Контроллер и способ управления штанговой насосной установкой

1. Контроллер, предназначенный для обеспечения работы штанговой насосной установки при определенной скорости работы насоса и содержащий процессор, выполненный с возможностью осуществления на протяжении одного хода поршня насоса следующих действий:
обеспечения работы поршня насоса штанговой насосной установки с первой скоростью во время хода поршня насоса,
определения уровня наполнения насоса для указанного хода поршня на основании сигнала о положении и сигнала о нагрузке,
уменьшения указанной первой скорости хода поршня насоса до второй скорости хода поршня насоса на основании уровня наполнения насоса для хода поршня в преддверии удара по флюиду во время указанного хода поршня и
увеличения указанной второй скорости хода поршня насоса до третьей скорости хода поршня насоса во время указанного хода поршня после удара по флюиду.
2. Контроллер по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью расчета диаграммы насоса в режиме реального времени на основании указанных сигнала о положении и сигнала о нагрузке, при этом диаграмма насоса содержит данные о положении поршня насоса в скважине, представленные сигналом о положении, и данные о нагрузке на поршень насоса в скважине, представленные сигналом о нагрузке.
3. Контроллер по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью определения уровня наполнения насоса на основании положения контакта с флюидом во время предыдущего хода поршня насоса.
4. Контроллер по п. 3, в котором процессор выполнен с возможностью определения положения контакта с флюидом на основании положения поршня насоса и нагрузки на поршень насоса для предыдущего хода поршня.
5. Контроллер по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью уменьшения третьей скорости хода поршня насоса до указанной первой скорости во время указанного хода поршня.
6. Контроллер по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью расчета первой скорости хода поршня насоса на основании уровня наполнения насоса.
7. Контроллер по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью расчета в режиме реального времени механических напряжений, действующих на штанговую насосную установку, с использованием модели динамических характеристик штанговой насосной установки и на основании указанных сигнала о положении и сигнала о нагрузке.
8. Контроллер по п. 7, в котором процессор выполнен с возможностью модуляции скорости работы насоса на основании указанных напряжений, вычисленных в режиме реального времени, для регулирования пиковых напряжений, действующих на штанговую насосную установку, и поддержания средней скорости работы насоса на протяжении всего хода его поршня.
9. Способ управления штанговой насосной установкой, включающий:
определение положения поршня насоса и нагрузки на поршень насоса,
расчет уровня наполнения насоса на основании указанных положения поршня и нагрузки на поршень,
обеспечение работы штанговой насосной установки при первой скорости,
уменьшение первой скорости работы насоса до второй скорости на основании уровня наполнения насоса и положения поршня насоса в преддверии удара по флюиду и
увеличение второй скорости работы насоса до третьей скорости после удара по флюиду,
причем указанные этапы определения, расчета, обеспечения работы, уменьшения и увеличения скорости выполняют на протяжении одного хода поршня насоса.
10. Способ по п. 9, в котором вторая скорость работы насоса представляет собой заданное значение.
11. Способ по п. 10, в котором третья скорость работы насоса представляет собой заданное значение, обеспечивающее постоянную среднюю скорость работы насоса на протяжении нескольких ходов поршня.
12. Способ по п. 9, в котором вторую скорость работы насоса вычисляют при помощи контроллера в режиме реального времени.
13. Способ по п. 9, в котором третью скорость работы насоса вычисляют при помощи контроллера в режиме реального времени с обеспечением получения постоянной средней скорости на протяжении нескольких ходов поршня.
14. Способ по п. 9, в котором рассчитывают первую скорость на основании уровня наполнения насоса, при этом первая скорость представляет собой целевое среднее число ходов в минуту.
15. Способ по п. 9, в котором при расчете уровня наполнения насоса определяют предыдущее положение поршня насоса, при котором поршень вошел в контакт с поверхностью флюида во время предыдущего хода.
16. Способ по п. 9, в котором в режиме реального времени рассчитывают механические напряжения, действующие на штанговую насосную установку, с использованием модели динамических характеристик штанговой насосной установки и на основании положения поршня и нагрузки на поршень.
17. Способ по п. 16, в котором выполняют модулирование скорости работы насоса на основании указанных напряжений, вычисленных в режиме реального времени, для регулирования пиковых напряжений, действующих на штанговую насосную установку, и поддержания первой скорости на уровне среднего значения.
18. Штанговая насосная установка, содержащая:
насос, содержащий поршень и цилиндр, причем поршень насоса выполнен с возможностью работы внутри указанного цилиндра,
штангу, соединенную с двигателем и указанным насосом и выполненную с возможностью обеспечения работы насоса при определенной скорости, и
контроллер, соединенный с указанным двигателем и выполненный с возможностью:
обеспечения движения поршня насоса с первой скоростью во время хода вниз,
замедления поршня насоса во время хода вниз так, чтобы скорость работы насоса была равна второй скорости, и
ускорения поршня насоса во время хода вниз после его контакта с поверхностью флюида внутри указанного цилиндра.
19. Штанговая насосная установка по п. 18, содержащая датчик положения и датчик нагрузки, предназначенные для измерения положения указанной штанги, закрепленной в устье скважины для штанговой насосной установки, и действующей на нее нагрузки.
20. Штанговая насосная установка по п. 19, в которой контроллер соединен с указанными датчиком положения и датчиком нагрузки и выполнен с возможностью:
расчета в режиме реального времени механических напряжений, действующих на штанговую насосную установку, на основании указанных положения и нагрузки с использованием модели динамических характеристик штанговой насосной установки и
модулирования заданной скорости работы насоса в соответствии с напряжением, определенным в режиме реального времени.
21. Штанговая насосная установка по п. 19, в которой контроллер соединен с указанными датчиком положения и датчиком нагрузки и выполнен с возможностью расчета в режиме реального времени диаграммы насоса, показывающей положение поршня насоса и нагрузку на поршень насоса.
22. Штанговая насосная установка по п. 18, в которой контроллер выполнен с возможностью расчета уровня наполнения насоса на основании предыдущего положения, в котором произошел контакт с поверхностью флюида во время предыдущего хода вниз, при этом уровень наполнения насоса соответствует положению, в котором произойдет контакт с поверхностью флюида при текущем ходе поршня вниз.
23. Штанговая насосная установка по п. 22, в которой контроллер выполнен с возможностью расчета первой скорости на основании уровня наполнения насоса.