СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ БУРОВОЙ ПЛОЩАДКИ, ОСНОВАННЫЙ НА РАСПОЗНАВАНИИ ВИЗУАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD FOR PREDICTING AND CONTROLLING STATE OF DRILLING SITE, BASED ON RECOGNITION OF VISUAL AND THERMAL IMAGES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001]
Данная заявка является патентной заявкой для предварительной патентной заявки США под № 62/008330, поданной 5 июня 2014 г., под названием «Visual and Thermal Image Recognition based PHM Technique for Wellsite». Соответственно, по настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке U.S. № 62/008330. Предварительная патентная заявка U.S. № 62/008330 включена в настоящую заявку во всей своей полноте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Скважинное оборудование буровой площадки может быть использовано для различных операций, касающихся нефтяного месторождения, в том числе, но, не ограничиваясь: стимуляции скважины, стандартного каротажа, измерений во время бурения, каротажа во время бурения, направленного бурения, строительства скважин и гидроразрыва пласта (ГРП). Оборудование буровой площадки может быть подвергнуто экстремальным условиям, в том числе, например, воздействию высокого давления, высокой температуры и циклических или меняющихся сред.
[0003]
3
Например, оборудование буровой площадки, используемое для операций касающихся нефтяного месторождения, часто может содержать насосы, иногда называемые возвратно-поступательными насосами, которые могут использоваться для перекачивания флюидов в скважине и окружающих резервуарах. Возвратно-поступательный насос, имеющий несколько камера насоса, каждая из которых принимает возвратно-поступательный поршень, также может упоминаться, как многоканальный насос и может быть использован в ГРП, где флюид, в том числе проппант (расклинивающий агент), нагнетается вниз по скважине при скорости потока и давления достаточных, чтобы ввести флюид с проппантом в трещины. В некоторых операциях по ГРП многоканальный насос может потребоваться для перекачки до 20 баррелей в минуту (3,18 м/м) при давлении до 20000 фунтов на квадратный дюйм (1378,9515 Бар). Так как насосы, используемые для ГРП могут, быть очень большими, насосы и другое оборудование для такого использования часто перемещаются к месторождению на тягачах или подобном транспорте. Множество насосов, например, до 36 многоканальных насосов, может быть связано вместе вдоль общей линии до скважины для производства насосной системы для получения желаемого объема и давления.
[0004]
Для мониторинга состояния оборудования буровой площадки, датчики часто располагаются вдоль районов расположения оборудования, имеющего сравнительно более высокую вероятность сбоя. Например, датчики часто размещаются на оборудовании высокого давления, например, в районах вблизи многоканальных насосов и вдоль труб или других областей, содержащих флюиды. Датчики могут измерять скорость потока жидкости, температуру и давление, например, для мониторинга и прогнозирования сбоев в области, в которой расположен датчик. Однако, для крупномасштабных операций касающихся нефтяного месторождения, например, для операций ГРП, число датчиков, необходимых для мониторинга работоспособности всей системы, может превысить тысячи, а также потребуется сложный или скоординированный анализ учета результатов от каждого датчика, чтобы определить состояние системы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005]
Данная сущность изобретения приведена для представления подборки концепций, которые приводятся далее в подробном описании. Данная сущность изобретения не предназначена для определения ключевых или существенных признаков заявленного предмета, а также не предназначено для ограничения масштабов заявленного предмета.
[0006]
В одном аспекте, варианты реализации, раскрытые в данном документе, относятся к способу мониторинга оборудования буровой площадки, который включает в себя этапы, на которых осуществляют создание цифрового изображения и теплового изображения оборудования буровой площадки; обнаружение одной или более единиц оборудования на цифровом изображении; наложение теплового изображения на одну или более цифровых изображений единиц оборудования с тем, чтобы термически сопоставить одну или более обнаруженных единиц оборудования; и анализ температурных условий по меньшей мере первой обнаруженной единицы оборудования.
[0007]
В другом аспекте варианты реализации, раскрываемые в данном документе, относятся к способу мониторинга оборудования буровой площадки, который включает в себя этапы, на которых осуществляют получение теплового изображения оборудования буровой площадки, содержащего по меньшей мере одну единицу оборудования, имеющую по меньшей мере одну метку на себе; обнаружение по меньшей мере одной единицы оборудования на основе расположения по меньшей мере одной метки в тепловом изображении; наложение теплового изображения на визуальное отображение по меньшей мере одной единицы оборудования, где расположение по меньшей мере одной метки в тепловом изображении перекрывает корреляции расположения на по меньшей мере одной единице оборудования в визуализации; и анализ по меньшей мере одного условия по меньшей мере одной единицы оборудование.
[0008]
Еще один аспект вариантов реализации, раскрываемый в данном документе, относится к системе для определения состояния оборудования буровой площадки, содержащей множество единиц оборудования, причем каждая единица оборудования имеет по меньшей мере одну метку на себе; по меньшей мере одно тепловизионное устройство формирования изображений, расположенное на расстоянии от множества единиц оборудования; вычислительное устройство в коммуникации по меньшей мере с одним тепловизионным устройством формирования изображений, причем вычислительное устройство выполнено с возможностью определения одной или более единиц оборудования на тепловом изображении, созданном из по меньшей мере одним термальным устройством формирования изображений, исходя из позиции по меньшей мере одной метки на тепловом изображении и наложение одной или более обнаруженных единиц оборудования на тепловом изображении на визуальное отображение одной или более единиц оборудования.
[0009]
Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из следующего описания и добавленной формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010]
На фиг.1 проиллюстрировано схематическое представление системы мониторинга единиц оборудования согласно аспектам настоящего раскрытия.
[0011]
На фиг.2 проиллюстрировано схематическое представление операций нефтяного месторождения согласно аспектам настоящего раскрытия.
[0012]
На фиг.3 проиллюстрировано схематическое представление способа обнаружения объекта согласно аспектам настоящего раскрытия.
[0013]
На фиг.4 проиллюстрировано схематическое представление способа обнаружения объекта согласно аспектам настоящего раскрытия.
[0014]
На фиг.5 проиллюстрирована буровая площадка, имеющая множество меток и упрощенные модели единиц оборудования, соответствующие меткам согласно аспектам настоящего раскрытия.
[0015]
На фиг.6 проиллюстрирована схема вычислительного устройства согласно аспектам настоящего раскрытия.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016]
В разработке каких-либо вариантов реализации настоящего раскрытия, множество реализаций и конкретных решений может иметь место для достижения конкретных целей разработчика, таких, как связанных с соблюдением системы и связанных с бизнесом ограничений, которые могут варьироваться от одной реализации к другой. Кроме того, стоит отметить, что такие усилия в области развития могут быть сложными и времязатратными, но тем не менее будут понятными для специалистов в области, на которых ориентированно это раскрытие.
[0017]
Кроме того, особенности, структуры или характеристики, описанные в данном документе, в связи с одним вариантом реализации могут осуществляться в рамках других аспектов без отхода от объема и области изобретения. В следующем описании аспектов, многочисленные конкретные детали изложены в целях обеспечения более глубокого понимания изобретения, которое может или не может быть использовано в частности аспектов, в зависимости от, например целей разработчика. В других случаях, дополнительные известные функции и/или компоненты, которые не были описаны в деталях, чтобы избежать излишнего усложнения описания могут использоваться в аспекте данного раскрытия.
[0018]
Следует понимать, что везде по тексту данного раскрытия, когда диапазон описывается как полезный, подходящий или предпочтительный, предполагается, что любое и каждое значение в пределах диапазона, включая упомянутые граничные значения, будет рассматриваться, как было заявлено. Кроме того, каждое числовое значение должно читаться один раз, так если оно изменено термином «около» (пока уже явным образом так изменено), а затем читаться снова, так если оно не изменено термином «около», если не указано иное в контексте. Например «ряд от 1 до 10» - рассматривать как указание каждого возможного числа на протяжении от 1 и до 10. Таким образом, даже если только некоторые числовые значения имеются в пределах диапазона, или даже нет числовых значений в пределах диапазона, это следует понимать, что любые и все числовые значения в диапазоне должны рассматриваться как они были заданы, и что изобретатели имеют ввиду весь диапазон и все точки в пределах диапазона.
[0019]
Варианты реализации, описанные в данном документе, могут быть связаны, как правило, с мониторингом и/или анализом одной или нескольких единиц оборудования для буровой площадки. Способы и системы, раскрытые в данном документе, могут также использоваться в мониторинге и/или анализе единиц оборудования для других отраслей промышленности, включая, но не ограничиваясь изготовлением готовых изделий для пищевой промышленности, автомобильной промышленности, электронной промышленности и других производственных установок, которые содержат оборудование, работающее при высоких температурах и/или высоком давлении.
[0020]
Например, некоторые варианты реализации могут касаться мониторинга и анализа единиц оборудования на площадке ГРП. В то время, как в рамках предыдущих способов мониторинга единиц оборудования на площадке ГРП, отдельные датчики были использованы на каждый участок оборудования (например, для примерно 20-30 единиц развернутого оборудования для типичной операции гидроразрыва, число датчиков может дойти до тысяч), варианты реализации настоящего раскрытия могут использовать единое представление всей площадки гидроразрыва и использовать тепловые сигнатуры, излучающиеся из развернутого оборудования, для мониторинга и анализа. Способ может использовать комбинацию тепловых и видимых изображений для достижения контроля и анализа. Такой способ может также использоваться в применениях, где оборудование генерирует тепловые сигнатуры во время использования, для которых целесообразно делать тепловые и визуальные изображения и может применяться к отраслям, как внутри, так и за пределами нефтяной и газовой промышленности.
[0021]
Оборудование буровой площадки, используемое для операций, касающихся нефтяного месторождения, таких как ГРП, может содержать множество единиц оборудования, которые перевозятся на буровую площадку и собираются вместе на буровой площадке. Термин, который используется в данном документе, «единица оборудования» может означать один или более компонентов, собранных вместе, или может относиться к одному компоненту. Например, на фиг.1 проиллюстрирован пример единицы 101 оборудования, которая может использоваться для операций касающихся нефтяного месторождения, где единица 101 оборудования является плунжерным насосом 101, который содержит несколько компонентов, собранных вместе, включая двигатель 106, который приводит коленчатый вал через передачу 110, карданный вал 112, который приводит один или несколько плунжеров к и от камеры насоса 108 для того, чтобы создать колебания давления, высокого и низкого давления в камере, радиатор 114 соединен с основным двигателем 106, всасывающая труба 116 для получения флюида при низком давлении и сливная труба 118 для разгрузки флюида при высоком давлении. Плунжерный насос 101 может перевозиться на трейлере 102, используя трактор 104.
[0022]
Тепловизионное устройство формирования изображений 150 может быть расположено на расстоянии от единицы 101 оборудования. Тепловизионное устройство формирования изображений 150 может быть тепловой инфракрасной камерой, имеющей инфракрасный датчик, способный обнаруживать инфракрасный свет. Примеры тепловизионного устройства формирования изображений могут включать, но не ограничиваясь FLIR GF300/320, Fluke Ti40FT ИК Flex Cam или другие тепловизионные устройства формирования изображений, имеющие обнаруживаемый температурный диапазон от -2 ° C до 350 градусов. Другие известные в области знаний тепловизионные устройства формирования изображений характеризующиеся более широким или более узким температурным диапазоном подходят для конкретного применения, или, возможно, с большим разрешением детектора и точностью. Согласно некоторым вариантам реализации тепловизионное устройство формирования изображений может быть стереоскопическим фотоаппаратом.
[0023]
Тепловизионное устройство формирования изображений 150 может быть в беспроводной или проводной коммуникации с вычислительным устройством 160, которое может обработать тепловое изображение, созданное тепловизионным устройством формирования изображений 150. Вычислительное устройство 160 может анализировать и генерировать одно или более условий теплового изображения, включая, например, обнаружение одного или более компонентов или единиц оборудования на тепловом изображении, получение температурного профиля компонентов или единиц оборудования и определение отслеживаемой информации касательно оборудования. Ниже более подробно описаны способы для обнаружения одного или более компонентов или единиц оборудования на тепловом изображении согласно вариантам реализации настоящего раскрытия.
[0024]
Вычислительные устройства 160 также могут быть в проводной или беспроводной коммуникации с 170 блоком управления единицы 101 оборудования. Блок управления 170 может активировать или контролировать один или несколько параметров единицы 101 оборудования на основании анализа вычислительного устройства 160. Например, вычислительное устройство может обрабатывать тепловое изображение единицы оборудования, включая создание температурного профиля для одного или нескольких компонентов единицы оборудования и анализировать температурный профиль для диагностики условий потока флюида, таких как обнаружение горячих точек из-за чрезмерного тепла или обнаружения утечек. При диагностике проблемы или нежелательных изменениях в условиях потока флюида, вычислительное устройство может отправить сигнал на блок управления единицы оборудования для изменения условий потока флюида, включая, например, отключение одного или нескольких компонентов единицы оборудования, переход на один или несколько компонентов в единице оборудования, таких как дополнительный насос, вентилятор, или дополнительная циркуляции флюида, или открытие или закрытие одного или нескольких клапанов.
[0025]
На фиг.6 проиллюстрирован пример системы вычислительного устройства 600, содержащей один или более компьютерных процессоров 602, связанная с ним память 604 (например, память (ОЗУ), кэш-память, флэш-память, и др.), одно или более устройств хранения 606 (например, жесткий диск, оптический диск, такой как компактный диск (CD) или цифровой универсальный диск (DVD), флэш-памяти, и др.), и многие другие элементы и функциональные возможности. Компьютерные процессоры 602 могут быть интегральной схемой для обработки инструкций. Например, компьютерные процессоры могут иметь одно или большее количество ядер или микроядер процессора. Вычислительная система 600 может также содержать одно или большее количество устройств ввода 610, таких как сенсорный экран, клавиатура, мышь, микрофон, сенсорная панель, электронная ручка или любой другой тип устройства ввода. Кроме того, вычислительная система 600 может содержать одно или большее количество устройств вывода 608, таких как экран (например, жидкокристаллический дисплей (LCD), плазменный дисплей, сенсорный экран, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) монитор, проектор или другое устройство отображения), принтер, внешний накопитель или другое устройство вывода. Одно или более устройств вывода могут быть одинаковыми или отличаться от устройств ввода. Вычислительная система 600 может быть подключена к сети 612 (например, локальной сети (LAN), глобальной сети (WAN), такой, как Интернет, мобильная сеть или любой другой тип сети) через интерфейс сетевого соединения (не проиллюстрировано). Устройства ввода и вывода могут быть локально или удаленно (например, через сеть 612) подключены к компьютерным процессорам 602, памяти 604 и устройствам хранения данных 606. Существует много различных типов вычислительных систем, и вышеупомянутые устройства ввода и вывода могут принимать и другие формы.
[0026]
Инструкции программного обеспечения  компьютерочитаемого программного кода для выполнения вариантов реализации способа могут храниться, полностью или частично, временно или постоянно, на постоянном компьютерном носителе данных таком как CD, DVD, устройство хранения информации дискеты, лента, флэш-память, физическая памяти или любой другой носитель компьютерных данных. В частности, инструкции программного обеспечения могут соответствовать компьютерочитаемому программному коду, который при выполнении процессором, выполнен для осуществления вариантов реализации способа.
[0027]
Кроме того, один или более элементов системы вычислительного устройства 600 могут находиться на удаленном месте и подключаться к другим элементам через сеть 612. Кроме того варианты реализации способа могут быть реализованы на распределенной системе, имеющей множество узлов, где каждая часть способа может находиться на другом узле в распределенной системе. В одном варианте реализации узел соответствует конкретному вычислительному устройству. Узел может соответствовать процессору компьютера со связанной с ним физической памятью. Узел может соответствовать процессору компьютера или микроядру процессора компьютера с общей памятью и/или ресурсами.
[0028]
В некоторых вариантах реализации, один или более компонентов системы вычислительного устройства 600 могут быть в проводной или беспроводной коммуникации с одним или большим количеством устройств в отдельных подразделениях. Например, устройство обработки изображений (например, тепловизионное устройство формирования изображений или визуальное устройство формирования изображений) могут быть в коммуникации с компьютерным процессором 602, памятью 604 или запоминающим устройством 606 системы вычислительного устройства 600, где устройство обработки изображений может отправить изображение системе вычислительного устройства 600 для обработки или хранения. В некоторых вариантах выводы 608 системы 600 вычислительного устройства могут быть в коммуникации с одним или большим числом блоков управления оборудования буровой площадки.
[0029]
Согласно вариантам реализации настоящего раскрытия, система для определения состояния оборудования буровой площадки может включать мониторинг множества единиц оборудования вплоть до всей буровой площадки, используя единое представление местоположения буровой площадки. Например, со ссылкой на фиг.2, система для определения состояния оборудования буровой площадки может содержать множество единиц оборудования, расположенных на или вблизи буровой площадки для проведения работ по добыче из нефтяного месторождения. Насосная система 200 проиллюстрирована для перекачки флюида с поверхности 118 скважины 120 к стволу скважины 122 во время эксплуатации месторождения. В качестве примера приведена операция ГРП и, следовательно, перекачиваемым флюидом будет флюид для ГРП. Как проиллюстрировано, насосная система 200 может содержать множество резервуаров для воды 221, которые питают устройство приготовления геля из воды 223. Устройство приготовления геля 223 смешивает в себе воду из резервуаров 221 и желатинизирующий агент для геля. Гель затем может быть отправлен на блендер 225, где он смешивается с проппантом из бункера с проппантом 227 для создания флюида для ГРП. Желатинизирующий агент может увеличить вязкость флюида для ГРП и позволить проппанту суспензироваться во флюид для ГРП. Он может также выступать в качестве уменьшающего трение агента, чтобы позволить более высокие скорости насоса с меньшим фрикционным давлением.
[0030]
Флюид для ГРП может быть накачан при низком давлении (например, около 60 (4,14 Бар) до 120 (8,28 Бар) фунтов на квадратный дюйм) от блендера 225 до множества плунжерных насосов 201, как проиллюстрировано сплошной линией 212. Плунжерные насосы 201 могут иметь одинаковые или аналогичные конфигурации как плунжерный насос 101, проиллюстрированный на фиг.1, или же плунжерные насосы 201 могут иметь другую конфигурацию, чем плунжерный насос 101, проиллюстрированный на фиг.1. Каждый поршень насоса 201 может получить флюид для ГРП при низком давлении и разгружать его в общий коллектор 210 (иногда называемый прицеп для транспортировки ракет или ракета) при высоком давлении, как проиллюстрировано пунктирными линиями 214. «Ракета» 210 может затем направить флюид для ГРП из плунжерных насосов 201 скважине 122, как проиллюстрировано сплошной линией 215.
[0031]
3
Количество гидравлических лошадиных сил, требуемых от насосной системы для проведения операции ГРП, может определяться на основе оценки также давления и скорости потока флюида для ГРП, необходимых для создания желаемого расклинивания в скважине. Например, если предполагается, что давление и требуемый расход, около 6000 psi (фунтов на квадратный дюйм, 413,69 Бар) и около 68 BPM (баррелей в минуту, 10,81 м/м), то на насос системы 200 должен будет поставлять около 10000 гидравлических лошадиных сил к флюиду для ГРП (например, 6000 * 68/40,8). Если каждый поршень насоса в операции ГРП имеет привод с максимальной оценкой в 2250 гидравлических лошадиных сил, который, с учетом потерь (обычно около 3% для плунжерных насосов в операциях ГРП), позволяет каждому поршню насоса поставить максимум около 2182 гидравлических лошадиных сил для флюида для ГРП, насосная система будет использовать минимум пять плунжерных насосов для того чтобы поставить 10000 гидравлических лошадиных сил для флюида для ГРП.
[0032]
Однако, для того, чтобы предотвратить перегрузки передачи между двигателем и выходом каждого поршня насоса, каждый поршень насоса может работать значительно ниже максимальной мощности. Эксплуатация насосов ниже их максимальной рабочей мощности может также предусматривать запуск оставшихся насосов на более высокой скорости с тем, чтобы компенсировать отсутствие неисправного насоса. Обычно в примере операции ГРП, требующей 10000 гидравлических лошадиных сил, требуется десять плунжерных насосов на буровой площадке, что позволяет каждому двигателю развивать около 1030 гидравлических лошадиных сил (около половины своего максимума) для того, чтобы поставлять 1000 гидравлических лошадиных сил индивидуально и 10000 гидравлических лошадиных сил коллективно к флюиду для ГРП. Несмотря на десять плунжерных насосов 201, проиллюстрированных в системе на фиг.2, большее или меньшее чем десть число насосов, может быть использовано в операции ГРП, в зависимости от, например, количества гидравлических лошадиных сил, необходимых для эксплуатации и от мощности насосов.
[0033]
При выполнении (в качестве примера) операции, как описано выше, на требуемом давлении доставки флюида для ГРП («давление»), скорости потока флюида для ГРП («скорость потока») и гидравлических лошадиных силах, имеются многочисленные возможности для отказа оборудования. Часто отказ оборудования приводит к выделению значительного количества тепла. Примеры отказов оборудования, которые могут привести к изменению температуры, включают, но не ограничиваются: первичные потери флюида на конце насоса; ограничение в системе смазки для подшипников; увеличение сил трения; деградированные уплотнения плунжера, хомутов и тому подобное; наличие примесей в смазках; или утечки в системе трубопроводов. Ранняя диагностика этих неисправностей может предотвратить или снизить частоту значительного повреждения оборудования и других нежелательных событий, таких, как экологически опасные утечки.
[0034]
Ссылаясь еще на фиг.2, по меньшей мере одно тепловизионное устройство формирования изображений 250 может быть расположено на расстоянии от множества единиц оборудования. Например, тепловизионное устройство формирования изображений 250 может быть установлено на верхней части силосной башни или любой другой поддерживающей структуры, где тепловизионное устройство формирования изображений может быть на расстоянии меньше 20 футов (6,1 м) от ближайшей единицы оборудования, по меньшей мере на расстоянии 40 футов (12,19 м) от ближайшей единицы оборудования или менее 60 футов (18,3 м) от ближайшей единицы оборудования. В некоторых вариантах тепловизионное устройство формирования изображений может быть менее чем в 20 футах (6,1 м) от ближайшей единицы оборудования. Расстояние между тепловизионным устройством формирования изображений и ближайшей единицей оборудования может варьироваться в зависимости от, например, типа тепловизионного устройства формирования изображений (например, диапазона тепловизионного устройства формирования изображений), характерного размера единицы оборудования или размера буровой установки. Тепловизионное устройство формирования изображений 250 может снять одно или больше число тепловых изображений одной или более единиц оборудования, которые показывают различия в температуре или температурном профиле единиц оборудования, запечатленных на тепловом изображении. При снятии температурного профиля единиц оборудования, увеличение количества тепла, такое как в примере отказов оборудования, приведенных выше, могут быть показаны на тепловых изображениях, созданных тепловизионным устройством формирования изображений. Тепловые изображения, сделанные тепловизионным устройством формирования изображений 250, могут быть проанализированы с использованием способов, раскрытых в данном документе.
[0035]
Вычислительное устройство 229, которое может быть размещено в мобильном устройстве или стационарном блоке, может быть в проводной или беспроводной коммуникации с тепловизионным устройством формирования изображений 250. Вычислительное устройство 229 может при необходимости быть в коммуникации с одной или большим числом единиц оборудования (например, как проиллюстрировано на фиг.2, плунжерный насос 201, блендер 225, и/или устройство приготовления геля 223), в этом случае вычислительное устройство 229 также может быть использовано для управления насосом системы 200 на протяжении операции ГРП (например, посылая сигналы, чтобы активировать или выключить один или более насосов, чтобы открыть или закрыть клапаны, изменить скорость потока флюида или изменить состав флюида, например, путем изменения количества желатинизирующего агента, смешиваемого с флюидом). Вычислительное устройство 229 может быть выполнено с возможностью определения одной или более единиц оборудования на тепловом изображении, созданном по меньшей мере одним тепловизионным устройством формирования изображений, согласно вариантам реализации настоящего раскрытия. Кроме того в некоторых вариантах вычислительное устройство 229 может использоваться для анализа тепловых изображений, снятых тепловизионным устройством формирования изображений 250 и при необходимости отправлять сигналы, чтобы изменить один или большее количество параметров единицы оборудования в системе насоса 200, основываясь на условиях, определяемых из проанализированных тепловых изображений. Ниже более подробно описаны методы обнаружения и анализа тепловых изображений.
[0036]
Например, согласно некоторым вариантам реализации настоящего раскрытия, распознавание объектов на тепловых изображениях может быть сделано в два этапа. Сначала проводится распознавание на уровне единицы оборудования, и как только распознана единица оборудования, могут быть обнаружены компоненты единицы оборудования. Распознавание на уровне единицы оборудования может основываться на, например, особом расположении единицы оборудования (например, сравнивая положение единицы оборудования со стандартизованной схемой размещения оборудования буровой площадки); геометрии единицы оборудования; тепловизионной визуализации (где уникальный узор на тепловом изображении является характеристикой единицы оборудования); и/или одну или при необходимости большее число нанесенных меток на единицу оборудования. Обнаружение единиц оборудования может использоваться для создания технологической схемы буровой площадки, например для оборудования для буровых установок, длины трубопроводов, ориентации, итоговой инвентаризации, т. д.
[0037]
Как упоминалось выше, единица оборудования при необходимости может иметь одну или более меток на себе, где метки могут быть использованы для определения единиц оборудования и/или компонентов единиц оборудования, например, на основе местоположения, типа и/или ориентации меток. Например, согласно некоторым вариантам реализации система мониторинга оборудования буровой площадки может содержать множество единиц оборудования, единица оборудования может иметь по меньшей мере одну метку на себе, по меньшей мере одно тепловизионное устройство формирования изображений расположено на расстоянии от множества единиц оборудования и вычислительного устройства в коммуникации с по меньшей мере одним тепловизионным устройством формирования изображений, причем вычислительное устройство выполнено с возможностью обнаружения одной или более единиц оборудования на тепловом изображении, полученном на по меньшей мере одном тепловизионном устройстве формирования изображений на основе позиции размещенной на нем по меньшей мере одной метки и наложение одной или более единиц обнаруженных единиц оборудования на тепловом изображении на визуальное отображение одного или более единиц оборудования.
[0038]
Одна или более меток могут быть прикреплены в исходной точке на единицу оборудования или на один или более компонентов единицы оборудования и могут быть отслежены. Метка может быть активной, например, инфракрасным излучателем или может быть пассивной, такой как покрытие из светоотражающего материала. Примеры инфракрасных излучателей могут служить светоизлучающие диоды (светодиоды) и другие типы диодов. Примеры из светоотражающего материала могут включать краски со стеклянными бусинами, рассеянными по объему краски или другие материалы, имеющие свойства полного внутреннего отражения. Другие метки могут быть физическими идентификаторами, такими как объект, имеющий уникальные или выдающиеся формы и размеры. В некоторых вариантах может использоваться несколько меток на компоненте или на единице оборудования, которое может повысить уровень доверия распознавания группы компонентов или единиц оборудования и может помочь в случаях, когда исключается из просмотра компонент или единица оборудования из определенной точки. Кроме того, в некоторых вариантах реализации, уникальные метки могут использоваться в качестве идентификаторов или тегов на конкретной единице оборудования и/или компонентов (например, секций трубопроводов, сочленений, т. д.) для отслеживания жизненного цикла и использования оборудования.
[0039]
На фиг.3 проиллюстрирован пример системы отслеживания, используемой для обнаружения меток и обнаружения оборудования, на котором располагаются метки на основе обнаружения меток. Как проиллюстрировано, камера 300 может излучать инфракрасную вспышку 310 к цели оборудования 320 (например, единица оборудования или компонент единицы оборудования) имеющей множество меток 330 на себе. Метки 330 могут отражать большую часть инфракрасного света (отраженного света, представленного как 315) обратно на датчик, встроенный в камеру 300. Вычислительное устройство может использоваться для запуска алгоритма обработки изображений для вычисления формы целевого оборудования 320, на котором прикреплены метки 330. В варианте реализации проиллюстрированы сферические метки 330 со светоотражающим покрытием на себе. Однако другие типы меток, например, описанные в данном документе, могут использоваться. Камера 300 может быть тепловизионным устройством формирования изображений (например, тепловизионным устройство формирования изображений 250, как проиллюстрировано на фиг.2), используемым для снятия тепловых изображений оборудования буровой площадки. В некоторых вариантах различные типы камеры/датчиков и/или различных типов меток могут использоваться для обнаружения единиц оборудования и/или компонентов единиц оборудования.
[0040]
фиг.4 иллюстрирует пример тепловизионного устройства формирования изображений 400, которое может использоваться для обнаружения меток и обнаружения оборудования, на котором располагаются метки, на основе обнаружения меток. Как проиллюстрировано, тепловизионное устройство 400 - стереоскопический фотоаппарат, где каждая камера тепловизионного устройства формирования изображений 400 излучает инфракрасный свет 410 к целевому оборудованию 420 (например, единица оборудования или компонент единицы оборудования), имеющему множество меток 430 на себе. Метки 430 могут отражать большую часть инфракрасного света обратно на датчик, встроенный в камеры 400. Использование стереоскопических камер может помочь в построении трехмерных координат целевого оборудования 420 с точки зрения стереоскопической камеры. Вычислительное устройство может использоваться для запуска алгоритма обработки изображений для вычисления формы целевого оборудования 420, на котором прикреплены метки 430.
[0041]
После того, как определены положение и ориентация меток на единице оборудования или компоненте посредством одного или более тепловизионных устройств, информация о положении меток может накладываться на визуальное отображение обнаруженной единицы оборудования или компонента. Визуальное отображение единицы оборудования может быть создано, например, посредством вычислительной модели (например, посредством программного обеспечения компьютеризированного проектирования) для моделирования единицы оборудования или посредством визуального устройства формирования изображений, таких как цифровые камеры для снятия изображения единиц оборудования.
[0042]
Например, согласно некоторым вариантам реализации, система мониторинга оборудования буровой площадки может содержать множество единиц оборудования, единица оборудования иметь по меньшей мере одну метку на себе, по меньшей мере одно тепловизионное устройство формирования изображений расположено на расстоянии от множества единиц оборудования, по меньшей мере одно визуальное устройство формирования изображений позиционируется как близко расположенное к по меньшей мере одному тепловизионному устройству формирования изображений и вычислительному устройству в коммуникации с по меньшей мере одним тепловизионным устройством формирования изображений и по меньшей мере одним визуальным устройством формирования изображений. Вычислительное устройство может быть в состоянии определить одну или более единиц оборудования на тепловом изображении, сгенерированным посредством по меньшей мере одного тепловизионного устройство формирования изображений, на основе позиции меток на единице оборудования и наложение одной или нескольких обнаруженных единиц оборудования с теплового изображения на визуальное отображение одной или более единиц оборудования, полученных от визуального устройства формирования изображений.
[0043]
Сошлемся снова на фиг.2, на фиг.2 проиллюстрирован пример системы, содержащей визуальное устройство формирования изображений 252, близко расположенное к тепловизионному устройству формирования изображений 250, причем визуальное устройство формирования изображений 252 может использоваться для создания визуального отображения единиц оборудования, обнаруженных в тепловом изображении, взятом от тепловизионного устройства формирования изображений 250. В варианте реализации показано визуальное устройство формирования изображений 252е является отдельным компонентом от тепловизионного устройства формирования изображений 250, причем визуальные устройства формирования изображений 252 и тепловизионное устройство формирования изображений 250 близко расположены друг к другу, чтобы предоставить изображения, созданные из аналогичных точек. Согласно вариантам реализации настоящего раскрытия, позиционирование визуального устройства формирования изображений устройства 252 «близко расположенным к» тепловизионному устройству формирования изображений 250 может включать позиционирование визуального устройства формирования изображений 252 и тепловизионного устройства формирования изображений 250 рядом (и в контакте) друг с другом, или содержать пространственное разнесение визуальное устройство формирования изображений 252 на расстоянии от, но рядом с тепловизионным устройством формирования изображений 250. Например визуальное устройство формирования изображений может устанавливаться близко расположенным к тепловизионному устройству формирования изображений, где степень разделения по отношению к целевому оборудованию (например, угол, формируемый линией от визуального устройства формирования изображений к целевому оборудованию и линии от тепловизионного устройства формирования изображений к целевому объекту оборудования) может варьироваться в диапазоне от менее 10 градусов, менее 5 градусов, менее чем на 2 градуса, или менее чем на 1 градус. Степень разделения между тепловизионным устройством формирования изображений и визуальным устройством формирования изображений может быть вне или выше диапазона (например, 10 градусов и большее число); однако, чем больше расстояние между тепловизионным устройством формирования изображений и визуальным устройством формирования изображений, тем больше разница в точках зрения между устройствами формирования изображений, которая может привести к более низкой точности в наложении формируемых изображений и извлечение нужных данных, на основе анализа наложения изображений.
[0044]
Согласно некоторым вариантам реализации, цифровое изображение, созданное визуальным устройством формирования изображений с другой точки от теплового изображения, созданного посредством тепловизионного устройства формирования изображений, может быть преобразовано на основе разницы в координатных позициях тепловизионного устройства формирования изображений и визуального устройства формирования изображений для репликации точки зрения, как у теплового изображения. Преобразования цифровых изображений могут быть сделаны с использованием вычислительных программ, например, посредством вычислительного устройства в коммуникации с тепловизионным устройством формирования изображений и с визуальным устройством формирования изображений.
[0045]
В некоторых вариантах реализации тепловизионное устройство формирования изображений и визуальное устройство формирования изображений могут быть единым целым, где компоненты, используемые при снятии теплового изображения и компоненты, используемые при снятии визуального изображения делят один корпус.
[0046]
Как упоминалось выше, согласно некоторым вариантам реализации, визуальное отображение может быть создано с использованием вычислительной модели (например, посредством программного обеспечения компьютеризированного проектирования). Компьютерная модель единицы оборудования может быть коррелирована с двумерной информацией, полученной от тепловизионного устройства формирования изображений. Например, тепловизионное устройство формирования изображений может снять тепловое изображение по меньшей мере одной единицы оборудования, имеющей множество меток на себе. Основываясь на позиции меток в тепловом изображении (и/или на основе тепловой визуализации), распознавание на уровне единицы оборудование может быть сделано для обнаружения единицы оборудования. Компьютерная модель единицы оборудования затем может быть коррелирована с двумерной информацией, полученной от теплового изображения, где тепловое изображение единицы оборудования накладывается на компьютерную модель единицы оборудования. Для соединений, где метки непрактичны, из соображений крепления (например, обработка железа в устье скважины), методы обработки изображений могут использоваться для обнаружения этих соединений совместно с известными трехмерными ландшафтами основного оборудования.
[0047]
В некоторых вариантах стереоскопическое тепловизионное устройство формирования изображений может использоваться для создания стереоскопического теплового изображения по меньшей мере одной единицы оборудования. Стереоскопическое тепловое изображение затем может быть наложено на трехмерную компьютерную модель единиц оборудования, обнаруженных на стереоскопическом изображении.
[0048]
Наложение теплового изображения на визуальное отображение одной или более обнаруженных единиц оборудования на тепловом изображении, такие как цифровое изображение единиц оборудования или компьютерно-сгенерированная модель единиц оборудования, может использоваться в процессе обнаружения единиц оборудования на тепловом изображении, а также для определения конкретных компонентов единиц оборудования. Кроме того путем наложения теплового изображения на визуальное отображение обнаруженных единиц оборудования, обнаруженные единицы оборудования могут быть термически сопоставлены, и температурный профиль для конкретных компонентов единиц оборудования может быть получен. Однако в некоторых вариантах уникальный узор на тепловом изображении может быть характеристикой конкретной единицы оборудования или компонентов (визуализация тепловых изображений) и таким образом, может использоваться вместо или в дополнение к наложению теплового изображения на визуальное отображение единицы оборудования или компонента.
[0049]
На фиг.5 проиллюстрирован пример буровой установки для операции ГРП. Оборудование буровой площадки содержит множество насосных блоков 500, собранных вокруг ракетных блоков 510. Множество избыточных меток 520 может размещено на ракетных блоках 510 и насосном блоке 500, и может использоваться для определения отсылок для спроектированной компьютером модели, которая в свою очередь, может предоставить положение и ориентацию единиц оборудования. В частности на основе позиции, интервала, и т. д., обнаруженных меток 520 единицы оборудования, на которых располагаются метки, могут быть обнаружены. Спроектированные компьютером модели обнаруженной единицы оборудования могут быть соотнесены по расположению меток 520 для предоставления дальнейшей информации о положении и ориентации единиц оборудования. Упрощенные варианты визуализации спроектированной компьютером модели проиллюстрированы под номерами 530-534. На основе меток 520 на насосном блоке 500, спроектированная компьютером модель 530 первого компонента (компонент радиатора проиллюстрирован на фиг.5) насосного блока 500 производится и ориентируется с тем, чтобы соответствовать расположению меток 520. На основе позиционирования первой модели компонента 530 и на основе известной информации о группе насосных блоков 500, спроектированная компьютером модель 531 второго компонента насосного блока 500 может быть позиционирована в соответствии с известной группой насосных блоков 500. Аналогично спроектированная компьютером модель третьего компонента (532) и четвертого компонента (533) может позиционироваться в соответствии с известной структурой группы насосных блоков 500. На основе меток 520 на ракетных блоках 510 спроектированная компьютером модель 534 ракетных блоков производится и ориентируется с тем, чтобы соответствовать расположению меток 520. Посредством спроектированных компьютером моделей 530-534 можно предоставить более подробную информацию, например, относительно позиционирования, расположения отдельных компонентов, т. д., единиц оборудования, которые указаны посредством нескольких меток 520. Тепловое изображение затем может быть наложено на спроектированную компьютером модель для теплового сопоставления нескольких единиц оборудования в одно время. Помимо тепловой информации, другая полезная информация может быть получена для потенциального отображения, такая как производственная информации (например, типы моделей, производитель, т. д.) и прогностическое управления состоянием («PHM») и/или облуживание сообразно состоянию («CBM») соответствующая информация (например, преувеличенные вибрации анимации и сигнализация).
[0050]
В вариантах реализации наличие оборудования, обнаруженного на тепловом изображении без использования меток (например, на основе геометрии единицы оборудования или на основе визуализации тепловых изображений), тепловое изображение может быть наложено на визуальное отображение единицы оборудования.
[0051]
В соответствие с некоторыми вариантам реализации, одна или более единиц оборудования или компонентов единиц оборудования могут быть определены посредством обработки цифрового изображения единиц оборудования. Различные методы обработки изображений могут использоваться для обнаружения одной или более единиц оборудования или компонентов на цифровом изображении. Например, вычислительные программы или алгоритмы могут использоваться для проверки и извлечения компонентов из цифрового изображения, где функции могут быть выбраны на основе тренировочного набора изображений, с двумя или большим числом классификаций. Некоторые способы обработки изображений могут включать сегментирование цифрового изображения неперекрывающиеся регионы однородного цвета, оттенка или текстуры, обнаружения областей соответствующих предварительно определенной модели одной или более единиц оборудования или компонентов и сравнение окружающих регионов с предварительно определенной моделью единицы оборудования или компонента, чтобы определить, являются ли обнаруженные регионы частью изображения единицы оборудования или компонента. Методы, известные в области обработки изображений могут использоваться для обнаружения одной или более единиц оборудования или компонентов в цифровом визуальном образе.
[0052]
После завершения распознавания объектов, и когда обнаруженные объекты являются термически сопоставленными, температурный профиль одного или более компонентов единицы оборудования может быть получен от теплового изображения и далее будет отслеживаться. Такая методика может позволить отслеживать состояние оборудования без необходимости развертывания тысячи целевых датчиков, которые могут быть дорогими и неустойчивыми. Например, температурный профиль может показать области на одном или большем числе компонентов, которые увеличили количество тепла, что может свидетельствовать о тепловыделении, связанном с неисправностями или проблемами.
[0053]
Согласно вариантам реализации настоящего раскрытия, способ мониторинга оборудования буровой площадки может включать анализ температурных условий по меньшей мере одной обнаруженной единицы оборудования посредством теплового изображения обнаруженной единицы оборудования, наложенного на визуальное отображение обнаруженной единицы оборудования. Например, в некоторых вариантах способ мониторинга оборудования буровой площадки может включать создание цифрового изображения и теплового изображение оборудования буровой площадки, обнаружение одной или более единиц оборудования на цифровом изображении, наложение теплового изображения на одну или более обнаруженных единиц оборудования на цифровом изображении с тем, чтобы термически сопоставить одну или более обнаруженных единиц оборудования, и анализ температурных условий по меньшей мере первой обнаруженной единицы оборудования.
[0054]
Анализ теплового изображения (например, тепловое изображение накладывается на визуальное отображение обнаруженных компонентов или единицу оборудования, или тепловое изображение, имеющие один или более компонентов или единиц оборудования, обнаруженных тепловой обработкой визуализации изображений) может включать определение значений температуры для отдельных сегментов обнаруженных компонентов или единиц оборудования. Как правило, размер компонента может варьироваться от около 3 дюймов (7,62 см) до 60 дюймов (152,4 см) в наименьшем направлении. Примером 3-дюймового варианта является кольцо подшипников в силовых концах. Пример 60 дюймов - это вся напорная часть, которая может стать очень горячей, когда клапан неисправен на этой напорной части. Значения температуры могут контролироваться в выбранных интервалах для определения изменений в значениях температуры за определенный период времени. Значения температуры, могут отображаться на графике или диаграмме за желаемый период времени, могут быть обработаны посредством компьютерного алгоритма или программы и/или могут быть сохранены.
[0055]
В некоторых вариантах реализации, анализ теплового изображения может включать сравнение обнаруженных температурных значений обнаруженных компонентов или единиц оборудования с теоретически рассчитанными значениями обнаруженных компонентов или единиц оборудования. Например, теоретическая температура может быть рассчитана на основе одного или более стандартных рабочих параметров компонентов или единиц оборудования. В некоторых вариантах реализации, анализ теплового изображения может включать сравнение обнаруженных температурных значений обнаруженных компонентов или единиц оборудования с хранимыми значениями обнаруженных компонентов или единиц оборудования, например из базы данных значений измеренных температур исправных рабочих компонентов или единиц оборудования.
[0056]
В некоторых вариантах можно сравнить значения температуры с предварительной температурой или с предварительно выбранным температурным диапазоном. Например, значение предварительной температуры может включать значение максимальной или минимальной температуры для одного или более отдельных сегментов, и предварительный температурный диапазон может включать стандартизированный или средней диапазон рабочих температур. Когда значения температуры, полученные посредством теплового изображения вне предела, установленного значения предварительной температуры или диапазона, по меньшей мере одно состояние оборудования буровой площадки может быть изменено для поддержания желаемой температуры проанализированных компонентов или единиц оборудования. Например, если значение температуры одного или нескольких дискретных сегментов достигает значения, предварительной максимальной температуры или выходит за пределы предварительного температурного диапазона, по меньшей мере одно условие оборудования буровой площадки может быть изменено. Диапазон температур от одного или более компонентов или условие оборудования буровой площадки, которое может быть изменено для поддержания желаемой температуры могут включать, но не ограничиваться, изменение количества активированных насосов, изменение состава флюида, протекающего через один или более компонентов, изменение скорости или выходной мощности двигателя или двигателя, и/или замены или ремонта одного или нескольких компонентов, например, подшипников или уплотнений.
[0057]
В одном или большем числе вариантов реализации, проанализированные температурные условия могут указывать и использоваться для определения пути потока флюида через единицу оборудования (например, буровая установка вверх или трубопроводной системы, при подключении двух других единиц оборудования). Такой поток флюида может использоваться для диагностики утечки, определения неправильной подготовки к пуску или изменения в подготовке к пуску, засорение внутри линии, т. д.
[0058]
Изменения в по меньшей мере одном условии оборудования буровой площадки могут быть автоматизированы или совершены вручную. Например, в некоторых вариантах если при определении значения температуры одного или более дискретных сегментов находится вне предела, установленного значениями предварительной температуры или диапазона, вычислительное устройство может автоматически послать сигнал на один или более блоков управления одной или более единиц оборудования для изменения условий, таких, как включение дополнительного насоса, отключение насоса, или другие перечисленные выше.
[0059]
В некоторых вариантах при определении значения температуры из одного или нескольких дискретных сегментов вне предела, установленного значениями предварительной температуры или диапазона, может проводиться анализ для определения причины изменения температуры, где решение исправить причину изменения температуры могут осуществляться вручную. Причина изменения температуры может быть определена посредством ручного анализа, например оператором или полевым инспектором, или может быть определено посредством программы анализа компьютером. Например, в некоторых вариантах реализации, когда отдельные компоненты одной или более единиц оборудования будут иметь значения температуры, превышающие предварительную максимальную температуру вычислительное устройство может быть запрограммировано для автоматической отправки сигнала на блоки управления единиц оборудования, имеющих более высокие значения максимальной температуры для отключения насосов или двигателей единиц оборудования, имеющих более высокие значения максимальной температуры (например, где значение температуры выше предварительного максимального значения температуры может означать, что компонент единицы оборудования неисправен и должен быть выключен), вычислительное устройство может автоматически послать сигнал для включения дополнительного насоса или двигателя (например, для активации резервного компонента или единиц оборудования), и/или вычислительное устройство может автоматически послать сигнал, изменить по меньшей мере одно условие оборудования буровой площадки для снижения температуры единицы оборудования, имеющей более высокие значения максимальной температуры.
[0060]
Согласно вариантам реализации настоящего раскрытия, метод мониторинга оборудования буровой площадки может включать отслеживание всего перечня оборудования буровой площадки. Отслеживание всего перечня оборудования буровой площадки может включать обнаружение одной или более единиц оборудования на буровой площадке и отслеживание местонахождения и/или состояния активации (например, если единица оборудования используется или выключена) обнаруженных единиц оборудования. Единицы оборудования могут быть обнаружены, например, путем наложения теплового изображение буровой площадки на цифровое изображение буровой площадки, путем обнаружения одной или более меток единиц оборудования, тепловых изображений визуализации и/или другими методами, раскрытыми в настоящем документе.
[0061]
Использование систем и способов, раскрытых в данном документе, могут позволить неагрессивный (что не требует установки дополнительных датчиков на каждой единице оборудования) мониторинг оборудования на буровой площадке. Кроме того сфера контроля состояния не может быть ограничена до одной единицы оборудования и, например, может включать мониторинг всего оборудования, которое развертывается для операции. Распознавание объектов и контекстное понимание термально-визуальных наложенных изображений могут использовать инструменты в обоих инфракрасной термографии, а также в компьютерном зрении и обработке изображений.
[0062]
Хотя лишь несколько примеров вариантов реализации были подробно изложены выше, специалисту в области техники будет легко оценить, что многие изменения возможны в примере вариантов реализации без существенного выхода за пределы объема действия этого раскрытия. Соответственно все такие изменения должны быть включены в объем этого раскрытия как это определено в следующих пунктах формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения предложенные средства-и-функции предназначены для покрытия структур, описанных в данном документе, как исполняющие функцию и не только структурные аналоги, но и эквивалентные структуры. Таким образом, хоть гвоздь и винт могут и не быть структурными эквивалентами в том, что гвоздь использует цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных частей вместе, в то время как винт использует винтовую поверхность в среде крепления деревянных деталей, гвоздь и винт могут быть эквивалентными структурами. Это выражает намерение заявителя не ссылаться на 35 U.S.C. 112(f) для каких-либо ограничений каких-либо пунктов формулы, за исключением тех, в которых пункты формулы изобретения явно использует слова «средства» вместе с ассоциированной функцией.