hoeveelheid is. De lengte van de tijdgedurende welke de integraties worden uitgevoerd,waarbij het niet van belang is of de vergelijkings-integratie nu berekend wordt op een vast tijdstip of opeen bewegende basis, terwijl de mate van vereistedaling aanzienlijk dient te zijn, en de tijd die nodigis om de daling bij gashoudende toepassingen laag tehouden, zullen allemaal op soortgelijke wijze variërenals in het geval van de hierboven beschreven eerstemethode.The integration control unit calculation method can also be performed in digital or analog mode. Gas build-up or pump shutdown is indicated if the most recent integration of engine load is less than the previous integration which is a predetermined amount. The length of time over which the integrations are performed, where it is irrelevant whether the comparison integration is calculated on a fixed time or on a moving basis, while the amount of requirement drop should be significant, and the time required to keeping the drop low in gas-containing applications will all vary in a similar manner as in the case of the first method described above.

Ten slotte zij vermeld, dat nog een andere methodeom vast te stellen of de motorbelasting gedaald is,bestaat uit het uitvoeren van een statistische analysevan motorbelasting. Zoals bij de andere methoden, wordtmotorbelasting op regelmatige tussentijden bemonsterden opgeslagen in een gegevensbestand. De statistiekenvan de monsterdistributie worden berekend uitgaande van de eerder voor een bepaalde tijdslengte genomen motor-belastingmonsters en het meest recente motorbelasting-monster wordt daarmee vergeleken. Dalingen in motor-belasting die buiten de limieten vallen die berekendzijn uitgaande van de eerdere motorbelastingmonster-verdeling en de gewenste monstervertrouwenstussenruimteduiden erop dat er een aanzienlijke daling in motor-belasting heeft plaatsgevonden. De vertrouwenstussen-ruimte die gebruikt wordt is afhankelijk van de kans opvergissing die mogelijkerwijs aanvaard wordt, en kandienovereenkomstig variëren. Indien het meest recentemonster van motorbelasting gedurende een vooraf vast¬gestelde tijdslengte onder de berekende benedengrensvalt, dan is de EDP met gas gevuld of is de pomp uit¬geschakeld en is het geheel buiten werking gesteld.Bovendien wijst een statistische berekening van motor-belastingvariatie of standaardafwijking erop dat demotorbelasting variabeler is geworden, nog weer eenaanwijzing dat er gas de pomp is binnengetreden of datpompuitschakeling heeft plaatsgevonden.Finally, it should be noted that yet another method of determining whether the engine load has decreased is to perform a statistical analysis of engine load. As with the other methods, engine load samples are stored at regular intervals in a database. The sample distribution statistics are calculated from the engine load samples previously taken for a given length of time and the most recent engine load sample is compared. Decreases in motor load that are outside the limits calculated from the previous motor load sample distribution and the desired sample confidence gaps indicate that a significant decrease in motor load has occurred. The confidence gap used depends on the probability of mistake that may be accepted, and may vary accordingly. If the most recent sample of engine load falls below the calculated lower limit for a predetermined length of time, the EDP has been filled with gas or the pump has been shut down and shut down completely, and a statistical calculation of engine load variation or standard deviation is that the motor load has become more variable, yet another indication that gas has entered the pump or that pump shutdown has occurred.

De volgens de onderhavige uitvinding ontwikkelde,bij pompuitschakeling/gasophoping te gebruiken bestu¬ringseenheid kan op verscheidene wijzen worden toege¬past. Hij kan bijvoorbeeld worden gebruikt als eenonderdeel van een samengestelde besturingsinrichting.The control unit developed in accordance with the present invention to be used in pump shutdown / gas accumulation can be used in various ways. For example, it can be used as part of a composite control device.

De ontwikkelde besturingseenheid is voorzien van eenbedrading die in serie geschakeld is met een bestaandemotorbesturingseenheid teneinde de onderbelastings-functies van de bestaande besturingseenheid te ver-groten/vervangen. De inrichting kan ook worden geïnte¬greerd in een enkelvoudige motorbesturingseenheid. Hetis derhalve noodzakelijk de onderbelastingsfunctie ineen motorbesturingseenheid te vervangen door degasophoping/pompuitschakelbesturingsfuncties. Nog eenandere mogelijkheid is om de inrichting volgens deonderhavige uitvinding te integreren in een intel¬ligente op afstand opgestelde terminal. Deze eenheid oefent motorbesturingsfuncties uit, waaronder controleop pompuitschakeling/gasophoping, en is bovendien instaat de werking van de EDP te regelen, bedienings-gegevens op te slaan, en te communiceren met een cen¬trale computer.The developed control unit is provided with a single wiring connected in series with an existing motor control unit in order to increase / replace the underload functions of the existing control unit. The device can also be integrated into a single motor control unit. It is therefore necessary to replace the underload function in a motor control unit with the gas accumulation / pump shutdown control functions. Yet another possibility is to integrate the device of the present invention into an intelligent remotely located terminal. This unit performs engine control functions, including pump shutdown / gas accumulation control, and is also capable of controlling the operation of the EDP, storing operating data, and communicating with a central computer.

Na de tot dusver gegeven algemene beschrijving vande inrichting en methode volgens de onderhavige uit¬vinding, alsmede de talloze voordelen ervan vergelekenmet de bestaande techniek, volgt hierna een meer gede¬tailleerde beschrijving van een voorkeursuitvoeringervan, welke overeenkomt met en toegelicht wordt aan dehand van de bijbehorende tekeningen van Figuur 1.After the general description of the apparatus and method of the present invention so far given, as well as its numerous advantages over the prior art, hereinafter follows a more detailed description of a preferred embodiment thereof, which corresponds to and is explained with reference to the corresponding drawings of Figure 1.

Stap 1: Bemonster de stroom continu (conversie vananaloog in digitaal) elke 25 seconden. Stap 2: startbesturingseenheid wanneer stroomsterkte hoger is dani a"»p (komt voor wanneer EDP wordt gestart) .Step 1: Sample the flow continuously (conversion from analog to digital) every 25 seconds. Step 2: Start control unit when current is higher than i a "» p (occurs when EDP is started).

St^p 3: start besturingsfuncties wanneer de piek instroomsterkte bij de start van EDP over is.St ^ p 3: Start control functions when the peak inflow strength is over at the start of EDP.

Stap 4: neem het meest recente stroommonster en sla hetop in de eerste positie van de informatiereeks voorlater gebruik bij de besturingsberekeningen.Step 4: Take the most recent power sample and save it in the first position of the information string before use in the control calculations.

Stap 5: nadat de EDP is gestart, begin berekeningenalleen nadat de informatiereeks vol is (6 seconden aanstroommonsters). Stap 6: bereken het meest recente1-seconde gemiddelde aan stroom door het bepalen vanhet gemiddelde van de eerste vier waarden in de infor¬matiereeks. Stap 7: indien de pompuitschakelteller nietgelijkgesteld is op nul, dan was het laatst berekendeverschil een daling van meer dan 5%, hetgeen erop wijstdat de EDP reeds gas heeft opgenomen en leeggepompt kanworden. Stap 8: indien de EDP nog niet in potentiëlepompuitschakeltoestand is, bereken dan het normaleeerdere 5-seconden gemiddelde aan stroom door hetbepalen van het gemiddelde van de laatste 20 monstersin de informatiereeks. Stap 9: indien de EDP reeds in potentiële pompuitschakeltoestand is, bereken dan nietopnieuw het eerdere 5-seconden gemiddelde aan stroom.Gebruik het eerdere gemiddelde aan stroom dat berekendwerd toen de stroom voor het eerst daalde teneinde demeest recente stroom te vergelijken met zijnoorspronkelijke niveau. Stap 10: trek het meest recentel-seconde gemiddelde af van het eerdere 5-secondengemiddelde aan stroom. Stap 11: indien het berekendeverschil meer is dan een daling van 5%, dan is er gasin de pomp gekomen en wordt de EDP potentieelleeggepompt. Stap 12: schakel de EDP uit in niet-gas-houdende pompomstandigheden aangezien een stroomdalingvan meer dan 5% alleen zal plaatsvinden bij pompuit-schakeling. Stap 13: bereken (door telling) de lengtevan de tijd gedurende welke de EDP in een potentiëlepompuitschakeltoestand is (l tel staat gelijk aan 25seconden). Stap 14: in gashoudende pompomstandighedenis de EDP leeggepompt en wordt uitgeschakeld indien destroom niet terugkeert naar zijn oorspronkelijke5-seconden gemiddelde (voordat stroomdaling optrad) in10 seconden of minder, stap 15: maak de informatiereeksgereed voor het volgende stroommonster door de gegevenséén plaats in de reeks omlaag te werken. Hierdoor wordthet oudste stroommonster op effectieve wijze uitgewisten komt er ruimte voor het volgende stroommonster datboven in de reeks wordt toegevoegd (eerste positie).Step 5: After the EDP has started, start calculations only after the information string is full (6 second flow samples). Step 6: Calculate the most recent 1-second average of current by determining the average of the first four values in the information series. Step 7: If the pump stop counter is not set to zero, the last calculated difference was a drop of more than 5%, indicating that the EDP has already taken gas and can be pumped out. Step 8: If the EDP is not yet in a potential pump shutdown state, calculate the normal prior 5-second average of current by averaging the last 20 samples in the information string. Step 9: If the EDP is already in potential pump shutdown state, do not recalculate the previous 5-second average of current. Use the earlier average of current calculated when the current first dropped to compare the most recent current to its original level. Step 10: Subtract the most recent 1-second average from the previous 5-second average of current. Step 11: If the calculated difference is more than a drop of 5%, gas has entered the pump and the EDP is being emptied. Step 12: Switch off the EDP in non-gas containing pump conditions as a flow drop of more than 5% will only occur with pump shutdown. Step 13: Calculate (by counting) the length of time during which the EDP is in a potential pump shutdown state (1 count equals 25 seconds). Step 14: In gas-holding pump conditions, the EDP is pumped out and shuts down if flow does not return to its original 5-second average (before power drop occurred) in 10 seconds or less, Step 15: Prepare the data sequence for the next flow sample by moving the data one place in the sequence down to work. This effectively erases the oldest stream sample, leaving room for the next stream sample to be added at the top of the sequence (first position).

Terwijl de bovenstaande beschrijving primairgericht is op het detecteren van onderbelasting vanelektrische pompmotoren, hetgeen een indicatie is voorgasophoping of pompuitschakeling, is de basisuitvindingmeer algemeen gericht op methoden en bijbehorendeinrichting voor het regelen en besturen van de pomp¬werking door het meten van veranderingen in hetingangsvermogen van de pomp. Dit wordt gedaan (a) bijpompen met elektrische motoraandrijving door het metenvan de motorbelasting en door het vergelijken van de huidige motorbelastingen met eerdere motorbelastingen, (b) bij pompen met hydraulische motoraandrijving doorhet meten van het verbruikte hydraulisch vermogen(ingangsdruk en stromingssnelheid - uitgangsdruk enstromingssnelheid) en, zoals hierboven vermeld, doorhet vergelijken van de huidige motorbelastingen meteerdere motorbelastingen. Potentiële pomp/motorcombinaties omvatten (1) centrifugaalpomp metelektrische motoraandrijving, (2) centrifugaalpomp methydraulische motoraandrijving, (3) positieveverplaatsingspomp met elektrische motoraandrijving, (4)positieve verplaatsingspomp met hydraulischemotoraandrijving.While the above description is primarily focused on detecting underload of electric pump motors, which is indicative of gas build-up or pump shutdown, the basic invention is more generally directed to methods and associated apparatus for controlling and controlling the pump operation by measuring changes in the input power of the pump. This is done (a) pumping with electric motor drive by measuring the motor load and by comparing the current motor loads with previous motor loads, (b) for pumps with hydraulic motor drive by measuring the consumed hydraulic power (input pressure and flow rate - output pressure and flow rate) and, as mentioned above, by comparing the current motor loads with previous motor loads. Potential pump / motor combinations include (1) centrifugal pump with electric motor drive, (2) centrifugal pump with hydraulic motor drive, (3) positive displacement pump with electric motor drive, (4) positive displacement pump with hydraulic motor drive.

De voorafgaande beschrijving van de uitvinding islouter bedoeld als verklarende toelichting, en ver¬schillende veranderingen in de bijzonderheden van debeschreven methode en inrichting kunnen binnen hetkader van de aangehechte conclusies worden aangebrachtzonder af te wijken van de geest van de uitvinding.The foregoing description of the invention is for illustrative purposes only, and various changes in the details of the described method and apparatus may be made within the scope of the appended claims without departing from the spirit of the invention.

Claims

A method of measuring the differential pump fluid output power, comprising: (a) measuring the pump's energy consumption at set intervals; (b) determining a recent pump motor energy consumption from the measurements; (c) determining an earlier pump motor energy consumption from the measurements; (d) deriving the difference between steps (b) and (c); and (e) designating the difference as differential pump fluid output power.

The method of claim 1, including shutting down the pump when said differential pump fluid output exceeds a predetermined amount for a predetermined length of time.

The method of claim 1, wherein the pump is driven by an electric motor and the energy consumption of the pump is measured by measuring the motor load, the method further comprising the following steps: (a) measuring motor loads at set intervals; (b) determining a recent engine load based on the measurements; (c) determining a previous engine load based on the measurements; (d) deriving the difference between steps (b) and (c); and (e) designating the difference as an indication of a pump motor underload when said difference exceeds a predetermined amount; (f) designating the pump motor underload as an indication of differential pump fluid output power.

The method of claim 3 comprising shutting down the pump when said underload is sensed.

The method of claim 3 comprising shutting down the pump when said underload sensed exceeds a predetermined length of time.

The method of claim 3, wherein said motor loads are controlled from the apparent power consumed by said pump motor.

The method of claim 3, wherein said motor loads are controlled from the useful power consumed by said pump motor.

The method of claim 3, wherein said motor loads are controlled from the reactive power consumed by said pump motor.

The method of claim 3, wherein said motor loads are controlled from current consumed by said pump motor.

The method of claim 9, wherein the current voltage associated with said current is used to filter out corresponding current fluctuations resulting from voltage spikes or dips and not from pump shutdown or gas build-up.

The method of claim 3, wherein said recent engine load is an average of measurements taken during a selected time slot, and also said previous engine load is an average of measurements taken during a selected time slot.

The method of claim 3, wherein step (d) is based on a calculation of the differential of engine load over time.

The method of claim 3, wherein step (d) is based on integration of engine load with respect to time.

The method of claim 3, wherein step (d) is based on statistical analysis.

A device for measuring the differential pump fluid output power, comprising: (a) means for measuring the power consumption of the pump at set intervals; (b) means for determining a recent pump motor energy consumption from the measurements; (c) means for determining an earlier pump motor energy consumption from the measurements; (d) means for deriving the difference between steps (b) and (c); and (e) means for indicating the difference as an indication of the differential pump fluid output power when said difference exceeds a predetermined amount.

The device of claim 15, wherein the pump is driven by an electric pump motor, the device further comprising: means for measuring engine loads at set times; means for indicating the motor load as an indication of pump fluid power consumption; and means for indicating the difference between a recent and a previous motor load as an indication for a pump motor underload when said difference exceeds a predetermined amount.

17. Device according to claim 16, comprising means for deactivating the pump motor when said underload is detected.

An apparatus according to claim 17, used as a part of a composite control device comprising wiring connected in series with a motor control unit, said part of the composite control device for increasing or replacing the underload functions of said motor control unit.

The device of claim 17, used as an integrated engine load device for replacing the underload functions of an engine control unit with gas accumulation / pump shutdown control functions.

Apparatus according to claim 17 used as an integrated intelligent remote terminal unit for performing motor control functions including pump shutdown / gas accumulation control, and suitable for controlling the operating parameters of the electric submersible pump, and for storing operating data and communicating with a central computer.