RU2381384C1 - Способ и система управления перемещением штока в системе откачки флюида из скважины - Google Patents
Способ и система управления перемещением штока в системе откачки флюида из скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381384C1 RU2381384C1 RU2008118534/06A RU2008118534A RU2381384C1 RU 2381384 C1 RU2381384 C1 RU 2381384C1 RU 2008118534/06 A RU2008118534/06 A RU 2008118534/06A RU 2008118534 A RU2008118534 A RU 2008118534A RU 2381384 C1 RU2381384 C1 RU 2381384C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- polished rod
- pumping
- engine
- optimal
- Prior art date
Links
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 67
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 49
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 46
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 26
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 15
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 12
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000012886 linear function Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 16
- 238000013461 design Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 2
- 238000012905 input function Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 101000848724 Homo sapiens Rap guanine nucleotide exchange factor 3 Proteins 0.000 description 1
- 102100034584 Rap guanine nucleotide exchange factor 3 Human genes 0.000 description 1
- 238000013142 basic testing Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000008846 dynamic interplay Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012933 kinetic analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000013031 physical testing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
- E21B43/121—Lifting well fluids
- E21B43/126—Adaptations of down-hole pump systems powered by drives outside the borehole, e.g. by a rotary or oscillating drive
- E21B43/127—Adaptations of walking-beam pump systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
- F04B47/02—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
- F04B47/02—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level
- F04B47/022—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level driving of the walking beam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/06—Control using electricity
- F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/041—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a variable is automatically adjusted to optimise the performance
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2201/00—Pump parameters
- F04B2201/02—Piston parameters
- F04B2201/0202—Linear speed of the piston
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2201/00—Pump parameters
- F04B2201/02—Piston parameters
- F04B2201/0206—Length of piston stroke
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2201/00—Pump parameters
- F04B2201/12—Parameters of driving or driven means
- F04B2201/121—Load on the sucker rod
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2203/00—Motor parameters
- F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
- F04B2203/0209—Rotational speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2205/00—Fluid parameters
- F04B2205/04—Pressure in the outlet chamber
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
В изобретении предлагаются способ и система для блока откачки с гибкой штанговой системой для обеспечения максимальной добычи флюида. Максимальный ход насоса и самое короткое время цикла рассчитывают на основании всех статических и динамических характеристик скважинных и поверхностных компонентов, без ограничения угловой скорости первичного двигателя. Ограничения, касающиеся конструкционной прочности и усталостной прочности, вводят в расчет оптимизации для обеспечения безопасной работы, при поддержании максимального откачиваемого объема и минимального потребления энергии. Расчетную оптимальную скорость первичного двигателя задают штанговому насосу при помощи станка-качалки с балансирным уравновешиванием, блока с большим ходом или гидравлического блока откачки, за счет управления скоростью, ускорением и вращающим моментом первичного двигателя или за счет регулировки давления и расхода в системе откачки штанговым насосом с гидравлическим управлением. Позволяет оптимизировать скорость первичного двигателя штангового насоса для максимального повышения добычи нефти, при одновременном снижении эксплутационных расходов и обеспечении работы с безопасным коэффициентом загрузки. 4 н. и 14 з.п.ф-лы, 6 ил.
Description
Область применения изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию способов и систем для обеспечения максимальной откачки флюида из скважины с использованием системы откачки с насосными штангами, а более конкретно к созданию способов и систем для обеспечения максимальной добычи флюида за счет оптимизации скорости первичного двигателя насосной штанги.
Предпосылки к созданию изобретения
Возвратно-поступательными нефтяными насосами традиционно управляют при помощи станка-качалки с балансирным уравновешиванием, с синусоидальными характеристиками возвратно-поступательного движения полированного штока станка-качалки, что диктуется постоянной скоростью электрического или газового первичного двигателя и геометрией станка-качалки с балансирным уравновешиванием. Обычно используют постоянную скорость кривошипа при работе станка-качалки с балансирным уравновешиванием. В результате геометрия станка-качалки с балансирным уравновешиванием диктует скорость насосной штанги, следующую по кривой, которая является синусоидальной по своей природе. Другие типы блоков откачки, такие как блоки откачки с длинным ходом или с гидравлическим управлением, работают на первой постоянной скорости полированного штока во время хода вверх и на второй постоянной скорости во время хода вниз, с дополнительным изменением скорости только во время смены направления движения. В некоторых блоках откачки используют переменное управление первичными двигателями для облегчения изменения постоянной скорости первичного двигателя или для обеспечения возможности выбора переменной скорости первичного двигателя на любом желательном участке цикла откачки.
Обычная система откачки с насосными штангами содержит поверхностное оборудование (станок-качалка с балансирным уравновешиванием или качалка упрощенного типа для глубинных насосов, работающих от группового привода), и скважинное оборудование (насосная штанга и насос), которое работает в стволе скважины, пробуренном в нефтяной пласт. Взаимодействие подвижных и стационарных элементов скважины и динамическое взаимодействие с флюидами, присутствующими в скважине, создает сложную механическую систему, которая требует точной разработки и управления, чтобы быть способной работать эффективным образом.
Для повышения добычи нефти необходимо провести анализ и оптимизацию всех элементов системы откачки с использованием насосных штанг. Проектирование системы оборудования нефтяной скважины обычно осуществляют на основании законов механики и специальных методик, причем требуется использовать определенные установленные аналитические стандарты для создания удачного проекта и желательной работы нефтяной скважины. Такой анализ обычно включает в себя:
1. Динамический анализ системы насосных штанг, когда производят расчет динамических сил и напряжений, воздействующих на насосную штангу (динамическое волновое уравнение);
2. Кинетический анализ поверхностного оборудования (блок откачки);
3. Анализ производительности погружного насоса (программа для оценки скважины); и
4. Анализ производительности нефтяного пласта (связь с характеристиками притока).
Такой уже известный системный анализ обеспечивает правильную и полезную информацию относительно первичного проектирования скважины и ее производительности, но только для постоянной скорости первичного двигателя. Известные ранее попытки повышения дебита скважины предусматривали изменение компонентов колонны насосных штанг и размера насоса, изменение полной скорости вращения кривошипа, регулирование скорости в течение хода за счет выбора различных постоянных скоростей кривошипа для хода вверх и хода вниз при помощи привода с регулируемой скоростью или за счет использования электродвигателей со сверхвысоким скольжением, чтобы замедлять скорость первичного двигателя во время периодов пикового вращающего момента в течение одного хода. Уже известно, что можно при необходимости производить изменение скорости первичного двигателя для управления режимами откачки (патенты США № 4,490,094; 4,973,226 и 5,252,031; последний основан на расчете характеристик погружного насоса, приведенном первоначально в патенте США № 3,343,409), при ограничении нагрузки на колонне насосных штанг, соединяющей поверхностный блок с возвратно-поступательным насосом и другими компонентами (патенты США № 4,102,394 и 5,246,076; РСТ публикация WO 03/048578), причем также известна оптимизация режимов откачки блока откачки (патенты США № 4,102,394 и 4,490,094) или преобразование характеристики синусоидальной скорости полированного штока, управляемого при помощи станка-качалки с балансирным уравновешиванием, в линейную характеристику в течение большинства ходов вверх и ходов вниз (патент США № 6,890,156), чтобы имитировать длинный ход типичной качалки упрощенного типа.
Большинство известных ранее методик и систем основано на различных анализах нагрузок или энергии полированного штока и на косвенном обнаружении различных проблем, связанных с режимом работы насоса или притоком флюида в скважину. В патенте США № 4,102,394, например, предлагается производить установку другой постоянной скорости первичного двигателя во время хода вверх, отличающейся от скорости во время хода вниз, чтобы согласовать приток нефти из пласта и избежать режимов пустой откачки. Способ, предложенный в патенте США № 4,490,094, определяет и модифицирует мгновенную скорость первичного двигателя для заданного участка хода полированного штока, на основании выходной мощности и работы первичного двигателя. В РСТ публикации WO 03/048578 описано применение конечных изменений для скорости первичного двигателя в течение одного хода, чтобы ограничивать воздействие нагрузки на полированный шток внутри предварительно заданных безопасных пределов. В патенте США № 6,890,156 описано применение конечных изменений для скорости первичного двигателя, так что скорость полированного штока, который совершает возвратно-поступательное движение при помощи станка-качалки с балансирным уравновешиванием, остается постоянной в течение расширенного периода в течение хода вверх и хода вниз. Изменения скорости диктуются геометрией станка-качалки с балансирным уравновешиванием и приводят к уменьшению времени хода при той же самой максимальной скорости полированного штока. Нет связи с эффективным ходом насоса и отсутствует воздействие на эффективный ход насоса, не принимается во внимание или преднамеренно не изменяется максимальная или минимальная сила, действующая в колонне насосных штанг.
Вот уже в течение десяти лет различные поставщики предлагают приводы с регулируемой скоростью (VFD) для станков-качалок с балансирным уравновешиванием, что дает возможность изменения скорости кривошипа и полированного штока в течение одного хода насоса. Некоторые из устройств, такие как еРАС Vector Flux Drive фирмы eProduction Solutions или Sucker-Rod Pump Drive фирмы Unico, Inc., позволяют пользователю задавать переменную скорость кривошипа и полированного штока в течение одного хода при помощи встроенного программируемого логического контроллера и используемого в промышленности цепного языка программирования.
В известных ранее решениях, скорость полированного штока изменяли для того, чтобы улучшить, но не оптимизировать определенные аспекты работы насоса, например, снизить нагрузки в колонне насосных штанг, или же такие решения были сфокусированы скорее на кинематике системы откачки и предписывали определенные перемещения полированного штока, без анализа динамики всей системы, содержащей поверхностный блок, колонну насосных штанг и погружной насос.
До настоящего времени, процесс оптимизации применяли только на фазе проектирования, где, на основании требований к системе и динамического анализа всей системы откачки, определяли физические параметры системы (такие как мощность двигателя, материалы и размеры колонны насосных штанг и т.п.), чтобы получить требуемый дебит и не превысить предельные нагрузки, приложенные к системе. Однако такая оптимизация при проектировании предполагает использование постоянной скорости первичного двигателя.
При попытках улучшения конструкции новой системы откачки или улучшения работы существующей системы, не было попыток оптимизировать ее характеристики за счет оптимизации периода хода и за счет изменения скорости первичного двигателя в течение хода. Однако внедрение такого подхода дает возможность создания способа и системы, которые не только соответствуют высоко нелинейной природе проблемы оптимизации добычи нефти, но одновременно позволяют снизить эксплуатационные расходы и обеспечить работу с безопасными коэффициентами загрузки.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ и система для оптимизации скорости первичного двигателя штангового насоса для максимального повышения добычи нефти, при одновременном снижении эксплуатационных расходов и обеспечении работы с безопасными коэффициентами загрузки. Оптимизация может быть проведена для существующих систем откачки, а также на стадии разработки новой системы. Предложенные способ и система оптимизации сфокусированы на отыскании и применении оптимальной переменной скорости первичного двигателя. Однако следует иметь в виду, что полученная оптимальная угловая скорость первичного двигателя определяет оптимальную линейную скорость полированного штока, поэтому - после незначительных изменений, знакомых специалистам в данной области - предложенный способ может быть также использован для оптимизации скорости полированного штока вместо угловой скорости первичного двигателя.
Настоящее изобретение позволяет также автоматически контролировать, анализировать, проверять, оптимизировать и управлять данной скважиной из удаленного центрального положения. Предложенная система позволяет выполнять кинетический и динамический анализ оборудования нефтяной скважины и использовать различные экспериментальные данные и математическое моделирование для оптимизации производительности скважины. Дополнительные преимущества включают в себя текущий контроль режимов откачки и обнаружение необычных, ухудшенных или вредных режимов работы, и изменение параметров откачки в ответ на обнаруженные изменения.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ управления угловой скоростью первичного двигателя и перемещением полированного штока в системе откачки, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
a) разработка математической модели системы откачки на основании системных данных;
b) измерение физических режимов системы откачки во время работы;
c) сравнение математической модели и измеренных физических режимов;
d) расчет оптимальной переменной скорости первичного двигателя и новых рабочих параметров для определения оптимального перемещения полированного штока, насосной штанги и погружного насоса; и
е) применение оптимальной переменной скорости первичного двигателя и новых рабочих параметров в системе откачки.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предлагается система управления перемещением полированного штока в системе откачки, причем перемещение полированного штока создают при помощи первичного двигателя, при этом указанная система содержит:
a) поверхностные компоненты откачки, в том числе первичный двигатель;
b) контроллер для управления первичным двигателем, причем указанный контроллер позволяет производить динамические изменения скорости, ускорения и вращающего момента в течение одного цикла;
c) скважинные компоненты откачки, в том числе колонну насосных штанг и погружной насос;
d) средства передачи движения первичного двигателя к скважинным компонентам откачки;
e) средства измерения в поверхностных компонентах откачки, предназначенные для контроля рабочих режимов;
f) местный блок управления;
g) средство передачи сигналов, предназначенное для передачи сигналов от средств измерения и контроллера к местному блоку управления, для определения оптимальной скорости первичного двигателя и требуемых новых рабочих параметров первичного двигателя; и
h) средство передачи новых рабочих параметров на контроллер.
В соответствии с предпочтительными вариантами способа в соответствии с настоящим изобретением, оптимальную переменную скорость первичного двигателя определяют (задают) так, что длина хода насоса становится максимальной, время хода становится минимальным, силы, действующие на компоненты системы откачки, становятся минимальными, и потребление энергии становится минимальным. Преимущественно, расчет новых рабочих параметров содержит анализ геометрии и механических характеристик системы откачки, причем, когда первичный двигатель создает перемещение полированного штока (и когда используют новые рабочие параметры первичного двигателя для достижения оптимального перемещения полированного штока), тогда первичный двигатель получает новые рабочие параметры за счет регулирования скорости, ускорения и вращающего момента первичного двигателя. Когда система откачки представляет собой систему откачки с гидравлическим управлением, новые рабочие параметры системы откачки преимущественно задают за счет регулирования давления и расхода в системе управления системой откачки. Оптимальная переменная скорость первичного двигателя может быть достигнута за счет способа оптимизации, выбранного из группы, в которую входят теоретические способы, экспериментальные способы и комбинация теоретических и экспериментальных способов, причем указанные способы известны специалистам в данной области, при этом расчет оптимальной переменной скорости первичного двигателя может быть выполнен как часть начального проектирования системы откачки, с использованием способа анализа с прогнозированием (без измерения физических режимов системы откачки).
В соответствии с предпочтительными вариантами системы в соответствии с настоящим изобретением, используют средства измерения для измерения нагрузки полированного штока, положения балансира, давления в лифтовой колонне и давления в обсадной колонне, причем указанные средства измерения преимущественно содержат преобразователь для измерения нагрузки полированного штока, оптический датчик положения для измерения положения балансира и датчики давления для измерения давления в лифтовой колонне и давления в обсадной колонне. Контроллер может содержать динамический тормозной резистор либо регенеративный модуль, однако ни тот ни другой не являются обязательными. Система преимущественно содержит дистанционную вычислительную станцию, имеющую связь с местным блоком управления. Местный блок управления преимущественно содержит программу математического моделирования и различные средства принятия решения, для анализа сигналов, определения оптимальной скорости первичного двигателя и определения требуемых новых рабочих параметров первичного двигателя.
В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами настоящего изобретения, система откачки позволяет регулировать линейную скорость полированного штока в соответствии с программируемой или самоприспосабливающейся функцией одной из следующих переменных: время, положение полированного штока или угол поворота кривошипа. В соответствии с этими предпочтительными вариантами настоящего изобретения используют VFD для регулирования угловой скорости первичного двигателя, что позволяет получить оптимальную переменную линейную скорость полированного штока.
Наиболее эффективным является предположение, что профилем угловой скорости первичного двигателя можно управлять при помощи функции Ω(s) положения полированного штока, однако эта функция может быть также определена как функция Ω(t) времени или функция Ω(α) угла кривошипа. Положение s ε (0,s0) полированного штока определяют для всего цикла, который включает в себя ход вверх и ход вниз, и поэтому so соответствует двойной длине хода полированного штока. В соответствии с настоящим изобретением предлагаются способ и система для оптимизации профиля угловой скорости Ω первичного двигателя для цикла всего хода, чтобы решить одну из следующих задач:
(I) максимальное повышение добычи нефти; или
(II) достижение заданного дебита с использованием минимального потребления энергии в блоке откачки, однако при удовлетворении следующих ограничений в течение всего периода Т хода:
(А) максимальное и минимальное напряжения в любой точке х ε (0,L) вдоль всей длины L колонны насосных штанг не превышают предельных значений, допускаемых в соответствии с модифицированной схемой Гудмана:
в которой g(σmin(x)) зависит от свойств материала сегмента штанги в точке х;
(В) изменения скорости двигателя, достижимые для данного блока откачки, то есть вращающий момент M(Ω, s) не превышают допустимый предел (Mmin, Mmax), заданный для двигателя и редуктора:
где Mmin<0 представляет собой минимально допустимый отрицательный вращающий момент (который может быть равен нулю, чтобы снизить до минимума регенеративный вращающий момент),
причем угловая скорость двигателя не превышает заданное предельное значение:
Ω(s)<Ωmax для s ε (0,s0)
(С) угловая скорость Ω(s) одинакова в начале и конце хода за счет циклической характеристики операции откачки:
Ω(0)=Ω(s0)
За счет внутренней временной задержки угловой скорости двигателя относительно входного сигнала от VFD, полученная скорость двигателя не соответствует входной проектной скорости, а поэтому более эффективным является прямая оптимизация входной скорости, чем нахождение сначала оптимальной скорости двигателя, а затем попытка определения входной функции, которая в действительности создает требуемую скорость двигателя. Следовательно, функция Ω(s) описывает скорее оптимальную проектную входную скорость для VFD контроллера, чем фактическую оптимальную скорость двигателя. Следует иметь в виду, что эффект оптимизации входной скорости VFD эквивалентен управлению скоростью полированного штока, чтобы оптимизировать производительность и работу насоса.
Было замечено, что оптимальное решение, которое максимально повышает дебит, дополнительно создает следующие преимущества:
- Потребление энергии и максимальные напряжения во всей насосной системе меньше для профиля оптимальной скорости Ω(s), чем для движения в том же периоде цикла при постоянной скорости двигателя, равной средней скорости двигателя в цикле переменной скорости.
- Когда используют оптимизацию энергии для достижения искомого дебита, напряжения снижаются по сравнению с движением во время этого же периода цикла при постоянной скорости двигателя.
После определения оптимальной входной скорости VFD, дальнейшее снижение вращающего момента и энергии двигателя получают за счет подстройки веса кривошипа к новым режимам работы.
Когда проводят оптимизацию не для существующей системы откачки, а во время фазы проектирования, тогда проект может быть дополнительно улучшен на основании требований к мощности и нагрузке, полученных с использованием скорости первичного двигателя, определенной при помощи процесса оптимизации. Изменения проекта для улучшения характеристик системы, приводимой в движение при помощи первичного двигателя с оптимальной переменной скоростью, например, увеличение диаметра самых слабых сегментов колонны насосных штанг позволяет дополнительно улучшить эксплуатационные параметры системы, если применять многократно процессы оптимизации проекта системы откачки и скорости первичного двигателя.
Следует иметь в виду, что оптимальная скорость первичного двигателя и полученная скорость полированного штока, определенные в соответствии с настоящим изобретением, отличаются от предписанных в известных ранее решениях. Например, в патенте США № 6,890,156 описано регулирование скорости первичного двигателя для получения постоянной скорости полированного штока во время большей части длины хода (что не обязательно оптимизирует дебит и снижает нагрузки), в то время как оптимальное перемещение полированного штока, полученное в соответствии с настоящим изобретением, обычно не является постоянным.
Для преодоления ограничений известного уровня техники, в соответствии с настоящим изобретением производят анализ текущих характеристик и соответствующий расчет и применяют наиболее предпочтительную переменную скорость первичного двигателя, чтобы максимально повысить добычу флюида с использованием существующей системы откачки с насосными штангами. В некоторых известных ранее системах требуется изменять компоненты системы, чтобы получить любое увеличение объема добычи, так как в противном случае ухудшаются режимы безопасности при попытке увеличения постоянной скорости первичного двигателя. Эксплуатационные расходы также возрастают, так как приходится использовать более крупные компоненты и увеличивать потребление энергии.
Как и в известных ранее решениях, измерения поверхностной динамограммы дают перемещение полированного штока и усилие в полированном штоке, которые позволяют произвести расчет следующих величин, которые являются важными с точки зрения оптимизации:
- усилия и напряжения во всей колонне насосных штанг, которые используют для проверки условия (А) процесса оптимизации;
- эффективная длина хода плунжера, которую используют для оценки выходного дебита нефти, который необходимо максимально увеличить в соответствии с проблемой (I) оптимизации или который необходимо установить равным заданному дебиту в соответствии с проблемой (II) оптимизации.
Измерения вращающего момента двигателя создают средства управления условием (В) процесса оптимизации. Измерения угловой скорости могут быть использованы для моделирования задержки между входной скоростью VFD и профилем фактической скорости двигателя, если математическое моделирование используют вместо физических измерений для нахождения отклика системы насос/скважина на данную входную скорость VFD. Расчеты длины хода плунжера и напряжений в колонне насосных штанг на основании измерений поверхностной динамограммы осуществляют с использованием методов, описанных в литературе, в которых используют способ конечных разностей или преобразования Фурье (см., например, патент США № 3,343,409). Расчеты длины хода плунжера и напряжений в колонне насосных штанг, а также нагрузок на поверхностный блок, в том числе вращающего момента двигателя, альтернативно могут быть проведены без использования измерений поверхностной динамограммы, а именно за счет моделирования отклика колонны насосных штанг на налагаемое движение полированного штока, с использованием усовершенствованного анализа с прогнозированием, основанного на оригинальной работе Гиббса (S.G.Gibbs, "Predicting Behaviour of Sucker-Rod Pumping System", Journal of Petroleum Technology (SPE 588. July 1963). Этот подход может давать менее точные результаты, однако он является необходимым, если физические испытания не могут быть проведены или результаты измерений не могут быть накоплены, например, на фазе проектирования, или если число испытаний необходимо ограничить, чтобы снизить до минимума перерывы дебита скважины.
Настоящее изобретение направлено на такое управление скоростью первичного двигателя, при котором полированный шток движется так, что погружной насос совершает возвратно-поступательное движение в любой длине хода, которое требуется для максимального повышения дебита, при усталостных нагрузках в насосной штанге ниже предельно допустимых. Кроме того, можно задавать любую желательную скорость погружного насоса и соответствующие режимы его работы, чтобы исключить чрезмерное трение, газовые пробки или другие вредные режимы в скважине.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показана система в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2а и 2b показана схема последовательности операций, поясняющая предпочтительный процесс для использования в разработке программного обеспечения для варианта в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 показан график угловой скорости первичного двигателя до и после оптимизации.
На фиг.4 показан график линейной скорости полированного штока до и после оптимизации.
На фиг.5 показан график усилий полированного штока и усилий плунжерного насоса относительно перемещения во время работы насоса с постоянной скоростью первичного двигателя и с оптимизированной скоростью первичного двигателя.
На фиг.6 показан график вращающего момента редуктора до и после оптимизации, причем условием оптимизации является снижение до минимума регенеративного вращающего момента, действующего в редукторе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Метод оптимизации
Обратимся сначала к приведенному выше краткому изложению изобретения, в котором проблема (1) оптимизации определена как нахождение профиля входной угловой скорости Ω(s) VFD, который максимально увеличивает средний объем флюида, откачиваемого в единицу времени. Объем, откачиваемый во время одного хода за счет налагаемой входной скорости Ω(s) VFD, равен:
Vol(Ω)=АρηUρ(Ω)
где Аρ - площадь поперечного сечения плунжера,
η - коэффициент эффективности откачки,
Uρ(Ω) - длина хода плунжера (произведение ηUρ называют эффективной длиной хода).
Следовательно, задача оптимизации, которая заключается в обеспечении максимального дебита в единицу времени, может быть математически определена как нахождение профиля Ω(s) входной скорости VFD, который доводит до максимума функционал V(Ω), но при удовлетворении ограничений (А-С):
где T(Ω) представляет собой период хода, полученный при применении входной скорости Ω(s).
Аналогично проблема (II) оптимизации может быть определена как нахождение профиля Ω(s) входной скорости VFD, который доводит до минимума потребляемую мощность P(Ω) двигателя, но при удовлетворении ограничений (А-С), вместе со следующим дополнительным ограничением:
в котором V0 представляет собой искомый дебит.
Потребляемая мощность P(Ω) может быть измерена непосредственно при помощи VFD или может быть рассчитана как работа, выполненная при помощи двигателя в единицу времени, поэтому необходимо минимизировать следующий функционал:
где w(Ω) представляет собой работу, выполненную при помощи положительного вращающего момента двигателя в течение одного хода
где: W(Ω,t) представляет собой угловую скорость двигателя в функции времени;
M+(Ω,t) представляет собой положительный вращающий момент двигателя, определенный как:
Для решения указанных выше проблем оптимизации, то есть проблемы (I) с ограничениями (А-С) или проблемы (II) с ограничениями (A-D), необходимо получить следующую информацию в ответ на любую входную скорость Ω(s):
- величина дебита V(Ω) или, что эквивалентно, длина Up(Ω) хода плунжера и период T(Ω) хода;
- распределение σ(Ω,x,t) напряжений для всей колонны насосных штанг x ε(0,L) и периода t ε (0, Т0) хода, и на основании этого получить σmin(Ω,x) и σmax(Ω,x), которые определены в условии (А);
- вращающий момент М (Ω,s) двигателя для всей длины хода s ε (0,s0), и на основании этого получить Mmin(Ω) и Mmax(Ω, которые определены в условии (В);
- потребляемая мощность P(Ω) первичного двигателя, или, что эквивалентно, работа W(Ω) или период T(Ω) хода.
Указанная информация для данной входной скорости Ω(s) может быть получена различными путями, начиная от полностью экспериментальных и кончая чисто теоретическими. Как правило, экспериментальные методы являются более точными, однако они требуют больше усилий при наладке средств измерения, проведении испытаний и сборе данных для каждой входной функции Ω(s). Обычно наиболее эффективным подходом является комбинирование экспериментальных и теоретических методов.
Далее приведено краткое описание некоторых возможных подходов:
- Дебит может быть измерен непосредственно экспериментальным путем при наличии необходимого оборудования или может быть рассчитан на основании длины хода плунжера и периода хода, которые могут быть измерены или рассчитаны.
- Период T(Ω) хода для данной входной скорости Ω(s) может быть измерен непосредственно при вводе в VFD реальной системы насос/скважина или может быть рассчитан теоретически, при условии, что скорость двигателя повторяет входную скорость VFD с постоянной входной задержкой.
- Длина хода плунжера может быть измерена экспериментально, например, при установке акселерометров на плунжере или может быть рассчитана двумя путями: 1) с использованием математической модели движения плунжера на основании измерений поверхностной динамограммы, то есть перемещения и усилия полированного штока; и 2) за счет применения чисто теоретического метода, с использованием расчета движения полированного штока как функции скорости двигателя и с использованием анализа с прогнозированием, чтобы найти отклик плунжера на это движение.
- Напряжения вдоль колонны насосных штанг могут быть измерены экспериментально, например, за счет установки тензодатчиков в различных местах (хотя это является достаточно непрактичным), или могут быть рассчитаны двумя путями: 1) с использованием математической модели перемещений колонны насосных штанг и приложенных к ним сил на основании измерений поверхностной динамограммы; и 2) за счет применения чисто теоретического метода, с использованием расчета движения полированного штока как функции скорости двигателя и с использованием анализа с прогнозированием, чтобы найти распределения напряжений в колонне насосных штанг.
- Вращающий момент двигателя может быть измерен непосредственно с использованием выходного сигнала VFD при приложении желательной входной скорости VFD к системе насос/скважина, или может быть рассчитан, с использованием уравнений динамического равновесия поверхностного блока, на основании теоретически рассчитанной силы в полированном штоке, полученной из динамической модели колонны насосных штанг.
- Потребляемая мощность двигателя может быть измерена непосредственно с использованием выходного сигнала VFD при приложении желательной входной скорости VFD к системе насос/скважина или может быть рассчитана теоретически на основании работы, выполненной теоретически рассчитанным вращающим моментом, при налагаемой угловой скорости двигателя.
Проблемы (I) и (II) оптимизации являются очень похожими с математической точки зрения и могут быть решены с использованием одних и тех же методов. Поэтому возможное решение будет приведено здесь только для случая (I). Решение проблемы (I) может быть получено (но без ограничения) при помощи следующего итеративного подхода, который был выбран с учетом высоко нелинейной природы этой проблемы.
Функция Ω [p](s), описывающая любую допустимую входную скорость VFD, которая отвечает условию (С), может быть представлена в виде следующего ряда Фурье:
в котором
p=[p1,…,[p2N+1]=[β,γ1,…,γN,λ1,…,λN] представляет собой вектор переменных/ параметров оптимизации, представляет собой типичную постоянную рабочую скорость первичного двигателя для специфических скважины и блока откачки.
N представляет собой выбранное число членов в ряде Фурье, обычно не превышающее 4.
Задачей оптимизации является нахождение вектора p параметров, для которых функция Ω[p](s) максимизирует дебит V(Ω), определенный выражением (1), однако при выполнении условий (А) и (В). За счет нелинейной природы этой проблемы, оптимальное решение может быть найдено с использованием итеративного метода, начиная от некоторого начального набора параметров, обычно выбираемого на основании собственного опыта. Чем ближе к оптимальным выбраны начальные значения, тем быстрее может быть достигнута сходимость к оптимальной точке. Типично используют следующие начальные параметры:
β=1
λ1∈(-0.1, 0.1) в зависимости от материала насосной штанги (стекловолокно или сталь)
λi=0 для i>1
γ2=0.2, γi=0 (i=1 или i>2)
Теперь любые рабочие параметры системы откачки, управляемые непосредственно или косвенно за счет входной скорости Ω[p](s) VFD, такие как дебит V(Ω[p]), вращающий момент M(Ω[p],s) первичного двигателя и напряжения σ(Ω[р],x,t) в колонне насосных штанг, могут быть обработаны как функции вектора р параметра:
V[p]=V(Ω[p]))
σ[р],x,t)=σ(Ω[p],x,t) xε(0,L); tε(0,Т).
Путем использования одного из описанных здесь раньше методов можно определить значения всех указанных выше функций в начальной точке р=р0. Затем можно найти такой вектор δр=[δр1,..., δр2N+1], для которого функции σ[р0+δр] и М[р0+δр] удовлетворяют ограничениям (А) и (В), и для которых максимум функции V[р0+δр] достигается в окрестности точки р0
Функции V, М и σ параметров р имеются в аналитической форме и зависят от этих параметров высоко нелинейным образом. Их определение даже может предусматривать проведение физических испытаний. Однако эти функции могут быть аппроксимированы в точке р0 линейными функциями δр с использованием ряда Тейлора первого порядка:
где частные производные функций V, М и σ рассчитывают из конечных разностей для каждого i (i=1,…,2N+1) с использованием следующих формул:
Δpi=[0,…,Δpi,…0]
T[p]=T(Ω[p]).
Различные входные параметры р=р0+Δpi(i=1,…2N+1) создают вариации скорости двигателя, которые могут приводить к небольшим изменениям периода Т[р0+Δpi] хода относительно р=р0. Для обеспечения возможности наложения напряжений σ (Ω[p],x,t) вдоль колонны насосных штанг для одного и того же момента в течение циклов с различными периодами, время t может быть масштабировано на постоянный опорный период Т[р0], например, время t, определенное для периода Т[р0+Δpi], может быть преобразовано во время ti + для периода Т[р0].
При проведении расчета частных производных с использованием метода конечных разностей, значения Δpi следует выбирать так, чтобы обеспечивать быструю сходимость к оптимальному решению нелинейной проблемы. Для того чтобы держать под контролем ошибку, которую получают за счет аппроксимации нелинейной проблемы, следующие дополнительные ограничения налагают на значения δpi
(Е)|δpi|<θΔpi(i=1,…,2N+1)
где θ первоначально устанавливают равным 1, но которое необходимо уменьшить, если встречаются трудности с достижением сходимости.
Как можно понять из рассмотрения уравнений (6а-с), высоко нелинейная проблема (I) оптимизации сводится к поиску минимума линейной функции V[р0+δp] вектора δр объекта при линейных ограничениях (А), (В) и (Е). Поиск указанного минимума может быть осуществлен специалистами в данной области с использованием любых известных методов линейного программирования.
После вычисления оптимального вектора δр0 для аппроксимации проблемы оптимизации, можно повторить весь процесс, начиная с новой точки p1=р0+δр0, которая будет ближе к оптимальному решению исходной нелинейной проблемы, чем точка р0. Этот процесс может быть повторен до тех пор, пока не будет изменения оптимального вектора р от предыдущей итерации, то есть
где ε представляет собой выбранный порог для критерия сходимости.
Наиболее эффективным является осуществление процесса оптимизации в два этапа. На первом этапе находят теоретическое оптимальное решение на основании только анализа с прогнозированием, без проведения испытаний на реальной системе насос/скважина для определения ее отклика на различные входные скорости (первоначально могут быть проведены только базовые испытания для определения параметров системы). На втором этапе находят фактическое оптимальное решение, исходя из теоретического решения и используя отклики реальной системы на различные входные скорости, требующиеся для алгоритма оптимизации. Переход между этими двумя этапами требует изменения параметров оптимизации от скорости двигателя к входной скорости VFD. Это требует проведения преобразования параметров ряда Фурье для отражения временной задержки между входной скоростью VFD и откликом двигателя, которое является, однако, достаточно прямым. Применение такого подхода с двумя этапами позволяет ограничить физические испытания системы только одной итерацией (однократным их проведением).
Метод применения
Специалистам в данной области хорошо известно, что для расчета оптимизированной скорости первичного двигателя следует провести оценку характеристик используемой системы откачки на основании точной ответной реакции системы. Точное положение полированного штока преимущественно определяют за счет использования оптического датчика положения, бесконтактного поворотного магниторезистивного датчика положения или другого аналогичного имеющего высокую точность поворотного датчика положения, установленного на центральном подшипнике станка-качалки или на кривошипе. В соответствии с настоящим изобретением преимущественно непрерывно контролируют и передают все режимы работы скважины на центральный компьютер, который производит расчет оптимальной скорости первичного двигателя и соответствующих рабочих параметров первичного двигателя. Новые параметры затем передают на местный контроллер скважины за счет пересылки данных по проводам или с использованием радиосвязи. Замкнутый контур обратной связи между местным контроллером и центральным компьютером позволяет корректировать математическую модель и подстраивать ее параметры для достижения наиболее точного отображения физического состояния скважинных и поверхностных компонентов, а также позволяет определять тренды и изменения режимов работы. Контроллер также позволяет обнаруживать любые опасные состояния вне заданного диапазона коэффициентов загрузки для любого компонента системы откачки. Таким образом, значения угловой скорости (об/мин), ускорения и вращающего момента для каждого участка цикла основаны на отслеживании оптимальной скорости первичного двигателя, чтобы максимально увеличить полный объем добычи, но при поддержании безопасных рабочих параметров.
Поверхностное оборудование и первичный двигатель
Поверхностное оборудование используют для создания колебательного движения насосной штанги и насоса на дне скважины. Блок откачки обычно содержит:
- балансир с головкой балансира;
- основание;
- шатун;
- кривошип с противовесами;
- редуктор и двигатель.
За счет оптимизации скорости первичного двигателя, чтобы надлежащим образом передавать движение полированного штока к колонне насосных штанг и насосу, эффективность блока откачки может быть повышена, потребляемая мощность может быть снижена, напряжения в колонне насосных штанг могут быть уменьшены и балансировка блока откачки может быть улучшена.
При переменной скорости двигателя все эти элементы вращаются и движутся с переменной скоростью и ускорением. Действия ускорения приводят к возникновению динамических сил и моментов, которые воздействуют на характеристики блока откачки в целом. Например, ускорение воздействует на вращающий момент редуктора, потребляемую мощность двигателя, прочность балансира и износ редуктора, и т.п. Надлежащая загрузка редуктора имеет особое значение, так как недогруженный блок работает с низким механическим кпд. Перегруженный блок может быть легко поврежден и затем потребует проведения больших работ по ремонту. Расчет значений динамического вращающего момента и прогнозирование/оптимизация характеристик блока откачки возможны только в том случае, когда известны правильные данные относительно весов и моментов инерции движущихся и вращающихся элементов блока откачки. Эти данные требуются для оценки характеристик ранее проведения любой оптимизации. В соответствии с предпочтительным вариантом, большую часть информации, которая необходима для расчета вращающих моментов, уравновешивающих нагрузок и т.п., получают автоматически.
Характеристики насосной штанги и насоса
Насосная штанга представляет собой длинную гибкую штангу, которая содержит несколько участков с различными поперечными сечениями. Эта штанга прикреплена на одном конце к балансиру блока откачки при помощи головки балансира и полированного штока и к погружному насосу на другом конце. Необходимо поддерживать напряжения и коэффициенты запаса прочности штанги в рекомендованных пределах, соответствующих усталостной прочности материала штанги. Оценку напряжений в штанге производят с использованием математической модели колонны насосных штанг, на основании одного из следующих положений:
- использование нагрузок в полированном штоке, измеренных на поверхности (диагностический анализ);
- оценка сил, действующих на плунжер на дне скважины (анализ с прогнозированием);
Расчет напряжений в колонне насосных штанг связан с комплексными механическими и математическими проблемами, вызванными тем, что:
- гибкая колонна насосных штанг является очень длинной и испытывает нелинейные перемещения и, возможно, выгибание;
- штанга имеет сложную трехмерную геометрию;
- штанга движется внутри лифтовой колонны не только вдоль нее, но и в боковом направлении;
- штанга находится в контакте с лифтовой колонной, которая непредсказуемым образом смещается вдоль штанги; и
- штанга погружена в вязкий флюид.
Для создания математической модели колонны насосных штанг требуется детальная и точная информация относительно множества параметров, которая позволяет точно определять нагрузки и напряжения в насосной штанге. Поэтому необходимо сначала разработать соответствующую математическую модель динамики колонны насосных штанг с правильными значениями параметров, а затем найти решение с использованием известных и эффективных математических методов. Дополнительную информацию, необходимую для процесса оптимизации, находят при помощи измерений, проводимых в скважине. Мгновенные измерения потока из скважины и дебита скважины, вместе с инструментами распознавания образов, которые используют для идентификации забойных характеристик, дают большое количество полезной информации. Системное программное обеспечение позволяет воспроизводить динамические режимы работы системы с использованием измерений поверхностной динамограммы и с использованием измерений дебита скважины. Программное обеспечение позволяет автоматически выбирать лучшие режимы откачки для снижения нагрузок в штанге, и определять профиль скорости двигателя в цикле откачки в соответствии с желательным движением насоса. Программное обеспечение позволяет выбирать оптимальное значение скорости откачки и определять оптимальную скорость первичного двигателя. Все эти изменения могут быть сделаны при минимальных затратах, при этом может быть достигнуто снижение эксплуатационных расходов, так как не требуются никакие физические изменения конфигурации поверхностного блока, колонны насосных штанг или насоса (при условии, что блок содержит все элементы, необходимые в соответствии с настоящим изобретением).
Применения
Несмотря на то что теперь для специалистов в данной области становятся очевидными различные применения средств и способов управления скоростью первичного двигателя и, следовательно, движением полированного штока, некоторые применения являются особенно полезными в области добычи флюида из скважины.
Использование предложенных здесь средств и способов, например, для оценки производительности и оптимальных рабочих параметров возвратно-поступательного насоса, расположенного ниже уровня флюида в скважине и соединенного с возвратно-поступательным механизмом на поверхности при помощи системы гибких насосных штанг, может быть осуществлено путем:
a) расчета производительности гибкой насосной штанги и насоса при помощи любого подходящего цифрового метода, известного специалистам в данной области, чтобы точно определить и рассчитать все переменные в механической системе насосных штанг, погружного насоса и поверхностного блока, при динамическом изменении скоростей и ускорений всех компонентов, которые обладают массой и инерцией в такой системе, изменяющей механическое и вязкое трение и т.п.; и
b) расчета оптимизированной производительности и оптимизированной работы поверхностного блока, такого как (но без ограничения) станок-качалка с балансирным уравновешиванием, блок с длинным ходом или блок с гидравлическим управлением, имеющего первичный двигатель, работающий с преднамеренно заданной не постоянной скоростью вращения в любом одиночном цикле возвратно-поступательного движения, чтобы получить желательную оптимизированную работу полированного штока, колонны насосных штанг и погружного насоса.
Предложенные здесь технические средства и способы позволяют также улучшить производительность откачки системы откачки с использованием насосных штанг за счет управления работой системы откачки, которая содержит:
a) привод с регулируемой скоростью и первичный электродвигатель, с тормозным или регенеративным блоком или без них, для управления возвратно-поступательным движением поверхностного блока в соответствии с оптимизированными параметрами в течение каждого одиночного цикла движения, при непостоянных скорости вращения, ускорении и вращающем моменте;
b) местный блок управления, которым может быть программируемый контроллер или цифровой процессор на базе компьютера, с операционной системой с одно- или многозадачным режимом, с отдельной или объединенной частью привода с регулируемой скоростью, чтобы вводить желательные характеристики возвратно-поступательного движения поверхностного блока в привод с регулируемой скоростью минимум 24 раза в течение каждого одиночного цикла возвратно-поступательного движения;
c) местный блок сбора данных, которым может быть программируемый контроллер или цифровой процессор на базе компьютера, с операционной системой с одно- или многозадачным режимом, с отдельной или объединенной частью привода с регулируемой скоростью, чтобы записывать параметры времени, угловой скорости, ускорения и вращающего момента привода с регулируемой скоростью, параметры нагрузки и положения полированного штока, давления в лифтовой колонне и давления в обсадной колонне, и возможный расход в течение каждого одиночного цикла возвратно-поступательного движения;
d) удаленную вычислительную станцию с контуром обратной связи, замкнутым через канал связи, позволяющую оптимизировать местный блок управления и управлять им. Удаленная вычислительная станция может быть расположена на большом расстоянии или поблизости и может управлять одним местным блоком управления или любым их числом.
Эта система обсуждается далее более подробно.
Описанные здесь технические средства и способы позволяют автоматически изменять рабочие параметры блока откачки с насосными штангами в ответ на изменение режимов в скважинных или поверхностных компонентах, за счет следующих операций:
a) создание постоянной связи в реальном времени с местным контроллером блока откачки по Интернету, причем эта связь может быть осуществлена при помощи проводной связи, радиосвязи или спутниковой связи;
b) расчет оптимизированных рабочих параметров с использованием любого подходящего цифрового способа, известного специалистам в данной области, и введение их за счет программирования в средство аварийной сигнализации или в средство отключения местного блока управления, позволяющие обнаруживать, что в течение одиночного хода рабочие режимы блока откачки превышают предельные значения;
c) введение корректирующего действия за счет программирования в местный блок управления, причем указанным корректирующим действием может быть сигнал аварии, немедленное отключение, медленное отключение в течение одного цикла или переключение в предварительно заданный аварийный режим;
d) установление связи с удаленной вычислительной станцией, немедленно или в течение заданного временного периода;
e) введение стандартной программы корректирующего действия в удаленную вычислительную станцию, чтобы автоматически анализировать новый режим блока откачки, который имеет отклонения от ранее рассчитанных наилучших рабочих режимов;
f) автоматическая или при помощи оператора загрузка новых рабочих параметров в местный блок управления, чтобы корректировать характеристики насоса в новых условиях;
g) автоматическая или при помощи оператора загрузка новых рабочих параметров в местный блок управления, чтобы изменять скорость распределения химикатов в ответ на повышенное трение в скважине за счет осаждения различных материалов.
В качестве последнего примера использования настоящего изобретения можно указать, что предложенные здесь технические средства и способы могут быть использованы для автоматического предотвращения или исключения образования газовых пробок в насосе за счет следующих операций:
a) обнаружение газовой пробки за счет (измерения) усилий, действующих на плунжер при его ходе вниз;
b) расчет давления начала кипения при протекании флюида, которым может быть нефть с водой или без нее, через самое узкое сечение всасывающего клапана скважинного насоса;
c) расчет оптимального движения плунжера, чтобы снизить до минимума скорость плунжера во время хода вниз, для того чтобы снизить до минимума скорость флюида и падение давления во флюиде у всасывающего клапана, чтобы удерживать давление выше давления начала кипения;
d) управление скоростью и ускорением первичного двигателя в диапазоне расчетного оптимального движения, чтобы снизить до минимума или исключить вероятность образования газовых пробок при точном движении полированного штока.
Были приведены только некоторые примеры того, как настоящее изобретение может быть использовано в ряде практических рабочих ситуаций при добыче флюида из скважины, с использованием описанных здесь способов и системы.
Система
Обратимся теперь к рассмотрению чертежей, на которых показан примерный вариант системы в соответствии с настоящим изобретением.
Обратимся сначала к рассмотрению фиг.1, на которой показана типичная станок-качалка с балансирным уравновешиванием для нефтяной скважины, содержащая множество подвижных частей, которые создают значительные силы инерции при ускорении или замедлении, превышающие типичные статические силы. Головка 1 балансира станка-качалки соединяет штанговую систему 9 и насос 10 с балансиром 2 при помощи кабельных перемычек и крюка штанги. Шатун 3 соединяет балансир 2 с кривошипом 5, имеющим противовесы 6. Кривошип 5 соединен с валом редуктора 4, который приводится в движение при помощи системы ремней от первичного двигателя 7.
Штанговая система 9 и насос 10 подвергаются механическому трению (за счет взаимодействия насоса 10 с цилиндром насоса и штанги 9 с лифтовой колонной), флюидному трению (за счет перемещения штанги 9 в вязком флюиде и движения вязкого флюида в лифтовой колонне и через клапаны насоса 10) и усилиям за счет гидростатического давления и инерции флюида. Штанговая система 9 представляет собой гибкое соединение между поверхностными компонентами и погружным насосом 10. На ее характеристики гибкости сильно влияют размеры и свойства материала каждой секции штанги и глубина скважины. За счет гибкости штанги 9 и циклических изменений усилия, скорости и ускорения полированного штока, насосная штанга 9 совершает колебания в продольном и поперечном направлениях в скважине.
Четыре средства измерения или датчика установлены на блоке откачки. Средство измерения или датчик 11 нагрузки, которым может быть тензодатчик, соединен с полированным штоком и вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный нагрузке. Имеющий высокую точность датчик положения, которым может быть оптический датчик 8 положения, установлен на центральном подшипнике и закреплен на стойке балансира. Он позволяет определять точное положение балансира 2, вне зависимости от скорости вращения или ускорения. Два датчика давления установлены на устье скважины, а именно датчик 12 давления в лифтовой колонне и датчик 13 давления в обсадной колонне. Они позволяют определять точное давление, чтобы надлежащим образом оценивать работу насоса в течение каждого цикла.
Станок-качалка с балансирным уравновешиванием приводится в движение при помощи первичного двигателя 7, которым может быть имеющий высокий кпд двигатель Nema В, чтобы создавать возвратно-поступательное движение полированного штока в соответствии с требуемой схемой движения. Полированный шток соединен при помощи различных переходов насосной штанги 9 с погружным насосом 10. Настоящее изобретение направлено на такое управление движением полированного штока, что погружной насос 10 совершает возвратно-поступательное движение в течение любой требуемой длины хода, чтобы максимально повысить дебит скважины при ограниченной усталостной нагрузке насосной штанги 9. Кроме того, можно управлять скоростью погружного насоса 10 и его работой для предотвращения чрезмерного трения, образования газовых пробок и других вредных режимов в скважине.
Как это показано на фиг.1, сигнал 17 положения, сигнал 18 нагрузки, сигнал 19 давления в лифтовой колонне и сигнал 20 давления в обсадной колонне поступают в местный блок 21 управления, который преобразует, обрабатывает и хранит эту информацию в цифровой памяти, которой может быть (но без ограничения) накопитель на жестких дисках или модули твердотельной памяти. Дополнительные сигналы 16 скорости и вращающего момента поступают в блок 21 управления от контроллера 14 типичного привода с регулируемой скоростью, который управляет работой первичного двигателя 7 за счет изменения напряжения, тока и частоты питания, подаваемого на первичный электродвигатель 7. Первичный электродвигатель 7 и контроллер 14 привода с регулируемой скоростью имеют связь при помощи сигнала 15. Контроллер 14 привода с регулируемой скоростью может содержать динамический тормозной резистор и различные другие компоненты и может быть контроллером любого подходящего типа, имеющимся в продаже. Местный блок 21 управления передает всю собранную информацию через блок связи на удаленную вычислительную станцию 23, которой может быть имеющий большую вычислительную мощность настольный компьютер с мультипрограммируемой (с многозадачным режимом) операционной системой. Могут быть использованы различные средства 22 связи, в том числе средства проводной связи, Интернет, радиосвязь, телефонная сеть или спутниковая связь. Канал связи создает замкнутый контур обратной связи между местным блоком 21 управления и удаленной вычислительной станцией 23.
Режимы работы в скважине и на поверхности анализируют и оптимизируют при помощи программного обеспечения, на основании процесса, операции которого показаны на фиг.2а и 2b и который включает в себя как анализ с прогнозированием, так и диагностический анализ. Операции 30-44 этого процесса показаны на фиг.2а, а последующие операции 46-60 этого процесса показаны на фиг.2b.
На фиг.3-6 приведены эксплуатационные данные для скважины глубиной 9,057 фута, которая была одной из четырех испытательных скважин для оценки настоящего изобретения. Имеющий обычную геометрию блок откачки (640-365-168) был соединен со штанговым насосом диаметром 1.75 дюйма, имеющим толстые стенки, при помощи колонны стальных насосных штанг, собранной из пяти секций различного диаметра. Данные были получены для типичного режима постоянной скорости и для оптимизированного режима с использованием первичного двигателя с оптимальной переменной угловой скоростью. Длину хода погружного насоса контролировали путем измерения объема добычи в течение периода 24 часа. Данные измерения уровня флюида были использованы для проверки расчетных усилий, действующих на плунжер. Производили длительный сбор данных в течение времени свыше шести месяцев для подтверждения эффективности и для дальнейшего развития технических средств, методики оптимизации и программного обеспечения.
На фиг.3 показан график измеренной скорости первичного двигателя для двух случаев: постоянная скорость, обеспечивающая скорость откачки 6.3 SPM (ходов с минуту) при постоянной скорости кривошипа; и оптимизированная переменная скорость первичного двигателя, обеспечивающая скорость откачки 7.6 SPM.
На фиг.4 показан график измеренной линейной скорости полированного штока до и после оптимизации. Четко видно, что оптимальная скорость не является постоянной на всех участках хода, что предписывалось в соответствии с известным уровнем техники, и значительно отличается от типичной скорости полированного штока при постоянной угловой скорости первичного двигателя.
На фиг.5 показан график измеренных усилий полированного штока и расчетных усилий плунжера относительно перемещения во время работы насоса с постоянной скоростью первичного двигателя и с оптимизированной оптимальной переменной скоростью первичного двигателя.
При помощи программного обеспечения был произведен расчет и выбрана постоянная угловая скорость, соответствующая 6.3 SPM, создающая длину хода насоса 114 дюймов, что было подтверждено фактическими измерениями потока флюида из скважины на поверхность. За счет применения оптимизированной переменной скорости первичного двигателя, полученной за счет расчета при помощи программного обеспечения, период хода был уменьшен, чтобы соответствовать 7.6 SPM, при этом длина хода насоса была увеличена до 143 дюймов, что было подтверждено фактическими измерениями потока флюида из скважины на поверхность. Полученное резкое увеличение дебита частично объясняется как увеличением длины хода насоса (на 25%), так и уменьшением времени хода (на 20%). При этом не наблюдали повышения усилий, действующих на любой компонент оборудования скважины, причем за счет использования инерции вращающихся грузов потребление энергии было снижено на 27%. Для специалистов в данной области является совершенно очевидным, что для любой типичной скважины, за счет повышения постоянной скорости первичного двигателя, чтобы увеличить постоянную скорость насоса от 6.3 SPM до 7.6 SPM, может быть достигнуто намного меньшее увеличение длины хода насоса, однако при значительном повышении потребляемой энергии и усилий, действующих на компоненты системы.
На фиг.6 показан график измеренного вращающего момента редуктора до и после оптимизации. Так как вращающий момент редуктора значительно ниже максимально допустимого вращающего момента, задачей оптимизации является снижение до минимума регенеративного вращающего момента, чтобы снизить до минимума его отрицательное влияние на срок службы редуктора.
Производят расчет оптимальной скорости, ускорения и вращающего момента первичного двигателя, а также расчет безопасных рабочих режимов, и все эти данные передают в местный блок управления 21. Отклик блока после минимум одного полного цикла работы затем передают при помощи блока связи в дистанционную вычислительную станцию 23 и анализируют в ней. Если оптимизированные параметры (такие как расчетная длина хода насоса, время хода, потребляемая мощность, уровни нагрузок и напряжений в системе штанг и в поверхностных компонентах, скорость флюида у всасывающего клапана, максимальный и минимальный вращающий момент двигателя и т.д.) являются удовлетворительными, расчеты больше не производят, если только в последующем не будет обнаружено ухудшение дебита скважины. Периодически, с заданными временными интервалами, дистанционный блок 23 или местный блок 21 проверяют состояние блока откачки. Местный блок 21 управления позволяет создать привод 14 с регулируемой скоростью, имеющий расчетную угловую скорость (об/мин) и ускорение минимум с 24 ступенями в течение каждого цикла, причем блок 21 контролирует работу блока откачки, обеспечивая безопасные рабочие параметры, такие как максимальная и минимальная нагрузка полированного штока, вращающий момент двигателя, вращающий момент редуктора, перемещение полированного штока, давление в лифтовой колонне, давление в обсадной колонне и время хода.
Если любой из безопасных рабочих параметров выходит за пределы заданных значений, местный блок 21 начинает корректирующее действие, такое как замедление или отключение блока, при этом создается аварийное сообщение, которое поступает на удаленную вычислительную станцию 23 через систему с замкнутым контуром обратной связи. Последние рабочие режимы поступают на удаленную вычислительную станцию 23, производится расчет новых оптимизированных рабочих параметров, которые затем передают на местный блок 21.
Несмотря на то что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.
Claims (18)
1. Способ определения оптимальной переменной угловой скорости Q первичного двигателя блока откачки, снабженного насосной штангой, соединенной с погружным насосом для откачки насосом флюида из скважины, причем указанная оптимальная угловая скорость варьирует в течение периода единичного цикла откачки так, что производительность скважины становится максимальной при поддержании заданных предельных допустимых напряжений в насосной штанге и предельно допустимых скорости двигателя, вращающего момента и потребления энергии, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
(i) использование конечного числа параметров p для отображения угловой скорости Ω[p] двигателя в виде функции одной из переменных, выбранной из группы переменных, в которую входят положение s полированного штока, положение кривошипа (только для станков-качалок с балансирным уравновешиванием) или время t, соответственно, Ω[p](s), Ω[p](a) или Ω[p(t) для каждого одиночного полного цикла откачки;
(ii) создание динамической модели полной системы откачки, в том числе как поверхностного оборудования, включающего в себя качалку упрощенного типа с двигателем и полированным штоком, так и скважинного оборудования, включающего в себя насосную штангу с погружным насосом, для расчета вращающего момента двигателя, напряжений в указанной насосной штанге и выходного дебита скважины, в ответ на заданную угловую скорость Ω[p] двигателя, причем указанный выходной дебит V(Ω) скважины определен как объем Vol(Ω), откачиваемый насосом в течение периода T(Q) одного цикла, то есть V(Ω)=Vol(Ω)/T(Ω); и
(iii) определение параметров p при помощи математического алгоритма для решения проблем нелинейной оптимизации, при которых угловая скорость Ω[p] двигателя максимально повышает дебит V(Ω) скважины, при удовлетворении следующих ограничений:
(a) минимальные и максимальные напряжения насосной штанги в течение указанного полного единичного цикла, полученные за счет налагаемой скорости Ω двигателя, не превышают заданных предельных значений;
(b) вращающий момент двигателя, необходимый для создания скорости Ω двигателя, не превышает заданного предельного значения в течение указанного цикла;
(c) угловая скорость Ω двигателя одинакова в начале и конце цикла откачки;
(d) угловая скорость Ω двигателя не превышает заданного предельного значения в течение цикла откачки; и
(e) энергия потребления двигателя, поделенная на объем откачиваемого флюида, рассчитанная с использованием вращающего момента двигателя и угловой скорости в течение цикла откачки, не превышает заданного предельного значения.
(i) использование конечного числа параметров p для отображения угловой скорости Ω[p] двигателя в виде функции одной из переменных, выбранной из группы переменных, в которую входят положение s полированного штока, положение кривошипа (только для станков-качалок с балансирным уравновешиванием) или время t, соответственно, Ω[p](s), Ω[p](a) или Ω[p(t) для каждого одиночного полного цикла откачки;
(ii) создание динамической модели полной системы откачки, в том числе как поверхностного оборудования, включающего в себя качалку упрощенного типа с двигателем и полированным штоком, так и скважинного оборудования, включающего в себя насосную штангу с погружным насосом, для расчета вращающего момента двигателя, напряжений в указанной насосной штанге и выходного дебита скважины, в ответ на заданную угловую скорость Ω[p] двигателя, причем указанный выходной дебит V(Ω) скважины определен как объем Vol(Ω), откачиваемый насосом в течение периода T(Q) одного цикла, то есть V(Ω)=Vol(Ω)/T(Ω); и
(iii) определение параметров p при помощи математического алгоритма для решения проблем нелинейной оптимизации, при которых угловая скорость Ω[p] двигателя максимально повышает дебит V(Ω) скважины, при удовлетворении следующих ограничений:
(a) минимальные и максимальные напряжения насосной штанги в течение указанного полного единичного цикла, полученные за счет налагаемой скорости Ω двигателя, не превышают заданных предельных значений;
(b) вращающий момент двигателя, необходимый для создания скорости Ω двигателя, не превышает заданного предельного значения в течение указанного цикла;
(c) угловая скорость Ω двигателя одинакова в начале и конце цикла откачки;
(d) угловая скорость Ω двигателя не превышает заданного предельного значения в течение цикла откачки; и
(e) энергия потребления двигателя, поделенная на объем откачиваемого флюида, рассчитанная с использованием вращающего момента двигателя и угловой скорости в течение цикла откачки, не превышает заданного предельного значения.
2. Способ по п.1, в котором угловую скорость Ω двигателя отображают в виде ряда Фурье, причем указанную переменную угловую скорость определяют из оптимального набора коэффициентов Фурье.
3. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя следующие операции:
(i) отображение угловой скорости Ω двигателя в виде ряда Фурье для положения полированного штока s, чтобы удовлетворять ограничению 1.(iii)(c):
где вектор p=[β,γ1,…,γN,λ1,…λN] содержит коэффициенты Фурье, Ω0 представляет собой типичную рабочую постоянную скорость данной качалки упрощенного типа,
a so обозначает удвоенную длину хода полированного штока;
(ii) создание математической модели для расчета перемещений, сил и напряжений в насосной штанге и полированном штоке в течение цикла откачки, которые будут возникать при движении полированного штока, вызванном приложенной заданной переменной угловой скоростью Ω двигателя;
(iii) создание математической модели для расчета вращающего момента двигателя, который требуется для создания заданной переменной угловой скорости Ω двигателя, причем в указанной модели используют силу полированного штока, рассчитанную в модели 3.(ii), и силу тяжести и силы инерции, воздействующие на все компоненты качалки упрощенного типа, которые определяются ее геометрией и распределением масс;
(iv) создание математической формулы для расчета потребления энергии двигателем на основании вращающего момента и угловой скорости двигателя;
(v) создание математической формулы для расчета выходного дебита V(Ω) скважины на основании отношения длины хода погружного насоса к периоду хода T(Ω);
и
(vi) создание математического алгоритма для определения оптимального распределения мгновенной угловой скорости двигателя в течение каждого единичного цикла откачки за счет нахождения оптимального набора p=[β,γ1,…,γN,λ1,…λN] коэффициентов Фурье, так что объем V(Ω [p]) откачки становится максимальным, при удовлетворении ограничений l.(iii)(a)-(e); причем указанный алгоритм содержит следующие операции:
(a) выбор начального вектора p0 коэффициентов Фурье и векторов Δрi их приращений для каждого параметра i=1,…2N+1;
(b) использование анализа с прогнозированием, который включает в себя математические модели, описанные в (ii)-(v), для расчета дебита V[p], потребляемой энергии Р[р], вращающего момента M[p](s) двигателя и распределения σ[p](x,t) напряжений в насосной штанге в течение всего цикла, в ответ на угловую скорость Ω [p] двигателя, определенную из приведенного выше уравнения 'О' в следующих точках: р=р0 и p=p0+Δpi (i=1,…2N+1);
(c) расчет частных производных функций V[p], M[p](s), σ[р](х,1) и Р[р] по отношению к параметрам pi(i=1,…2N+1), с использованием метода конечных разностей и инкрементных значений, вычисленных выше в 3.(vi)(b);
(d) использование расширения Тейлора первого порядка и частных производных, вычисленных выше в(с), чтобы получить линеаризованные функции V[p], M[p](s),), σ[p](x,t) и Т[р] по отношению к небольшим изменениям δpi параметров pi;
(e) линеаризация проблемы оптимизации по отношению к δpi за счет использования указанных линейных функций из 3.(vi)(d) при ограничениях, приведенных в п.1.(iii)(a)-(e), а также в функции V[p] оптимизации;
(f) использование метода линейного программирования для нахождения δpi, которое является решением проблемы линейной оптимизации, определенной в 3.(vi)(e), а именно которое позволяет максимально повысить дебит скважины, однако удовлетворяет линейным ограничениям относительно вращающего момента и скорости двигателя, напряжений в насосной штанге и потребляемой мощности;
(g) замена начального вектора р0 на р0+δр и повтор операций 3.(vi)(b)-(f) до тех пор, пока δр не станет меньше выбранного предельного значения;
и (h) преобразование функции Ω[p](s) в функцию времени или положения кривошипа.
(i) отображение угловой скорости Ω двигателя в виде ряда Фурье для положения полированного штока s, чтобы удовлетворять ограничению 1.(iii)(c):
где вектор p=[β,γ1,…,γN,λ1,…λN] содержит коэффициенты Фурье, Ω0 представляет собой типичную рабочую постоянную скорость данной качалки упрощенного типа,
a so обозначает удвоенную длину хода полированного штока;
(ii) создание математической модели для расчета перемещений, сил и напряжений в насосной штанге и полированном штоке в течение цикла откачки, которые будут возникать при движении полированного штока, вызванном приложенной заданной переменной угловой скоростью Ω двигателя;
(iii) создание математической модели для расчета вращающего момента двигателя, который требуется для создания заданной переменной угловой скорости Ω двигателя, причем в указанной модели используют силу полированного штока, рассчитанную в модели 3.(ii), и силу тяжести и силы инерции, воздействующие на все компоненты качалки упрощенного типа, которые определяются ее геометрией и распределением масс;
(iv) создание математической формулы для расчета потребления энергии двигателем на основании вращающего момента и угловой скорости двигателя;
(v) создание математической формулы для расчета выходного дебита V(Ω) скважины на основании отношения длины хода погружного насоса к периоду хода T(Ω);
и
(vi) создание математического алгоритма для определения оптимального распределения мгновенной угловой скорости двигателя в течение каждого единичного цикла откачки за счет нахождения оптимального набора p=[β,γ1,…,γN,λ1,…λN] коэффициентов Фурье, так что объем V(Ω [p]) откачки становится максимальным, при удовлетворении ограничений l.(iii)(a)-(e); причем указанный алгоритм содержит следующие операции:
(a) выбор начального вектора p0 коэффициентов Фурье и векторов Δрi их приращений для каждого параметра i=1,…2N+1;
(b) использование анализа с прогнозированием, который включает в себя математические модели, описанные в (ii)-(v), для расчета дебита V[p], потребляемой энергии Р[р], вращающего момента M[p](s) двигателя и распределения σ[p](x,t) напряжений в насосной штанге в течение всего цикла, в ответ на угловую скорость Ω [p] двигателя, определенную из приведенного выше уравнения 'О' в следующих точках: р=р0 и p=p0+Δpi (i=1,…2N+1);
(c) расчет частных производных функций V[p], M[p](s), σ[р](х,1) и Р[р] по отношению к параметрам pi(i=1,…2N+1), с использованием метода конечных разностей и инкрементных значений, вычисленных выше в 3.(vi)(b);
(d) использование расширения Тейлора первого порядка и частных производных, вычисленных выше в(с), чтобы получить линеаризованные функции V[p], M[p](s),), σ[p](x,t) и Т[р] по отношению к небольшим изменениям δpi параметров pi;
(e) линеаризация проблемы оптимизации по отношению к δpi за счет использования указанных линейных функций из 3.(vi)(d) при ограничениях, приведенных в п.1.(iii)(a)-(e), а также в функции V[p] оптимизации;
(f) использование метода линейного программирования для нахождения δpi, которое является решением проблемы линейной оптимизации, определенной в 3.(vi)(e), а именно которое позволяет максимально повысить дебит скважины, однако удовлетворяет линейным ограничениям относительно вращающего момента и скорости двигателя, напряжений в насосной штанге и потребляемой мощности;
(g) замена начального вектора р0 на р0+δр и повтор операций 3.(vi)(b)-(f) до тех пор, пока δр не станет меньше выбранного предельного значения;
и (h) преобразование функции Ω[p](s) в функцию времени или положения кривошипа.
4. Способ по п.1, в котором оптимальную переменную скорость первичного двигателя определяют так, что становится минимальным один из следующих индикаторов эффективности: потребление энергии первичным двигателем на объем откаченного флюида, максимальный вращающий момент двигателя или диапазон напряжений во всех сегментах насосной штанги, при поддержании этих индикаторов в заданных пределах, а откачиваемый насосом объем добычи достигает заданного значения.
5. Способ определения оптимальной скорости U полированного штока, соединенного при помощи насосной штанга с погружным насосом для откачки флюида из скважины, причем указанная оптимальная скорость изменяется в течение периода каждого одиночного цикла откачки так, что дебит скважины становится максимальным, при поддержании заданных предельных значений скорости полированного штока, напряжений в насосной штанге и энергии, необходимой для создания указанной скорости полированного штока, который включает в себя следующие операции:
(i) использование конечного числа параметров p для отображения скорости полированного штока U[p] в виде функции U[p](s) положения полированного штока s или функции U[p](f) времени t для полного цикла откачки;
(ii) создание динамической модели скважинного оборудования (насосной штанги с погружным насосом) для расчета напряжений в указанной насосной штанге и дебита скважины в ответ на заданную скорость полированного штока U[p], причем указанный дебит V(U) скважины определяют как объем Vol(U), откачиваемый в течение периода T(U) одного цикла, то есть V(U)=Vol(Ω)/T(Ω); и
(iii) определение параметров р при помощи математического алгоритма для решения проблем нелинейной оптимизации, при которых скорость U[p] полированного штока во время указанного цикла откачки будет максимально увеличивать дебит V(U) скважины, однако при удовлетворении следующих ограничений:
(a) минимальные и максимальные напряжения насосной штанги в течение указанного полного единичного цикла, полученные за счет налагаемой скорости U полированного штока, не превышают заданных предельных значений;
(b) скорость U полированного штока равна нулю в самом верхнем и самом нижнем положениях полированного штока;
(c) скорость U полированного штока не превышает заданного предельного значения в течение полного цикла откачки;
(d) энергия, необходимая для создания движения указанного полированного штока в течение периода одного цикла откачки, поделенная на объем откаченного флюида, не превышает заданное предельное значение.
(i) использование конечного числа параметров p для отображения скорости полированного штока U[p] в виде функции U[p](s) положения полированного штока s или функции U[p](f) времени t для полного цикла откачки;
(ii) создание динамической модели скважинного оборудования (насосной штанги с погружным насосом) для расчета напряжений в указанной насосной штанге и дебита скважины в ответ на заданную скорость полированного штока U[p], причем указанный дебит V(U) скважины определяют как объем Vol(U), откачиваемый в течение периода T(U) одного цикла, то есть V(U)=Vol(Ω)/T(Ω); и
(iii) определение параметров р при помощи математического алгоритма для решения проблем нелинейной оптимизации, при которых скорость U[p] полированного штока во время указанного цикла откачки будет максимально увеличивать дебит V(U) скважины, однако при удовлетворении следующих ограничений:
(a) минимальные и максимальные напряжения насосной штанги в течение указанного полного единичного цикла, полученные за счет налагаемой скорости U полированного штока, не превышают заданных предельных значений;
(b) скорость U полированного штока равна нулю в самом верхнем и самом нижнем положениях полированного штока;
(c) скорость U полированного штока не превышает заданного предельного значения в течение полного цикла откачки;
(d) энергия, необходимая для создания движения указанного полированного штока в течение периода одного цикла откачки, поделенная на объем откаченного флюида, не превышает заданное предельное значение.
6. Способ по п.5, в котором для удовлетворения ограничения 5.(iii)(b) скорость U полированного штока выражают в виде ряда Фурье положения s полированного штока, определяемых отдельно для хода вверх s∈(0,s0/2) и хода вниз s∈(S0/2,S0), части движения (s0 представляет собой длину двойного хода полированного штока):
и в котором указанную оптимальную переменную скорость полированного штока в течение единственного цикла откачки определяют из оптимального набора коэффициентов Фурье p=[u1 U,…,uN U,u1 D,…,uN D].
и в котором указанную оптимальную переменную скорость полированного штока в течение единственного цикла откачки определяют из оптимального набора коэффициентов Фурье p=[u1 U,…,uN U,u1 D,…,uN D].
7. Способ по п.5, в котором оптимальную переменную скорость полированного штока определяют так, что диапазон напряжений во всех сегментах насосной штанги будет минимальным, в то время как откачиваемый объем и энергия, необходимая для создания движения указанного полированного штока в течение периода одного цикла Т откачки, достигают заранее выбранных значений.
8. Способ по п.5, в котором оптимальную переменную скорость полированного штока определяют так, что отношение энергии, необходимой для создания движения указанного полированного штока в течение периода одного цикла откачки, к объему откачиваемого флюида будет минимальным, в то время как откачиваемый объем и диапазон напряжений во всех сегментах насосной штанги достигают заранее выбранных значений.
9. Способ повышения точности расчета оптимальной угловой скорости первичного двигателя по п.1 или оптимальной скорости полированного штока по п.5, в котором измерения, полученные в реальной системе откачки, используют для улучшения параметров системы в математической модели, использованной при оптимизации способа, который включает в себя следующие операции:
(i) измерение физических режимов указанной системы откачки во время работы, а именно измерение нагрузки и положения указанного полированного штока, вращающего момента двигателя, потребления энергии, давления в лифтовой колонне и в обсадной колонне и дебита скважины;
(ii) сравнение результатов модели системы откачки и измеренных физических режимов для проверки и подстройки параметров модели системы откачки;
(iii) расчет новой оптимальной угловой скорости Ω, двигателя или новой оптимальной скорости U полированного штока на основании модели системы откачки с подстроенными системными параметрами.
(i) измерение физических режимов указанной системы откачки во время работы, а именно измерение нагрузки и положения указанного полированного штока, вращающего момента двигателя, потребления энергии, давления в лифтовой колонне и в обсадной колонне и дебита скважины;
(ii) сравнение результатов модели системы откачки и измеренных физических режимов для проверки и подстройки параметров модели системы откачки;
(iii) расчет новой оптимальной угловой скорости Ω, двигателя или новой оптимальной скорости U полированного штока на основании модели системы откачки с подстроенными системными параметрами.
10. Способ по п.5, в котором переменную оптимальную угловую скорость первичного двигателя Ω рассчитывают из оптимальной скорости U полированного штока с использованием геометрии качалки упрощенного типа.
11. Система регулирования скорости откачки в системе качалки упрощенного типа, которая включает в себя:
(i) первичный электродвигатель для управления движением качалки упрощенного типа;
(ii) контроллер привода с регулируемой скоростью (VFD) для динамического управления мгновенной угловой скоростью первичного двигателя в полном цикле откачки;
(iii) скважинные компоненты откачки, содержащие насосную штангу для передачи движения качалки упрощенного типа к погружному насосу;
(iv) средства измерения для контроля рабочих режимов;
(v) местный блок управления, позволяющий передавать мгновенную скорость первичного двигателя на VFD и получать мгновенную скорость и вращающий момент первичного двигателя от VFD; причем указанный блок содержит программу, которая содержит модель системы откачки и различные средства принятия решения, для анализа переданной информации, оценки характеристик блока откачки и скважинных компонентов и определения оптимальной скорости первичного двигателя по п.1 или 10, которые применяют для управления скоростью первичного двигателя с заданными временными промежутками в полном цикле откачки.
(i) первичный электродвигатель для управления движением качалки упрощенного типа;
(ii) контроллер привода с регулируемой скоростью (VFD) для динамического управления мгновенной угловой скоростью первичного двигателя в полном цикле откачки;
(iii) скважинные компоненты откачки, содержащие насосную штангу для передачи движения качалки упрощенного типа к погружному насосу;
(iv) средства измерения для контроля рабочих режимов;
(v) местный блок управления, позволяющий передавать мгновенную скорость первичного двигателя на VFD и получать мгновенную скорость и вращающий момент первичного двигателя от VFD; причем указанный блок содержит программу, которая содержит модель системы откачки и различные средства принятия решения, для анализа переданной информации, оценки характеристик блока откачки и скважинных компонентов и определения оптимальной скорости первичного двигателя по п.1 или 10, которые применяют для управления скоростью первичного двигателя с заданными временными промежутками в полном цикле откачки.
12. Система регулирования скорости откачки в системе качалки упрощенного типа, которая включает в себя:
(i) первичный электродвигатель для управления движением качалки упрощенного типа;
(ii) контроллер привода с регулируемой скоростью (VFD) для динамического управления мгновенной угловой скоростью первичного двигателя в полном цикле откачки;
(iii) скважинные компоненты откачки, содержащие насосную штангу для передачи движения качалки упрощенного типа к погружному насосу;
(iv) средства измерения для контроля рабочих режимов;
(v) местный блок управления, позволяющий передавать мгновенную скорость первичного двигателя на VFD и получать мгновенную скорость и вращающий момент первичного двигателя от VFD;
(vi) средства передачи сигнала, предназначенные для передачи информации в истинном масштабе времени от местного блока управления на удаленную вычислительную станцию;
(vii) причем указанная удаленная вычислительная станция снабжена программным обеспечением, которое содержит модель системы откачки и различные средства принятия решения, для анализа переданной информации, оценки характеристик блока откачки и скважинных компонентов и определения оптимальной скорости первичного двигателя по п.1 или 10, которые применяют для управления скоростью первичного двигателя с заданными временными промежутками в полном цикле откачки;
(viii) средства передачи оптимальной скорости первичного двигателя и новых рабочих параметров от удаленной вычислительной станции на местный блок управления для управления скоростью первичного двигателя.
(i) первичный электродвигатель для управления движением качалки упрощенного типа;
(ii) контроллер привода с регулируемой скоростью (VFD) для динамического управления мгновенной угловой скоростью первичного двигателя в полном цикле откачки;
(iii) скважинные компоненты откачки, содержащие насосную штангу для передачи движения качалки упрощенного типа к погружному насосу;
(iv) средства измерения для контроля рабочих режимов;
(v) местный блок управления, позволяющий передавать мгновенную скорость первичного двигателя на VFD и получать мгновенную скорость и вращающий момент первичного двигателя от VFD;
(vi) средства передачи сигнала, предназначенные для передачи информации в истинном масштабе времени от местного блока управления на удаленную вычислительную станцию;
(vii) причем указанная удаленная вычислительная станция снабжена программным обеспечением, которое содержит модель системы откачки и различные средства принятия решения, для анализа переданной информации, оценки характеристик блока откачки и скважинных компонентов и определения оптимальной скорости первичного двигателя по п.1 или 10, которые применяют для управления скоростью первичного двигателя с заданными временными промежутками в полном цикле откачки;
(viii) средства передачи оптимальной скорости первичного двигателя и новых рабочих параметров от удаленной вычислительной станции на местный блок управления для управления скоростью первичного двигателя.
13. Система по п.11 или 12, в которой оптимальную скорость первичного двигателя прикладывают при заданных положениях полированного штока.
14. Система по п.11 или 12, в которой оптимальную скорость первичного двигателя прикладывают при заданных положениях кривошипа.
15. Система по п.11. (iv) или 12. (iv), в которой средства измерения используют для измерения нагрузки полированного штока, положения полированного штока, давления в лифтовой колонне и давления в обсадной колонне.
16. Система по п.11 или 12, в которой VFD содержит динамический тормозной резистор или регенеративный модуль.
17. Способ по п.1 или 10, в котором первичным двигателем является электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, причем переменную скорость системы откачки задают при помощи управления мгновенным передаточным отношением.
18. Способ по п.5, в котором скоростью полированного штока управляют при помощи системы откачки с гидравлическим управлением, причем задают новые рабочие параметры системы откачки за счет управления давлением и расходом в системе управления системой откачки, чтобы управлять скоростью полированного штока в соответствии с расчетным оптимальным перемещением.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CA2005/001570 WO2007041823A1 (en) | 2005-10-13 | 2005-10-13 | Method and system for optimizing downhole fluid production |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008118534A RU2008118534A (ru) | 2009-11-20 |
RU2381384C1 true RU2381384C1 (ru) | 2010-02-10 |
Family
ID=37913465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008118534/06A RU2381384C1 (ru) | 2005-10-13 | 2005-10-13 | Способ и система управления перемещением штока в системе откачки флюида из скважины |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20080240930A1 (ru) |
CN (1) | CN101305187B (ru) |
CA (1) | CA2526345C (ru) |
RU (1) | RU2381384C1 (ru) |
WO (1) | WO2007041823A1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532025C2 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская нефтяная инжиниринговая компания" | Способ эксплуатации скважинной штанговой установки |
RU2676898C1 (ru) * | 2018-03-01 | 2019-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Нефте-Гидроприводы Конькова" | Система управления гидравлическим приводом штангового насоса |
RU2695243C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2019-07-22 | Бристоль, Инк., Д/Б/А Ремоут Аутомейшен Солюшенз | Способ и устройство для определения параметров насосной установки для использования в скважинах |
RU2749236C2 (ru) * | 2017-02-03 | 2021-06-07 | Дженерал Электрик Компани | Контроллер и способ управления штанговой насосной установкой |
RU2783937C1 (ru) * | 2019-09-09 | 2022-11-22 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ, устройство и система для управления объектами добычи |
Families Citing this family (123)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090232664A1 (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-17 | General Electric | Permanent magnet motor for subsea pump drive |
FR2933969B1 (fr) * | 2008-07-21 | 2011-11-11 | Degremont | Installation de dessalement d'eau par osmose inverse |
US9140253B2 (en) * | 2009-10-26 | 2015-09-22 | Harold Wells Associates, Inc. | Control device, oil well with device and method |
US9234517B2 (en) * | 2009-10-26 | 2016-01-12 | Harold Wells Associates, Inc. | Pump control device, oil well with device and method |
CN101806201B (zh) * | 2010-03-25 | 2012-11-21 | 徐荣恩 | 自平衡蓄能抽油机 |
CN101781981A (zh) * | 2010-03-31 | 2010-07-21 | 胜利油田供应方圆石油装备有限责任公司 | 双平衡长冲程节能型抽油机 |
DE102010023630B4 (de) * | 2010-06-14 | 2017-11-02 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg | Fördervorrichtung mit Pleuelstange und Verfahren zum Regeln einer Fördervorrichtung mit Pleuelstange und mindestens einem Ausgleichsgewicht |
CN102337866A (zh) * | 2010-07-21 | 2012-02-01 | 周玉姝 | 一种用于在油田抽油机中的节能控制方法及系统 |
US9376895B2 (en) * | 2010-08-27 | 2016-06-28 | Well Control Technologies, Inc. | Method and apparatus for removing liquid from a gas producing well |
CN102539043A (zh) * | 2010-12-07 | 2012-07-04 | 北京博奥泰克石油技术有限公司 | 一种抽油机工况综合分析方法和系统 |
SK1692010A3 (sk) * | 2010-12-16 | 2012-07-03 | Naftamatika, S. R. O. | Method of diagnosis and management of pumping oil or gas wells and device there of |
CN102094626A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-15 | 中国石油天然气股份有限公司 | 油井故障实时预警方法和系统 |
CN102122161B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-12-19 | 中国石油天然气股份有限公司 | 油井间抽控制系统及方法 |
US20120251335A1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Gregg Hurst | Pump controller with multiphase measurement |
CA2834975A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Schneider Electric USA, Inc. | Pumpjack torque fill estimation |
US9500067B2 (en) * | 2011-10-27 | 2016-11-22 | Ambyint Inc. | System and method of improved fluid production from gaseous wells |
US9810213B2 (en) * | 2011-10-28 | 2017-11-07 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Calculating downhole pump card with iterations on single damping factor |
CA2854557C (en) * | 2011-11-08 | 2020-06-02 | Lufkin Industries, Inc. | Low profile rod pumping unit with pneumatic counterbalance for the active control of the rod string |
CN103161430B (zh) * | 2011-12-14 | 2016-08-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 抽油机冲次、平衡实时智能调整方法 |
US8981957B2 (en) * | 2012-02-13 | 2015-03-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for remotely controlling downhole tools using untethered mobile devices |
CN102852488A (zh) * | 2012-04-26 | 2013-01-02 | 王军 | 立式抽油机移位装置 |
US20140079560A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Chris Hodges | Hydraulic oil well pumping system, and method for pumping hydrocarbon fluids from a wellbore |
US9353617B2 (en) * | 2012-11-06 | 2016-05-31 | Unico, Inc. | Apparatus and method of referencing a sucker rod pump |
EP3315775B1 (en) | 2012-11-19 | 2020-02-12 | Lufkin Industries, LLC | Real-time pump diagnositc algorithms and application thereof |
US10151182B2 (en) * | 2013-02-22 | 2018-12-11 | Samson Pump Company, Llc | Modular top loading downhole pump with sealable exit valve and valve rod forming aperture |
US9157301B2 (en) * | 2013-02-22 | 2015-10-13 | Samson Pump Company, Llc | Modular top loading downhole pump |
AU2013204013B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-09-10 | Franklin Electric Company, Inc. | System and method for operating a pump |
GB2513370B (en) * | 2013-04-25 | 2019-12-18 | Zenith Oilfield Tech Limited | Data communications system |
CN104213904A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-17 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种有杆抽油系统效率实时监测方法 |
CN104251201B (zh) | 2013-06-28 | 2016-12-28 | 伊顿公司 | 基于变频器的泵的控制系统和方法以及泵系统 |
AU2013395656B2 (en) * | 2013-08-01 | 2017-04-13 | Landmark Graphics Corporation | Algorithm for optimal ICD configuration using a coupled wellbore-reservoir model |
CA2921371A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | Spirit Global Energy Solutions, Inc. | Laser position finding device used for control and diagnostics of a rod pumped well |
US10250168B2 (en) * | 2013-08-28 | 2019-04-02 | Lifting Solutions Inc. | Pump jack controller and method for using same for electricity generation |
WO2015117065A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | Mts Systems Corporation | System and method of monitoring and optimizing the performance of a well pumping system |
US9822777B2 (en) * | 2014-04-07 | 2017-11-21 | i2r Solutions USA LLC | Hydraulic pumping assembly, system and method |
CN103924963B (zh) * | 2014-04-25 | 2017-02-15 | 北京必创科技股份有限公司 | 一种示功仪采样率自动切换方法 |
US10107295B1 (en) * | 2014-05-21 | 2018-10-23 | Marion Brecheisen | Pump system and method |
CN104005739A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-08-27 | 张维玉 | 液体重力转移驱动杠杆式抽油机 |
US10018032B2 (en) | 2014-06-30 | 2018-07-10 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Stress calculations for sucker rod pumping systems |
EP2963234B1 (en) * | 2014-07-01 | 2018-06-06 | Weatherford Technology Holdings, LLC | Stress calculations for sucker rod pumping systems |
US10145230B2 (en) * | 2014-10-10 | 2018-12-04 | Henry Research And Development, Llc | Systems and methods for real-time monitoring of downhole pump conditions |
US10788031B2 (en) * | 2014-12-18 | 2020-09-29 | Ravdos Holdings Inc. | Methods and system for enhancing flow of a fluid induced by a rod pumping unit |
US9605670B2 (en) * | 2014-12-18 | 2017-03-28 | General Electric Company | Method and systems for enhancing flow of a fluid induced by a rod pumping unit |
CN105863566A (zh) * | 2015-01-23 | 2016-08-17 | 宁波天安磁性传动科技有限公司 | 永磁复合电机直驱游梁式抽油机 |
CN104763384A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-07-08 | 高洪丽 | 摆杆塔架式智能抽油机 |
WO2017023303A1 (en) | 2015-08-05 | 2017-02-09 | Stren Microlift Technology, Llc | Hydraulic pumping system for use with a subterranean well |
CN104989381B (zh) * | 2015-06-15 | 2017-12-05 | 西安华瑞网电设备有限公司 | 一种游梁式抽油机冲程周期的软测量方法及装置 |
US20170002805A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | KLD Energy Nano-Grind Systems, Inc. | Electric motor control for pumpjack pumping |
US20170002636A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | KLD Energy Nano-Grid System, Inc. | Detection and mitigation of detrimental operating conditions during pumpjack pumping |
US10393107B2 (en) | 2015-08-03 | 2019-08-27 | General Electric Company | Pumping control unit and method of computing a time-varying downhole parameter |
EP3128123B1 (en) * | 2015-08-05 | 2020-07-29 | Weatherford Technology Holdings, LLC | Pumping system and method |
US10167865B2 (en) | 2015-08-05 | 2019-01-01 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Hydraulic pumping system with enhanced piston rod sealing |
US10851774B2 (en) * | 2015-08-06 | 2020-12-01 | Ravdos Holdings Inc. | Controller and method of controlling a rod pumping unit |
WO2017039695A1 (en) | 2015-09-04 | 2017-03-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure pump valve monitoring system |
US10914302B2 (en) | 2015-09-04 | 2021-02-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Single-sensor analysis system |
US10480296B2 (en) | 2015-09-04 | 2019-11-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Critical valve performance monitoring system |
US10927831B2 (en) | 2015-09-04 | 2021-02-23 | Halliburton Energy Services, Inc. | Monitoring system for pressure pump cavitation |
WO2017039692A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Flow-rate monitoring system for a pressure pump |
US10540594B2 (en) * | 2015-09-18 | 2020-01-21 | International Business Machines Corporation | Identifying abnormal pumpjack conditions |
US20170146007A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-25 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Operational control of wellsite pumping unit with displacement determination |
US20170146006A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-25 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Operational control of wellsite pumping unit with continuous position sensing |
US10781813B2 (en) | 2015-12-10 | 2020-09-22 | Baker Hughes Oilfield Operations, Llc | Controller for a rod pumping unit and method of operation |
WO2017127662A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Trc Services, Inc. | Automated sucker rod spacing device |
US20170218947A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | SPOC Automation | Ironhorse controller with automatic pump off control |
US10344573B2 (en) | 2016-03-08 | 2019-07-09 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Position sensing for wellsite pumping unit |
CN107387028B (zh) * | 2016-05-17 | 2018-04-24 | 张敏 | 一种游梁式抽油机工作制度组合运行方法 |
US10612538B2 (en) * | 2016-06-20 | 2020-04-07 | Tecat Performance Systems, Llc | Integrated wireless data system and method for pump control |
US10774627B1 (en) * | 2016-07-08 | 2020-09-15 | James F. Lea, Jr. | Adjusting speed during beam pump cycle using variable speed drive |
US10408205B2 (en) * | 2016-08-04 | 2019-09-10 | Schneider Electric Systems Canada Inc. | Method of determining pump fill and adjusting speed of a rod pumping system |
CN106321071B (zh) * | 2016-08-31 | 2020-04-21 | 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 | 一种抽油机生产参数优化方法 |
US11499544B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-11-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure pump performance monitoring system using torque measurements |
CA3027292C (en) | 2016-09-15 | 2020-10-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure pump balancing system |
CN106351618A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-01-25 | 淄博京科电气有限公司 | 强鲁棒性抗干扰采油节能控制器 |
US11286917B2 (en) | 2016-10-21 | 2022-03-29 | Franklin Electric Co., Inc. | Motor drive system and method |
CN107060695B (zh) * | 2016-12-16 | 2023-04-25 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种游梁式抽油机节能控制系统及方法 |
US11018610B2 (en) | 2017-01-27 | 2021-05-25 | Franklin Electric Co., Inc. | Motor drive system and method |
EP3367533A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-29 | Xylem IP Management S.à.r.l. | Method for controlling a pump connected to a pump network |
CN108661899B (zh) * | 2017-03-30 | 2023-04-28 | 中国石油大学(北京) | 一种基于变速驱动的电机转速曲线优化方法及装置 |
US10794173B2 (en) | 2017-04-13 | 2020-10-06 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Bearing fault detection for surface pumping units |
CN108729911A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-11-02 | 通用电气公司 | 用于资源生产系统的优化装置、系统和方法 |
US10697293B2 (en) * | 2017-05-26 | 2020-06-30 | Baker Hughes Oilfield Operations, Llc | Methods of optimal selection and sizing of electric submersible pumps |
US10546159B2 (en) * | 2017-07-07 | 2020-01-28 | Weatherford Technology Holdings, Llc | System and method for handling pumping units in out-of-balance condition |
CN109538190B (zh) * | 2017-09-22 | 2022-04-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 抽油机井杆柱应力预警方法 |
CN109899051B (zh) * | 2017-12-07 | 2022-05-10 | 中国石油天然气股份有限公司 | 油井设备的评价标准确定方法、装置及存储介质 |
CN108166949B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-08-18 | 盐城宝通机械科技有限公司 | 一种可调节输出量的石油输出装置 |
US10458225B2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-10-29 | General Electric Company | Mitigating fluid pound effects under incomplete pump fillage conditions |
CN109447380B (zh) * | 2018-06-21 | 2021-01-22 | 北京国双科技有限公司 | 油井产量确定方法及装置 |
CN110924904A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法 |
EP3894660A1 (en) | 2018-12-16 | 2021-10-20 | Sensia Llc | Pump system |
US11572772B2 (en) | 2019-01-22 | 2023-02-07 | Ravdos Holdings Inc. | System and method for evaluating reciprocating downhole pump data using polar coordinate analytics |
CN109899057B (zh) * | 2019-01-31 | 2023-06-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 稠油井示功图算产的方法 |
CN110206530B (zh) * | 2019-04-26 | 2022-11-29 | 中国石油集团西部钻探工程有限公司 | 试油作业中数据处理计量方法及系统 |
US11885324B2 (en) * | 2019-05-07 | 2024-01-30 | Power It Perfect, Inc. | Systems and methods of controlling an electric motor that operates a pump jack |
CN110295870B (zh) * | 2019-05-29 | 2021-04-30 | 中石化石油机械股份有限公司研究院 | 利于低产井回收装置 |
US11408271B2 (en) | 2019-06-11 | 2022-08-09 | Noven, Inc. | Well pump diagnostics using multi-physics sensor data |
US11560784B2 (en) | 2019-06-11 | 2023-01-24 | Noven, Inc. | Automated beam pump diagnostics using surface dynacard |
US11542809B2 (en) * | 2019-06-11 | 2023-01-03 | Noven, Inc. | Polished rod load cell |
CN110414077B (zh) * | 2019-07-08 | 2023-01-10 | 中国铁路上海局集团有限公司科学技术研究所 | 一种装载机的负载称重方法及其称重系统 |
CN112989686B (zh) * | 2019-12-13 | 2023-12-26 | 北京国双科技有限公司 | 泵径确定模型的构建方法、泵径确定方法和装置 |
CN111259491B (zh) * | 2020-01-21 | 2022-06-28 | 浙江大学 | 一种轨道交通车辆齿轮箱箱体静动态特性联合分析与优化方法 |
CN113338898B (zh) * | 2020-02-14 | 2023-09-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 抽油设备的参数确定方法、装置及存储介质 |
CN111594139B (zh) * | 2020-05-22 | 2023-05-09 | 大连虹桥科技有限公司 | 油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法 |
CN111946329B (zh) * | 2020-09-08 | 2023-09-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种油井动液面求取方法 |
US11421674B2 (en) * | 2020-12-18 | 2022-08-23 | Schneider Electric Systems Usa, Inc. | Optical monitoring and control of pumpjack |
CN114718514B (zh) * | 2021-01-06 | 2024-05-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于功率加权预测的抽油机直流母线群控算法 |
US20220228473A1 (en) * | 2021-01-20 | 2022-07-21 | Dmytro KHACHATUROV | Sucker rod pump automated control method and system |
CN112861957B (zh) * | 2021-02-01 | 2024-05-03 | 陕西中良智能科技有限公司 | 一种油井运行状态检测方法及装置 |
CN112983364A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法 |
CN114876445B (zh) * | 2021-02-05 | 2024-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | 模拟抽油杆变形的实验装置及实验方法 |
CN214035623U (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-24 | 德瑞石油装备(青岛)有限公司 | 一种大冲程游梁式抽油机 |
DE102021118075A1 (de) | 2021-07-13 | 2023-01-19 | Danfoss Power Electronics A/S | Verfahren zum Reduzieren von rückgespeister Energie und Umkehrbeanspruchung in einer von einem Elektromotor angetriebenen hin-und herbewegbaren Last durch Modulation der Motordrehzahl unter Verwendung eines Frequenzumrichterantriebs und zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellter Frequenzumrichterantrieb |
CN113622880B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-07-22 | 陕西埃菲克能源科技有限公司 | 一种基于变频技术的不停机间抽方法 |
CN114033357B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-09-08 | 辽宁弘毅科技有限公司 | 一种抽油机井综合测试仪载荷动态变化测产方法及系统 |
CN114278281B (zh) * | 2021-12-24 | 2023-11-21 | 北京西华益昌技术开发有限责任公司 | 测量装置的测量分辨率优化方法、装置、设备及存储介质 |
CN114673474B (zh) * | 2022-05-10 | 2022-11-18 | 东北石油大学 | 一种基于油井的智能控制装置 |
CN115075779B (zh) * | 2022-07-29 | 2024-09-17 | 德瑞石油装备(青岛)有限公司 | 一种适用于油井全周期的采油方法 |
CN115492573B (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-17 | 西南石油大学 | 一种柱塞气举井地层流入动态确定方法 |
CN116658134B (zh) * | 2023-07-24 | 2023-09-22 | 北京宇盛正创科技有限公司 | 基于电参的智能间抽方法 |
CN116877033B (zh) * | 2023-08-10 | 2023-12-15 | 大庆石油管理局有限公司 | 一种直驱式塔架式抽油机 |
CN117005830B (zh) * | 2023-09-05 | 2024-02-13 | 大庆石油管理局有限公司 | 一种塔架式抽油机自适配系统 |
CN117161892B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-01-26 | 苏州博宏源机械制造有限公司 | 一种基于抛光材料属性检测的抛光组件智能控制系统 |
CN117646615B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-04-02 | 成都鑫泽机械有限公司 | 一种智能化游梁式抽油机 |
CN117703322B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-12 | 希望森兰科技股份有限公司 | 游梁式抽油机节能打摆控制方法及物联智能控制系统 |
Family Cites Families (117)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3075466A (en) * | 1961-10-17 | 1963-01-29 | Jersey Prod Res Co | Electric motor control system |
US3343409A (en) * | 1966-10-21 | 1967-09-26 | Shell Oil Co | Method of determining sucker rod pump performance |
US3915225A (en) * | 1971-08-11 | 1975-10-28 | George A Swink | Method and apparatus for producing hydrocarbons from wells which make water |
US3963374A (en) * | 1972-10-24 | 1976-06-15 | Sullivan Robert E | Well pump control |
US3854846A (en) | 1973-06-01 | 1974-12-17 | Dresser Ind | Oil well pumpoff control system utilizing integration timer |
US3930752A (en) * | 1973-06-01 | 1976-01-06 | Dresser Industries, Inc. | Oil well pumpoff control system utilizing integration timer |
US3851995A (en) | 1973-08-06 | 1974-12-03 | M Mills | Pump-off control apparatus for a pump jack |
US3918843A (en) * | 1974-03-20 | 1975-11-11 | Dresser Ind | Oil well pumpoff control system utilizing integration timer |
US3938910A (en) * | 1974-05-13 | 1976-02-17 | Dresser Industries, Inc. | Oil well pumpoff control system |
US3936231A (en) * | 1974-05-13 | 1976-02-03 | Dresser Industries, Inc. | Oil well pumpoff control system |
US3965983A (en) * | 1974-12-13 | 1976-06-29 | Billy Ray Watson | Sonic fluid level control apparatus |
US3998568A (en) | 1975-05-27 | 1976-12-21 | Hynd Ike W | Pump-off control responsive to time changes between rod string load |
US3951209A (en) * | 1975-06-09 | 1976-04-20 | Shell Oil Company | Method for determining the pump-off of a well |
US4058757A (en) * | 1976-04-19 | 1977-11-15 | End Devices, Inc. | Well pump-off controller |
US4118148A (en) * | 1976-05-11 | 1978-10-03 | Gulf Oil Corporation | Downhole well pump control system |
US4090405A (en) * | 1977-04-14 | 1978-05-23 | Delta-X Corporation | Polished rod load transducer |
US4102394A (en) * | 1977-06-10 | 1978-07-25 | Energy 76, Inc. | Control unit for oil wells |
US4145161A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-20 | Standard Oil Company (Indiana) | Speed control |
US4194393A (en) * | 1978-04-13 | 1980-03-25 | Stallion Corporation | Well driving and monitoring system |
US4171185A (en) * | 1978-06-19 | 1979-10-16 | Operational Devices, Inc. | Sonic pump off detector |
US4508487A (en) * | 1979-04-06 | 1985-04-02 | Cmd Enterprises, Inc. | Automatic load seeking control for a pumpjack motor |
US4220440A (en) * | 1979-04-06 | 1980-09-02 | Superior Electric Supply Co. | Automatic load seeking control for a pumpjack motor |
US4286925A (en) * | 1979-10-31 | 1981-09-01 | Delta-X Corporation | Control circuit for shutting off the electrical power to a liquid well pump |
US4502343A (en) | 1980-09-04 | 1985-03-05 | Dingfelder Alan W | Pump jack |
US4480960A (en) * | 1980-09-05 | 1984-11-06 | Chevron Research Company | Ultrasensitive apparatus and method for detecting change in fluid flow conditions in a flowline of a producing oil well, or the like |
US4390321A (en) * | 1980-10-14 | 1983-06-28 | American Davidson, Inc. | Control apparatus and method for an oil-well pump assembly |
US4363605A (en) | 1980-11-03 | 1982-12-14 | Mills Manuel D | Apparatus for generating an electrical signal which is proportional to the tension in a bridle |
US4406122A (en) * | 1980-11-04 | 1983-09-27 | Mcduffie Thomas F | Hydraulic oil well pumping apparatus |
US4438628A (en) * | 1980-12-19 | 1984-03-27 | Creamer Reginald D | Pump jack drive apparatus |
US4474002A (en) * | 1981-06-09 | 1984-10-02 | Perry L F | Hydraulic drive pump apparatus |
US4490094A (en) | 1982-06-15 | 1984-12-25 | Gibbs Sam G | Method for monitoring an oil well pumping unit |
US4476418A (en) * | 1982-07-14 | 1984-10-09 | Werner John W | Well pump control system |
US4661751A (en) * | 1982-07-14 | 1987-04-28 | Claude C. Freeman | Well pump control system |
US4631954A (en) | 1982-11-18 | 1986-12-30 | Mills Manuel D | Apparatus for controlling a pumpjack prime mover |
US4691511A (en) * | 1982-12-14 | 1987-09-08 | Otis Engineering Corporation | Hydraulic well pump |
US4487061A (en) | 1982-12-17 | 1984-12-11 | Fmc Corporation | Method and apparatus for detecting well pump-off |
US4534706A (en) * | 1983-02-22 | 1985-08-13 | Armco Inc. | Self-compensating oscillatory pump control |
US4599046A (en) * | 1983-04-07 | 1986-07-08 | Armco Inc. | Control improvements in deep well pumps |
US4509901A (en) * | 1983-04-18 | 1985-04-09 | Fmc Corporation | Method and apparatus for detecting problems in sucker-rod well pumps |
US4534168A (en) * | 1983-06-30 | 1985-08-13 | Brantly Newby O | Pump jack |
US4507055A (en) * | 1983-07-18 | 1985-03-26 | Gulf Oil Corporation | System for automatically controlling intermittent pumping of a well |
US4583915A (en) * | 1983-08-01 | 1986-04-22 | End Devices, Inc. | Pump-off controller |
US4508488A (en) * | 1984-01-04 | 1985-04-02 | Logan Industries & Services, Inc. | Well pump controller |
US4594665A (en) * | 1984-02-13 | 1986-06-10 | Fmc Corporation | Well production control system |
US4541274A (en) * | 1984-05-10 | 1985-09-17 | Board Of Regents For The University Of Oklahoma | Apparatus and method for monitoring and controlling a pump system for a well |
US4681167A (en) * | 1984-06-08 | 1987-07-21 | Soderberg Research & Development, Inc. | Apparatus and method for automatically and periodically introducing a fluid into a producing oil well |
US4695779A (en) * | 1986-05-19 | 1987-09-22 | Sargent Oil Well Equipment Company Of Dover Resources, Incorporated | Motor protection system and process |
US5222867A (en) * | 1986-08-29 | 1993-06-29 | Walker Sr Frank J | Method and system for controlling a mechanical pump to monitor and optimize both reservoir and equipment performance |
US4873635A (en) * | 1986-11-20 | 1989-10-10 | Mills Manual D | Pump-off control |
US4741397A (en) * | 1986-12-15 | 1988-05-03 | Texas Independent Tools & Unlimited Services, Incorporated | Jet pump and technique for controlling pumping of a well |
US4973226A (en) | 1987-04-29 | 1990-11-27 | Delta-X Corporation | Method and apparatus for controlling a well pumping unit |
US4747451A (en) * | 1987-08-06 | 1988-05-31 | Oil Well Automation, Inc. | Level sensor |
US4935685A (en) * | 1987-08-12 | 1990-06-19 | Sargent Oil Well Equipment Company | Motor controller for pumping units |
US5006044A (en) * | 1987-08-19 | 1991-04-09 | Walker Sr Frank J | Method and system for controlling a mechanical pump to monitor and optimize both reservoir and equipment performance |
US4830112A (en) * | 1987-12-14 | 1989-05-16 | Erickson Don J | Method and apparatus for treating wellbores |
US4859151A (en) * | 1988-01-19 | 1989-08-22 | Reed John H | Pump-off control for a pumpjack unit |
US4854164A (en) * | 1988-05-09 | 1989-08-08 | N/Cor Inc. | Rod pump optimization system |
US5204595A (en) * | 1989-01-17 | 1993-04-20 | Magnetek, Inc. | Method and apparatus for controlling a walking beam pump |
US5044888A (en) * | 1989-02-10 | 1991-09-03 | Teledyne Industries, Inc. | Variable speed pump control for maintaining fluid level below full barrel level |
US4971522A (en) | 1989-05-11 | 1990-11-20 | Butlin Duncan M | Control system and method for AC motor driven cyclic load |
US5064349A (en) | 1990-02-22 | 1991-11-12 | Barton Industries, Inc. | Method of monitoring and controlling a pumped well |
US5129267A (en) * | 1990-03-01 | 1992-07-14 | Southwest Research Institute | Flow line sampler |
CA2018119A1 (en) * | 1990-06-01 | 1991-12-01 | Roy A. Maki | Method for controlling the speed of a pump jack |
US5129264A (en) * | 1990-12-07 | 1992-07-14 | Goulds Pumps, Incorporated | Centrifugal pump with flow measurement |
AU2416092A (en) | 1991-07-22 | 1993-02-23 | Chrisope Technologies, Inc. | Apparatus and methods for preserving, transporting, storing, re-hydrating and delivering viable microorganisms |
US5180289A (en) * | 1991-08-27 | 1993-01-19 | Baker Hughes Incorporated | Air balance control for a pumping unit |
US5182946A (en) * | 1991-11-08 | 1993-02-02 | Amerada Hess Corporation | Portable well analyzer |
US5237863A (en) * | 1991-12-06 | 1993-08-24 | Shell Oil Company | Method for detecting pump-off of a rod pumped well |
US5406482A (en) | 1991-12-17 | 1995-04-11 | James N. McCoy | Method and apparatus for measuring pumping rod position and other aspects of a pumping system by use of an accelerometer |
US5224834A (en) * | 1991-12-24 | 1993-07-06 | Evi-Highland Pump Company, Inc. | Pump-off control by integrating a portion of the area of a dynagraph |
US5246076A (en) * | 1992-03-10 | 1993-09-21 | Evi-Highland Pump Company | Methods and apparatus for controlling long-stroke pumping units using a variable-speed drive |
US5441389A (en) * | 1992-03-20 | 1995-08-15 | Eaton Corporation | Eddy current drive and motor control system for oil well pumping |
US5230607A (en) * | 1992-03-26 | 1993-07-27 | Mann Clifton B | Method and apparatus for controlling the operation of a pumpjack |
US5167490A (en) | 1992-03-30 | 1992-12-01 | Delta X Corporation | Method of calibrating a well pumpoff controller |
US5251696A (en) * | 1992-04-06 | 1993-10-12 | Boone James R | Method and apparatus for variable speed control of oil well pumping units |
US5281100A (en) * | 1992-04-13 | 1994-01-25 | A.M.C. Technology, Inc. | Well pump control system |
US5316085A (en) * | 1992-04-15 | 1994-05-31 | Exxon Research And Engineering Company | Environmental recovery system |
US5252031A (en) * | 1992-04-21 | 1993-10-12 | Gibbs Sam G | Monitoring and pump-off control with downhole pump cards |
US5316482A (en) * | 1992-10-05 | 1994-05-31 | Bryson Kirk R | Vocabulary board game |
US5284422A (en) * | 1992-10-19 | 1994-02-08 | Turner John M | Method of monitoring and controlling a well pump apparatus |
US5425623A (en) * | 1993-03-23 | 1995-06-20 | Eaton Corporation | Rod pump beam position determination from motor power |
US5318409A (en) * | 1993-03-23 | 1994-06-07 | Westinghouse Electric Corp. | Rod pump flow rate determination from motor power |
US5372482A (en) | 1993-03-23 | 1994-12-13 | Eaton Corporation | Detection of rod pump fillage from motor power |
US5444609A (en) * | 1993-03-25 | 1995-08-22 | Energy Management Corporation | Passive harmonic filter system for variable frequency drives |
US5362206A (en) | 1993-07-21 | 1994-11-08 | Automation Associates | Pump control responsive to voltage-current phase angle |
US5458466A (en) * | 1993-10-22 | 1995-10-17 | Mills; Manuel D. | Monitoring pump stroke for minimizing pump-off state |
US5819849A (en) * | 1994-11-30 | 1998-10-13 | Thermo Instrument Controls, Inc. | Method and apparatus for controlling pump operations in artificial lift production |
US5634522A (en) * | 1996-05-31 | 1997-06-03 | Hershberger; Michael D. | Liquid level detection for artificial lift system control |
CA2163137A1 (en) * | 1995-11-17 | 1997-05-18 | Ben B. Wolodko | Method and apparatus for controlling downhole rotary pump used in production of oil wells |
US5715890A (en) | 1995-12-13 | 1998-02-10 | Nolen; Kenneth B. | Determing fluid levels in wells with flow induced pressure pulses |
US6213722B1 (en) * | 1996-03-29 | 2001-04-10 | Davor Jack Raos | Sucker rod actuating device |
US5823262A (en) * | 1996-04-10 | 1998-10-20 | Micro Motion, Inc. | Coriolis pump-off controller |
US6129110A (en) * | 1996-04-17 | 2000-10-10 | Milton Roy Company | Fluid level management system |
US5782608A (en) * | 1996-10-03 | 1998-07-21 | Delta-X Corporation | Method and apparatus for controlling a progressing cavity well pump |
US5996691A (en) | 1996-10-25 | 1999-12-07 | Norris; Orley (Jay) | Control apparatus and method for controlling the rate of liquid removal from a gas or oil well with a progressive cavity pump |
US5868029A (en) * | 1997-04-14 | 1999-02-09 | Paine; Alan | Method and apparatus for determining fluid level in oil wells |
US6092600A (en) * | 1997-08-22 | 2000-07-25 | Texaco Inc. | Dual injection and lifting system using a rod driven progressive cavity pump and an electrical submersible pump and associate a method |
US6079491A (en) * | 1997-08-22 | 2000-06-27 | Texaco Inc. | Dual injection and lifting system using a rod driven progressive cavity pump and an electrical submersible progressive cavity pump |
US5941305A (en) * | 1998-01-29 | 1999-08-24 | Patton Enterprises, Inc. | Real-time pump optimization system |
US6043569A (en) * | 1998-03-02 | 2000-03-28 | Ferguson; Gregory N. C. | Zero phase sequence current filter apparatus and method for connection to the load end of six or four-wire branch circuits |
GB9810321D0 (en) * | 1998-05-15 | 1998-07-15 | Head Philip | Method of downhole drilling and apparatus therefore |
US6464464B2 (en) * | 1999-03-24 | 2002-10-15 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Apparatus and method for controlling a pump system |
CA2268480C (en) * | 1999-04-09 | 2001-06-19 | 1061933 Ontario Inc. | Universal harmonic mitigating system |
US6155347A (en) | 1999-04-12 | 2000-12-05 | Kudu Industries, Inc. | Method and apparatus for controlling the liquid level in a well |
US6176682B1 (en) * | 1999-08-06 | 2001-01-23 | Manuel D. Mills | Pumpjack dynamometer and method |
US6315523B1 (en) | 2000-02-18 | 2001-11-13 | Djax Corporation | Electrically isolated pump-off controller |
US6343656B1 (en) * | 2000-03-23 | 2002-02-05 | Intevep, S.A. | System and method for optimizing production from a rod-pumping system |
US6285014B1 (en) | 2000-04-28 | 2001-09-04 | Neo Ppg International, Ltd. | Downhole induction heating tool for enhanced oil recovery |
US7275025B2 (en) * | 2000-12-27 | 2007-09-25 | General Electric Company | Method and system for analyzing performance of a turbine |
US6585041B2 (en) * | 2001-07-23 | 2003-07-01 | Baker Hughes Incorporated | Virtual sensors to provide expanded downhole instrumentation for electrical submersible pumps (ESPs) |
US6857474B2 (en) * | 2001-10-02 | 2005-02-22 | Lufkin Industries, Inc. | Methods, apparatus and products useful in the operation of a sucker rod pump during the production of hydrocarbons |
MXPA04005322A (es) | 2001-12-03 | 2005-03-31 | Abb Inc | Metodo y aparato de control de velocidad con biela economizadora. |
CA2614817C (en) | 2002-09-27 | 2010-03-23 | Unico, Inc. | Rod pump control system including parameter estimator |
US20040062658A1 (en) | 2002-09-27 | 2004-04-01 | Beck Thomas L. | Control system for progressing cavity pumps |
US6890156B2 (en) | 2002-11-01 | 2005-05-10 | Polyphase Engineered Controls | Reciprocating pump control system |
CN100378291C (zh) * | 2003-04-10 | 2008-04-02 | 哈尔滨市五环电器设备制造公司 | 抽油机周期变速拖动节能法 |
US7500390B2 (en) | 2005-06-29 | 2009-03-10 | Weatherford/Lamb, Inc. | Method for estimating pump efficiency |
-
2005
- 2005-10-13 CA CA2526345A patent/CA2526345C/en active Active
- 2005-10-13 US US12/090,250 patent/US20080240930A1/en not_active Abandoned
- 2005-10-13 RU RU2008118534/06A patent/RU2381384C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-10-13 CN CN2005800520429A patent/CN101305187B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-10-13 WO PCT/CA2005/001570 patent/WO2007041823A1/en active Application Filing
-
2013
- 2013-02-01 US US13/757,622 patent/US9033676B2/en active Active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532025C2 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская нефтяная инжиниринговая компания" | Способ эксплуатации скважинной штанговой установки |
RU2695243C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2019-07-22 | Бристоль, Инк., Д/Б/А Ремоут Аутомейшен Солюшенз | Способ и устройство для определения параметров насосной установки для использования в скважинах |
RU2749236C2 (ru) * | 2017-02-03 | 2021-06-07 | Дженерал Электрик Компани | Контроллер и способ управления штанговой насосной установкой |
RU2676898C1 (ru) * | 2018-03-01 | 2019-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Нефте-Гидроприводы Конькова" | Система управления гидравлическим приводом штангового насоса |
RU2783937C1 (ru) * | 2019-09-09 | 2022-11-22 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ, устройство и система для управления объектами добычи |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101305187B (zh) | 2010-12-08 |
CA2526345C (en) | 2011-03-01 |
US20130151216A1 (en) | 2013-06-13 |
CA2526345A1 (en) | 2007-04-13 |
US9033676B2 (en) | 2015-05-19 |
RU2008118534A (ru) | 2009-11-20 |
CN101305187A (zh) | 2008-11-12 |
US20080240930A1 (en) | 2008-10-02 |
WO2007041823A8 (en) | 2007-09-13 |
WO2007041823A1 (en) | 2007-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2381384C1 (ru) | Способ и система управления перемещением штока в системе откачки флюида из скважины | |
EP2917472B1 (en) | Apparatus and method of referencing a sucker rod pump | |
US8444393B2 (en) | Rod pump control system including parameter estimator | |
US11703046B2 (en) | Pump system with neural network to manage buckling of a rod string | |
US10508522B2 (en) | Automatic sucker rod spacing device and methods of using same | |
CA2742270A1 (en) | Apparatus for analysis and control of a reciprocating pump system by determination of a pump card | |
US10781813B2 (en) | Controller for a rod pumping unit and method of operation | |
WO2017197321A1 (en) | Beam pumping unit and method of operation | |
Tan et al. | Review of variable speed drive technology in beam pumping units for energy-saving | |
Tecle et al. | A review on sucker rod pump monitoring and diagnostic system | |
RU2749236C2 (ru) | Контроллер и способ управления штанговой насосной установкой | |
US20170037845A1 (en) | Controller and method of controlling a rod pumping unit | |
US10260500B2 (en) | Downhole dynamometer and method of operation | |
Zyuzev et al. | SRPU balance monitoring by wattmeter card | |
CA2614817C (en) | Rod pump control system including parameter estimator | |
US20240191614A1 (en) | Rapid sucker rod pump downhole dynacard estimation for deviated wells | |
CN116411930A (zh) | 一种基于示功图的抽油机井杆管偏磨判断方法及系统 | |
Carroll | Beam lift-a study of important parameters:(1) well bore orientation effects on liquid entry into the pump.(2) Pumping unit counterbalance effects on power usage.(3) Pump friction and the use of sinker bars. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181014 |