控制杆泵送单元的控制器和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于以一定泵速度操作杆泵送单元的控制器。控制器包括这样的处理器，其构造成以第一速度操作杆泵送单元的泵活塞。处理器另外构造成基于位置信号和负载信号确定对于泵行程的泵填充水平。处理器另外构造成基于用于泵行程的泵填充水平减少泵速度到第二速度。

Controller and method for control rod pumping unit

The invention relates to a controller for operating a rod pumping unit at a certain pump speed. The controller includes such a processor configured to operate the pump piston of the rod pumping unit at a first speed. The processor is further configured to determine the pump fill level for the pump stroke based on the position signal and the load signal. The processor is further configured to reduce the pump speed to the second speed based on the pump fill level for the pump stroke.

【技术实现步骤摘要】
控制杆泵送单元的控制器和方法优先权文件本申请是在2015年11月18号提交的美国申请14/945,163，标题为“控制杆泵送单元的控制器和方法”的部分连续案且要求享有其权益，该美国申请14/945,163通过引用以其整体并入在本文中。
本公开的领域大体涉及杆泵送单元(rodpumpingunit)，并且更具体地涉及杆泵送单元控制系统和控制杆泵送单元的方法。
技术介绍
大多数已知的杆泵送单元(也已知为表面泵送单元)被使用在井中以导引流体流、例如油和水。杆泵送单元的示例例如但无限制地包括线性泵送单元(linearpumpingunit)和梁式泵送单元(beampumpingunit)。杆泵送单元将旋转运动从原动机例如引擎或电马达转换成在井口上方的往复运动。该运动继而用于经由通过抽吸杆柱(suckerrodstring，有时也称为抽油杆柱)的连接而驱动往复井下泵(down-holepump)。可在长度上延伸较长距离(miles)的抽吸杆柱将往复运动从在表面处的井口(wellhead)传输到地下活塞、或柱塞、以及在井的流体轴承区域(fluidbearingzone)中的阀。活塞阀的往复运动导引流体向上流动抽吸杆柱的长度到井口。部件包括(例如但无限制地)经受较宽范围的应力的杆泵送单元的马达、杆和齿轮箱。这样的应力使得杆泵送单元的各种部件疲劳并且减少了设备的服务寿命。此外，这样的应力增加了杆泵送单元或者杆泵送单元部件失效的可能性。减少的服务寿命和失效引进了对于杆泵送单元的操作者的成本。这些成本可包括例如维修成本、部件更换成本、和停机时间与生产损耗成本。大多数常见的杆泵送单元包括杆泵送单元控制器，其以倾向于使部件失效最小化且延长杆泵送单元的服务寿命的方式驱动杆泵送单元。例如，杆泵送单元控制器可以以一定的在制造者操作说明书的限度内的速度操作杆泵送单元。这样的杆泵送单元控制器不移除来自操作杆泵送单元的所有应力。一些应力以及引起那些应力的条件在杆泵送单元操作时随时间变化。一个这样的应力是由流体撞击(fluidpound)引起的。流体撞击在泵活塞打击泵中的流体的表面时出现。流体撞击的出现和它在杆泵送单元的杆、马达和齿轮箱上所产生的应力在操作过程期间变化。例如，在贮存器入流、压力、和泵填充中的变化在活塞行程中的某个点影响活塞打击流体表面。
技术实现思路
在一方面，提供了用于杆泵送单元的控制器。控制器以一定泵速度操作杆泵送单元。控制器包括这样的处理器，其构造成以第一速度操作杆泵送单元的泵活塞。处理器另外构造成基于位置信号和负载信号确定对于泵行程的泵填充水平。处理器另外构造成基于对于泵行程的泵填充水平减少泵速度到第二速度。在另一方面，提供了控制杆泵送单元的方法。该方法包括确定泵活塞位置和泵活塞负载。该方法还包括基于泵活塞位置和泵活塞负载计算泵填充水平。该方法进一步包括以等于第一速度的预定的泵速度操作杆泵送单元。该方法还包括基于泵填充水平和泵活塞位置减少预定的泵速度到第二速度。该方法进一步包括在泵活塞接触在杆泵送单元的桶内的流体表面后增加预定的泵速度到第三速度。在还另一方面，提供了杆泵送单元。该杆泵送单元包括泵、杆、和控制器。该地面下的泵包括可在桶内操作的泵活塞。该杆联接于马达和泵，且构造成以预定的泵速度操作泵。该控制器联接于马达并且构造成在下行程上以预定泵速度驱动泵活塞。该预定的泵速度等于第一速度。控制器进一步构造成在下行程上使泵活塞减速，以使预定的泵速度等于第二速度。控制器进一步构造成在泵活塞接触在桶内的流体表面之后使在下行程上的泵活塞加速。在还另一方面，本专利技术提供了用于以一定泵速度操作杆泵送单元的控制器，所述控制器包括处理器，其构造成：在泵行程内以第一泵活塞速度操作杆泵送单元的泵活塞；基于位置信号和负载信号确定对于泵行程的泵填充水平；在泵行程内预料到流体撞击事件时基于对于泵行程的泵填充水平减少第一泵活塞速度到第二泵活塞速度；并且在泵行程内在流体撞击事件后增加第二泵活塞速度到第三泵活塞速度。在还另一方面，本专利技术提供了控制杆泵送单元的方法，所述方法包括：确定泵活塞位置和泵活塞负载；基于泵活塞位置和泵活塞负载计算泵填充水平；以第一速度操作杆泵送单元；在预料到流体撞击事件时基于泵填充水平和泵活塞位置减少第一泵活塞速度到第二泵活塞速度；并且在流体撞击事件后增加第二泵速度到第三泵速度；其中，所述确定、计算、操作、减少和增加在单个泵行程内被执行。在还另一方面，本专利技术提供了杆泵送单元，其包括：包括泵活塞和桶的泵，所述泵活塞在所述桶内可操作；联接至马达和所述泵的杆，所述杆构造成以一定泵速度操作所述泵；和联接至所述马达的控制器，且其构造成：在下行程上以第一速度驱动所述泵活塞；在下行程上使所述泵活塞减速以使得泵速度等于第二速度；在所述泵活塞接触在所述桶内的流体表面后在下行程上加速所述泵活塞。实施方案1.一种用于以一定泵速度操作杆泵送单元的控制器，所述控制器包括处理器，其构造成：以第一泵活塞速度在泵行程内操作所述杆泵送单元的泵活塞;基于位置信号和负载信号确定对于所述泵行程的泵填充水平；在所述泵行程内在预料到流体撞击事件时基于对于所述泵行程的泵填充水平减少所述第一泵活塞速度至第二泵活塞速度；并且在所述流体撞击事件后在所述泵行程内增加所述第二泵活塞速度至第三泵活塞速度，在单个泵行程内。实施方案2.根据实施方案1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于所述位置信号和所述负载信号计算实时泵卡，所述泵卡包括由所述位置信号所代表的所述泵活塞的井下位置和由所述负载信号所代表的所述泵活塞的井下负载。实施方案3.根据实施方案1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于在上一泵行程期间的流体接触位置确定所述泵填充水平。实施方案4.根据实施方案3所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于对于所述上一泵行程的所述泵活塞的位置和所述泵活塞的负载确定所述流体接触位置。实施方案5.根据实施方案1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成在所述泵行程内减少所述第三泵活塞速度至所述第一泵。实施方案6.根据实施方案1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于所述泵填充水平计算所述第一泵活塞速度。实施方案7.根据实施方案1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于所述位置信号和所述负载信号使用杆泵送单元动态模型计算在所述杆泵送单元上的实时应力。实施方案8.根据实施方案7所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于所述计算的实时应力调整所述泵速度，以控制在所述杆泵送单元上的峰值应力并在所述泵行程上保持平均泵速度。实施方案9.一种控制杆泵送单元的方法，所述方法包括：确定泵活塞位置和泵活塞负载；基于所述泵活塞位置和所述泵活塞负载计算泵填充水平；以第一速度操作所述杆泵送单元；在预料到流体撞击事件时基于所述泵填充水平和所述泵活塞位置减少所述第一泵速度至第二速度；并且在所述流体撞击事件后增加所述第二泵速度至第三泵速度；其中，所述确定、计算、操作、减少和增加在单一泵行程内实施。实施方案10.根据实施方案9所述的方法，其特征在于，所述第二泵速度是预定值。实施方案11.根据实施方案10所述的方法，其特征在于，所述第三泵速度是在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于以一定泵速度操作杆泵送单元的控制器，所述控制器包括处理器，其构造成：以第一泵活塞速度在泵行程内操作所述杆泵送单元的泵活塞;基于位置信号和负载信号确定对于所述泵行程的泵填充水平；在所述泵行程内在预料到流体撞击事件时基于对于所述泵行程的泵填充水平减少所述第一泵活塞速度至第二泵活塞速度；并且在所述流体撞击事件后在所述泵行程内增加所述第二泵活塞速度至第三泵活塞速度，在单个泵行程内。

【技术特征摘要】
2017.02.03 US 15/4244521.一种用于以一定泵速度操作杆泵送单元的控制器，所述控制器包括处理器，其构造成：以第一泵活塞速度在泵行程内操作所述杆泵送单元的泵活塞;基于位置信号和负载信号确定对于所述泵行程的泵填充水平；在所述泵行程内在预料到流体撞击事件时基于对于所述泵行程的泵填充水平减少所述第一泵活塞速度至第二泵活塞速度；并且在所述流体撞击事件后在所述泵行程内增加所述第二泵活塞速度至第三泵活塞速度，在单个泵行程内。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于所述位置信号和所述负载信号计算实时泵卡，所述泵卡包括由所述位置信号所代表的所述泵活塞的井下位置和由所述负载信号所代表的所述泵活塞的井下负载。3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于在上一泵行程期间的流体接触位置确定所述泵填充水平。4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于对于所述上一泵行程的所述泵活塞的位置和所述泵活塞的负载确定所述流体接触位置。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：O阿尔阿拉萨，RS布罗姆，G休斯，JE巴顿，P韦斯特坎普，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US