[发明专利]控制杆泵送单元的控制器和方法

说明书

本发明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。

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。

技术领域

本公开的领域大体涉及杆泵送单元(rod pumping unit)，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。

背景技术

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(linear pumpingunit)和梁式泵送单元(beam pumping unit)。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(sucker rodstring，有时也称为抽油杆柱)的连接而驱动往复井下泵(down-hole pump)。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(well head)传输到地下活塞、或柱塞、以及在井的流体轴承区域(fluid bearing zone)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(fluid pound)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。

发明内容

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。