СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСАМИ НАСОСНОЙ СИСТЕМЫ
METHOD (OPTIONS) AND DEVICE FOR CONTROL OF PUMPS OF PUMPING SYSTEM

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущество предварительной заявки на патент США № 62/620,704, озаглавленной Automated Control of Hydraulic Fracturing Pumps, 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 (см., например, публикации WO 2017011585 A1, US 20130290064 A1, WO 2015188162 A1 или RU 2493361 C1). 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 (например, парк насосов) могут сообщаться по текучей среде со скважиной посредством коллектора и/или других трубопроводов для текучей среды. Например, текучая среда под низким давлением из одного или более смесителей, блоков смешивания и/или других источников низкого давления может быть распределена среди насосов посредством коллектора и/или других трубопроводов для текучей среды. Тот же или другой коллектор и/или другие трубопроводы для текучей среды могут объединять текучую среду под давлением из насосов для нагнетания в скважину. На успешность операций закачки на буровой площадке может влиять множество факторов, включая способность насосов поддерживать заданный график работы, работать на оптимальных уровнях эффективности и поддерживать заданные отдельные и совокупные скорости нагнетания.
[0003] Операторы насосных установок для гидроразрыва (ГРП) на буровой площадке могут вручную запускать, регулировать и останавливать работу каждого насоса для достижения назначенной скорости нагнетания от парка насосов. Оператор насоса может вручную запускать насосы в заданном порядке и в заданные моменты времени для выполнения разных рабочих этапов. Например, в то время как работает множество насосов, оператор насоса может запускать дополнительный насос, соединенный с источником кислоты, для закачки кислоты вниз по стволу скважины, например, для удаления мусора, приставшего к боковым стенкам ствола скважины.
[0004] Однако управление насосами вручную за счет управления соответствующими передачами и дроссельными заслонками не дает успешного управления насосами. Например, существуют ограничения оператора насоса, связанные с человеческим фактором, включая недостаток знаний или опыта, стресс, усталость и неспособность управлять более чем одним насосом одновременно. Из-за таких ограничений оператор насоса не может одновременно управлять несколькими насосами на оптимальных уровнях эффективности и при заданных отдельном и совокупном расходах. Оператор насоса также может быть не способен запустить и остановить один или более насосов в точные, заданные моменты времени. Например, неспособность оператора насоса задействовать насос, присоединенный к очистному шлангу, достаточно рано, может привести к тому, что шланг будет засоряться при закачке. Такие ограничения оператора и ошибки при работе существенно сокращают время производства, ставят под угрозу качество операции по гидроразрыву и приводят к повреждению насосов, шлангов и другого оборудования.
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 также предлагается способ, который включает создание порядка работы насосов насосной системы для выполнения операции закачки, а также координирование распределения расходов по насосам для выполнения операции закачки.
[0007] В настоящем изобретении предлагается способ, который включает создание порядка запуска насосов насосной системы для выполнения операции по гидроразрыву подземного пласта, а также координирование распределения расходов по насосам.
[0008] В настоящем изобретении также предлагается устройство, которое содержит координирующий контроллер, выполненный с возможностью соединения с обеспечением связи с контроллерами насосных установок двух или более насосных установок. Каждый контроллер насосной установки осуществляет связь с по меньшей мере одним из следующего: частотно-регулируемый привод, дроссельная заслонка двигателя, переключатель передач, основной движитель или механизм передачи соответствующей насосной установки. Координирующий контроллер содержит программируемый процессор, имеющий запоминающее устройство, а также интерфейсную схему, соединенную с устройством ввода. Программируемый процессор выполнен с возможностью обработки закодированных команд от устройства ввода и передачи закодированных команд на по меньшей мере один из контроллеров насосных установок. Частотно-регулируемый привод, дроссельная заслонка двигателя, переключатель передач, основной движитель и/или механизм передачи по меньшей мере одной из насосных установок реагируют на закодированные команды. Закодированные команды могут относиться к созданию порядка запуска и/или другого порядка работы насосных установок для выполнения операции закачки и/или координирования распределения расходов по насосным установкам для выполнения операции закачки.
[0009] 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
[0010] 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.
[0011] На фиг. 1 представлен схематический вид по меньшей мере части примера осуществления устройства в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] На фиг. 4 представлен схематический вид по меньшей мере части примера осуществления устройства в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 5 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 6 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 7 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 8 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 9 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 10 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 11 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0022] На фиг. 12 представлен график, изображающий один или более аспектов настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
[0023] 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.
[0024] 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 фигуре 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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».
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] 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 быть закрыта закрывающими пластинами 242, которые, например, могут находиться в зацеплении посредством резьбы с корпусом 216 насоса.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] 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.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] В настоящем изобретении предлагаются способы, посредством которых контроллер (такой как контроллер 161, 310 и/или другие контроллеры) может одновременно и автоматически управлять множеством насосных установок, в которых происходит переключение передачи (таких как насосные установки 150 и/или другие насосные установки). Способы могут быть реализованы как алгоритмы (например, посредством закодированных команд 332 и/или других закодированных команд), исполняемые контроллером для управления насосными установками. Например, алгоритм в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения может использоваться для инициации автоматического управления контроллером насосными установками согласно заданному графику работы, включая запуск насосных установок в заданном порядке и с заданными расходами. Этот и/или другие алгоритмы, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, могут использоваться для автоматического заполнения порядка запуска насосных установок на основании графика работы, типа текущей работы и/или места физического монтажа насосной установки на коллекторе (таком как коллектор 136). Алгоритмы, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, также могут использоваться для распределения расходов по разным насосным установкам на основании порядка запуска, давления на устье скважины, возможностей насосной установки и доступности насосной установки. Алгоритмы, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, могут быть реализованы для работы в качестве главного устройства управления скоростью (MRC) для группировки множества насосных установок по логическим группам насосов, причем каждая логическая группа насосов может рассматриваться как отдельный объект, имеющий уставку по расходу конкретной группы. MCR может автоматически назначать расход конкретной группы отдельным насосным установкам в логической группе насосов. Алгоритмы, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, также могут использоваться для автоматического назначения расходов доступным насосным установкам заданным образом, например, чтобы оптимизировать эффективность топлива двигателя и/или максимально увеличить общий срок службы насоса.
[0063] На фиг. 5 представлена блок-схема по меньшей мере части примера осуществления способа 500 в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. Способ 500 может быть выполнен с использованием или, в ином случае, в сочетании по меньшей мере с частью одной или более реализаций одного или более вариантов устройства, показанного на одной или более из фиг. 1-4, и/или, в ином случае, находящегося в пределах объема настоящего изобретения. Например, способ 500 может быть выполнен и/или инициирован, по меньшей мере частично, контроллером 310, исполняющим закодированные команды 332 в соответствии с одним или более аспектов настоящего изобретения. Таким образом, следующее описание также может относиться к устройству, показанному на одной или более из фиг. 1-4. Однако способ 500 также может быть выполнен в сочетании с реализациями устройства, отличающимися от показанных на фиг. 1-4, но по-прежнему остающимися в пределах объема настоящего изобретения.
[0064] Способ 500 показан на фиг. 5 (и других фигурах) как способ, выполняемый для автоматизированного запуска насосов и включающий создание 502 порядка запуска и координирование 504 распределения скоростей для насосов. Однако другие реализации способа 500, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, могут быть предназначены для других операций насосов, таких как операция по повышению скорости, операция по отключению и/или другие операции. Несмотря на то, что для ясности и простоты понимания нижеследующее описание в целом относится к операции запуска, следует понимать, что один или более аспектов ниже и на фигурах могут быть применимы или легко адаптированы для операций насоса, отличных от операций запуска.
[0065] За счет тщательного создания 502 порядка запуска насосов можно предотвратить неблагоприятные события, такие как засорение всасывающих шлангов, несоответствующая мощность всасывания и непреднамеренное изменение композиции жидкости для гидроразрыва. Создание 502 порядка запуска насоса может объединять этапы исполнения работ и место физического монтажа насоса. На фиг. 6 представлена блок-схема по меньшей мере части примера способа 510 создания 502 порядка запуска в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0066] Способ 520 включает обнаружение 512 каждого из насосов, расположенных на буровой площадке, исключение 514 недоступных (не подключенных, неработоспособных в данный момент и т.д.) насосов и создание 516 пустого списка порядка запуска насосов. Насосы для специального этапа затем упорядочивают 518. Например, если определяют 520, что насос для специального этапа еще не запланирован для каждого специального этапа, на котором будет использоваться насос, то следующий насос, доступный для специально этапа, идентифицируют 522 и добавляют 524 в конец текущего списка порядка запуска насосов. Специальные этапы могут включать кислотную обработку, гидроабразивную резку и другие операции, отличающиеся от гидравлического разрыва. Идентификация 522 следующего насоса, доступного для специального этапа, может предусматривать выбор одного из доступных насосов, который больше подходит для конкретного специального этапа, хотя при идентификации 522 можно, вместо этого (или также), просто выбрать, какой из доступных насосов физически расположен ближе всего к устью 105 скважины, источнику текучей среды, которая подается в насосную систему 135 (например, блоку 124 смешивания) и/или другому заданному компоненту буровой площадки. Каждый раз, когда насос для специального этапа добавляют 524 в список порядка запуска насосов, насос добавляют в конец текущего списка. Идентификация 522 и добавление 524 продолжаются до тех пор, пока не будет определено 520, что больше не осталось специальных этапов без назначенного насоса.
[0067] Затем начинается упорядочивание 526 монтажа насосов. Если определяют 528, что еще не достаточно насосов, запланированных для операции по гидроразрыву (например, путем сравнения совокупных расходов, возможных с текущими запланированными насосами, с назначенным расходом насосной системы), то следующий доступный насос может быть идентифицирован 530 и добавлен 532 в конец текущего списка порядка запуска насосов. Идентификация 530 следующего насоса, доступного для гидроразрыва, может предусматривать выбор оставшегося доступного насоса, который физически расположен ближе всего к устью 105 скважины, источнику текучей среды, которая подается в насосную систему 135 (например, блок 124 смешивания), и/или другому заданному компоненту буровой площадки. Каждый раз, когда насос для ГРП добавляют 532 в список порядка запуска насосов, насос добавляют в конец текущего списка. Идентификация 530 и добавление 532 продолжаются до тех пор, пока не будет определено 528, что больше не нужно добавлять дополнительные насосы, и в это время список порядка запуска насосов может считаться завершенным 534. Способ 510 также может включать один или более дополнительных этапов упорядочивания, например, для сортировки насосов в списке по порядку согласно тому, насколько близко каждый насос физически расположен к устью 105 скважины, источнику текучей среды, которая подается в насосную систему 135 (например, блок 124 смешивания), и/или другому заданному компоненту буровой площадки.
[0068] Как показано на фиг. 5, координирование 504 распределения скоростей насосов предусматривает, после того как контроллер и/или человек-оператор вводит целевую скорость, задействование как можно больше насосов (по порядку) с уменьшением переключения передач насоса. Задействование как можно большего количества насосов может снизить вероятность засорения шлангов (и, возможно, других неблагоприятных событий), а уменьшение переключения передачи может снизить повреждение механизмов передачи насоса и, таким образом, стоимость техобслуживания. На фиг. 7 представлена блок-схема по меньшей мере части примера способа 550 координирования 504 распределения скоростей насосов в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
[0069] Способ 550 включает ожидание 552 ввода новой скорости насоса от контроллера или человека-оператора. Затем один или более насосов могут быть непосредственно задействованы 554. Затем один или более дополнительных насосов могут быть задействованы 556, в то время как на задействованных в текущий момент насосах закрывают дроссельную заслонку. Затем, оставшаяся скорость, еще не достигнутая задействованными насосами, может быть разделена 558 среди задействованных насосов. Затем может осуществляться переключение передачи 560, возможно, при этом также осуществляется добавление одного или более дополнительных насосов.
[0070] На фиг. 8 представлена блок-схема по меньшей мере части примера способа 570 для непосредственного задействования 554 одного или более насосов в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. После получения новой скорости 572, осуществляется определение 574 того, доступны ли в текущий момент дополнительные насосы, и/или могут ли задействованные в текущий момент насосы совместно обеспечивать (или обеспечивают ли) полученную 572 скорость. Если дополнительные насосы не доступны и/или задействованные в текущий момент насосы могут обеспечить (или обеспечивают) полученную 572 скорость, способ 570 возвращается к этапу ожидания 552, показанному на фиг. 7. Однако, если полученная 572 скорость не может быть обеспечена задействованными в текущий момент насосами, и дополнительные насосы доступны, получают следующий не задействованный насос и его минимальную скорость 576 (например, посредством справочной таблицы и/или другого доступного для контроллера средства). Если минимальная скорость следующего не задействованного насоса определена 578 как превышающая скорость, оставшуюся для достижения полученной 572 скорости, то способ 570 возвращается к задействованию с закрытой дроссельной заслонкой 556, что показано на фиг. 7. Если минимальная скорость следующего не задействованного насоса определена 578 как меньшая или равная скорости, оставшейся для достижения, но минимальная скорость определена 580 как недостижимая, то способ 570 возвращается к оставшемуся определению насосов/скорости 574. Если минимальная скорость определена 580 как достижимая, то минимальную скорость применяют к 582 не задействованному насосу, и способ 570 затем возвращается к оставшемуся определению насосов/скорости 574.
[0071] На фиг. 9 представлена блок-схема по меньшей мере части примера способа 600 для задействования 556 одного или более новых насосов, в то время как в задействованных в текущий момент насосах закрыта дроссельная заслонка, в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения. После получения оставшейся скорости 602, осуществляется определение 604 того, доступны ли в текущий момент дополнительные насосы, и/или могут ли задействованные в текущий момент насосы совместно обеспечивать (или обеспечивают ли) полученную 602 скорость. Если дополнительные насосы не доступны, то способ 600 возвращается к разделению скорости 558, показанному на фиг. 7, и если задействованные в текущий момент насосы могут обеспечить (или обеспечивают) полученную 602 скорость, способ 600 возвращается к этапу ожидания 552, показанному на фиг. 7. Однако, если полученная 602 скорость не может быть обеспечена задействованными в текущий момент насосами при текущем дросселировании (вероятно будет меньше максимального, а возможно и минимальным), и дополнительные насосы доступны, получают следующий не задействованный насос и его минимальную скорость 606 (например, посредством справочной таблицы и/или другого доступного для контроллера средства). Затем получают добавочные скорости, доступные от каждого задействованного в текущий момент насоса без переключения передач (т.е. путем открытия дроссельной заслонки) 608. Если минимальная скорость не достижима, как определено 610 на основании оставшейся скорости, минимальной скорости следующего не задействованного насоса и совокупного добавочного значения, доступного от задействованных в текущий момент насосов, то способ 600 возвращается к оставшемуся определению насосов/скорости 604. Если минимальная скорость определена 610 как достижимая, то минимальную скорость применяют к 612 не задействованному насосу, и способ 600 затем возвращается к оставшемуся определению насосов/скорости 604.
[0072] Оставшаяся скорость, не достигнутая задействованными в текущий момент насосами, может быть разделена 558 среди задействованных в текущий момент насосов посредством примера способа 620, показанного на блок-схеме на фиг. 10. После получения оставшейся скорости 622, осуществляется определение 624 того, может ли быть разделена оставшаяся скорость. Если оставшаяся скорость не может быть разделена, способ возвращается к переключению передачи 560, показанному на фиг. 7. Если оставшаяся скорость может быть разделена, осуществляется определение 626 того, задействованы ли в текущий момент один или более насосов. Если задействован только один насос, оставшуюся скорость применяют 628 к этому насосу, возможно, с переключением передачи для достижения оставшейся скорости. Если определено 626, что задействовано более одного насоса, оставшуюся скорость разделяют 630 среди задействованных насосов без переключения передач, и возвращаются к ожиданию 552.
[0073] На фиг. 11 представлена блок-схема по меньшей мере части примера способа 650 для переключения 560 передач задействованных насосов для достижения оставшейся скорости, не достигнутой при непосредственном задействовании 554, задействовании с закрытой дроссельной заслонкой 556 и разделении скорости 558, описанным выше. Способ 650 включает нахождение 652 максимального количества не задействованных насосов, при котором сумма их минимальных скоростей и минимальных скоростей задействованных насосов совместно меньше или равна общей запрошенной скорости. Затем получают максимальные скорости новых насосов на первой передаче 654. Если определено 656, что сумма максимальных скоростей новых насосов на первой передаче больше или равна общей скорости, то оставшуюся скорость распределяют 658 среди задействованных в текущий момент насосов и новых насосов, каждый из которых находится на первой передаче. Если сумма максимальных скоростей новых насосов на первой передаче определена 656 как меньшая общей скорости, то определяют минимальные разрывы скоростей новых насосов между первой и второй передачей 660. Если разница между общей скоростью и полученной 654 суммой максимальных скоростей новых насосов на первой передаче определена 662 как меньшая, чем определенные 660 минимальные разрывы скорости, то последний из новых насосов исключают 664, и минимальные скорости оставшихся новых насосов применяют 666 к новым насосам. Если такая разница определена 662 как не меньшая, чем определенные 660 минимальные разрывы скорости, то минимальные скорости новых насосов применяют 666 к новым насосам без исключения 664 последнего нового насоса. Затем каждый задействованный насос переводят 668 на вторую передачу.
[0074] Если затем определяют 670, что нет оставшихся насосов, то текущую передачу повышают 672. В ином случае, следующий доступный насос получают 674, общую скорость насоса переводят 676 на первую передачу, максимальную для первого раза, а затем дельту скорости получают 678 как разницу между максимальной скоростью текущей передачи и максимальной скоростью предыдущей передачи. Если сумма дельты скорости и ранее спланированной скорости определяют 680 как меньшую общей скорости, то способ возвращается к определению 670 оставшегося насоса. В ином случае, одно или более переключений передачи применяют 682 к одному или более насосам. Оставшуюся скорость затем применяют 684 к насосам без переключения, и возвращаются к ожиданию 552.
[0075] В настоящем изобретении также предлагаются аспекты, относящиеся к главному устройству управления скоростью (MRC), устройству управления скоростью группы (GRC) и устройству управления общей скоростью (TRC), которые могут использоваться для комплексной организации всего парка насосов для достижения назначенных скоростей насосной системы. MRC позволяет сгруппировать множество насосов в одну или более логических групп насосов. Для пользователя (независимо от того, это контроллер или человек-оператор) каждая группа насосов рассматривается как один объект, имеющую одну уставку по скорости. Реализации, в которых используется MRC, могут автоматически назначать скорость насоса в группе для отдельных насосов в группе.
[0076] Группа насосов может представлять собой подмножество совместных насосов, доступных на буровой площадке, и каждая группа насосов может быть запущена как одно MRC. Более одной группы может быть определено (например, для разделенной потоковой операции, или SSO), причем каждая группа запускает свое собственное MRC. Сгруппированными насосами можно управлять (например, посредством человеко-машинного интерфейса (HMI) и/или другого контроллера) как одним «большим насосом» с одной главной уставкой по скорости в управляющем интерфейсе.
[0077] Группировка может позволять сгруппировать небольшое количество насосов вместе для запуска MRC, причем каждым оставшимся насосом на буровой площадке управляют вручную и/или посредством отдельного автоматизированного устройства управления скоростью (ARC). В других реализациях методы MRC могут использоваться для автоматизации всех насосов на буровой площадке, за исключением, возможно, специальных насосов (кислотный насос, насосы с ограничениями и т.д.). Группировка(-и) на буровой площадке также может быть динамической, например, в реализациях, в которых все насосы изначально находятся в одной группе с одним MRC, но один или более насосов могут быть исключены из группы для выполнения специальных операций.
[0078] Группировка насосов также может обеспечивать фундаментальную поддержку во время SSO. Например, SSO может использовать два (или более) отдельных устройства управления скоростью, например, для чистой и грязной сторон операции, и каждое отдельное устройство управления скоростью может быть реализовано соответствующей группой с MRC.
[0079] Группировка насосов также может обеспечивать гибкость, чтобы позволить управление некоторыми насосами по отдельности. Например, одним или более насосами можно управлять по отдельности для закачки кислоты, закачки с использованием канатной техники и/или других специальных операций. Одним или более насосами также можно по отдельности управлять, если у насоса(-ов) упала производительность, например, чтобы ограничить максимальную передачу, используемую с таким насосом(-ами).
[0080] MRC для каждой группы может использоваться свою собственную совокупную скорость в качестве обратной связи. Таким образом, между группами могут быть уменьшенные или нулевые помехи, или другие насосы управляются вручную и/или посредством ARC.
[0081] В MRC главная уставка по скорости оптимально назначается каждому доступному отдельному насосу. На разных стадиях работы можно придерживаться разных стратегий для осуществления этого. В следующем описании делается акцент на планировании/распределении скорости после задействования каждого из доступных насосов (каждый насос перекачивает текучую среду).
[0082] В дополнение к соблюдению указанной главной уставки по скорости, MRC также предназначено для назначения скорости доступным насосам таким образом, чтобы оптимизировать эффективность топлива двигателя и максимально увеличить общий срок службы насоса. Например, потребление топлива насосом и общий срок службы насоса могут быть максимально увеличены, когда дроссельная заслонка двигателя настроена на приблизительно 1650 об/мин и нагрузка двигателя находится в диапазоне от приблизительно 60% до приблизительно 80%. В настоящем изобретении предлагается способ, учитывающий информацию о расчетной конечной скорости обработки (скорости закачки, которая будет длиться в течение большей части стадии гидроразрыва) во время промежуточных корректировок скорости.
[0083] Например, распределение скоростей может быть оптимизировано согласно расчетной конечной скорости. То есть, можно оптимально спланировать распределение конечных скоростей перед началом обработки, вследствие чего скорости назначаются насосам согласно спланированным скоростям. Принципы работы дроссельной заслонки, находящейся как можно ближе к 1650 об/мин, и нагрузки двигателя в диапазоне от 60% до 80% соблюдают для оптимизации эффективности топлива и общего срока службы насоса.
[0084] Для оптимизации распределения скоростей согласно расчетной конечной скорости, пользователь задает давление обработки и, для каждого насоса, выбор максимальной передачи, которая допускает давление обработки с заданным коэффициентом. Например, если коэффициент составляет 1,15, и заданное давление обработки составляет 9000 фунтов/кв. дюйм, то давление обработки с учетом коэффициента будет составляет 10350 фунтов/кв. дюйм.
[0085] Пример показан на графике 700, изображенном на фиг. 12, на котором изображена зависимость давления от скорости для первой передачи 702, второй передачи 704, третьей передачи 706, четвертой передачи 708, пятой передачи 710, шестой передачи 712, седьмой передачи 714 и восьмой передачи 716. Давление обработки с учетом коэффициента (например, 10350 фунтов/кв. дюйм) показано пунктирной линией 718, указывающей, что максимальной передачей является четвертая передача 708. Когда дроссельная заслонка работает на 1650 об/мин, в этом примере насос обеспечивает оптимальную скорость 7,43 bpm на четвертой передаче.
[0086] При оптимальных скоростях для каждого отдельного насоса и общей скорости конечная скорость обработки согласно графику назначается пропорционально. Однако после этого линейного пропорционального уменьшения насосы скорее всего, перестанут работать с оптимальным дросселированием. Однако может применяться итеративный подход для регулировки распределения скоростей для перемещения насосов назад, как можно ближе к точке работы с оптимальными оборотами в минуту.
[0087] Например, запланированная конечная скорость может быть пропорционально назначена всем насосам согласно уравнению (1), указанному ниже.
(1)
где:  - конечная общая скорость согласно графику обработки;
- оптимальная скорость для отдельных насосов (например, дроссельная заслонка на 1650 об/мин и самая высокая передача для допуска 1,15*давление обработки);
- распределенная скорость для отдельных насосов для соответствия конечной скорости в графике; и
- общая оптимальная скорость от всех доступных насосов.
[0088] Первая дроссельная заслонка насоса затем регулируется до оптимального значения (например, 1650 об/мин), вследствие чего . Конечная скорость затем регулируется для оставшихся насосов, вследствие чего . Этот способ затем повторяют с отрегулированной конечной скоростью для оставшихся насосов. Во время процесса запуска, после задействования каждого из насосов, спланированные скорости для каждого отдельного насоса применяют, когда пользователь и/или контроллер медленно увеличивает уставку по скорости.
[0089] Однако другие способы могут использоваться для оптимизации назначения скорости. Например, распределение скоростей может быть оптимально назначено насосам один за другим. То есть, вместо пропорционального распределения главной уставки по скорости для каждого из доступных насосов, могут быть применены принципы оптимизации, описанные выше, и скорость может быть оптимально назначена насосам один за другим после получения новой уставки по скорости (после задействования каждого из насосов, совместно).
[0090] Например, для заданного давления обработки оптимальная скорость  может быть оценена для каждого насоса согласно оптимальной передаче (например, самая высокая передача, которая может допустить давление обработки после умножения коэффициент, как описано выше) и оптимальной дроссельной заслонке (например, 1650 об/мин). После получения новой уставки по скорости дополнительная скорость может быть распределена по насосам в порядке заданной последовательности, вследствие чего насосы работают на своей оптимальной скорости . Это может включать только подмножество из всей группы насосов. Последний насос, включенный в назначение скорости, может не работать на своей оптимальной скорости, но оставшиеся насосы могут оставаться на своих минимальных скоростях.
[0091] Эта концепция назначения скорости является гибкой. Например, она позволяет пользователю и/или контроллеру сгруппировать подмножество доступных насосов и запустить группу насосов как одно MRC, поскольку она может рассматривать только текущую уставку по скорости. В результате подмножество насосов может работать на своих минимальных скоростях, но, возможно, не на оптимальной передаче.
[0092] Также может быть однократная оптимизация скорости для конечной, установившейся стадии закачки. То есть, при переходе от одной скорости к другой, также может рассматриваться текущее состояние насоса, вследствие чего количество переключений передачи сведено к минимуму. Таким образом, новая скорость может быть обеспечена за счет только регулировки дроссельной заслонки двигателя насоса без переключения передач. Соответственно, после некоторых промежуточных изменений скорости (например, на начальной стадии операции по гидроразрыву), оператором и/или контроллером распределение скоростей среди насосов может не быть оптимальным в плане потребления топлива и нагрузки двигателя.
[0093] После гидроразрыва пласта за счет закачки, закачка может поддерживаться на той же скорости в течение увеличенного периода времени. Однократная оптимизация, которая отдает приоритет дроссельной заслонке двигателя (например, как можно ближе к 1650 об/мин) и нагрузке двигателя, находящейся в заданном диапазоне (например, 60-80%), может быть достигнута путем выбора надлежащей передачи. Эта однократная оптимизация может быть запущена в результате достижения уставки по скорости конечной скорости. Однократная оптимизация также может быть запущена в результате выбора пользователя (например, за счет нажатия кнопки). Однократная оптимизация также может быть выполнена автоматически в ответ на заданное событие, например, обнаружение одинаковой скорости, превышающей заданный период времени.
[0094] С учетом всего настоящего раскрытия, включая фигуры и формулу изобретения, среднему специалисту в данной области техники будет очевидно, что в настоящем изобретении предлагается способ, включающий: создание порядка запуска насосов насосной системы для выполнения операции по гидроразрыву подземного пласта; и координирование распределения расходов по насосам.
[0095] Создание порядка запуска может включать: (A) определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки жидкости для гидроразрыва для операции по гидроразрыву; и затем (B) итерационное повторение следующего, пока порядковый список насосов не будет содержать достаточное количество насосов для закачки жидкости для гидроразрыва для операции по гидроразрыву: (i) идентификация следующего из насосов, который не находится в порядковом списке насосов и который доступен для закачки жидкости для гидроразрыва для операции по гидроразрыву; и (ii) добавление идентифицированного следующего доступного насоса для жидкости для гидроразрыва в конец текущего порядкового списка насосов. Определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки жидкости для гидроразрыва для операции по гидроразрыву, может включать сравнение совокупных расходов, возможных с насосами для жидкости для гидроразрыва в порядковом списке насосов, с целевым расходом насосной системы для выполнения операции по гидроразрыву. Идентификация следующего доступного насоса для жидкости для гидроразрыва может включать идентификацию среди насосов, которые не находятся в порядковом списке насосов и которые доступны для закачки жидкости для гидроразрыва, того, какой насос для жидкости для гидроразрыва физически расположен ближе всего к заданному компоненту системы буровой площадки, содержащей насосную систему. Создание порядка запуска может дополнительно включать, перед определением того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для жидкости для гидроразрыва: (A) определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки текучей среды, отличающейся от жидкости для гидроразрыва, для по меньшей мере одной операции, не относящейся к гидроразрыву, которая связана с операцией по гидроразрыву; и затем (B) итерационное повторение следующего, пока порядковый список насосов не будет содержать достаточное количество насосов для закачки текучей среды, отличающейся от жидкости для гидроразрыва, для по меньшей мере одной операции, не относящейся к гидроразрыву: (i) идентификация следующего из насосов, который не находится в порядковом списке насосов и который доступен для закачки текучей среды, отличающейся от жидкости для гидроразрыва, для по меньшей мере одной операции, не относящейся к гидроразрыву; и (ii) добавление идентифицированного следующего доступного насоса не для жидкости для гидроразрыва в конец текущего порядкового списка насосов. Идентификация следующего доступного насоса не для жидкости для гидроразрыва может включать идентификацию среди насосов, которые не находятся в порядковом списке насосов и которые доступны для закачки текучей среды, отличающейся от жидкости для гидроразрыва, того, какой насос лучше всего подходит для соответствующей операции, не относящейся к гидроразрыву.
[0096] Насосы могут включать ноль или более первых насосов, не задействованных в текущий момент и, таким образом, не вносящих вклад в текущую скорость закачки насосной системы, и ноль или более вторых насосов, задействованных в текущий момент и, таким образом, совместно обеспечивающих текущую скорость закачки насосной системы, и координирование распределения расходов может включать: (A) определение того, что: (i) вторые насосы совместно не могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; или (ii) первые насосы, совместно со вторыми насосами, доступны для внесения вклада в целевую скорость закачки насосной системы; и (B) итерационное повторение следующего, пока задействованные насосы из первых и вторых насосов не смогут совместно обеспечить целевую скорость закачки насосной системы и ни один из первых насосов не останется доступным: (i) определение того, что минимальная скорость следующего доступного насоса из первых насосов не больше разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы; и (ii) задействование следующего доступного первого насоса на его минимальной скорости.
[0097] Насосы могут включать ноль или более первых насосов, не задействованных в текущий момент и, таким образом, не вносящих вклад в текущую скорость закачки насосной системы, и ноль или более вторых насосов, задействованных в текущий момент и, таким образом, совместно обеспечивающих текущую скорость закачки насосной системы, и координирование распределения расходов может включать: (A) определение того, что: (i) вторые насосы совместно не могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; или (ii) первые насосы, совместно со вторыми насосами, доступны для внесения вклада в целевую скорость закачки насосной системы; и (B) итерационное повторение следующего, пока задействованные насосы из первых и вторых насосов не смогут совместно обеспечить целевую скорость закачки насосной системы и ни один из первых насосов не останется доступным: (i) определение того, что минимальная скорость следующего доступного насоса из первых насосов больше разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы; (ii) определение того, что минимальная скорость следующего доступного первого насоса может быть достигнута, на основании этой минимальной скорости, разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы и добавочных скоростей задействованных насосов из первых и вторых насосов, без переключения передач, связанных с задействованными насосами из первых и вторых насосов; и (iii) задействование следующего доступного первого насоса на его минимальной скорости.
[0098] Координирование распределения расходов может включать: определение того, что задействованные в текущий момент насосы совместно могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; определение того, что разница между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы может быть разделена среди задействованных в текущий момент насосов; и увеличение текущих отдельных скоростей задействованных в текущий момент насосов на соответствующие величины, полученные в результате разделения разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы, среди задействованных в текущий момент насосов.
[0099] Координирование распределения расходов может включать: (A) определение того, что задействованные в текущий момент насосы совместно могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы, и определение того, что разница между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы не может быть разделена среди задействованных в текущий момент насосов, и определение максимального количества не задействованных насосов, при котором сумма отдельных минимальных скоростей не задействованных насосов и отдельных минимальных скоростей задействованных насосов совместно не превышает целевую скорость закачки насосной системы; и затем (B) либо: (i) определение того, что сумма максимальных скоростей не задействованных насосов, связанных с их самой низкой передачей, не меньше целевой скорости закачки насосной системы, и, следовательно: (a) задействование не задействованных насосов как новых насосов; и (b) регулирование скоростей всех задействованных насосов для распределения целевой скорости закачки насосной системы по существу равномерно среди всех задействованных насосов, каждый из которых находится на самой низкой передаче; или (ii) определение того, что сумма максимальных скоростей не задействованных насосов, связанных с их самой низкой передачей, меньше целевой скорости закачки насосной системы, и, следовательно: (a) определение минимальных разрывов скорости не задействованных насосов, связанных с их двумя самыми низкими передачами; и, (b) либо: (1) определение того, что разница между целевой скоростью закачки насосной системы и суммой максимальных скоростей не задействованных насосов, связанных с их самой низкой передачей, не меньше определенных минимальных разрывов скорости, и, следовательно: задействование не задействованных насосов как новых насосов на их минимальных скоростях; и затем переключение механизмов передачи всех задействованных насосов на их вторые самые низкие передачи; или (2) определение того, что разница между целевой скоростью закачки насосной системы и суммой максимальных скоростей не задействованных насосов, связанных с их самой низкой передачей, меньше определенных минимальных разрывов скорости, и, следовательно: задействование всех, кроме одного, не задействованных насосов как новых насосов на их минимальных скоростях; а затем переключение механизмов передачи всех задействованных насосов на их вторые самые низкие передачи; затем (C) повышение передачи в механизме передачи каждого нового насоса по одному за раз и по одной передаче за раз таким образом, чтобы механизм передачи каждого нового насоса отличался не более чем на одну передачу от других новых насосов, пока целевая скорость закачки насосной системы не сможет быть достигнута со всеми из задействованных насосов на их минимальных на тот момент скоростях; и затем (D) увеличение скоростей одного или более из новых насосов с более низкой передачей, пока целевая скорость закачки насосной системы не будет достигнута.
[00100] Один из насосов может представлять собой группу насосов, управляемых по существу на одинаковой скорости и на одинаковой передаче.
[00101] В настоящем изобретении также предлагается способ, включающий: создание порядка работы насосов насосной системы для выполнения операции закачки; и координирование распределения расходов по насосам для выполнения операции закачки.
[00102] Создание порядка работы может включать: (A) определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки текучей среды для операции закачки; и затем (B) итерационное повторение следующего, пока порядковый список насосов не будет содержать достаточное количество насосов для закачки текучей среды для операции закачки: (i) идентификация следующего из насосов, который не находится в порядковом списке насосов и который доступен для закачки текучей среды для операции закачки; и (ii) добавление идентифицированного следующего доступного насоса в конец текущего порядкового списка насосов. Определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки текучей среды для операции закачки, может включать сравнение совокупных расходов, возможных с насосами в порядковом списке насосов, с целевым расходом насосной системы для выполнения операции закачки. Идентификация следующего доступного насоса может включать идентификацию среди насосов, которые не находятся в порядковом списке насосов и которые доступны для закачки текучей среды, того, какой насос физически расположен ближе всего к заданному компоненту системы буровой площадки, содержащей насосную систему. Операция закачки может представлять собой первую операцию закачки, текучая среда может представлять собой первую текучую среду, и создание порядка работы может дополнительно включать, перед определением того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов: (A) определение того, что порядковый список насосов не содержит достаточного количества насосов для закачки второй текучей среды для по меньшей мере одной второй операции закачки, связанной с первой операцией закачки; и затем (B) итерационное повторение следующего, пока порядковый список насосов не будет содержать достаточное количество насосов для закачки второй текучей среды для по меньшей мере одной второй операции закачки: (i) идентификация следующего из насосов, который не находится в порядковом списке насосов и который доступен для закачки второй текучей среды для по меньшей мере одной второй операции закачки; и (ii) добавление идентифицированного следующего доступного насоса для второй текучей среды в конец текущего порядкового списка насосов.
[00103] Насосы могут включать ноль или более первых насосов, не задействованных в текущий момент и, таким образом, не вносящих вклад в текущую скорость закачки насосной системы, и ноль или более вторых насосов, задействованных в текущий момент и, таким образом, совместно обеспечивающих текущую скорость закачки насосной системы, и координирование распределения расходов может включать: (A) определение того, что: (i) вторые насосы совместно не могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; или (ii) первые насосы, совместно со вторыми насосами, доступны для внесения вклада в целевую скорость закачки насосной системы; и (B) итерационное повторение следующего, пока задействованные насосы из первых и вторых насосов не смогут совместно обеспечить целевую скорость закачки насосной системы и ни один из первых насосов не останется доступным: (i) определение того, что минимальная скорость следующего доступного насоса из первых насосов не больше разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы; и (ii) задействование следующего доступного первого насоса на его минимальной скорости.
[00104] Насосы могут включать ноль или более первых насосов, не задействованных в текущий момент и, таким образом, не вносящих вклад в текущую скорость закачки насосной системы, и ноль или более вторых насосов, задействованных в текущий момент и, таким образом, совместно обеспечивающих текущую скорость закачки насосной системы, и координирование распределения расходов может включать: (A) определение того, что: (i) вторые насосы совместно не могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; или (ii) первые насосы, совместно со вторыми насосами, доступны для внесения вклада в целевую скорость закачки насосной системы; и (B) итерационное повторение следующего, пока задействованные насосы из первых и вторых насосов не смогут совместно обеспечить целевую скорость закачки насосной системы и ни один из первых насосов не останется доступным: (i) определение того, что минимальная скорость следующего доступного насоса из первых насосов больше разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы; (ii) определение того, что минимальная скорость следующего доступного первого насоса может быть достигнута, на основании этой минимальной скорости, разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы и добавочных скоростей задействованных насосов из первых и вторых насосов, без переключения передачи, связанных с задействованными насосами из первых и вторых насосов; и (iii) задействование следующего доступного первого насоса на его минимальной скорости.
[00105] Координирование распределения расходов может включать: определение того, что задействованные в текущий момент насосы совместно могут обеспечить целевую скорость закачки насосной системы, которая больше текущей скорости закачки насосной системы; определение того, что разница между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы может быть разделена среди задействованных в текущий момент насосов; и увеличение текущих отдельных скоростей задействованных в текущий момент насосов на соответствующие величины, полученные в результате разделения разницы между текущей и целевой скоростями закачки насосной системы, среди задействованных в текущий момент насосов.
[00106] По меньшей мере один из насосов может представлять собой группу насосов, управляемых по существу на одинаковой скорости и на одинаковой передаче.
[00107] В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее координирующий контроллер, выполненный с возможностью соединения с обеспечением связи с контроллерами насосных установок двух или более насосных установок, причем: (A) каждый контроллер насосной установки осуществляет связь с по меньшей мере одним из следующего: частотно-регулируемый привод, дроссельная заслонка двигателя, переключатель передач, основной движитель или механизм передачи соответствующей насосной установки; (B) координирующий контроллер содержит: программируемый процессор, имеющий запоминающее устройство; и интерфейсную схему, соединенную с устройством ввода; (C) программируемый процессор выполнен с возможностью обработки закодированных команд от устройства ввода и передачи закодированных команд на по меньшей мере один из контроллеров насосных установок; и (D) по меньшей мере одно из частотно-регулируемого привода, дроссельной заслонки двигателя, переключателя передач, основного движителя и/или механизма передачи по меньшей мере одной из насосных установок реагирует на закодированные команды.
[00108] Закодированные команды могут относиться к созданию порядка работы насосных установок для выполнения операции закачки и/или координирования распределения расходов по насосным установкам для выполнения операции закачки, как описано выше.
[00109] 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.
[00110] 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.