Управление множеством насосных установок для гидроразрыва пласта для обеспечения плавной коррекции общего расхода
Изменение совокупной скорости закачивания множества насосных установок путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, причем каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы тем самым уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.
Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущество предварительной заявки на патент США № 62/620,663, озаглавленной Operating Multiple Fracturing Pumps to Deliver a Smooth Total Flow Rate Transition, поданной 23 января 2018 г., полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
[0002] Высокообъемные насосы высокого давления применяются на буровых площадках для ряда операций закачки. Такие операции могут включать бурение, цементирование, кислотную обработку, гидроабразивную резку, гидравлический разрыв и другие операции, осуществляемые на буровой площадке. В некоторых операциях закачки несколько насосов могут сообщаться по текучей среде со скважиной посредством различных трубопроводов для текучей среды и/или коллектора. Во время таких операций трубопроводы для текучей среды и/или коллектор распределяют текучую среду под низким давлением из смесителя, перемешивающего устройства и/или других источников между насосами и объединяют текучую среду под давлением из насосов для нагнетания в скважину. На успешность операций закачки на буровой площадке могут влиять множество факторов, таких как эффективность, частота отказов и уровень безопасности, которые связаны с работой насосов. Систематические пики высокого давления и расхода, а также вибрации, создаваемые насосами, могут стать причиной механической усталости, износа и/или другого повреждения насосов, что может снизить расход при закачке, качество скважинных операций и/или эффективность.
[0003] Чтобы гарантировать, что насосы выдают заданный расходы или, с другой стороны, работают намеченным образом, люди-операторы на буровой площадке могут вручную управлять или регулировать работу каждого насоса и связанного механизма передачи во время скважинных операций закачки. Например, во время операции по гидроразрыву расход закачиваемого раствора непосредственной влияет на давление на устье скважины, причем пики и спады давления, создаваемые насосными установками для ГРП, снижают качество операции по гидроразрыву. Таким образом, оператор насоса, таким образом, пытается управлять работой насосов так, чтобы насосы обеспечивали плавный общий расход во время фаз коррекции расхода раствора (т. е. увеличения и уменьшения) операции по гидроразрыву.
[0004] Однако управление насосными установками для ГРП вручную за счет управления механизмами передачи (например, за счет переключения передачи) и основными движителями (например, дроссельными заслонками моторов/двигателей) не дает надлежащего управления насосами. Например, оператор насоса может одновременно управлять только одним насосом. Кроме того, насосы могут быть изготовлены из разных компонентов и могут иметь разные уровни износа и срабатывания, вследствие чего одни и те же параметры механизма передачи и основного движителя не могут обеспечить точное управление насосами. То есть, разные компоненты насосных установок для ГРП (например, двигатель, механизм передачи, приводная часть, гидравлическая часть и т.д.) могут иметь разные параметры и возможности, и разные уровни износа разных компонентов насоса повышают нестабильность при управлении насосами для достижения целевого расхода.
Сущность изобретения
[0005] В данном описании сущности изобретения представлен выбор концепций, которые далее описываются ниже в подробном описании. Данное описание сущности изобретения не предназначено для указания неотъемлемых признаков заявляемого объекта изобретения, и его не следует рассматривать, как ограничивающее объем заявляемого объекта изобретения.
[0006] В настоящем изобретении предлагается устройство, которое содержит контроллер, имеющий процессор и запоминающее устройство, на котором хранятся закодированные команды, которые, при их исполнении процессором, предназначены для управления контроллером с целью изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок насосной системы путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, в том числе таким образом, что каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0007] В настоящем изобретении также предлагается способ, который включает инициацию управления контроллером для изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, в том числе таким образом, что каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0008] В настоящем изобретении также предлагается способ, включающий получение плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельных скоростей закачивания множества насосных установок насосной системы, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания насосной системы. Насосные установки группируются с образованием первой группы насосных установок, в которой регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой увеличения, и второй группы других насосных установок, в которой регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой уменьшения. Способ также включает создание первого списка насосных установок в первой группе, отсортированной по величине увеличений, создание второго списка насосных установок во второй группе, отсортированной по величине уменьшений, и создание графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания. Каждый этап коррекции включает регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для одной из насосных установок, причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
[0009] В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее контроллер, выполненный с возможностью соединения с обеспечением связи с каждым контроллером насосной установки множества насосных установок. Каждый контроллер насосной установки осуществляет связь с по меньшей мере одним из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя или механизма передачи соответствующей насосной установки. Контроллер содержит программируемый процессор, имеющий запоминающее устройство, и интерфейсную схему, соединенную с устройством ввода. Программируемый процессор выполнен с возможностью обработки закодированных команд от устройства ввода и передачи закодированных команд на контроллеры насосных установок. По меньшей мере одно из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя и/или механизма передачи каждой насосной установки реагирует на закодированные команды для изменения совокупной скорости закачивания насосных установок. Каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0010] Эти и дополнительные аспекты настоящего изобретения излагаются в нижеследующем описании и/или могут быть поняты средним специалистом в данной области техники посредством прочтения приведенного здесь материала и/или практической реализации описываемых здесь принципов. По меньшей мере некоторые аспекты настоящего изобретения могут быть достигнуты посредством средств, описываемых в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Настоящее изобретение станет понятным при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые фигуры. Отмечается, что в соответствии со стандартной практикой в данной отрасли, различные элементы не показаны с соблюдением масштаба. Фактически, для ясности описания размеры различных элементов могут быть произвольно увеличены или уменьшены.
[0012] На фиг. 1 представлен схематический вид по меньшей мере части примера осуществления устройства в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0013] На фиг. 2 представлен схематический вид в перспективе части примера осуществления устройства, показанного на фиг. 1, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0014] На фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе части примера осуществления устройства, показанного на фиг. 2, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 4 представлен схематический вид по меньшей мере части примера осуществления устройства в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 5 представлен график, связанный с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 6 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 7-10 представлены графические изображения, связанные с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 11 представлена схема, связанная с примером способа, показанного на фиг. 6.
Подробное описание ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Следует понимать, что в нижеследующем описании представлено много различных вариантов осуществления, или примеров, для реализации различных признаков или комбинаций признаков. Ниже описаны конкретные примеры компонентов и расположения для упрощения настоящего описания. Это лишь примеры, и они не носят ограничительного характера. Кроме того, в настоящем описании в различных примерах могут повторяться ссылочные числовые и/или буквенные позиции. Данное повторение служит для упрощения и ясности и не указывает на взаимосвязь между различными описываемыми вариантами осуществления и/или конфигурациями.
[0021] На фиг. 1 представлен схематический вид по меньшей мере части примера окружения, в котором может использоваться система управления в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. На чертеже показана буровая площадка 102, ствол 104 скважины, проходящий от земной поверхности буровой площадки 102, вид в частичном разрезе подземного пласта 106, через который проходит ствол 104 скважины, устье 108 скважины и система 100 буровой площадки, содержащая различные единицы оборудования или компоненты, расположенные на буровой площадке 102. Система 100 буровой площадки может быть выполнена с возможностью перемещения различных материалов и добавок между соответствующими пунктами отправки и пунктами назначения, например, для перемешивания или смешивания и последующего нагнетания в ствол 104 скважины во время операций по гидроразрыву.
[0022] Система 100 буровой площадки может содержать блок 108 смешивания (далее называемый «смесителем»), соединенный по текучей среде с одним или более резервуарами 110 и контейнером 112. Контейнер 112 может содержать первый материал, а резервуары 110 могут содержать жидкость. Первый материал может представлять собой или содержать гидратируемый материал или гелеобразующий агент, такой как целлюлоза, глина, галактоманнан, гуар, полимеры, синтетические полимеры и/или полисахариды, среди прочих примеров. Жидкость может представлять собой или содержать водную текучую среду, такую как вода, или водный раствор, содержащий воду, среди прочих примеров. Смеситель 108 может быть выполнен с возможностью получения первого материала и жидкости посредством двух или более трубопроводов или других средств перемещения материала (далее - просто «трубопроводы») 114, 116 и смешивания или иного объединения первого материала и жидкости с образованием базовой текучей среды, которая может представлять собой или содержать то, что известно в данной области техники как гель. Смеситель 108 может затем выпускать базовую текучую среду посредством одного или более трубопроводов 118 для текучей среды.
[0023] Система 100 буровой площадки может дополнительно содержать смеситель 124, сообщающийся по текучей среде со смесителем 108 и контейнером 126. Контейнер 126 может содержать второй материал, который может существенно отличаться от первого материала. Например, второй материал может представлять собой или содержать расклинивающий материал, такой как кварц, песок, песчанообразные частицы, диоксид кремния и/или расклинивающие агенты, среди прочих примеров. Смеситель 124 может быть выполнен с возможностью получения базовой текучей среды из смесителя 108 (посредством одного или более трубопроводов 118) и второго материала из контейнера 126 (посредством одного или более трубопроводов 128) и смешивания или объединения иным образом базовой текучей среды и второго материала с образованием смеси. Смесь может представлять собой или содержать то, что известно в данной области техники как жидкость для гидроразрыва.
[0024] Один или более трубопроводов 130 могут передавать смесь из смесителя 124 к коллектору 136, который может быть известен в данной области техники как прицеп с блоком манифольда или блок манифольда трейлерного типа. Коллектор 136 может содержать коллектор 138 низкого давления и коллектор 140 высокого давления (а также различные клапаны и отклонители, не обозначенные на фиг. 1). Коллектор 136 может распределять смесь среди парка насосных установок 150 посредством распределительного коллектора 138 низкого давления. Хотя парк насосов показан, как содержащий шесть насосных установок 150, парк насосов может содержать другое количество насосных установок 150 в пределах объема настоящего изобретения. Коллектор 136 и насосные установки 150 (и, возможно, другие компоненты) совместно образуют насосную систему 135.
[0025] Каждая насосная установка 150 может содержать насос 152, основной движитель 154 и, возможно, теплообменник 156. Каждая насосная установка 150 может получать смесь из соответствующего выпускного отверстия коллектора 138 низкого давления, например, посредством одного или более трубопроводов 142, а затем сжимать смесь и выпускать смесь высокого давления в соответствующее впускное отверстие коллектора 140 высокого давления, например, посредством одного или более трубопроводов 144. Смесь под давлением затем может быть выпущена из коллектора 140 высокого давления в ствол 104 скважины, например, посредством одного или более трубопроводов 146, устья 105 скважины и, возможно, различных дополнительных клапанов, трубопроводов и/или другой гидравлической схемы (не показаны), присоединенной по текучей среде между коллектором 136 и стволом 104 скважины.
[0026] Система 100 буровой площадки также может иметь центр 160 управления, содержащий контроллер 161 (например, устройство обработки, компьютер, ПЛК и т.д.), который может быть выполнен с возможностью обеспечения управления одной или более частями системы 100 буровой площадки и/или отслеживания работоспособности и функциональности одной или более частей системы 100 буровой площадки. Контроллер 161 (также называемый в настоящем документе координирующим контроллером 161) может быть соединен с обеспечением связи с различными единицами оборудования на буровой площадке, описанными в настоящем документе, и может быть выполнен с возможностью получения сигналов от и передачи сигналов на такие единицы оборудования для выполнения различных операций, описанных в настоящем документе. Например, контроллер 161 может быть выполнен с возможностью отслеживания и управления одной или более частями смесителей 108, 124, насосных установок 150, коллектора 136 и различных других насосов, транспортеров и/или других единиц оборудования на буровой площадке (не показаны), которые расположены вдоль трубопроводов 114, 116, 118, 128, 130 и которые, например, могут быть совместно выполнены с возможностью перемещения, смешивания, разделения и/или измерения текучих сред, материалов, и/или смесей, описанных выше, и нагнетания таких текучих сред, материалов и/или смесей в ствол 104 скважины. Контроллер 161 может хранить управляющие команды, рабочие параметры и уставки, закодированные команды, исполняемые программы и другие данные или информацию, в том числе для реализации одного или более аспектов операций, описанных в настоящем документе. Связь между контроллером 161 и различными частями системы 100 буровой площадки может осуществляться посредством средств проводной и/или беспроводной связи. Однако для ясности и простоты описания, такие средства связи не показаны на фиг. 1, и среднему специалисту в данной области техники будет очевидно, что такие средства связи находятся в пределах объема настоящего изобретения.
[0027] Промысловый инженер, оператор оборудования или оператор промысловых работ (совместно называемые далее «оператором на буровой площадке») 164 могут управлять одним или более компонентами, частями или системами оборудования на буровой площадке и/или выполнять техобслуживание или ремонт оборудования на буровой площадке. Например, оператор 164 на буровой площадке может осуществлять сборку системы 100 буровой площадки, управлять оборудованием на буровой площадке (например, посредством контроллера 161) для выполнения операций по гидроразрыву, проверять рабочие параметры оборудования и/или осуществлять ремонт или замену неисправного или неработающего оборудования на буровой площадке, среди прочих задач по управлению, техобслуживанию и ремонту, совместно называемых операциями, осуществляемыми на буровой площадке. Оператор 164 на буровой площадке может выполнять операции, осуществляемые на буровой площадке, сам или с другими операторами на буровой площадке.
[0028] Контроллер 161 может быть соединен с обеспечением связи с одним или более устройствами с человеко-машинным интерфейсом (HMI), которые, например, могут использоваться оператором 164 на буровой площадке для ввода или передачи иным образом управляющих команд на контроллер 161 и для отображения или сообщения иным образом информации от контроллера 161 оператору 164 на буровой площадке. Устройства с HMI могут содержать одно или более устройств 167 ввода (например, клавиатуру, мышь, джойстик, сенсорный экран и т.д.) и одно или более устройств 166 вывода (например, видеомонитор, принтер, громкоговорители и т.д.). Устройства с HMI также могут содержать устройство 168 мобильной связи (например, смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и т.д.). Связь между контроллером и устройствами с HMI может осуществляться посредством средств проводной и/или беспроводной связи.
[0029] Одно или более из контейнеров 112, 126, смесителей 108, 124, насосных установок 150 и центра 160 управления каждое может быть расположено на соответствующих грузовиках, прицепах и/или других подвижных транспортных средствах 122, 134, 120, 132, 148, 162 соответственно, которые, например, могут обеспечить их транспортировку к поверхности 102 буровой площадки. Однако одно или более из контейнеров 112, 126, смесителей 108, 124, насосных установок 150 и центра 160 управления каждое может быть установлено на раме или быть в ином смысле стационарным, и/или может быть временно или постоянно установлено на поверхности 102 буровой площадки.
[0030] На фиг. 1 показана система 100 буровой площадки, выполненная с возможностью перемещения добавок и создания смесей, которые могут быть сжаты и нагнетаться в ствол 104 скважины во время операций по гидравлическому разрыву. Однако следует понимать, что система 100 буровой площадки может быть выполнена с возможностью перемещения других добавок и создания других смесей, которые могут быть сжаты и нагнетаться в ствол 104 скважины во время других нефтепромысловых операций, таких как операции по цементированию, бурению, кислотной обработке, закачке химических реагентов и/или гидроабразивной резке, среди прочих примеров. Соответственно, если не указано иное, одна или более текучих сред, перекачиваемых насосной установкой 150, могут называться далее просто «текучей средой».
[0031] На фиг. 2 представлен схематический вид в перспективе примера осуществления части варианта насосных установок 150, показанных на фиг. 1, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. На фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе части насосной установки 150, показанной на фиг. 2. Части насосной установки 150, показанные на фиг. 2 и 3, изображены пунктирными линиями, чтобы не мешать просмотру других частей насосной установки 150. Следующее описание относится к фиг. 1-3, взятым совместно.
[0032] Насосная установка 150 содержит насос 202, функционально соединенный с основным движителем 204 и приводимый им в действие. Насос 202 содержит силовую секцию 208 и гидравлическую секцию 210. Гидравлическая секция 210 может содержать корпус 216 насоса, имеющий множество камер 218 для текучей среды. Один конец каждой камеры 218 для текучей среды может быть закрыт закрывающей пластиной 220, которая, например, может находиться в зацеплении посредством резьбы с корпусом 216 насоса, при этом противоположный конец каждой камеры 218 для текучей среды может содержать элемент 222 с возвратно-поступательным движением, расположенный с возможностью скользящего перемещения в ней и выполненный с возможностью вытеснения текучей среды, находящейся внутри соответствующей камеры 218 для текучей среды. Хотя элемент 222 с возвратно-поступательным движением показан в виде плунжера, элемент 222 с возвратно-поступательным движением может быть реализован в виде поршня, мембраны или другого элемента для вытеснения текучей среды с возвратно-поступательным движением.
[0033] Каждая камера 218 для текучей среды сообщается по текучей среде с соответствующей одной из множества впускных полостей 224 для текучей среды, каждая из которых приспособлена для перемещения текучей среды из впускного отверстия 226 для текучей среды в соответствующую камеру 218 для текучей среды. Впускное отверстие 226 для текучей среды может сообщаться по текучей среде с соответствующим трубопроводом 142 для получения текучей среды из коллектора 138 низкого давления. Каждая впускная полость 224 для текучей среды может содержать впускной клапан 228, выполненный с возможностью управления потоком текучей среды, проходящим из впускного отверстия 226 для текучей среды в соответствующую камеру 218 для текучей среды. Каждый впускной клапан 228 может поджиматься в сторону положения перекрытого потока пружиной или другим поджимным элементом 230, который может удерживаться на месте упором 232 впускного клапана. Каждый впускной клапан 228 может быть перемещен в положение открытого потока под действием заданного перепада давления между соответствующей впускной полостью 224 для текучей среды и впускным отверстием 226 для текучей среды.
[0034] Каждая камера 218 для текучей среды также сообщается по текучей среде с выпускной полостью 234 для текучей среды, проходящей через корпус 216 насоса поперек относительно элементов 222 с возвратно-поступательным движением. Выпускная полость 234 для текучей среды приспособлена для выпуска текучей среды под давлением из каждой камеры 218 для текучей среды в одно или более выпускных отверстий 235 для текучей среды, сообщающихся по текучей среде с одним или обоими концами выпускной полости 234 для текучей среды. Выпускные отверстия 235 для текучей среды могут сообщаться по текучей среде с соответствующим трубопроводом 144 для выпуска текучей среды под давлением в коллектор 140 высокого давления. Гидравлическая секция 210 также содержит множество выпускных клапанов 236, каждый из которых выполнен с возможностью управления потоком текучей среды, проходящим из соответствующей камеры 218 для текучей среды в выпускную полость 234 для текучей среды. Каждый выпускной клапан 236 может поджиматься в сторону положения перекрытого потока пружиной или другим поджимным элементом 238, который может удерживаться на месте упором 240 выпускного клапана. Каждый выпускной клапан 236 может быть перемещен в положение открытого потока под действием заданного перепада давления между соответствующей камерой 218 для текучей среды и выпускной полостью 234 для текучей среды. Выпускная полость 234 для текучей среды может быт закрыта закрывающими пластинами 242, которые, например, могут находиться в зацеплении посредством резьбы с корпусом 216 насоса.
[0035] Во время операций закачки части силовой секции 208 вращаются таким образом, что создается возвратно-поступательное линейное движение для перемещения элементов 222 с возвратно-поступательным движением в продольном направлении внутри соответствующих камер 218 для текучей среды, вследствие чего осуществляется попеременное всасывание и вытеснение текучей среды внутри камер 218 для текучей среды. Что касается каждого элемента 222 с возвратно-поступательным движением, когда элемент 222 с возвратно-поступательным движением перемещается из камеры 218 для текучей среды, как указано стрелкой 221, давление текучей среды внутри соответствующей камеры 218 для текучей среды падает, вследствие чего создается перепад давления на соответствующем впускном клапане 228 для текучей среды. Под действием перепада давления происходит сжатие поджимного элемента 230, что приводит к перемещению впускного клапана 228 для текучей среды в положение открытого потока, что позволяет текучей среде из впускного отверстия 226 для текучей среды входить в соответствующую впускную полость 224 для текучей среды. Текучая среда затем входит в камеру 218 для текучей среды по мере того как элемент 222 с возвратно-поступательным движением продолжает перемещаться в продольном направлении из камеры 218 для текучей среды, пока разница давлений между текучей средой внутри камеры 218 для текучей среды и текучей средой во впускных отверстиях 226 для текучей среды не будет достаточно низкой, чтобы позволить поджимному элементу 230 переместить впускной клапан 228 для текучей среды в положение перекрытого потока. Когда элемент 222 с возвратно-поступательным движением начинает перемещаться в продольном направлении назад в камеру 218 для текучей среды, как указано стрелкой 223, давление текучей среды внутри камеры 218 для текучей среды начинает повышаться. Давление текучей среды внутри камеры 218 для текучей среды продолжает повышаться, когда элемент 222 с возвратно-поступательным движением продолжает перемещаться в камеру 218 для текучей среды, пока давление текучей среды внутри камеры 218 для текучей среды не будет достаточно высоким, чтобы преодолеть давление текучей среды внутри выпускной полости 234 для текучей среды и сжать поджимной элемент 238, что приводит к перемещению выпускного клапана 236 для текучей среды в положение открытого потока и позволяет текучей среде под давлением перемещаться в выпускную полость 234 для текучей среды, выпускные отверстия 235 для текучей среды и соответствующий трубопровод 144 для текучей среды.
[0036] Насосная установка 150 может содержать один или более датчиков 203 расхода, сообщающихся по текучей среде с выпускными отверстиями 235 для текучей среды или вдоль них таким образом, чтобы обеспечить отслеживание расхода текучей среды, протекающей через выпускные отверстия 235 для текучей среды. Каждый датчик 203 расхода может представлять собой или содержать расходомер, выполненный с возможностью измерения объемного и/или массового расхода текучей среды, выпускаемой из насосной установки 150, и создания сигналов или информации, указывающих на расход текучей среды, выпускаемой из насосной установки 150. Насосная установка 150 может дополнительно содержать датчик 205 давления, расположенный в связи с гидравлической секцией 210 таким образом, чтобы обеспечить регистрацию давления текучей среды на выпускных отверстиях 235 для текучей среды. Например, датчик 205 давления может проходить через одну или более из закрывающих пластин 242 или других частей соответствующего корпуса 216 насоса для отслеживания давления внутри выпускной полости 234 для текучей среды и, таким образом, внутри выпускных отверстий 235 для текучей среды и соответствующих выпускных трубопроводов 144.
[0037] Расход текучей среды, создаваемый насосной установкой 150, может зависеть от физического размера элементов 222 с возвратно-поступательным движением и камер 218 для текучей среды, а также от рабочей скорости насосной установки, которая может быть определена скоростью или частотой, с которой элементы 222 с возвратно-поступательным движением совершают циклические движения или перемещаются внутри камер 218 для текучей среды. Скорость перекачивания, такая как скорость или частота, с которой элементы 222 с возвратно-поступательным движением перемещаются, может относиться к скорости вращения силовой секции 208 и/или основного движителя 204. Соответственно, расходом текучей среды, создаваемым насосной установкой 150, можно управлять за счет управления скоростью вращения силовой секции 208 и/или основного движителя 204.
[0038] Основной движитель 204 может представлять собой или содержать бензиновый двигатель, дизельный двигатель или другой двигатель, синхронный, асинхронный или другой электрический двигатель (например, синхронный двигатель на постоянном магните), гидравлический двигатель или другой основной движитель, выполненный с возможностью приведения в движение или, в ином случае, вращение приводного вала 252 силовой секции 208. Приводной вал 252 может быть заключен в корпус 254 силовой секции и поддерживаться им в требуемом положении. Для предотвращения относительного вращения между корпусом 254 силовой секции и основным движителем 204, корпус 254 силовой секции и основной движитель 204 могут быть неподвижно соединены друг с другом или с общим основанием, таким как прицеп подвижного транспортного средства 148.
[0039] Основной движитель 204 может содержать вращающийся выходной вал 256, функционально соединенный с приводным валом 252 посредством зубчатого механизма или механизма 262 передачи, который может содержать ведомую шестерню 258, соединенную с приводным валом 252, и соответствующую ведущую шестерню 260, соединенную с опорным валом 261. Выходной вал 256 и опорный вал 261 могут быть соединены, например, они могут способствовать передаче крутящего момента от основного движителя 204 на опорный вал 261, ведущую шестерню 260, ведомую шестерню 258 и приводной вал 252. Для ясности на фиг. 2 и 3 показан механизм 262 передачи, содержащий одну ведомую шестерню 258, находящуюся в зацеплении с одной ведущей шестерней 260, однако следует понимать, что механизм 262 передачи может содержать множество соответствующих наборов шестерен, которые, например, могут позволять механизму 262 передачи переключаться между разными наборами шестерен (т. е. комбинациями) для управления рабочей скоростью приводного вала 252 и крутящим моментом, передаваемым на приводной вал 252. Соответственно, механизм 262 передачи может переключаться между разными наборами шестерен («передачами») для изменения скорости перекачивания и крутящего момента силовой секции 208 и, тем самым, изменения расхода текучей среды и максимального давления текучей среды, создаваемого гидравлической секцией 210.
[0040] Механизм 262 передачи также может содержать преобразователь крутящего момента (не показан), выполненный с возможностью избирательного соединения («замыкания») основного движителя 204 с механизмом 262 передачи и обеспечения возможности проскальзывания («размыкания») между основным движителем 204 и механизмом 262 передачи. Преобразователь крутящего момента и шестерни механизма 262 передачи могут переключаться вручную оператором 164 на буровой площадке или удаленно посредством переключателя передач, который может быть встроен как часть контроллера 213 насосной установки. Переключатель передач может получать управляющие сигналы от контроллера 161 и выдавать соответствующий электрический или механический управляющий сигнал для переключения передачи механизма 262 передачи и замыкания механизма передачи, например, для управления расходом текучей среды и рабочим давлением насосной установки 150.
[0041] Приводной вал 252 может быть реализован в виде коленчатого вала, содержащего множество осевых шеек 264 и смещенных шеек 266. Осевые шейки 264 могут проходить вдоль центральной оси вращения приводного вала 252, а смещенные шейки 266 могут быть смещены от центральной оси вращения на некоторое расстояние и отстоять на 120 градусов относительно осевых шеек 264. Приводной вал 252 может поддерживаться в требуемом положении внутри силовой секции 208 посредством корпуса 254 силовой секции, причем две из осевых шеек 264 могут проходить через противоположные отверстия в корпусе 254 силовой секции.
[0042] Силовая секция 208 и гидравлическая секция 210 могут быть соединены или иным образом скреплены друг с другом. Например, корпус 216 насоса может быть скреплен с корпусом 254 силовой секции посредством множества резьбовых крепежных деталей 282. Насос 202 может дополнительно содержать дверцу 298 для обслуживания, которая может способствовать получению доступа к частям насоса 202, расположенным между силовой секцией 208 и гидравлической секцией 210, например, во время сборки и/или техобслуживания насоса 202.
[0043] Для преобразования и передачи вращательного движения приводного вала 252 в возвратно-поступательное линейное движение элементов 222 с возвратно-поступательным движением, может использоваться множество крейцкопфных механизмов 285. Например, каждый крейцкопфный механизм 285 может содержать шатун 286, соединенный с возможностью поворота с соответствующей смещенной шейкой 266 на одном конце и с пальцем 288 крейцкопфа 290 на противоположном конце. Во время операций закачки стенки и/или внутренние части корпуса 254 силовой секции могут направлять каждый крейцкопф 290, например, они могут уменьшать или исключать боковое перемещение каждого крейцкопфа 290. Каждый крейцкопфный механизм 285 может дополнительно содержать поршневой шток 292, соединяющий крейцкопф 290 с элементом 222 с возвратно-поступательным движением. Поршневой шток 292 может быть соединен с крейцкопфом 290 посредством резьбового соединения 294 и с элементом 222 с возвратно-поступательным движением посредством гибкого соединения 296.
[0044] Насосная установка 150 может дополнительно содержать один или более датчиков 211 углового положения и скорости («датчиков вращения»), выполненных с возможностью создания сигнала или информации, указывающих на угловое положение, скорость вращения и/или рабочую частоту насоса 202. Например, один или более датчиков 211 вращения могут быть выполнены с возможностью преобразования углового положения или движения приводного вала 252 или другой вращающейся части силовой секции 208 в электрический сигнал, указывающий на скорость перекачивания насосной установки 150. Один или более датчиков 211 вращения могут быть установлены в связи с внешней частью приводного вала 252 или другим вращающимся элементом силовой секции 208. Один или более датчиков 211 вращения могут также или вместо этого быть установлены в связи с основным движителем 204 для отслеживания углового положения и/или скорости вращения основного движителя 204, которые могут использоваться для определения скорости перекачивания насосной установки 150. Каждый датчик 211 вращения может представлять собой или содержать кодовый датчик, вращающийся потенциометр, сельсин, датчик положения и/или вращающийся индуктивный датчик (RVDT), среди прочих примеров.
[0045] Контроллер 213 насосной установки может дополнительно содержать силовые и/или управляющие компоненты основного движителя, такие как частотно-регулируемый привод (VFD) и/или механизм управления дроссельной заслонкой двигателя, которые могут использоваться для облегчения управления основным движителем 204. VFD и/или механизм управления дроссельной заслонкой могут быть соединены или иным образом осуществлять связь с основным движителем 204 посредством механических и/или электрических средств связи (не показаны). Контроллер 213 насосной установки может содержать VFD в вариантах реализации, в которых основной движитель 204 представляет собой или содержит электромотор, и контроллер 213 насосной установки может содержать механизм управления дроссельной заслонкой двигателя в вариантах реализации, в которых основной движитель 204 представляет собой или содержит двигатель. Например, VFD может получать управляющие сигналы от контроллера 161 и выдавать соответствующую электрическую мощность для управления скоростью и выходным крутящим моментом основного движителя 204 и, таким образом, управления скоростью перекачивания и расходом текучей среды насосной установки 150, а также максимальным давлением, создаваемым насосной установкой 150. Механизм управления дроссельной заслонкой может получать управляющие сигналы от контроллера 161 и выдавать соответствующий электрический или механический сигнал управления дроссельной заслонкой для управления скоростью основного движителя 204 и управления скоростью перекачивания, и, таким образом, расходом текучей среды, создаваемым насосной установкой 150. Хотя контроллер 213 насосной установки показан расположенным возле или в связи с основным движителем 204, контроллер 213 насосной установки может быть расположен или размещен на расстоянии от основного движителя 204. Например, контроллер 213 насосной установки может быть расположен внутри центра 160 управления или образовывать его часть.
[0046] Резистивный датчик температуры (RTD) или другой датчик 207 температуры может быть расположен в связи с основным движителем 204, например, для создания сигнала или информации, указывающих на температуру основного движителя 204. Например, датчик 207 температуры может отслеживать температуру внутри обмотки мотора, корпуса двигателя или внутри другой части основного движителя 204. Датчик 207 температуры может осуществлять связь с контроллером 161, который может отключать основной движитель 204, если зарегистрированный уровень температуры превышает заданный уровень температуры.
[0047] Датчик 209 влажности также может быть расположен в связи с основным движителем 204, например, для создания сигнала или информации, указывающих на присутствие влажности на основном движителе 204 или возле него. Датчик 209 влажности может осуществлять связь с контроллером 161, который может отключать основной движитель 204 при обнаружении избыточной влажности датчиком 209 влажности.
[0048] Как описано выше, контроллер 161 может быть дополнительно выполнен с возможностью отслеживания и управления различными рабочими параметрами насосных установок 150. Контроллер 161 может осуществлять связь с различными датчиками насосных установок 150, в том числе с датчиками 203 расхода, датчиками 205 давления, датчиком 207 температуры, датчиком 209 влажности и датчиком 211 вращения, чтобы облегчать отслеживание работы насосных установок 150. Контроллер 161 может осуществлять связь с механизмом 262 передачи посредством переключателя передач контроллера 213, например, для управления расходом и давлением, создаваемыми насосной установкой 150, для облегчения управления насосной установкой 150. Контроллер 161 также может осуществлять связь с основным движителем 204 посредством VFD контроллера 213, если основной движитель 204 представляет собой электромотор, или посредством механизма управления дроссельной заслонкой контроллера 213, если основной движитель 204 представляет собой двигатель, так чтобы позволять контроллеру 161 разрешать, запрещать и управлять расходом, создаваемым насосной установкой 150.
[0049] Хотя на фиг. 2 и 3 показана насосная установка 150, содержащая трехцилиндровый возвратно-поступательный насос 202, который имеет три камеры 218 для текучей среды и три элемента 222 с возвратно-поступательным движением, причем варианты реализации, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, могут включать насос 202, представляющий собой или содержащий пятицилиндровый возвратно-поступательный насос, имеющий пять камер 218 для текучей среды и пять элементов 222 с возвратно-поступательным движением, или насос, имеющий другое количество камер 218 для текучей среды и элементов 222 с возвратно-поступательным движением. Также следует отметить, что насос 202, описанный выше и показанный на фиг. 2 и 3, приведен только для примера, и что другие насосы, например, диафрагменные насосы, шестеренные насосы, насосы с движением по внешней окружности, насосы с движением по внутренней окружности, лопастные насосы и другие объемные насосы, также находятся в пределах объема настоящего изобретения.
[0050] В настоящем изобретении дополнительно предлагаются различные варианты реализации систем и/или способов управления различными частями системы 100 буровой площадки, в том числе насосными установками 150, описанными выше. Вариант реализации такой системы может содержать систему 300 управления, которая, например, может быть выполнена с возможностью отслеживания и/или управления операциями насосных установок 150, в том числе расходом текучей среды, создаваемым насосными установками 150. На фиг. 4 представлен схематический вид части примера осуществления системы 300 управления в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Следующее описание относится к фиг. 1-4, взятым совместно.
[0051] Система 300 управления может содержать контроллер 310, соединенный с обеспечением связи с каждой насосной установкой 150. Например, контроллер 310 может быть соединен с обеспечением связи с каждым датчиком 203 расхода, датчиком 205 давления, датчиком 207 температуры, датчиком 209 влажности, датчиком 211 вращения, и основным движителем 204 и механизмом 262 передачи посредством каждого контроллера 213 насосной установки. Для ясности эти и другие компоненты, находящиеся в связи с контроллером 310, совместно называются далее «датчиками и управляемыми компонентами». Контроллер 310 может быть выполнен с возможностью получения сигналов или информации от различных датчиков системы 300 управления, причем полученные сигналы или информация указывают на различные рабочие параметры насосных установок 150. Контроллер 310 может быть дополнительно выполнен с возможностью обработки таких рабочих параметров и передачи управляющих сигналов на основные движители 204 и механизмы 262 передачи для исполнения приведенных для примера машиночитаемых команд для реализации по меньшей мере части одного или более приведенных для примера способов и/или процессов, описанных в настоящем документе, и/или реализации по меньшей мере части одной или более приведенных для примера систем, описанных в настоящем документе. Контроллер 310 может представлять собой или образовывать часть контроллера 161, описанного выше.
[0052] Контроллер 310 может представлять собой или содержать, например, один или более процессоров общего назначения или специального назначения, например, принадлежащих персональным компьютерам, ноутбукам, планшетным компьютерам, карманным персональным компьютерам (КПК), смартфонам, серверам, устройствам для доступа в интернет и/или другим типам вычислительных устройств. Для ясности и простоты описания пример осуществления контроллера 310, показанный на фиг. 4, содержит только один процессор 312, но следует понимать, что может быть предусмотрено множество процессоров 312.
[0053] Процессор 312 может представлять собой программируемый процессор общего назначения, например, он может содержать локальное запоминающее устройство 314 и может исполнять закодированные команды 332, находящиеся на локальном запоминающем устройстве 314 и/или другом запоминающем устройстве. Процессор 312 может исполнять, помимо прочего, машиночитаемые команды или программы для реализации приведенных для примера способов и/или процессов, описываемых в настоящем документе. Программы, хранящиеся на локальном запоминающем устройстве 314, могут включать в себя программные команды или компьютерный программный код такой, чтобы при исполнении связанным процессором, управлять насосными установками 150 при выполнении приведенных для примера способов и/или процессов, описанных в настоящем документе. Процессор 312 может представлять собой, содержать или быть реализованным посредством одного или множества процессоров различных типов, подходящих для среды локального приложения, и может включать в себя один или более процессоров общего назначения или специального назначения, микропроцессоров, цифровых сигнальных процессоров (DSP), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), специализированных интегральных схем (ASIC) и процессоров на основе многоядерной архитектуры процессоров в качестве неограничивающих примеров. Другие процессоры из других семейств также подходят.
[0054] Процессор 312 может осуществлять связь с основным запоминающим устройством 317, которое, например, может представлять собой энергозависимое запоминающее устройство 318 и энергонезависимое запоминающее устройство 320, возможно, посредством шины 322 и/или других средств связи. Энергозависимое запоминающее устройство 318 может представлять собой, содержать или быть реализованным посредством оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), статического запоминающего устройства с произвольной выборкой (СЗУПВ), синхронного динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (СДЗУПВ), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (ДЗУПВ), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой компании Rambus (RDRAM) и/или других типов запоминающих устройств с произвольной выборкой. Энергонезависимое запоминающее устройство 320 может представлять собой, содержать или быть реализованным посредством постоянного запоминающего устройства, флеш-памяти и/или других типов запоминающих устройств. Один или более контроллеров запоминающего устройства (не показаны) могут управлять доступом к энергозависимому запоминающему устройству 318 и/или энергонезависимому запоминающему устройству 320. Контроллер 310 может быть выполнен с возможностью хранения или записи информации, вводимой оператором 164 на буровой площадке, и/или информации, создаваемой датчиками и управляемыми компонентами, в основное запоминающее устройство 317.
[0055] Контроллер 310 также может содержать интерфейсную схему 324. Интерфейсная схема 324 может представлять собой, содержать или быть реализованной посредством различных типов стандартных интерфейсов, таких как интерфейс Ethernet, универсальная последовательная шина (USB), интерфейс ввода/вывода третьего поколения (3GIO), беспроводной интерфейс и/или интерфейс сети сотовой связи, среди прочих примеров. Интерфейсная схема 324 может также содержать плату с графическим драйвером. Интерфейсная схема 324 может также содержать устройство связи, такое как модем или сетевая интерфейсная плата, для содействия обмену данными с внешними вычислительными устройствами посредством сети, (например, Ethernet-соединения, цифровой абонентской линии (DSL), телефонной линии, коаксиального кабеля, системы сотовой телефонной сети, спутниковой системы и т.д.). Один или более датчиков и управляемых компонентов могут быть соединены с контроллером 310 посредством интерфейсной схемы 324, которая, например, может содействовать связи между датчиками и управляемыми компонентами и контроллером 310.
[0056] К интерфейсной схеме 324 также может быть подключено одно или более устройств 326 ввода. Устройства 326 ввода могут позволять оператору 164 на буровой площадке вводить закодированные команды 332, рабочие целевые уставки и/или другие данные в процессор 312. Рабочие целевые уставки могут включать, помимо прочего, целевую уставку по давлению, целевую уставку по расходу, уставку по кривой коррекции объединенного расхода, целевую уставку по рабочей скорости насоса или скорости перекачивания и целевую уставку по времени или продолжительности, среди прочих примеров. Закодированные команды также могут включать график коррекции расхода для каждой насосной установки 150 и график коррекции объединенного расхода для насосных установок 150, выделенных для операции. Закодированные команды 332 и рабочие целевые уставки подробнее описаны ниже. Устройства 326 ввода могут представлять собой, содержать или быть реализованными посредством клавиатуры, мыши, сенсорного экрана, сенсорной панели, трекбола, манипулятора Isopoint Control и/или системы распознавания голоса, среди прочих примеров. К интерфейсной схеме 324 может также быть подключено одно или более устройств 328 вывода. Устройства 328 вывода могут представлять собой, содержать или быть реализованными посредством дисплеев (например, жидкокристаллического дисплея (ЖК) или дисплея на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ)), принтеров и/или громкоговорителей, среди прочих примеров. Контроллер 310 также может осуществлять связь с одним или более запоминающими устройствами 330 большой емкости контроллера 310 и/или съемным носителем 334 данных, которые, например, могут представлять собой или содержать дисководы гибких дисков, жесткие диски, приводы компакт-дисков (CD), приводы цифровых универсальных дисков (DVD), и/или USB и/или другие флеш-накопители, среди прочих примеров.
[0057] Закодированные команды 332, рабочие целевые уставки и/или другие данные могут храниться в запоминающем устройстве 330 большой емкости, основном запоминающем устройстве 317, локальном запоминающем устройстве 314 и/или съемном носителе 334 данных. Таким образом, контроллер 310 может быть реализован как аппаратное обеспечение (возможно, реализован как один или более кристаллов, содержащих интегральную схему, такую как ASIC), или может быть реализован как программное обеспечение или встроенное программное обеспечение для исполнения процессором 312. В случае со встроенным программным обеспечением или программным обеспечением реализация может быть осуществлена в виде компьютерного программного продукта, включающего в себя машиночитаемый носитель или структуру запоминающего устройства, реализующую компьютерный программный код (т. е. программное или встроенное программное обеспечение), расположенный на них, для исполнения процессором 312.
[0058] Закодированные команды 332 могут включать программные команды или компьютерный программный код, которые, при их исполнении процессором 312, могут инициировать выполнение насосными установками 150 способов, процессов и/или методов, описанных в настоящем документе. Например, контроллер 310 может получать и обрабатывать рабочие целевые уставки, введенные оператором 164, и сигналы или информацию, создаваемую различными датчиками, описанными в настоящем документе, которые указывают на рабочие параметры насосных установок 150. На основании закодированных команд 332 и полученных рабочих целевых уставок и рабочих параметров контроллер 310 может отправлять сигналы или информацию на основные движители 204 и механизмы 262 передачи, чтобы инициировать автоматическое выполнение и/или прохождение насосными установками 150 и/или другими частями системы 100 буровой площадки одной или более операций или методов, находящихся в пределах объема настоящего изобретения.
[0059] Однако, как описано выше, переключения передач и другие факторы могут привести к внезапным изменениям давления и/или расхода насосной системы 135, таким как внезапные изменения 400 давления 402 и расхода 404, которые показаны на графике на фиг. 5. В настоящем изобретении предлагается один или более аспектов, относящихся к уменьшению внезапных изменений посредством способов автоматической, плавной (или более плавной) коррекции скорости, в которых используется возможность точного отслеживания состояния автоматизации и рабочих параметров отдельных насосных установок 150 насосной системы 135. На фиг. 6 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления 500 такого способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Способ 500 может выполняться в сочетании с по меньшей мере частью устройства, показанного на одной или более из фиг. 1-4.
[0060] Способ 500 может включать получение 505 флажка New-Plan-Available (Доступен новый план) от планировщика распределения скорости. Такое получение 505 может также или вместо этого включать получение нового плана распределения скорости. Планировщик распределения скорости может быть реализован как алгоритм, программа, способ и т.д. в главном контроллере скорости, который выполнен с возможностью планирования скоростей насосных установок 150. Главный контроллер скорости может представлять собой, содержать или быть реализованным посредством по меньшей мере части систем обработки, описанных выше.
[0061] Например, в примере осуществления, показанном на фиг. 1, когда насосная система 135 работает для обеспечения совокупной скорости закачивания (т. е., совместной скорости закачивания работающих в текущий момент насосных установок 150), новый план описывает, как насосные установки 150 должны быть отрегулированы, чтобы насосная система достигла новой «целевой» совокупной скорости закачивания. Новая совокупная скорость закачивания насосной системы 135 может быть больше или меньше текущей совокупной скорости закачивания. Флажок New-Plan-Available (Доступен новый план) указывает, что план был создан (например, главным контроллером скорости и/или другими средствами) для распределения новых скоростей по насосным установкам 150, которые обеспечат достижение новой совокупной скорости закачивания насосной системы 135. Новый план описывает какие (при наличии) насосные установки 150 будут подвергаться увеличению скорости закачивания, называемые в настоящем документе насосными установками, повышающими или наращивающими скорость, и какие (при наличии) насосные установки 150 будут подвергаться уменьшению скорости закачивания, называемые в настоящем документе насосными установками, понижающими или сокращающими скорость. То есть, новый план описывает, как дроссельные заслонки и/или шестерни работающий в текущий момент насосных установок 150 должны быть отрегулированы, и, возможно, также как одна или более дополнительных насосных установок 150 будут задействованы, чтобы насосная система 135 достигла новой совокупной скорости закачивания.
[0062] Способ 500 включает создание 510 списка насосных установок, повышающих скорость, и списка насосных установок, понижающих скорость. Затем создают 520 график коррекции на основании того, является ли изменение общей скорости увеличением или уменьшением, и путем выбора коррекций от созданных списков насосов, повышающих/понижающих скорость, в порядке, который наиболее благоприятен для предотвращения пиков и спадов. Специальные этапы коррекции также могут быть созданы 530 для переключения передач насоса, например, путем оценки спада, который был бы вызван из-за переключения передачи, и путем группировки насосов, которые могут компенсировать такой спад за счет временного открывания дроссельной заслонки и последующего закрывания дроссельной заслонки после завершения спада. Коррекции в графике коррекции затем последовательно исполняют 540, причем они разделены настраиваемой задержкой. Также выполняют 550 специальные коррекции, например, со стратегией на основе времени для точного совмещения спада насоса(-ов), в котором происходит переключение передачи, с повышением и падением скорости от компенсирующего насоса(-ов).
[0063] Способ 500 может быть реализован посредством одного или более алгоритмов и/или компьютерных программ, исполняемых контроллером (таким как контроллер 161, 310) для одновременного и автоматического управления множеством насосных установок, в которых происходит переключение передачи (таких как насосные установки 150). Алгоритмы и/или компьютерные программы могут быть введены в контроллер (например, как часть закодированных команд 332) и исполняться контроллером для инициации исполнения операций закачки с назначенными расходами по существу без ручного управления со стороны оператора 164 на буровой площадке. Способ 500 может быть использован/выполнен контроллером для управления насосными установками для компенсации расхода, а также спадов и пиков давления во время процессов изменения дросселирования и/или передачи для достижения плавных коррекций совокупной скорости закачивания насосной системы 135. Например, спад расхода, вызванный повышением передачи первой из насосных установок 150, может быть нейтрализован, отменен или иным образом компенсирован второй из насосных установок 150, в которой одновременно открывается дроссельная заслонка, вследствие чего увеличенный расход второй насосной установки 150 компенсирует спад расхода первой насосной установки 150 во время переключения передачи, таким образом, поддерживая по существу плавный объединенный расход первой и второй насосных установок 150.
[0064] Такая компенсация спадов расхода, вызванных переключениями передач, может быть достигнута за счет анализа статистических данных для эмпирической оценки того, как расходы изменяются, в ответ на изменения дросселирования на разных передачах, изменениях дросселирования на разных типах насосов, моторов, механизмов передачи и их комбинациях (т. е. насосных установках), и/или изменениях дросселирования при разных давлениях. Эта информация может использоваться для одновременного управления множеством насосных установок, нивелируя при этом спады скорости, вызванные переключениями передачи.
[0065] Например, архив статистических рабочих данных насосной установки может быть проанализирован для извлечения информации, относящейся к характеристикам изменения дросселирования и скорости, среди широкого ряда насосных установок, работающих в широком ряду операций и рабочих условий. Изменения расхода и дросселирования могут быть проанализированы во время коррекций переключения передачи. Изменения расхода могут быть определены по кривой наклона расхода и дросселирования во время переключений передачи. Например, ∆T/∆t и ∆R/∆t (где ∆ - дельта, T - коэффициент дросселирования, t - время и R - расход) могут быть определены для каждого переключения передачи в наборе данных, как схематически показано на фиг. 7. Значения ∆T/∆t и ∆R/∆t могут быть собраны на основании типов двигателя/механизма передачи, и эти значения ∆T/∆t и ∆R/∆t могут быть изображены в зависимости от давления нагнетания, как показано на фиг. 8. Нормальные распределения результатов затем могут быть использованы для создания приблизительных оценок для ∆T/∆t и ∆R/∆t, как также показано на фиг. 8 и фиг. 9. Как показано на фиг. 10, оцененные ∆T/∆t и ∆R/∆t 602 затем могут быть использованы для создания сглаженных профилей 604, исполняемых другими насосными установками, тем самым достигая более плавного расхода и/или давления 606.
[0066] На фиг. 11 показано схематическое изображение по меньшей мере части примера осуществления способа 700, в котором способ 500 и другие вышеуказанные аспекты могут быть использованы. Во время стадии 702 ожидания контроллер ожидает следующей целевой скорости. Когда новая целевая скорость получена 704 (от оператора 164 на буровой площадке, другого пользователя, контроллера/устройства обработки и т.д.), контроллер переходит на стадию планирования и создает 706 новый план, назначающий изменения расхода доступным насосам. Когда новый план становится доступным 708, контроллер переходит на стадию исполнения, во время которой новый план исполняют 710, например, он может включать исполнение варианта реализации способа 500. Когда новый план исполнен 712, контроллер снова ожидает 702 следующей коррекции работы насосной системы.
[0067] Новый план может быть создан 706 с использованием планировщика коррекции, например, как изложено ниже в таблице 1.
Таблица 1: пример планировщика коррекции
| Насосная установка | Текущая скорость | Добавочное значение | Целевая скорость | Увеличение скорости | Изменение передачи? | Быстрое прекращение работы? |
| 1 | 4,3 | 0,2 | 4,5 | +0,2 | Нет | н/д |
| 2 | 4,3 | 0,2 | 6,8 | +2,5 | Да | Нет |
| 3 | 5,3 | 0,8 | 7,3 | +2,0 | Да | Нет |
| 4 | 4,1 | 0,4 | 4,5 | +0,4 | Нет | н/д |
| 5 | 4,2 | 0,3 | 4,2 | 0 | н/д | н/д |
| 6 | 6,2 | 0,3 | 6,2 | 0 | н/д | н/д |
[0068] В таблице выше «добавочное значение» - это величина дополнительной скорости, которую насосная установка может обеспечить без изменения передач. Таким образом, в примере, представленном в таблице выше, насосная установка 1 в текущий момент обеспечивает 4,3 барреля в минуту (bpm) и имеет целевую скорость 4,5 bpm. Это приводит к увеличению скорости, составляющему 0,2 bpm, что не превышает добавочного значения 0,2, вследствие чего увеличение скорости может быть осуществлено путем открытия дроссельной заслонки мотора насоса без изменения передач. Однако насосная установка 2 в текущий момент обеспечивает 4,3 bpm и имеет целевую скорость 6,8 bpm. Это приводит к увеличению скорости, составляющему 2,5 bpm, что превышает добавочное значение 0,2, вследствие чего увеличение скорости осуществляется путем (по меньшей мере) изменения передач. Таким образом, планировщик коррекции обеспечивает фиксацию состояния запланированных коррекций, может использоваться в качестве основания для планирования разных комбинаций коррекций, а также может использоваться для определения добавочного значения каждой насосной установки (например, на основании автоматической регулировки скорости (ARC) и/или другого алгоритма, процесса или контроллера, используемого в связи с каждой насосной установкой).
[0069] График коррекции содержит этапы коррекции и порядок их исполнения. Каждый этап может включать совместную корректировку работы одной или более насосных установок для обеспечения плавной кривой объединенной скорости. Как описано выше, насосные установки группируются на повышающие скорость и понижающие скорость. Этапы коррекции образуются из двух групп, с упорядочением насосных установок от наибольшего до наименьшего изменения скорости, но с чередованием между двумя группами, например, насосная установка, «повышающая скорость», с наибольшим изменением, затем насосная установка, «понижающая скорость», с наибольшим изменением, затем насосная установка, «повышающая скорость», со вторым наибольшим изменением, затем насосная установка, «понижающая скорость», со вторым наибольшим изменением, и так далее, причем каждый этап обеспечивает плавную повышающую или понижающую коррекцию.
[0070] В качестве примера, каждый этап коррекции может включать список из одной или более из насосных установок, участвующих в этом этапе коррекции (например, насос 1, насос 2, насос 5), уставки по скорости для этих насосных установок (например, 5,2 bpm, 4,1 bpm, 4,4 bpm), суммарный эффект новых скоростей (например, +2,0 bpm), флажок или маркер, указывающий, что этап коррекции представляет собой специальный этап коррекции, и индекс комбинации. Специальный этап коррекции представляет собой этап, на котором насосная установка, в которой происходит переключение передач, сопровождается насосной установкой, имеющей добавочное значение, которая возвращается обратно к первоначальной скорости после компенсации спада. Индекс комбинации представляет собой индекс, представляющий группу объединяемых этапов коррекции. Этапы коррекции создают в таком порядке, чтобы уменьшить или предотвратить отклонение величины в меньшую и большую сторону, на основании суммарного эффекта этапа и того, направлена общая скорость на увеличение или уменьшение, и назначенной на текущий момент скорости. Пример алгоритма может быть по меньшей мере аналогичен следующему:
if (изменение общей скорости > 0)
while (коррекции всех насосных установок не были добавлены в график коррекции)
if (насосная установка, «понижающая скорость», может быть добавлена без снижения назначенной на текущий момент скорости)
AddToSchedule (насосная установка, «понижающая скорость», с наибольшим уменьшением скорости)
else
AddToSchedule (насосная установка, «повышающая скорость», с наибольшим увеличением скорости)
else
while (коррекции всех насосных установок не были добавлены в график коррекции)
if (насосная установка, «повышающая скорость», может быть добавлена без повышения назначенной на текущий момент скорости)
AddToSchedule(насосная установка, «повышающая скорость», с наибольшим увеличением скорости)
else
AddToSchedule(насосная установка, «понижающая скорость», с наибольшим уменьшением скорости)
[0071] Действие AddToSchedule оценивает необходимость изменения передачи. Например, если изменение передачи не требуется, то насосная установка добавляется в график коррекции. Однако, если изменение передачи требуется, то оценивают спад, вызванный переключением передачи, (на основании, например, данных, собранных в результате анализа статистики, как описано выше), определяют добавочное значение каждой доступной насосной установки, компенсирующим насосным установкам назначают величину увеличения скорости, достаточную для выравнивания спада, вызванного переключением передачи, и добавляют переключающую насосную установку и выравнивающие насосные установки в график коррекции.
[0072] Этапы коррекции затем объединяют, если это возможно. Например, два этапа коррекции могут быть скомбинированы, если (1) в них нет совпадающих насосных установок в их списках насосных установок, и (2) если их суммарные эффекты имеют разные знаки, и (3) если их комбинирование не изменит порядок получения знака суммарных эффектов этапов коррекции, и (4) если ни одна из насосных установок на втором этапе коррекции не является частью списков любого из этапов между ними.
[0073] Затем может быть исполнен каждый объединенный этап коррекции. Например, миллисекундный таймер может быть использован для совмещения компенсирующих насосных установок и составления графика таким образом, чтобы поддерживать настроенную кривую наклона наращивания и сокращения скорости. При исполнении специального этапа коррекции продолжительность соответствующего спада может быть оценена на основании статистических данных и использоваться для точного управления, когда компенсирующие насосные установки увеличивают свои скорости, когда компенсирующие насосные установки затем уменьшают свои скорости, и когда компенсация завершена, и, возможно, также для управления кривыми наклона насосной установки со спадом и суммой компенсирующих насосных установок, вследствие чего они совмещаются для образования практически идеального показателя компенсации, насколько это возможно.
[0074] В таблице 2 ниже представлен пример плана распределения скорости, который может быть создан 706, как описано выше.
Таблица 2: пример плана распределения скорости
| Насосная установка | Текущая скорость (bpm) | Новая скорость (bpm) |
| 1 | 0 | 3,8 |
| 2 | 3,8 | 5,2 |
| 3 | 4,1 | 4,5 |
| 4 | 3,8 | 4,1 |
| 5 | 3,8 | 4,5 |
[0075] В примере, показанном в таблице 2, совокупная скорость закачивания насосной системы корректируется от 15,5 bpm до 22,1 bpm, включая добавление насосной установки 1 и наращивание скорости насосных установок 2-5. В таблице 3 ниже представлен пример соответствующего графика коррекции, который может быть создан и исполнен 710 с использованием способа 500.
Таблица 3: пример графика коррекции
| Этап | Насосная установка | Новая скорость (bpm) | Ожидание после этапа (секунды) | Совокупная скорость после этапа (bpm) |
| 1 | 1 | 3,8 | x1 | 19,3 |
| 2 | 2 | 5,2 | x2 | 21,0 |
| 4 | 4,1 | |||
| 3 | 3 | 4,5 | x3 | 21,4 |
| 4 | 4,3 | |||
| 4 | 4,1 | |||
| 4 | 5 | 4,5 | x4 | 22,1 |
| 4 | 4,3 | |||
| 4 | 4,1 |
[0076] Этап 1 включает увеличение скорости насосной установки 1 до 3,8 bpm, а затем ожидание в течение периода x1 секунд, и/или пока совокупная скорость закачивания насосной системы не будет увеличена до (и, возможно, по существу стабилизирована на уровне) 19,3 bpm. Этап 2 включает увеличение скорости насосной установки 2 до 5,2 bpm и увеличение скорости насосной установки до 4,1 bpm, а затем ожидание в течение периода x2 секунд, и/или пока совокупная скорость закачивания насосной системы не будет увеличена до (и, возможно, по существу стабилизирована на уровне) 21,0 bpm. Этап 3 включает увеличение скорости насосной установки 3 до 4,5 bpm и временное увеличение скорости насосной установки 4 до 4,3 bpm для компенсации спада, вызванного увеличением скорости насосной установки 3 (например, из-за переключения передачи), затем уменьшение скорости насосной установки 4 обратно до 4,1 bpm, а затем ожидание в течение периода x3 секунд, и/или пока совокупная скорость закачивания насосной системы не увеличится до (и, возможно, по существу стабилизирована на уровне) 21,4 bpm. Этап 4 включает увеличение скорости насосной установки 5 до 4,5 bpm и временное увеличение скорости насосной установки 4 до 4,3 bpm для компенсации спада, вызванного увеличением скорости насосной установки 3 (например, из-за переключения передачи), затем уменьшение скорости насосной установки 4 обратно до 4,1 bpm, а затем ожидание в течение периода x4 секунд, и/или пока совокупная скорость закачивания насосной системы не увеличится до (и, возможно, по существу стабилизирована на уровне) 22,1 bpm. Периоды времени x1, x2, x3 и x4 могут быть разными или одинаковыми.
[0077] Ввиду полноты настоящего раскрытия, включающего в себя фигуры и формулу изобретения, среднему специалисту в данной области техники будет очевидно, что в настоящем изобретении предлагается устройство, которое содержит контроллер, содержащий процессор и запоминающее устройство, на котором хранятся закодированные команды, которые, при их исполнении процессором, предназначены для управления контроллером с целью изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок насосной системы путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, в том числе таким образом, что каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0078] Контроллер может представлять собой первый контроллер, устройство может содержать второй контроллер, содержащий процессор и запоминающее устройство, на котором хранятся закодированные команды, и первый или второй контроллер может быть выполнен с возможностью: получения плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и создания графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, и причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания. По меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, может представлять собой первую насосную установку, и по меньшей мере один из этапов коррекции может дополнительно включать временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции. Упорядоченные этапы коррекции могут включать первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, причем: если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
[0079] В настоящем изобретении также предлагается способ, включающий инициацию управления контроллером для изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, причем каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0080] Контроллер может представлять собой первый контроллер, и способ может дополнительно включать инициацию управления первым контроллером или вторым контроллером для: получения плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и создания графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, и причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания. По меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, может представлять собой первую насосную установку, и по меньшей мере один из этапов коррекции может дополнительно включать временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции. Упорядоченные этапы коррекции могут включать первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, причем: если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
[0081] В настоящем изобретении также предлагается способ, включающий: (A) получение плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельных скоростей закачивания множества насосных установок, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания насосной системы, содержащей насосные установки; (B) группировку насосных установок с образованием: (i) первой группы, содержащей насосные установки, для которых регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой увеличения; и (ii) второй группы, содержащей другие насосные установки, для которых регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой уменьшения; (C) создание первого списка насосных установок в первой группе, отсортированной по величине увеличений; (D) создание второго списка насосных установок во второй группе, отсортированной по величине уменьшений; и (E) создание графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для одной из насосных установок, и причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
[0082] Способ может дополнительно включать: (A) определение того, что первые из этапов коррекции инициируют временный спад совокупной скорости закачивания насосной системы; (B) добавление в каждый из первых этапов коррекции: (i) увеличения отдельной скорости закачивания другой, компенсирующей спад одной из насосных установок, которое совпадает с временным спадом совокупной скорости закачивания насосной системы; и (ii) последующего уменьшения отдельной скорости закачивания компенсирующей спад насосной установки для возврата компенсирующей спад насосной установки к ее отдельной скорости закачивания в начале этого первого этапа коррекции; (C) определение того, что вторые этапы коррекции инициируют временный пик совокупной скорости закачивания насосной системы; и (D) добавление в каждый из вторых этапов коррекции: (i) уменьшения отдельной скорости закачивания другой, компенсирующей пик одной из насосных установок, которое совпадает с временным пиком совокупной скорости закачивания насосной системы; и (ii) последующего увеличения отдельной скорости закачивания компенсирующей пик насосной установки для возврата компенсирующей пик насосной установки к ее отдельной скорости закачивания в начале этого второго этапа коррекции.
[0083] Упорядоченные этапы коррекции могут включать первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, и: если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
[0084] Способ может дополнительно включать объединение первого из этапов коррекции и второго, более позднего по порядку из этапов коррекции в один этап коррекции, если: первый и второй этапы коррекции не включают никаких из одинаковых насосных установок; первый и второй этапы коррекции имеют противоположные суммарные эффекты на совокупную скорость закачивания; объединение первого и второго этапов коррекции не изменяет порядка получения знака суммарных эффектов всех этапов коррекции; и ни одна из насосных установок на втором этапе коррекции не образует часть какого-либо из других этапов коррекции, происходящих между первым и вторым этапами коррекции.
[0085] В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее координирующий контроллер, выполненный с возможностью соединения с обеспечением связи с каждым контроллером насосной установки из множества насосных установок, причем: каждый контроллер насосной установки осуществляет связь с по меньшей мере одним из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя или механизма передачи соответствующей насосной установки; координирующий контроллер содержит программируемый процессор, имеющий запоминающее устройство и интерфейсную схему, соединенную с устройством ввода; программируемый процессор выполнен с возможностью обработки закодированных команд от устройства ввода и передачи закодированных команд на контроллеры насосных установок; по меньшей мере одно из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя и/или механизма передачи каждой насосной установки реагирует на закодированные команды для изменения совокупной скорости закачивания насосных установок; и каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы, тем самым, уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
[0086] Координирующий контроллер или другой контроллер устройства может быть выполнен с возможностью: получения плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и создания графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, и причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания. По меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, может представлять собой первую насосную установку, и по меньшей мере один из этапов коррекции может дополнительно включать временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции. Упорядоченные этапы коррекции могут включать первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, и: если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции может включать общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
[0087] Выше изложены признаки нескольких вариантов осуществления, чтобы средний специалист в данной области техники мог лучше понять аспекты настоящего изобретения. Среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение можно просто использовать в качестве основы для разработки или модификации других процессов и структур для осуществления тех же целей и/или достижения тех же преимуществ вариантов осуществления, предлагаемых в настоящем документе. Среднему специалисту в данной области техники также будет понятно, что такие эквивалентные конструкции не отходят от объема настоящего изобретения, и что они могут производить различные изменения, замены и исправления в них без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.
[0088] Реферат в конце настоящего описания приведен для обеспечения возможности быстрого определения читателем сути технического описания. Он предоставляется с пониманием того, что он не будет использоваться для интерпретации или ограничения объема или значения формулы изобретения.
1. Устройство, содержащее:
контроллер (161, 310), содержащий процессор (312) и запоминающее устройство (314, 317), на котором хранятся закодированные команды (332), которые, при их исполнении процессором, предназначены для управления контроллером с целью изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок (150) насосной системы (135) путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, в том числе таким образом, что каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы тем самым уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
2. Устройство по п. 1, в котором контроллер представляет собой первый контроллер, причем устройство дополнительно содержит второй контроллер, и первый или второй контроллер выполнен с возможностью:
получения (505, 708) плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и
создания (520, 710) графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, при этом этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
3. Устройство по п. 2, в котором по меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, представляет собой первую насосную установку, причем по меньшей мере один из этапов коррекции дополнительно включает временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции.
4. Устройство по п. 3, в котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
5. Устройство по п. 2, в котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
6. Способ, при котором:
управляют контроллером (161, 310) для изменения совокупной скорости закачивания множества насосных установок (150) путем регулировки отдельных скоростей закачивания насосных установок, причем каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы тем самым уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
7. Способ по п. 6, при котором контроллер представляет собой первый контроллер, причем дополнительно управляют первым контроллером или вторым контроллером для:
получения (505, 708) плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и
создания (520, 710) графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
8. Способ по п. 7, при котором по меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, представляет собой первую насосную установку, причем по меньшей мере один из этапов коррекции дополнительно включает временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции.
9. Способ по п. 8, при котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания, и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
10. Способ по п. 7, при котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
11. Способ, при котором:
получают (505, 708) план распределения скорости, описывающий каждую регулировку отдельных скоростей закачивания множества насосных установок (150), которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания насосной системы (135), содержащей насосные установки;
группируют (510) насосные установки с образованием:
- первой группы, содержащей насосные установки, для которых регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой увеличения; и
- второй группы, содержащей другие насосные установки, для которых регулировки отдельных скоростей закачивания представляют собой уменьшения;
создают (510) первый список насосных установок в первой группе, отсортированной по величине увеличений;
создают (510) второй список насосных установок во второй группе, отсортированной по величине уменьшений; и
создают (520) график коррекции, состоящий из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, при этом каждый этап коррекции включает регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для одной из насосных установок, причем этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
12. Способ по п. 11, при котором дополнительно:
определяют то, что первые из этапов коррекции вызовут временный спад совокупной скорости закачивания насосной системы;
добавляют в каждый из первых этапов коррекции:
- увеличение отдельной скорости закачивания другой, компенсирующей спад насосной установки, которое совпадает с временным спадом совокупной скорости закачивания насосной системы; и
- последующее уменьшение отдельной скорости закачивания компенсирующей спад насосной установки для возврата компенсирующей спад насосной установки к ее отдельной скорости закачивания в начале этого первого этапа коррекции;
определяют то, что вторые из этапов коррекции вызовут временный пик совокупной скорости закачивания насосной системы; и
добавляют в каждый из вторых этапов коррекции:
- уменьшение отдельной скорости закачивания другой, компенсирующей пик насосной установки, которое совпадает с временным пиком совокупной скорости закачивания насосной системы; и
- последующее увеличение отдельной скорости закачивания компенсирующей пик насосной установки для возврата компенсирующей пик насосной установки к ее отдельной скорости закачивания в начале этого второго этапа коррекции.
13. Способ по п. 11, при котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
14. Способ по п. 11, при котором дополнительно объединяют первый из этапов коррекции и второй, более поздний по порядку, из этапов коррекции в один этап коррекции, если:
первый и второй этапы коррекции не включают никаких из одинаковых насосных установок;
первый и второй этапы коррекции имеют противоположные суммарные эффекты на совокупную скорость закачивания;
объединение первого и второго этапов коррекции не изменяет порядка получения знака суммарных эффектов всех этапов коррекции; и
ни одна из насосных установок на втором этапе коррекции не образует часть какого-либо из других этапов коррекции, происходящих между первым и вторым этапами коррекции.
15. Устройство, содержащее:
координирующий контроллер (161, 310), выполненный с возможностью соединения с обеспечением связи с каждым контроллером (213) насосной установки из множества насосных установок (150), при этом:
каждый контроллер насосной установки осуществляет связь с по меньшей мере одним из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя (204) или механизма (262) передачи соответствующей насосной установки;
причем координирующий контроллер содержит:
программируемый процессор (312), имеющий запоминающее устройство (314); и
интерфейсную схему (324), соединенную с устройством (326) ввода;
при этом программируемый процессор выполнен с возможностью обработки закодированных команд (332) от устройства ввода и передачи закодированных команд на контроллеры насосных установок;
причем по меньшей мере одно из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя и/или механизма передачи каждой насосной установки реагирует на закодированные команды для изменения совокупной скорости закачивания насосных установок;
при этом каждый временный спад или пик отдельной скорости закачивания одной из насосных установок автоматически компенсируется заданной временной регулировкой отдельной скорости закачивания другой одной или более из насосных установок, чтобы тем самым уменьшить влияние временного спада или пика на совокупную скорость закачивания насосных установок.
16. Устройство по п. 15, в котором координирующий контроллер или другой контроллер устройства выполнен с возможностью:
получения (505, 708) плана распределения скорости, описывающего каждую регулировку отдельной скорости закачивания каждой насосной установки, которая осуществляет изменение совокупной скорости закачивания; и
создания (520, 710) графика коррекции, состоящего из упорядоченных этапов коррекции, подлежащих исполнению для осуществления изменения совокупной скорости закачивания, причем каждый этап коррекции включает общую регулировку отдельной скорости закачивания, подлежащую осуществлению для по меньшей мере одной из насосных установок, при этом этапы коррекции упорядочены по уменьшению величины чередующихся регулировок по увеличению и уменьшению отдельной скорости закачивания.
17. Устройство по п. 16, в котором по меньшей мере одна из насосных установок, для которой общая регулировка отдельной скорости закачивания подлежит осуществлению на каждом этапе коррекции, представляет собой первую насосную установку, причем по меньшей мере один из этапов коррекции дополнительно включает временную регулировку отдельной скорости закачивания второй из насосных установок для компенсации временного спада или пика совокупной скорости закачивания, которые, в ином случае, были бы вызваны общей регулировкой отдельной скорости закачивания, осуществляемой для первой насосной установки на этом этапе коррекции.
18. Устройство по п. 16, в котором упорядоченные этапы коррекции включают первый этап коррекции и последующие этапы коррекции, при этом:
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания меньше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по уменьшению отдельной скорости закачивания; и
если изменение совокупной скорости закачивания представляет собой увеличение от первой совокупной скорости закачивания до второй совокупной скорости закачивания и величина наибольшей регулировки по уменьшению отдельной скорости закачивания больше первой совокупной скорости закачивания, то первый этап коррекции включает общую регулировку, подлежащую осуществлению для насосной установки, которая соответствует наибольшей регулировке по увеличению отдельной скорости закачивания.
