(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の制御を行うプロセス制御システムのサブシステムにおいて実行される分散プロセス制御機能を有する遠隔プロセス制御システムのための無線通信ネットワークであって、
ａ．各制御モジュールが前記プロセス制御システムのサブシステムの一つの動作を制御すべくなしてあるとともに、一つの制御モジュールがマスタ通信機として指定されその他の制御モジュールがスレイブ通信機として指定されている複数の制御モジュールと、
ｂ．指定された前記スレイブ通信機がプロセス情報を前記マスタ通信機に対して伝送し、かつ前記マスタ通信機から受信すべくなしてあるとともに、サブシステムに関する情報を遠隔で伝送および受信すべく前記制御モジュールの各々に接続されている無線周波数通信モジュールと、
ｃ．携帯電話方式通信技術を遠隔で用いて前記スレイブ通信機および前記マスタ通信機からのサブシステムのプロセス情報を遠隔で伝送および受信すべく前記マスタ通信機に接続されている携帯電話方式通信モジュールと、
ｄ．前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を伝送し、前記マスタ通信機から前記サブシステムのプロセス情報を受信すべく、携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機と通信されるオペレータのコンピュータとを備え、
前記オペレータのコンピュータから前記マスタ通信機に伝送される前記サブシステムのプロセス情報は、前記制御モジュールおよび対応する前記プロセス制御システムのサブシステムの動作を制御するための情報を含んでいる、無線通信ネットワーク。
【請求項２】
前記遠隔プロセス制御システムが油田であり、前記サブシステムが油回収デバイスである、請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項３】
少なくとも一つのスレイブ通信機が、その他のスレイブ通信機からのサブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を受信し、前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を伝送するリピータ装置である、請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項４】
前記制御モジュールが、前記対応するサブシステムの動作において間違った状態を検出し、間違った状態を検出した際、前記サブシステムの動作を停止させるように構成されている、請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項５】
前記スレイブ通信機の制御モジュールが、対応する前記無線周波数通信モジュールに、前記検出された間違った状態に関する情報を含むメッセージを前記マスタ通信機へ送信させるように構成されており、前記マスタ通信機の制御モジュールが、対応する前記携帯電話方式通信モジュールに、前記間違った状態についてのメッセージを前記オペレータのコンピュータへ送信させるように構成されている、請求項４に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項６】
前記オペレータのコンピュータが、前記スレイブ通信機が前記検出された間違った状態に応じて動作するための命令を有する命令メッセージを携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機に送信するように構成されており、前記マスタ通信機が、前記オペレータのコンピュータからの前記命令メッセージを受信し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、前記命令メッセージを前記対応するスレイブ通信機へ送信させるように構成されており、前記スレイブ通信機が、前記対応するサブシステムに、受信した命令メッセージの命令に従って動作させるように構成されている、請求項５に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項７】
前記制御モジュールが、第1の動作サイクルの間に前記対応するサブシステムを動作させ、前記第1の動作サイクルの間において、前記サブシステムの動作に基づいた前記サブシステムの最適な動作状況を決定し、第２の動作サイクル間において、決定された前記最適な動作状況に従って前記サブシステムを動作させるように構成されている、請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項８】
スレイブ通信機を有するサブシステムが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される製品を生産し、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムの制御モジュールが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される前記製品の量を計測し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、計測された前記製品の量の出力を含むメッセージを前記マスタ通信機の前記無線周波数通信モジュールへ送信し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムの前記制御モジュールが、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムから受け取った前記製品の量を計測し、計測された前記製品の受け取り量を前記スレイブ通信機から受信した前記メッセージからの前記計測された製品の量の出力と比較し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量が前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量と同じでないときに、間違った状態が存在すると決定する、請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項９】
流体の制御を行うプロセス制御システムのサブシステムにおいて実行される分散プロセス制御機能を有する遠隔プロセス制御システムのための無線通信ネットワークであって、
ａ．各制御モジュールが前記プロセス制御システムのサブシステムの一つに付随しており、少なくとも一つの制御モジュールが前記対応するサブシステムの動作を制御すべくなしてあるとともに、マスタ通信機として指定されその他の制御モジュールがスレイブ通信機として指定されている複数の制御モジュールと、
ｂ．指定された前記スレイブ通信機がプロセス情報を前記マスタ通信機に対して伝送し、かつ前記マスタ通信機から受信すべくなしてあるとともに、サブシステムに関する情報を遠隔で伝送および受信すべく前記制御モジュールの各々に接続されている無線周波数通信モジュールと、
ｃ．携帯電話方式通信技術を遠隔で用いて前記スレイブ通信機および前記マスタ通信機からのサブシステムのプロセス情報を遠隔で伝送および受信すべく前記マスタ通信機に接続されている携帯電話方式通信モジュールと、
ｄ．前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を伝送し、前記マスタ通信機から前記サブシステムのプロセス情報を受信すべく、携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機と通信されるオペレータのコンピュータとを備え、
前記オペレータのコンピュータから前記マスタ通信機に伝送される前記サブシステムのプロセス情報は、前記制御モジュールおよび対応する前記プロセス制御システムのサブシステムの動作を制御するための情報を含んでいる、無線通信ネットワーク。
【請求項１０】
前記遠隔プロセス制御システムが油田であり、前記サブシステムが油回収デバイスである、請求項９に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１１】
少なくとも一つのスレイブ通信機が、その他のスレイブ通信機からのサブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を受信し、前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を伝送するリピータ装置である、請求項９に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１２】
前記対応するサブシステムの動作を制御する前記制御モジュールが、前記対応するサブシステムの動作において間違った状態を検出し、間違った状態を検出した際、前記サブシステムの動作を停止させるように構成されている、請求項９に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１３】
前記スレイブ通信機の制御モジュールが、対応する前記無線周波数通信モジュールに、前記検出された間違った状態に関する情報を含むメッセージを前記マスタ通信機へ送信させるように構成されており、前記マスタ通信機の制御モジュールが、対応する前記携帯電話方式通信モジュールに、前記間違った状態についてのメッセージを前記オペレータのコンピュータへ送信させるように構成されている、請求項１２に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１４】
前記オペレータのコンピュータが、前記スレイブ通信機が前記検出された間違った状態に応じて動作するための命令を有する命令メッセージを携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機に送信するように構成されており、前記マスタ通信機が、前記オペレータのコンピュータからの前記命令メッセージを受信し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、前記命令メッセージを前記対応するスレイブ通信機へ送信させるように構成されており、前記スレイブ通信機が、前記対応するサブシステムに、受信した命令メッセージの命令に従って動作させるように構成されている、請求項１３に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１５】
前記対応するサブシステムの動作を制御する前記制御モジュールが、第1の動作サイクルの間に前記対応するサブシステムを動作させ、前記第1の動作サイクルの間において、前記サブシステムの動作に基づいた前記サブシステムの最適な動作状況を決定し、第２の動作サイクル間において、決定された前記最適な動作状況に従って前記サブシステムを動作させるように構成されている、請求項９に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１６】
スレイブ通信機を有するサブシステムが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される製品を生産し、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムの制御モジュールが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される前記製品の量を計測し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、計測された前記製品の量の出力を含むメッセージを前記マスタ通信機の前記無線周波数通信モジュールへ送信し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムの前記制御モジュールが、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムから受け取った前記製品の量を計測し、計測された前記製品の受け取り量を前記スレイブ通信機から受信した前記メッセージからの前記計測された製品の量の出力と比較し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量が前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量と同じでないときに、間違った状態が存在すると決定する、請求項９に記載の無線通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信ネットワークに関し、特に、自動流体回収システムに用いられるものであり、とくに井戸からのオイルおよびガスの回収に用いられる回収システムに用いられるものである。井戸におけるシステムは、ローカルにおいてまたは遠隔からから、監視、制御されうる。井戸において回収される流体の量は、その井戸において計測される。
【背景技術】
【０００２】
油井およびガス井の如き井戸は、遠く離れた場所に位置していることが多い。ポンプジャックの如き回収デバイスを用いて、井戸から油を回収し、それを格納タンクに送る。通常、このタンクは、相互に接続されたパイプライン／フローラインにより複数の井戸に繋がれている。油とともに水がポンプによりくみ出されることが多い油田の場合、分離タンクを用いて、水から油を分離する。次いで、集められた油は精油所に販売される。通常、これらのフィールドデバイスは、そのデバイスをローカル電源に接続し、モータを起動することにより作動させられる。メンテナンスには、そのサイトを訪れて、そのデバイスの動作を目視することが必要である。井戸において問題が発生した場合、または定期的なメンテナンス訪問のあとで調整が必要になった場合、次の訪問日を調べてそれが修正されるまでまたなければならない。一般的に、井戸において生産される油またはガスの量の判定は収集タンクにおける油またはガスのレベルを測定することにより行われる。収集タンクに供給している井戸の数が一を越える場合には、いずれか一つの井戸により回収される油またはガスの量を判定しようとすると問題が発生する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の上記の目的および他の目的ならびに利点は、以下の図面により示される詳細な説明を参照することにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】回収デバイスにより井戸からの流体回収を自動化するとともに計測器により井戸からの流体回収量を測定するための制御モジュールを備えた回収システムを示す概略図である。
【図１Ａ】図１の回収システムの代替え案として、制御モジュールを回収デバイスと一体化した部分として示す概略図である。
【図１Ｂ】図１の回収システムの代替え案として、制御モジュールを計測器と一体化した部分として示す概略図である。
【図２Ａ】回収デバイスにより回収される流体を計測すべく用いられるタンク計測器を示す概略図である。
【図２Ｂ】油抽出機用の他の計測システムを示す概略図である。
【図２Ｃ】油抽出機により回収される回収流体の量を自動的に計測するための制御モジュールの自動制御を示すフローダイアグラムの一例である。
【図３Ａ】回収サイクルを自動化するための、制御モジュールによる制御を示すフローダイアグラムの一例である。
【図３Ｂ】ポンプジャックの場合の回収サイクルを自動化するための、制御モジュールによる制御を示すフローダイアグラムの他の一例である。
【図４】回収サイクルを調整するためのフローダイアグラムの一例である。
【図５】格納タンクに接続された回収デバイスシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明により、井戸における流体回収プロセスを自動化する一つの方法が提供されている。また、以下で説明するシステムが比較的に安価であるので、ストリッパウェルとして知られている利益の少ない油井においてとくに有益である。ストリッパウェルとは、ほとんどの場合において一日に最大５バレルしか生産しないような低価格用および低生産用の井戸のことである。各井戸において回収プロセスを自動化することにより、他の恩恵を実現することが可能となる。たとえば、以下でさらに詳細に説明するように、一つの恩恵は、自動的に、井戸の油回収速度を見つけ出し、油の回収をその回収速度にチューニングすることが可能となることである。これにより、油回収費用、すなわち回収デバイスの運転費用および回転デバイスを運転を維持するためのメンテナンス費用が著しく削減される。他の恩恵は、各井戸において回収される油の量を精確に計測することが可能となることである。各井戸は固有の回収特性を備えている。各井戸において回収される油の量を計測することにより、その井戸から期待される将来の油回収量を予測するための回収履歴を作成することが可能となる。また、回収プロセスにおける問題を求めるべく、さまざまなコンポーネントの診断情報または全体としてのシステムの診断情報を用いることが可能となる。また、各井戸において流体を計測することにより、回収デバイス、格納タンクへ流体をポンプで供給するために用いられる配管、およびタンク自体を含む油田全体のステータスも監視する機会が与えられる。
【０００６】
自動回収システムの表示、監視、および制御を、井戸などの現場においてまたはデスクトップコンピュータもしくはラップトップコンピュータを用いて遠隔から実行することができる。この回収システムとの通信には、２線式技術、無線式技術、または他の現在使用可能な通信技術が含まれる。ＨＡＲＴプロトコル、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル、Ｍｏｄｂｕｓプロトコル、または他のプロトコルの如きプロトコルを用いることができる。また、以下でさらに詳細に記載するように、複数の自動回収システム相互にネットワーク接続し、フィールド回収システム内の複数の井戸またはフィールド回収システム全体を一カ所から監視・制御することができる。以下で、油回収システムについて記載されるが、当業者が留意すべき点は、本発明の教示を水井およびガス井の如き他のタイプの井戸に対して適用してもよいということである。
【０００７】
（油回収システム）
ここで、図１を説明すると、井戸12において自動的に油を回収し、回収した油の量を計測するためのシステム10が示されている。図示されているように、本発明の油回収システム11は、油回収デバイス14と、制御モジュール16と、計測器18とを備えている。油回収デバイス14は、油回収業において公知の油回収デバイスであるくみ出しデバイスまたはエアジェットデバイスの如き複数のタイプのデバイスのうちのいずれの一つであってもかまわない。しかしながら、本発明のコンセプトは、流体を格納タンク35へポンプにより供給するために、一般によく用いられているポップジャックまたはテキサス州のジョージタウンにあるテキサスヘリテージオイル会社（Ｔｅｘａｓ  Ｈｅｒｉｔａｇｅ  Ｏｉｌ、Ｉｎｃ．）により販売されている新規の油抽出機を用いるときにとくに効果的である。本発明の恩恵を十分に評価するとともに本発明をより分かりやすく記載するために、以下に記載する油回収システムは、油回収デバイスの一例として油抽出機およびポンプジャックを備えている。さらに留意すべき点は、制御モジュールは、油回収デバイスおよび／または計測器に接続される独立型モジュールであってもよいし、図１Ａに示されているように、油回収デバイスの電子回路に完全に一体化されてもよいし、図１Ｂに示されているように、計測器の電子回路に完全に一体化されてもよい。同様に、油回収システムは計測器なしで構築されてもよい。換言すれば、このシステムは、ポンプジャックまたは油抽出機デバイスと、制御モジュールのみからなっていてもよい。
【０００８】
（油回収デバイス）
現在、テキサスヘリテージオイル会社により販売されている油抽出機は、キャニスタを備えており、このキャニスタは、基本ユニットにより上昇および下降させられ、井戸の中を移動させられる。一般的に、キャニスタが井戸の中を下降する深さは、井戸内に存在する油の頂部および、油／水界面のレベルを決定する試験によって前もって決められている。この情報に基づいて、キャニスタの深さの設定値が決められている。このキャニスタは、油を収集するためのポンプおよび容器を備えている。ポンプに動力を供給するためにキャニスタ内にバッテリ源が設置されてもよい。キャニスタが表面にまで持ち上げられると、このキャニスタは排出ヘッドと接触する。キャニスタが排出ヘッドと接触すると、リミットスイッチが作動させられ、（そのキャニスタを表面に持ち上げるべく用いられた）モータを停止し、（キャニスタを加圧し、チューブを通じて油を上昇させ、排出ヘッドを越えて移動させるべく用いられる）コンプレッサを始動させる。また、リミットスイッチは、油のみを収集するように、井戸内のキャニスタの深さを制御するためにも用いられる。通常、コンプレッサは、キャニスタ内に回収された油を、計測器へ、フローラインへ、および／または外部収集タンクへ排出するのに十分に長い期間（おおむね２分から３分）動作するように時間設定がなされる。また、次の油回収サイクルを開始するまえにキャニスタ内のバッテリを再充電するように時間を設定するように別のタイマーを設定してもよい。また、複数のタイマーを用いて、（キャニスタを井戸の中に下降させる時間とキャニスタ内の油をポンプで送るために井戸内に留まっている時間との合計時間である）下降サイクル時間、および、キャニスタを上昇させるべく使われる時間とバッテリを充電するための時間との合計時間である上昇サイクル時間を制限または制御する。
【０００９】
下降サイクルおよび上昇サイクルを設定することにより、回収サイクル数、しいては油抽出機により回収される油の量が制御される。たとえば、下降サイクルを１時間にそして上昇時間を２時間に設定することは、油抽出機が、２４時間の間に油回収サイクルを８回繰り返すことを意味する。換言すれば、複数のタイマーを用いて、キャニスタが井戸の中の油内に留まって充填されている時間と、キャニスタが次の充填を開始するために戻るまえまで表面に留まっている時間とが決められている。キャニスタが４．５ガロン保持するとすれば、２４時間で、３６ガロンの油が回収されることになる。このことは、キャニスタが表面に戻されるまえに完全に充填されように、当該キャニスタが井戸の油たまりに十分に留められるということを想定している。
【００１０】
油抽出機のさらに詳細な説明は、ここで参照することにより援用される２００２年３月２６日にフィリップ・エッグルストン（Ｐｈｉｌｉｐ  Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎ）により出願された表題が「井戸から油または他の流体を抽出するための装置（Ａｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ  Ｏｉｌ  oｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｆｌｕｉｄｓ  Ｆｒ
ｏｍ  ａ  Ｗｅｌｌ）」である米国特許出願番号第10/106,655号により示され記載されている。
【００１１】
上記のポンプジャックは、複数年の間、ポンプを用いて井戸から油を排出するために用いられてきた。これらのタイプのポンプの例が、ここで参照することにより援用される米国特許番号第1,603,675号および米国特許番号第2,180,864号に開示されている。通常、ポンプは、井戸の下方に設けられるとともに一連のロッドおよび管に接続される。これらの相互接続されるロッドは、ポンプの作動に用いられるが、油田においてよく見られる上下に移動するロッカーアームにリンクされている。電気モータを用いてロッカーアームを駆動すると、ロッドを用いたポンプの駆動が行われる。このポンプは、流体を、長く相互に接続された一連の管の上方に流し、井戸の表面そして収集タンクへと供給する。この業界における一般的経験則では、ポンプは井戸の底から６０フィート（通常、管およびロッド二つ分）のところに設置される。この経験則の一般的な問題は、油井に存在していることが多い塩水中にポンプが設置されることが多いということである。この結果、塩水が油とともにポンプによって供給されることになる。この問題のため、井戸の表面には、油を水から分離すべく、分離タンクがほとんどの場合に設置されている。塩水は、非常に腐食性が強く、ポンプの故障の主原因の一つである。ポンプによる塩水の排出のために、井戸の油の上端と油／水界面のレベルとを決定する試験を実行することができる。いったんこの決定がなされると、井戸から油のみをポンプにより汲み出す深さの位置にポンプを設置することが可能となる。
【００１２】
（制御モジュール）
好ましい実施形態では、制御モジュール16は、マイクロプロセッサベースのコントローラ20からなっており、このマイクロプロセッサベースのコントローラ20は、ローカルにおけるまたは遠隔からの、油回収デバイスの監視、測定、およびデータ記録保管ならびに制御を可能としうるさまざまなフィールド自動化アプリケーションに必要な機能を備えている。たとえば、（一般的にＰＬＣとして公知である）プログラマブルロジックコントローラを用いてもよい。比較的安価でありかつ現在入手可能なＰＬＣは、ユニトロニクスインダストリアルオートメーションシステムズ社（Ｕｎｉｔｒｏｎｉｃｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）により提供されている。ユニトロニクスのＰＬＣは、油回収デバイスの制御に十分な処理能力、タイマーの数、メモリを備えており、さらに双方向通信を提供する機能を備えている。また、他のコントローラも入手可能であり、本用途において利用できるように改良可能である。また、このデバイスは、油回収デバイスのさまざまな電気コンポーネントにコントローラを接続するための十分なプロセス入力部およびプロセス出力部（Ｉ／Ｏ）22を備えている。複数からなるＩ／Ｏの利点は、複数からなるＩ／Ｏにより、モジュールが、さまざまなデバイスに接続し、測定データおよび検出データを収集し、油回収システムの動作を制御または診断することが可能となるということである。換言すれば、制御モジュールを用いて、回収システムを自動化するとともに、遠隔からの回収システムとの通信および回収システムの動作の制御を可能とする。たとえば、抽出ユニットは、スプール組立品を用い、キャニスタを上昇および下降させ、井戸内の油を収集する。好ましくは、近接センサは、スプールの回転を監視し、キャニスタの深さを測定・制御すべく用いられる。さらに、排出ヘッドにキャニスタが適切に配置されるときを検出すべく用いられるリミットスイッチは、制御モジュールによって検出され、モータとコンプレッサとの両方を制御することによりキャニスタから油をポンプで汲み上げるために用いられる。また、（ほとんどのＰＬＣに通常備えられている、）制御モジュール内のタイマーは、回収サイクルのさまざまな特性、すなわちコンプレッサの始動時間および動作期間や、次の充填のために井戸の下方に送るまでキャニスタを井戸の上方に保持する期間、油の収集のためキャニスタを前もって選択された深さに保持する期間などを制御することができる。また、制御モジュールは、以下で説明するように、最適な回収のために回収プロセスをチューニングする機能を有している。
【００１３】
同様に、油回収デバイスとしてポンプジャックが用いられる場合、回収システムを自動化するために制御モジュールが用いられる。上述のように、ポンプジャック回収デバイスは、ほとんどの場合、ロッカーアームを上下に駆動させるために電気モータを用いる。さらに、このロッカーアームは、井戸中のポンプの駆動に用いられるロッドに接続されている。ベルト・プーリ組立品により、通常、モータがロッカーアームに接続されている。ほとんどの場合、このベルトが、摩耗して、突然に切れてしまうが、井戸の場所が定期的なメンテナンスのために訪問されるまで発見されることはない。ポンプジャックの自動化および制御ならびにその問題の検出および診断を容易にするために、制御モジュールのＩ／Ｏをさまざまな電気デバイスに接続して、ポンプジャックおよび回収システムを制御・監視することが好ましい。たとえば、近接センサ（図示せず）をプーリ組立品のプーリのうちの一つの運動を測定すべく用いることが好ましい。これにより、ベルトが切れていることまたは、モータからロッカーアームまでフライホイールがパワーを伝達できない程度にまでベルトが滑るようになっていることを検出することができる、さらに、モータの負荷を求めるために、ミズーリ州フェントンにあるシー・アール・マグネチックス（ＣＲ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）により販売されているようなパワーモジュール19（図１）を用いることが好ましい。モータの負荷を求めることは複数の理由により重要である。一つの理由は、モータ自体の調子によるものである。他の理由は、ポンプおよびロッドの調子によるものである。たとえば、ポンプまたはロッドが故障した場合、モータの負荷は、著しく低下し、制御モジュールにより検出されうる。当業者とって明らかなように、モータの負荷の低下は他の問題の兆候でもありうる。たとえば、井戸がポンプによる汲み出しによって空になった場合、そのポンプの負荷もまた低下するはずである。また、制御モジュールのＩ／Ｏが、モータに接続され、そのモータおよび計測器の動作を制御することが好ましい。この開示から、ポンプジャックの制御・監視のために他のデバイスに接続しうることが明らとなる。
【００１４】
また、好ましくは、制御モジュール16は、通信インターフェイス24を備え、この通信インターフェイス24により、モジュールが、ローカルなまたは遠隔な表示・制御デバイス（26、28）、すなわちラップトップコンピュータまたはデスクコンピュータと双方向に通信することが可能となる。相互の接続は、直接配線30によるかまたは、携帯電話技術または無線技術の如きなんらかの形式の無線通信32を通じて確立されうる。場合によっては、用途に応じて、以下に記載されるように、モジュール内に携帯電話技術および無線技術の両方を組み入れることが実用的である場合もある。これにより、他の遠隔に設けられている油回収システム34を相互にリンクすることがさらに可能となる。このことに関しては、以下でさらに詳細に説明する。また、停電の場合にモジュールに電力を供給するための予備バッテリ31を備えることが好ましい。リレイスイッチ（図示せず）が、主電力供給線に設置され、制御モジュールによって停電の監視または検出のために用いられてもよい。次いで、この制御モジュールは、この状況を遠隔のユーザに報告してもよい。注目する必要のある井戸に対してリソースを割り当て、この情報を用いることにより、時間とお金を節約することが可能となる。
【００１５】
油回収デバイスの監視および制御に加えて、制御モジュールは、油回収デバイスおよび全体としてのシステムの動作を診断する機能を有している。たとえば、圧力センサ19を、収集タンク35に向かうフローライン17内の圧力を測定すべく流路内に設けることが好ましい。フローラインの圧力を検出しポンピングプロセスを停止するために制御モジュールを用いることにより、パラフィンの堆積により詰まった配管、またはフローライン内に漏洩が存在しうるということを示す正常値未満の圧力を有する配管に対してポンピングすることを防止することができる。配管の圧力過剰状態の検出には、一般的に入手可能な圧力スイッチが、ワイヤーで繋がれ、制御モジュールによって検出が行われるように設定されうる。制御モジュールにより決定される診断による情報は、遠隔のユーザに対して伝送されうる。
【００１６】
コントローラのプログラミングに用いられるロジックは簡単であることが多い。たとえば、ほとんどのＰＬＣは、一般的に知られているプログラミング言語であるラダーロジックを用いてプログラミングされている。また、一般的に用いられている他のプログラミング言語を用いてもよい。本明細書に開示された用途を理解したあと、好ましい制御データ、診断データ、収集データ、通信データなどに依存して、当業者は、所望のロジックをコントローラに容易にプログラミングすることができるはずである。以下で、好ましい制御タイプについての一例をさらに詳細に説明する。
【００１７】
（計測器）
明らかになってくる理由から、回収デバイスを用いて井戸で回収される油量を測定すべく計測器18を用いることは、重要なことではあるものの、回収のためのシステムを自動化するうえで必ずしも必要となる部分ではない。井戸で回収される油量を測定する一つの利点は、その井戸における回収量を最大化させるように回収デバイスをチューニングするために、回収される油量を用いることができることである。他の利点は、特定の井戸における生産および生産履歴を追跡することができることである。
【００１８】
本発明に用いられる計測器のタイプは、油回収システムの用途に著しく依存するものである。たとえば、油回収デバイスがポンプジャックである場合、井戸からポンプによって汲み出される流体の流れは連続的なものである可能性が高い。油の中のみにポンプを設置することが好ましいので、その井戸からポンプにより汲み出される油量を測定するためには、他のタイプの計測器よりもコリオリ流量計の方が現実的でありうる。コリオリ流量計は、通常、さまざまなベンダーを通じて入手可能である。たとえば、そのようなベンダーの一つは、コロラド州ボールダにあるマイクロ・モーション（Ｍｉｃｒｏ  Ｍｏｔｉｏｎ）である。超音波流量計、渦流量計などの如き他のタイプの流量計も、多くの場所で、入手可能でありまた利用もされている。用いられる計測器に依ってさまざまであるが、（必要というわけではないが）好ましくは、計測器は油のみを測定するように構成される。流体流量を測定および監視することは、その流体がたとえ油と水が混ざったものを含んでいるとしても重要な場合がある。たとえば、ポンプの調子を維持するため、ポンプが依然として流体を汲み出しているか否かを判定することは重要である。ポンプが、井戸を空にしたあともオンの状態のままである場合、そのポンプは故障する可能性がある。井戸の履歴がいったん理解されると、以下で説明するように、ポンプを使って井戸から流体を効率的に汲み出すためにポンプをオン・オフするサイクルの制御に、タイマーを用いることが好ましい。
【００１９】
油のみを汲み出すことが目的ではあるというものの、ポンプを設置するための正しい深さをのみを決定することが純正科学とはいえない。たとえば、時間とともに地下水面は変化するため、水の有無を試験するコントローラの機能からの水の有無の情報は、重要な情報であり、ポンプジャックのモータを停止するための信号として用いられうる。用いられる計測器によっては、水の有無は、別に検出される必要がある場合がある。別のセンサとは、流体の導電率の検出のためフローストリームに設置される一組のプローブと同じくらい単純なものである。たとえば、これらの二つのプローブの間に水が満たされると、接続が形成され、ポンプによって水が汲み出されていることを示す。そうでない場合は、管内の空気または油がプローブを電気的に絶縁することになる。
【００２０】
しかしながら、油抽出機が用いられた場合、回収される油とは、サイクル毎に抽出される油のことであり、言い換えれば、送気管を流れる少量バッチ毎の「油の塊」のことである。サイクル毎にこれら少量の油を測定することは非常に困難なことであるが、以下で説明するように、油抽出機を自動化する上で非常に重要な情報が得られる。上述の場合と同様に、油の塊を測定する場合にもコリオリ計測器を用いることができるが、その価格から考えて現実的でないこともある。また同様に、上述の他の計測器も有効でありそれらを用いてもよい。これらに代わる方法として、図２Ａに示される、制御モジュールの制御下にある特殊タンク計測器36を用いてもよい。キャニスタから油をポンプを用いて汲み出すために加圧空気が用いられているので、油の測定まえに、油を空気から分離する必要がある。示されているように、キャニスタが井戸表面に到達すると、加圧空気により押圧された油は、排出ヘッドから流出し、（既知の容積を有する）タンク40の頂部近傍に設けられた入口38を通過する。タンクから油を排出する出口42は、タンク底部に設けられており、油がタンクを満たしている間、三方弁によって閉じられている。好ましくは、この三方弁は、制御モジュール16（図１）により制御されるソレノイドバルブである。通気口46は、タンク40の頂部に設けられており、このタンク40が油で充填されている間に加圧空気を排出することを可能とするために、三方弁44に接続されている。油の塊がタンク内に集積されると、制御モジュールに接続されているフロートレベル計測器45は、油のレベルを検出する。好ましくは、フロートレベル計測器45は、自動車用ガスタンク内のガソリンのレベルを求めるために用いられるフロート計測器と同等である。当業者にとって明らかなことであるように、他のタイプのレベル指示器を用いてもよい。この好ましい実施形態では、上記のフロートレベル計測器は、タンク内で油のレベルが上昇するにつれてオームの単位で変化する抵抗タイプのものである。（タンクの既知容積に加えて）タンク内の油のレベルを用いて、制御モジュール16は、その回収サイクル中に回収される油量を容易に求めることができる。また、タンク40の底部には、制御モジュールに接続された、水の有無を検出するためのセンサプローブ48が設けられている。回収サイクル中に回収された油量を求めたあと、排出口を開き通気口46を閉めるように三方弁44を切り換えることにより、油をタンク40から排出する。タンク40は、その中の流体を格納タンク35に送給するために、コンプレッサにより再加圧されてもよいし、または外部のポンプ（図示せず）を用いて汲み取りが行われてもよい。当業者にとって明らかであるように、同様の油／空気の分離および測定を可能とするタンク計測計36の構成は他にもある。
【００２１】
キャニスタ内の流体を測定する他の方法は、回収サイクル毎に、制御モジュールを用いて自動的に、キャニスタを空にするまえにこのキャニスタを所定の圧力まで加圧し、この所定の圧力に到達するのに必要とされた時間を測定することである。キャニスタを所定の圧力まで加圧するのに掛かる時間は、そのキャニスタ内の流体の量に正比例することが分かっている。換言すれば、図２Ｂでは、制御モジュール16の制御下にあるキャニスタ51が、井戸の表面にまで運ばれ、排出ヘッド49と係合する。係合すると、このキャニスタは、コンプレッサ53を用いて加圧される。回収システムにより用いられる所望のコンプレッサに依存して、コンプレッサ53は、制御モジュール16により直接制御されてもよいし、または、示されているように、圧力タンク57に格納されている加圧空気のボリュームと連通するソレノイド55を通じて制御されてもよい。バルブ59もまた制御モジュールの制御下にある。好ましくは、このバルブ59は、キャニスタ51内の流体の量を測定するために前記の所定の圧力までキャニスタを加圧することができるように、このキャニスタ51をシーリングすべく用いられる。これに代えて、定期測定を行えるようにキャニスタを加圧するために、圧力制限器（図示せず）を用いてもよい。好ましくは、キャニスタ内が所定の圧力に到達したことを示すために、その所定の圧力に設定されている圧力スイッチ61が用いられる。たとえば、圧力スイッチ61は２８ＰＳＩに設定されうる。所定の圧力、この例では２８ＰＳＩに到達すると、キャニスタ51内の流体の量を求めるために、制御モジュールによってその圧力に到達するのに掛かった時間が測定されて用いられる。いったんその測定が行われると、バルブ59が開放されて、流体が、キャニスタ51の内側に沿ったチューブ63を通過して、キャニスタ51の底部からフローライン65までポンプによって汲み出される。キャニスタ内の流体を測定するこの方法により、費用効率が高くかつ最も破壊的でない方法が回収プロセスにもたらされる。圧力を用いて流体の量を測定する技術および方法は、マイケル・シェルドン（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｓｈｅｌｄｏｎ）により２００３年２月１０日に出願された、表題が「容器内の流体の量の圧力を用いた測定（Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄ  Ｖｏｌｕｍｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ  ｕｓｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」である仮出願において、さらに詳しく示され説明されている。この仮出願の内容は、本明細書において参照することによりここに援用されるものとする。
【００２２】
すでに述べたように、フローラインの圧力が第二の圧力スイッチの設定値以上であるか否かを示すために、第二の圧力スイッチ67を設けて、より高い所定圧力、たとえば６０ＰＳＩに設定してもよい。フローラインの圧力が高いということは、そのフローラインが詰まっていることを示しうる。他の方法としては、圧力スイッチに代えて、一般的にそれよりも高価な、さまざまな圧力範囲を測定するための圧力センサを用いてもよい。圧力センサを用いることにより、さらに低いフローラインの圧力を測定することが可能となり、これにより、フローラインの漏洩の検出が可能となる。第二の圧力スイッチは、さらに精確に圧力を読み取るために、現実的に可能な限りフローラインの近くに設置されることが好ましい。当業者にとって明らかなように、図２Ｂに示されているフローライン用の圧力スイッチは、フローラインの劣悪な環境からその圧力スイッチを隔離するために、空気供給ラインに設けられている。示されているように、このスイッチは、キャニスタ内の流体を上昇させ外部に押し出すのに余分な圧力が必要となるので、実際のフローラインの圧力よりもわずかに高くなっている。
【００２３】
フローダイアグラムが図２Ｃに示されている。このフローダイアグラムは、先に説明した計測・圧力検出方法を用いてキャニスタ内の流体の量を決定するために、また井戸から水が回収されたか否かの検出するために、制御モジュールにより用いられうるステップを示している。このサイクルは、まず、ステップ50、すなわちキャニスタが井戸の頂部で検出されかつ排出ヘッドと正しく係合されるときから始まる。キャニスタが井戸の頂部に位置付けされると、ステップ52でコンプレッサおよびタイマーが起動され、ステップ54で圧力スイッチが作動させられるまでオンのまま留まっている。いったん圧力スイッチが作動して所定の圧力に到達したことが示されると、ステップ56で、タイマーが停止され、所定の圧力に到達するのに必要とされた時間を用いて、キャニスタ内の流体の量が求められる。次いで、ステップ58で、フローラインに対するバルブが開かれ、キャニスタから流体がポンプにより汲み出される。一般的に、タイマーは、キャニスタから流体をポンプにより汲み出すためにコンプレッサが動作する時間を制御する。コンプレッサのタイプおよびサイズならびに、フローラインに存在しうる背圧の量に依存するので、上記の時間は一定ではない。通常、キャニスタからフローラインへのポンプによる汲み出しに必要な時間は数分にすぎない。いったんコンプレッサを動作させる時間が経過してしまうと、制御モジュールは、コンプレッサを停止して流出用バルブを閉める。コンプレッサがキャニスタから流体をフローラインへポンプにより汲み出している間、制御モジュールは、ステップ60で、フローラインに過剰圧力または高い圧力が存在するか否かを判別し、第二の圧力スイッチを監視する。フローラインの圧力が高すぎると判定された場合、ステップ62で、コンプレッサが停止され、その状態を示すメッセージが送信される。次いで、ステップ64で、回収デバイスは、インストラクションを待つ。
【００２４】
さらに、流体はキャニスタからポンプで汲み出されるので、好ましくは、導電率プローブでありうるセンサ69（図２Ｂ）が、フローラインに設置され、ステップ66で、キャニスタ含有物内に水が存在するか否かの検出に用いられる。水が検出された場合、制御モジュールは、キャニスタ内の含有物をフローラインにポンプで汲み出すことを停止し、この状態に関するメッセージを送信する。ステップ68では、回収デバイスは、制御モジュールに対してインストラクションが返信されてくるまでアイドリング状態で留まっている。
【００２５】
上記の二つの状態のうちのどちらも存在しない場合、制御モジュールは、ステップ70、72で、コンプレッサが停止するまで、次の回収サイクルを開始しないで待機する。そのあと、ステップ74、76で、採集日時および回収流体の量の記録を作成し、遠隔のオペレータに送信する。これに代えて、必要ならば、この記録は、制御モジュールによって格納されてもよいし、また、オペレータまたは遠隔のユーザによって検索されてもよい。同様に、回収デバイスの動作のさまざまな条件および状態とともに、上記の情報を井戸サイトの制御モジュール（図示せず）の表示パネル上に表示してもよい。
【００２６】
（油回収システム）
油回収システムの自動制御は、油回収デバイスおよび計測装置の運転・制御を行うためにモータおよびさまざまなスイッチに制御モジュールを接続することにより達成される。さまざまなスイッチとの実際の接続は図示されていない。というのは、これらの接続は、とりわけこの油回収デバイスと、ユーザが運転・監視したいと考える制御デバイスのさまざまな様相とによって依存して、異なるからである。しかしながら、当業者ならば、本明細書における制御の説明と照らし合わせて考えれば、油回収システムのさまざまな動作を監視・制御するためにどのように電気的接続を行うべきかを容易に理解することができる。
【００２７】
ここで、図３Ａを参照すると、フローダイアグラムが示されている。このフローダイアグラムは、油抽出機を用いる油回収システムの制御サイクルを示すべく用いられている。以下の記載が上記の油回収システムの動作を制御するための好ましい方法を説明しているが、当業者が留意すべき点は、他の方法およびルーチンを用いても、実質的に同一のまたは同等の自動制御を達成することができるということである。
【００２８】
上述のように、キャニスタの深さは事前に決定されており、リレイスイッチはキャニスタが井戸の下方に送り込まれるまえに設定される。回収サイクルを開始すべく、制御モジュールは、ステップ78で、モータを始動させてキャニスタを井戸の下方に降ろし、タイマー１を始動させて所望の深さに至るのに必要な時間を測定する。これに代わる一つの方法としては、下降速度が既知である場合、タイマーを用いてモータを制御してもよい。モータの制御にタイマーを用いることにより、ユーザは、リレイリミットスイッチを再設定することなく、キャニスタの深さを容易に変更することができる。したがって、このリミットスイッチは、何か間違いがあったときのための、補助最大深さスイッチとして用いうる。実際の深さは、ケーブル／キャニスタを井戸の下方に降ろすために用いられるプーリの回転を検出する近接センサの如きセンサを用いて検出することができる。換言すれば、用いられるケーブルの長さが計測される。好ましい深さに到達した場合、制御モジュールは自動的にモータを停止する。
【００２９】
所望の深さでは、ステップ80で、タイマー１が停止され、キャニスタをその深さに到達させるためにかかった時間が制御モジュール16により記録される。この情報は、あとで、井戸を降下するキャニスタに問題があるか否かを判定するための診断情報として用いられる。キャニスタが所望の深さまで到着したとき、ステップ82で、タイマー２は、キャニスタが井戸に滞在している時間を制御するために始動する。通常、必要なのは３〜４分のみである。そのタイマーがタイムアウトになったときまたはその時間設定されたサイクルが終了したとき、制御モジュールは、モータを作動させ、キャニスタを井戸の表面に戻す。ステップ84で、タイマー３は、キャニスタを井戸の表面に戻すために必要とされる時間を測定すべく始動させられる。（上記の）リレイスイッチは、キャニスタが排出ヘッドと接触したときを検出すべく用いられる。そのとき、モータは停止され、タイマー３により示される時間がステップ88で記録される。次いで、タイマー１およびタイマー３に記録された時間は、なんらかの異常または問題の有無を調べるために比較される。そのとき、制御モジュールは、さらに、コンプレッサを作動させる。これにより、キャニスタが加圧され、油が、油抽出機の上方へとそしてその排出ヘッドの外側へと、ポンプにより汲み出される。ステップ90で、先に述べたように、油は、排出ヘッドからタンク計測器へ送られる。タイマー４は、コンプレッサが起動される時間を制御すべく作動される。キャニスタからの油をタンク計測器にポンプにより汲み出すのに必要とされる時間は、通常１から２分である。油がタンク内に流入している間、制御モジュールは、ステップ92で、タンク内の油のレベルを絶えず監視していることが好ましい。油のレベルの上昇が止まるときにはキャニスタは空となっている。コンプレッサは、制御モジュールにより任意選択的に停止されてもよいし、または、タイマー４により判定される、そのコンプレッサに対して時間設定されたコンプレッササイクルの終了まで、動作させたままにしておいてもよい。また、制御モジュールは、キャニスタが排出ヘッドに接触している間、バッテリの電圧を測定しうる。サイクル毎の電圧測定結果の履歴は、バッテリの調子もしくは状態および／または残されたバッテリ寿命を求めるために、格納、検査される。ステップ94、96で、バッテリ充電器は、各サイクル中キャニスタが排出ヘッドにある間にバッテリを再充電するために始動されることが好ましい。
【００３０】
いったんすべての油がタンクに流入されると、ステップ98で、その体積が、求められ、記録され、タイムスタンプが捺される。ステップ100では、タンクに水がわずかでも流入しているか否かを調べるための検査が行われる。これらの結果は、記録され、タイムスタンプを捺されることが好ましい。次いで、三方弁44（図２Ａ）は、好ましくはコンプレッサからの加圧空気を用いて、タンクから油を排出するために開放される。タイマー５を用いて、ステップ102で、加圧空気を供給してタンクを空にするために必要とされる時間を制御することができる。タンク内にいかなる水も見出されなかった場合、制御モジュールは、ステップ104、106で、バッテリ充電器を停止し、回収サイクルの最初に戻る。水が検出されると、制御モジュールは、ユーザ／オペレータに通知しユーザが再始動するまでその回収サイクルを停止するか、および／または、任意選択的に、井戸により油が回収されている速度とほぼ一致する速度で油を回収するよう回収デバイスを自動的に再設定する。これに関しては、以下でさらに詳細に説明する。
【００３１】
以上では、異なるイベントに対する異なるタイマーが記載されているが、当業者にとって留意すべき点は、同一のタイマーを異なる目的で用いることができるということである。また、ユーザに応じて、上記の動作フローダイアグラムに対して、他の制御機能または監視機能を搭載することもできるし、および／または、上記の動作フローダイアグラムから、現在示されている動作を取り除くこともできる。たとえば、油をポンプによりくみ取るために用いられる周囲温度および／または周囲圧力を測定してもよい。
【００３２】
ポンプジャックの場合、制御モジュールは、油抽出機に場合に必要なスイッチおよびタイマーのすべてを監視および制御しなければならないということはない。一般的に、油回収システムの監視および制御は簡単な事柄である。たとえば、図３Ｂに示されているように、回収サイクルは、ステップ108で、制御モジュールがモータを起動して、油の体積を測定し、記録し、タイムスタンプを捺す計測器へ、流体をポンプで送給することから開始される。タイマー１は、回収サイクルの時間を測定／制御するために始動される。好ましくは油のみをポンプで汲み取るように井戸の非常に高いレベルにポンプを設置することが好ましいため、ポンプが動作する時間は、最後にポンプにより汲み取られたときから井戸に溜まった油の量と、井戸の油回収量との関数となりうる。このことは以下でさらに詳細に説明する。流体がポンプにより汲み出されるとともに、その流体は、ステップ110で、水の有無または「流体パウンディング」に関して検査される。地下水面の変更の可能性のためまたはポンプ設置に適正な深さの選択の可能性のため、水をポンプによって汲み出す可能性はいつでも存在している。流体パウンディングは、ポンプ装置により迅速に処理可能な流体の量よりもポンプにより汲み出される流体のレベルが小さい場合に発生し、このことにより、ポンプに損傷が発生する場合もある。流体をポンプにより汲み出す場合と空気をポンプにより汲み出す場合とで異なるモータの負荷を測定することにより、流体パウンディングを容易に判別しうる。水パウンディングまたは流体パウンディングを検出した場合、制御モジュールは、モータを停止し、タイマー１を停止し、ポンプによる汲み出し時間を記録し、そしてユーザに通知する。次いで、タイマー１は、ステップ112、114で、新規のポンプによる汲み出し時間サイクルを再設定する必要がありうる。検出しなかった場合、ステップ116で、ポンプは、回収サイクルタイマー１が満了するまでその動作を継続する。いったん満了すると、コントローラは、モータを停止し、井戸の回収量に設定されたタイムアウトタイマー２を開始する。そのタイムアウトの終了時点で、回収サイクルは新規のサイクルを開始する。換言すれば、ポンプジャックは、ステップ118において、井戸の油回収量に応じてたとえば、制御モジュールにより２０分間運転され、次いで、その日の残り時間停止されうる。
【００３３】
（チューニング）
効率的に油を井戸からポンプにより汲み出すために、井戸の中に浸出する油の回収量、すなわち井戸の回収能力を求めることが有益である。一般的にいえば、任意に指定された井戸に関する予測油回収能力は、その井戸の、ポンプによる汲み出し履歴から決定されうる。この量は、ポンプによる水の汲み出しを含む従来のポンプ汲み出し技法を用いて回収される油の量から決定されることが多いため、必ずしも信頼性のある情報とはいえない。さらに、地下水面が時間の経過とともに変化するため、井戸に浸出する油の量が変化しうる。さらに、ポンプにより油のみを汲み出すように、ポンプを井戸内に設置することが好ましいが、油を井戸内に引き込むために用いられる井戸内の静水圧が少ないため、ポンプにより汲み取り可能な油の量が変化する。したがって、上記の回収量を測定する最良の方法は、油抽出機用およびポンプジャック用の両方のポンプを、井戸内の所定の深さに設置し、予測油回収能力よりも速く油を回収するように回収デバイスを設定することである。油抽出機の場合、このことは、回収サイクル毎に、キャニスタが井戸内の同じ深さに戻りうることを意味する。好ましくは、この深さは、まず井戸内にどれだけの油が留まっているかを求めることにより決定される。たとえば、井戸内の油の頂部が１３２７フィートのところにあり、水／油界面が２１９７フィートのところにあれば、８７０フィートの溜まり油が井戸内に存在することになる。２１９７フィートより下には水がある。この情報を用いて、ポンプは、油のみをポンプにより汲み出すように、油内に設置される。予測油回収能力よりも速くポンプにより汲み出すことにより、回収される油の量は、いったんそのポンプの上方の油が汲み出されると、一定の量に減少する。この一定の量がその井戸の回収能力となる。上述のように、時間の経過とともに、この回収能力は変化する可能性が高い。したがって、決定された回収量よりもわずかに高い量に油回収デバイスの回収量を設定し、長期にわたり回収量を監視することが好ましい。回収量が増加または減少すると、それに応じて、さらに効率よくするために、回収デバイスをチューニングしうる。このことは、制御モジュールを用いて油抽出機に対する油回収サイクルの回数を増加または減少させることにより、またはポンプジャックを操作させる時間を増加または減少させることにより達成されうる。
【００３４】
回収デバイスの自動化は、回収プロセスの最適化において他のチューニング上の利点を有している。たとえば、図４の制御フローダイアグラムにより示されているように、抽出機の回収能力を最適化するために、抽出機ユニットをチューニングすることができる。サイクル毎にフルの充填量が回収される可能性を大きくすることにより、抽出機ユニットを最適化することができる。たとえば、上述のように、回収される流体の量を測定することにより、制御モジュールは、次のサイクルにおいて、井戸のさらに下方へキャニスタを下降させることができる。油の体積が所定の量よりも少ない場合は、ステップ120、122、124で、キャニスタを所定の量だけ井戸の下方に降ろす。好ましくは、ステップ126で、油のみを回収する最大レベルにキャニスタが設置されているか否が判定される。最大レベルに設置されていない場合、制御モジュールは、ステップ128で、次の充填を確実に満杯にするためにキャニスタを所定量だけ下方に降ろす。キャニスタのレベルがすでに最大レベルに達しているものの、所定の充填量よりも少ない充填量が検出された場合には、ステップ136で、井戸の回収時間を考慮するため、井戸の頂部にキャニスタを滞在させる時間を増加させることができる。部分充填を回避することにより時間とエネルギーを節約することができる。
【００３５】
同様に、当業者にとって明らかなように、ポンプジャックは、回収の最適化のために、回収される流体の量および動作のタイミングを決定するために計測器が用いられると、さらに効率がよい。
【００３６】
（通信ネットワーク）
通常、油田におけるオペレータは、複数の油井のリースを管理する。本発明の教示によれば、各井戸には、図５に示されているように、上述の井戸回収システム（138〜143）が設けられていることが好ましい。当業者にとり明らかであるように、これらのフィールドは遠隔のかつ容易にアクセスできない領域に位置していることが多い。各井戸の表面では、各井戸にある回収デバイスよって流体が一または複数の格納タンク146へポンプにより汲み出されることを可能にするための一連のフローライン／パイプ144が用いられていることが多い。場合によっては、一つの格納タンクが一つの井戸（図示せず）のみに対して割り当てられることがある。上述のように回収デバイスを自動化することに加えて、これらの井戸を有効に管理するために、各回収デバイスには、各井戸で収集されるデータをオペレータのコンピュータ148に伝送することを可能とする通信ネットワークを作成するために、双方向無線通信デバイス32が設けられていることが好ましい。たとえば、ウェイブコム・モデム（ｗａｖｅｃｏｍ  ｍｏｄｅｍ）を直接制御モジュールに接続し、各回収デバイスとの無線携帯通信を可能とすることができる。これに代えて、双方向の無線機を直接制御モジュールに接続し、各回収デバイスとの無線通信を可能としてもよい。比較的安価であるとともにこのような用途にとくに適する、５〜１０マイルの間の通信半径を有する無線機が一般的に入手可能である。オペレータは、このようなデータを用いることにより、必要に応じて、各回収デバイスを遠隔から監視または制御することができるようになる。その結果、井戸を監視および制御するための時間の掛かる訪問が回避される。また格納タンク146には、双方向無線通信デバイス32と、タンク146内の流体のレベル測定する計測器150とが設けられていることが好ましい。これらの通信デバイス32および計測器150をタンクから動作させるために、上記の図１に関連して示されるとともに説明された制御モジュールと同等の制御モジュール152を用いることができる。制御モジュールをタンク上に設置することの利点には、オーバフローを防止することに加えて所望の時間の受け取りをスケジューリングするために、タンク内の流体のレベルをオペレータまたは所有者に通知することが含まれる。起こりうるオーバフローの状態に対して、制御モジュールは、タンクを充填するポンプを停止させるようにプログラミングされうる。また、制御モジュールをタンク上に設置することにより、その制御モジュールを、（以下でさらに詳細に説明するように、）オペレータへの通信のためのマスタデバイスとするチャンスが与えられることになる。というのは、タンクは、無線通信接続に代わるものとしてダイアルアップ電話回線接続を促進する場所に設けられる可能性が非常に高いからである。
【００３７】
一つの実施形態では、各回収システムが、オペレータと各回収デバイスとの間の双方向通信を可能としうる上述の無線機または携帯通信機を備えることが好ましい。このような目的に使用する無線機および携帯通信機は一般的に入手可能である。また、無線ウェブ技術も利用可能である。たとえば、カリフォルニア州のサンノゼにあるエアリスネット（Ａｅｒｉｓ．ｎｅｔ）社により、遠隔のインテリジェントデバイスに双方向無線接続性して制御をすることができる製品が販売されている。
【００３８】
他の実施形態では、オペレータとの通信のためのマスタ回収デバイスとして一つの回収デバイスを指定することができる。その他の回収デバイスは、マスタ回収デバイスを通じてオペレータと通信する「スレイブ」回収デバイスとして指定されうる。場合によっては、井戸の一部が遠く離れた所にあるため、これらの無線機は、近くの回収デバイスに設けられた他の無線機を用いて、さらに遠くにあるマスタ回収デバイスと通信するように構成されることもある。換言すれば、一つのスレイブ回収デバイスからのデータの伝送において、マスタ回収デバイスと直接通信するには遠すぎる場合には、（リピータとして知られている）他のスレイブ回収デバイスを利用して、マスタ回収デバイスと通信する。好ましくは、マスタ回収デバイスは、世界中のどこかにいるオペレータと遠隔から通信するための携帯通信機を備えている。
【００３９】
オペレータにとって有益でありうる情報のタイプには、デバイスの動作監視用の情報、各井戸において生産されている油の量測定用の情報、ならびに（デバイスのさまざまなコンポーネントの性能、デバイス全体の性能、デバイス間の通信の性能を含む）各デバイスおよび／または複数のデバイスからなる各システムに対する診断実行用の情報が含まれる。データは、制御モジュールにより自動的に格納されうるし、そのあと自動的にまたはオペレータの要求に応じて、オペレータへ送信される。この情報に基づいて、オペレータまたはユーザは、上述のリサイクル回収時間に変更、井戸内のキャニスタの上昇または下降、キャニスタの深さの再設定、または修理サービスのための回収システムの停止の如き作業指示の変更を行うことができる。同様に、各井戸で油を回収してその井戸で回収される油の量に基づいてそれらのサービスに対する料金を請求する事業計画または、各井戸でこのような回収システムをリースすることによる事業計画を作成することが可能となる。また、デバイスまたは油田全体の稼働を維持させるためのサービス事業計画を作成することが可能となる。たとえば、各井戸で回収される油の量を計測することができるので、油抽出機をリースして、抽出機を用いてこの井戸において回収される油の量に対してのみ料金を請求するような事業方法を策定しうる。生産量、生産履歴、生産インボイスは、井戸の所有者またはオペレータに対して電子的に送信しうる。さらに、ウェブブラウザ技術を用いることにより、井戸または油田／ガス田の所有者／オペレータは、運転を妨げることなくさまざまなデバイスの動作を遠隔から見ることが可能となる。
【００４０】
（診断）
上述の通信ネットワークの実現により、複数のタイプの診断ルーチンをデバイスにおいて実行することが可能となる。制御モジュールは、これらの診断ルーチンの結果を、所有者／オペレータの遠隔のコンピュータまたは携帯電話（図示せず）に自動的に伝送することができる。このことにより、迅速な応答が可能となる。好ましくは、オペレータの携帯電話は、回収デバイスに対して要求または命令を送信するように構成されている。これに代えて、これらの結果をデバイスと通信する所有者／オペレータによる要求に応じて送信してもよい。制御モジュールにより実行可能な診断ルーチンののうちのいくつかを以下で記載する。しかしながら、当業者にとって明らかであるべき点は、回収デバイスの性能、回収システムの性能、またはそれらのデバイスへの通信の品質を評価するための診断ルーチンを他にも複数作成しうるということである。
【００４１】
一つの重要な診断は、油回収システム11を格納タンク146に接続する管144（図５）における漏洩を検査することである。ほとんどの場合、漏洩はこれらの管において発生し、物理的検査により流出または環境被害が明らかになるまで、その漏洩を発見することはできない。本発明のシステムでは、さまざまな回収デバイスによりポンプを用いてこれらの管に供給される流体の量を求め、次いで、その量をタンクで受け取られる量と比較することによってこれらの管を調べる検査を実行することが可能となる。回収デバイスを制御することにより、各管におけるフローパターンを制御することができるし、各回収デバイスをタンクに接続しているフローラインの調子を判定することができる。たとえば、次から次へと、一つを除いたすべての回収デバイスを停止していく。そして、その一つの回収デバイスによりポンプで汲み上げられた流体の量を、レベル計測器108を用いて、タンクで受け取られたその流体の量と比較しうる。これらのデバイスによるポンプを用いた汲み出しとタンクにより受け取られる量との他の組み合わせも行いうる。
【００４２】
他の好ましい診断試験には、計測器の精度を検査することが含まれる。井戸でポンプにより汲み出される流体に対して料金を請求することが事業である場合、計測器の信頼性および精度は重要である。計測器を検査する方法には複数の方法がある。一つの方法は、回収デバイスにおいて計測器の読み取り値を調べ、その値を、タンクのレベル計測器150により示されている、タンクにおいて受け取られる量と比較することである。各計測量に対してタイムスタンプが捺されることが好まれているため、流体受理時間を示すタイムスタンプおよび受理量が提供されることを、井戸にある計測器の相対的な精度を判定するために利用することが可能である。計測器システムの精度を検証する他の方法は、計測器とタンクに流体を供給するために用いられる管44との間に三方弁（図示せず）を設けることである。このＴ型弁により、フィールドオペレータまたは回収デバイス検査官が計測器を用いて測定される流体の量を無作為に検査し、その結果を、タイムスタンプを捺された記録済の量と比較することが可能となる。ガスステーションにおいてガスポンプを監視するのと同じ方法である。
【００４３】
重要でありうる他の診断試験には、回収デバイスや油抽出機のコンプレッサを動作させるべく用いられるモータの調子の監視の如き回収デバイスの動作が含まれる。コントローラによりまたは回収デバイスからデータを収集するオペレータにより実行されうる一つの試験には、油抽出機デバイスのキャニスタのアップタイム／ダウンタイムの履歴または、ポンプジャックのポンピングサイクル数の履歴を比較することが含まれうる。これらのうちの一方が低下することは、システムに支障があることを意味し、ひいては、モータの疲労を意味しうる。油抽出機のコンプレッサの動作を検査する試験は、通気口および排出口を閉鎖した状態でタンク計測器の圧力ビルドアップを測定することにより実行可能となる。キャニスタおよび計測用タンクを空にするのに必要な圧力が上昇することを観察および測定した場合、それは圧力漏れの兆候である。他の診断には、ポンプジャックの流体パウンディングを検出するためのモータ負荷を検出すること、または井戸内の流体のレベルを求めるために、油抽出機のキャニスタが流体の頂部に到達したときを検出することが含まれうる。また、回収システムの回収をチューニングするためにこの情報が用いられてもよい。
【００４４】
当業者により理解されるべき点は、先に開示したシステムに対して、本発明の精神および範疇から逸脱することなく複数の変更を加えることができるということである。たとえば、上述の教示に従って動作するように構成することが可能なさまざまなタイプのコントローラおよび通信デバイスが市販されている。デジタル接続またはアナログ接続を行うのに必要なＩ／Ｏの数は、使用される回収デバイスおよび収集されるデータのタイプによって異なる。たとえば、ロッドの故障の有無の検出やポンプとモータとの間のケーブルまたはベルトの破損の有無の検出などをおこなうために、ロッカーアームの動きを検出するセンサをポンプジャック上に設けうる。さらに、制御モジュールは、太陽電池またはバッテリにより独立して電気が供給されてもよいし、利用可能な電線に接続されてもよい。また、回収システムの設定データおよび格納データを保護するためのバッテリバックアップシステムが備えられていてもよい。上述の診断および他の診断を制御モジュールにおいて実行し、その結果をオペレータに送信してもよいし、または回収システムから遠く離れてオペレータにより実行されてもよい。オペレータに特定のイベントに関する警告を与えるために、アラームおよびアラートをシステムに組み込んでもよい。他の利点および選択肢に関していえば、それらを上記のシステムに組み込んでもよいし、また、それらは上述の教示により明らかである。
【００４５】
本明細書において本発明の教示に従って構成された特定の装置が本明細書に記載されているが、本特許により網羅される範囲はそれらにより限定されるわけではない。むしろ、この特許は、文字通りにまたは均等論により添付の特許請求の範囲内に含まれる本発明の教示にかかる装置、方法、および製品のすべてを網羅する。
【符号の説明】
【００４６】
10  システム
11  油回収システム
12  井戸
14  油回収デバイス
16  制御モジュール
17  フローライン
18  計測器
19  圧力センサ
22  プロセス入力部およびプロセス出力部（Ｉ／Ｏ）
24  通信インターフェイス
26、28  ローカルなまたは遠隔な表示画面および制御デバイス
30  直接配線
31  予備バッテリ
32  無線通信、双方向無線通信デバイス
34  油回収システム
35  格納タンク、収集タンク
36  特殊タンク計測器
40  タンク
44  三方弁
45  フロートレベル計測器
46  通気口
48  センサプローブ
49  排出ヘッド
51  キャニスタ
53  コンプレッサ
55  ソレノイド
57  圧力タンク
59  バルブ
61  圧力スイッチ
63  チューブ
65  フローライン
67  第二の圧力スイッチ
108  レベル計測器
138〜143  井戸回収システム
144  一連のフローライン／パイプ、管
146  格納タンク
148  オペレータのコンピュータ
150  計測器
152  制御モジュール
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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