CN114641602B 用于控制人工举升单元的系统和方法 （韦特福特科技控股有限责任公司）

2022.05.05PCT/US2020/0582612020.10.30WO2021/091792EN2021.05.14US2017/0363088A1,201US2014/0237487A1,2014.0WO2020/117253A1,2020.0WO2020/206403A1,2020.10.08一种系统和方法控制多个井场处的多个人井场处的感测设备获得人工举升单元中的每一的建模功能分析人工举升单元的操作参数的趋的趋势预测人工举升单元中的至少一个人工举通过在至少一个人工举升单元处实现至少一个2将分布式处理设备与所述多个井场处的已安装的控制器和已安装的通信系统进行对在一个或更多个网络中将所述分布式处理设在所述分布式处理设备处从所述井场处的已安装的感测设备实时获得所述人工举升的所述地面动力单元的输出，来针对至少一个人工举升单元的确定状况确定自动化控制；通过将指令配置成实现所述自动化控制并且将经配置的指令从所述分布式处理设备进行网络通信的至少一个第一接口并且具有用于与所述已安装的通信系统中的至少一个3.根据权利要求2所述的方法，所述人工举升单元包括两种或更多种类型的人工举升单元，所述两种或更多种类型的人工举升单元中的每一个具有给定类型的已安装的控制定一个控制装置与所述两种或更多种类型的人工举升单元中的给定类型的人工举升单元所述已安装的通信系统的组合传送所述人工举升单元中的每一个5.根据权利要求1所述的方法，还包括利用所述分布式处理设备在所述处理设备与所述已安装的通信系统之间代理去往和来自所述已安装的3举升单元的有害操作的所述至少一个人工举升单元的井12.一种控制多个井场处的多个人工举升单元的方法，所述人工举升单元具有往复杆将分布式处理设备与所述多个井场处的已安装的控制器和已安装的通信系统进行对在一个或更多个网络中将所述分布式处理设在所述分布式处理设备处从所述井场处的已安装的感测设备实时获得所述人工举升通过将指令配置成实现所述自动化控制并且将经配置的指令从所述分布式处理设备所述井场和所述人工举升单元的数字表示的4工举升单元的有害操作的所述至少一个人工举升18.根据权利要求12所述的方法，还包括基于从所述分布式处理设备发送到所述已安络进行网络通信的至少一个第一接口并且具有用于与所述已安装的通信系统中的至少一20.根据权利要求19所述的方法，所述人工举升单元包括两种或更多种类型的人工举定一个控制装置与所述两种或更多种类型的人工举升单元中的给定类型的人工举升单元和所述已安装的通信系统的组合传送所述人工举升单元中的每一22.根据权利要求12所述的方法，还包括利用所述分布式处理设备在所述处理设备与所述已安装的通信系统之间代理去往和来自所述已安装的24.一种用于多个井场处的多个人工举升单元的存储有程序指令的可编程存储装置，序指令用于使分布式处理设备执行根据权利要求1或1225.一种用于控制多个井场处的多个人工举升单元的系统，所述人工举升单元具有已具有与一个或更多个网络进行通信的网络接口并且具有与所述已安装的通信系统进场处用于所述人工举升单元，所述分布式处理设备被配置成执行根据权利要求1或12所述5[0002]本申请要求于2019年11月5日提交的美国临时申6可能在通信故障期间或在中心位置的不频繁轮[0013]本公开内容的主题旨在克服或至少减轻上面阐述的问题中的一个或更多个问题7[0017]本公开内容的主题旨在克服或至少减少上面阐述的问题中的一个或更多个问题[0023]图6示出了被改造为所公开的系统的与本地控制器连接的控制装置的另一种配[0031]图12A示出了根据本公开内容的被配置用于使用水力喷射泵系统进行人工举升的可以由不同的技术人员30维修并且可以由不同的[0039]控制系统50提供了监测和控制影响单元100的许多非典型、非最佳或有害“状况”8[0044]如图1所示的一种类型的人工举升单元100A具有控制装置60和控制器70以监测人还包括允许控制系统50针对状况监测和控制人工举升单元100A的特征，如此能够采取主信设备62来传送监测的状况并且可以远程或本地接收指令以处[0045]控制器70的传感器可以永久地安装在人工举升单元100上。传感器数据由控制装[0046]作为另一示例，如图1所示的一个人工举升单元100B可以是具有用于监测人工举升单元100的控制器70的一部分或者可以与人工举升单元100的控9[0050]对于此处如图1中所示的杆式举升单元100B、100D，控制装置60可以检测各种状基于检测到的事件或警报由控制装置60关闭举升系统50的一部分的给定人工举升单元100可以具有本文公开的突出部件的其他配置，其具52上的控制装置60处理。自动化控制可以被传送回单元100C以由适当配置的控制器70实不足状况。如果单元100B包括用于提供连续变速控制的变频驱动器例如Weatherford变频[0057]控制系统50允许在发生多种情况中的任何一种时处理人工举升单元100A至100D统50允许给定的人工举升单元100A至100D通过监测参数、执行计算和提供用于修改单元[0058]可以看出，控制系统50在具有人工举升单元100的井场处将分析软件与硬件相结在井场处或可通过网络通信获得时，控制系统50使用预测分析和人工智能来降低维护成或者可以是计算机以处理对特定单元100的监具有经配置的控制器70的人工举升单元100b处可用，并且控制装置60d可以与单元100a通如将理解的，这样的远程终端单元(RTU)是具有可以使用遥测协议与井场处的部件进行对据存储和计划的数据轮询的传统SCADA系统不同，所公开的系统50的控制装置60在井场处存储高频数据并且将数据实时传输到数据中心40处的运营商后台SCADA系统40和/或实时[0064]与具有有限数据存储和零星数据提取的传统SCADA系统不同，控制系统50可以在用控制装置60c可以与云52通信以供客户端数据中心40和中心位置54访问。专用控制装置[0066]中心位置54处的控制装置60b可以与云52通信。对于那些缺少控制装置60的单元54的远程控制装置60b通信。系统计算和网络通信的这些和其他布置可以用在公开的控制模块可以包括用于螺杆泵(PCP)、流量控制技术(FCT)、净油计算机(NOC)、远程终端单元[0071]如本文所公开的，控制应用220的特征可以在云52上或在控制装置60上适当地可[0072]SCADA模块230可以基于收集和管理各种数据的CYGNETTMSCADA平台。CYGNET是直接与人工举升单元的控制器70通信。SCADA模块230包括轮询功能、通信功能(TCP/串[0074]分析模块260执行许多分析功能，许多分析功能包括预测井和设备故障、收集数据、在云(52)上训练模型、在云(52)上运行时评分等。分析模块260经由代表性状态转移数据准备脚本(PythonDataPreparationScript)264，并且清理的数据被存储在暂存区单元的状况。通过工作流管理系统将用于构建批作业的数据管道的编排280提供给分析模[0076]控制装置60上的系统应用200被配备为实时运行工程模型。建模功能中的工程模用200使用修改的Everitt-Jennings分析，并且使用自动模式匹配和识别来检测示功图中[0078]对杆式举升单元100的自动监测可以涉及高频数据记录和经由用于控制器警报的统应用200可以基于试井数据或日常操作状况使用以下井分析工具来识别举升机会。系统器警报的MQTT的即时警报通知以及用于确定气举或自然流动井何时发生段塞的智能警报。可以基于节点分析计算(使用实际速率数据)来提供注气速率[0082]图4示出了在所公开的系统50中使用的控制装置60，其连接至具有传感器76的其他远程终端单元72并且经由云62连接至数据中心40。控制装置60包括SCADA模块63和处理[0084]图5示出了与人工单元控制器70连接的控制装置60的一种配置，该人工单元控制[0085]图6示出了被改造成所公开的系统的与本地控制器72连接的控制装置60的另一种[0087]在理解了控制装置的软件和一些通信之后，图7示出了处于与所公开的系统通信以太网端口62b和无线模块62d至62e。无线模块可以包括无线蓝牙或WIFI模块62e以及可以经由本地无线连接82e(至无线模块62e)或经由有线连接82b(通过连接至以太网端口62b的交叉以太网线缆)连接至控制装置60。便携式装置80还可以经由蜂窝连接82a与网络过串行/IP连接与人工举升单元100的部件通信，或者可以通过至蜂窝或无线电连接的串用户可以通过蜂窝调制解调器或客户无线电网络通过具有互联网连接的控制装置60物理油泵112处的杆柱12的位置和负载的地面测量与数值方法一起用于计算泵柱塞20的位置和处测量这些特性来收集诸如负载和杆柱位移的系[0105]当前的泵送单元例如抽油机112被平衡以减少能量消耗。平衡子系统使用沿曲柄臂126在预定点处附接的重物134来抵消井中的一部分杆负载。这些重物134的位置通常作置重物的位置所涉及的计算多年来已为传统泵送单元领域的技术人组件120的致动器130。用于往复杆式系统的光杆118使用电缆114和光杆吊架116连接至步进梁110的一个或更多个前柱104和一个或更多个后柱106，步进梁110由轴承组件108可枢[0109]曲柄组件120包括通过尾部或平衡器轴承组件124联接至步进梁110的一端110a的在下冲程期间，马达130在马头112上的重量和负载的帮助下旋转曲柄臂126以升高平衡重[0113]基于往复杆式系统的重量和负载(即，将往复杆和流体举升到井筒中的井下泵上一个或更多个部件在上冲程和下冲程期间具有基本对称的加速度和/或速度。部件可以是[0114]根据本公开内容，往复杆式举升单元100包括用于平衡/调整单元100的管理组件andMethodsforCounterbalancingaPumpingUnit”的共同未决的美国申请15/345,[0118]尽管传感器152在图10A中被示出附接在往复杆式举升单元100上的一个位置处，感器152可以附接至活塞销组件128附近的连杆臂122，因此控制器160可以测量平衡重134[0121]传感器152可以包括用于测量取向例如平衡重(134)的取向的取向传感器154。在传感器156可以是用于测量速度的任何合适的传感器。传感器152可以包括加速度传感器感器152和控制板151封闭在其中的密封外壳。传感器接口150还可以包括允许传感器接口150牢固地附接至泵送单元100的移动部160可以作为永久元件合并到往复杆式举升单元(100)的整体控制系统中，或者控制器160150的测量结果、检测往复杆式举升单元(100)中的平衡状况例如任何不平衡和/或提供平衡/调整单元(100)的解决方案的计算机程序或应用。[0127]在提供用于平衡/调整往复杆式举升单元(100)的解决方案中，控制器160可以为提供用于平衡/调整往复杆式举升单元(100)的解决方案中，控制器160可以向泵送单元如参照图4至图11公开了这些解决方案的细节，并且该美国申请的全部内容通过引用并入的控制器的示例包括可从WeatherfordInternational获得的用于杆式泵优化的WELLPILOT&控制器。(WELLPILOT是WeatherfordTechnologyHoldings有限责任公司的注册商标。)控制器160经由传感器接口150的输入/输出模块连接至单元100的各种传[0135]如前所述，生产设备被配置用于使用井下喷射泵350进行液压举升。井下喷射泵[0136]举升设备还可以包括设置在井下喷射泵350的入口处的固定阀357。固定阀357可以是井下喷射泵350的一部分(或安装在井下喷射泵350上)并且可以与其一起运行。替选动力流体单元(360)对动力流体PF进行加压并将经加压的动力流体PF注入到管20的通孔22环空14b中的井下隔离的生产P可以通过通孔22向上流动、通过固定阀355并且进入井下喷[0139]喷嘴352利用文丘里(Venturi)效应降低动力流体PF的流体压力。这将生产流体P[0140]在先前的布置中，喷射泵350利用从地面沿着通孔22向下传送的动力流体PF进行360可以单独为一个井服务(如此处所示)或者可以用于若干井。动力-流体单元360具有原动机368和地面泵362并且用于将动力流体注入井口11中以操作设置在管20的孔22中的底泵362可以包括范围从60到625HP的多联泵，并且原动机368可以包括电动马达或由变速驱[0143]地面处滑轨上的调节单元370包括用于接收来自井的生产流体和排出的动力流体[0144]图12C示出了本公开内容的喷射泵控制器400的示意图。控制器400包括处理单元400和存储器404可以使用适合在具有根据本公开内容的人工举升设备的井场处现场使用用于驱动水力喷射泵单元(300)的变速驱动器368来控制原动机。软件406包括用于计算水力喷射泵单元(300)的参数的建模功能中的算法。这些算法可以类似于可从WeatherfordSoftware)软件中获得的算法。控制器400还与根据本公开内容的控制装置60连接或集成，[0146]驱动接口408a连接至用于操作单元(300)的地面泵的原动机(即马达)的变速驱动的地面泵的类型被配置和布置在水力喷射泵单元可以被配置成检测振动或其他空化指示，如于2016年8月31日提交的共同未决的美国申请[0150]在控制器400处，现场操作员可以通过显示器410和输入装置412将初始配置数据如Weatherford的JEMS程序中可用的配置信息和计算分析。本领域中已经基于喷射泵的理[0151]在来自输入的初始配置、喷嘴和喉部的适当尺寸确定以及动力流体单元(360)的射泵350时空化的知识很重要，因此控制器400还基于实时信息计算并显示单元(300)的空化来优化喷射泵350的运行寿命。控制器400还可以跟踪井的下降趋势并且预测喷射泵350以被配置成通过调节单元370来操作和控制对[0153]具有控制装置60的控制系统50使用例如参照于2019年3月25日提交的未决美国申请第16/363,592号的图3至图7所讨论的技术来监测和控制水力喷射泵单元(300)，该美国[0154]除了上面公开的示例之外，本公开内容的控制系统50可以与注气单元一起使[0156]如果在决策(508)处，过程(500)确定实际注入深度(T)确实等于优化的注入深度[0157]如果实际注入速率(T)不为空(在决策处为是)，则过程(500)计算实际注入速率的注气速率，并且触发警报(520)。如果日平均注气速率QGI(T)等于优化的注气速率QGI[0158]在过程(500)中做出最佳注气速率QGI大于允许的最大注气速率的决策(528)。如速率(532)，优化的注气速率与速率和深度一起被保存在为气举单元存储的日平均表中一通信接口62a可以是连接至井场处的已安装或现有的串行无线电系统73的串行/RS232端[0161]控制装置60包括在现有通信系统73与控制装置60的数据收集引擎600之间进行对本文公开的其他网络配置。数据收集引擎600包括上面讨论的那些元件，例如关于图3的先考虑系统73和接口62a的现有/已安现有轮询/串行通信信道73、62a接收到请求或者控制装置的内部轮询基础设施600从RTU/[0163]该业务的代理允许通常较慢的原始轮询基础设施以相同的速率轮询RTU/控制器70、72而不会中断。同时，控制装置60的数据收集引擎600可以在遗留轮询基础设施不与发送至控制器70(块660)并且处理控制装置60到控制器7[0165]当代理610监测时(决策656)，它可以确定现有/已安装的通信系统73正在与控制理610监测现有/已安装的通信系统73是否正在与控制器70通信(决策672)。如果数据是针[0168]优选和其他实施方式的前述描述不旨在限制或限制申请人构思的发明构思的范征可以单独地或与任何其他描述的特征组合地用于所公开主题的任何其他实施方式或方