用于确定井场设备的健康状况的系统和方法

申请号 CN201280033972.X 申请日 2012-07-09 公开(公告)号 CN103649451A 公开(公告)日 2014-03-19
申请人 普拉德研究及开发股份有限公司; 发明人 R·卢哈鲁卡; J·约瑟夫;
摘要 本 发明 提供了一种用于确定井场设备的健康状况的系统和方法。该方法包括利用能够探测红外光的热成像装置来对所述井场设备单元中的一个井场设备单元的至少一部分进行热分析,以确定所述井场设备单元的所分析部分的 温度 。所述井场设备单元的所分析部分的温度可以用于指示所述井场设备单元的健康状况。
权利要求

1.一种用于确定井场设备的健康状况的方法,包括:
在井场处或井场附近装配多个井场设备单元;
利用能够探测红外光的热成像装置来对所述井场设备单元中的一个井场设备单元的至少一部分进行热分析,以确定所述井场设备单元的所分析部分的温度;以及使用所述井场设备单元的所分析部分的所述温度来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述热成像装置是热红外像机。
3.如权利要求1所述的方法,其中,热分析是在所述井场设备单元的所分析部分的运行期间执行的。
4.如权利要求1所述的方法,还包括以预定的流速和压使所述井场设备单元运行。
5.如权利要求4所述的方法,其中,通过将所述井场设备单元的所分析部分的所述温度与根据所述流速和压力计算出的理论参考温度进行比较来指示所述井场设备的所述健康状况。
6.如权利要求5所述的方法,其中,所述理论参考温度使用以下方程来计算:
b1 b2 bn
Temptlieor=a1*(V1) +a2*(V2) +...+an*(Vn) ,
其中a1,a2…an和b1,b2…bn是常数,并且V1是流速,V2是压力。
7.如权利要求1所述的方法,其中,通过将所述井场设备单元的所分析部分的所述温度与所述热成像装置在所述井场设备单元的正常运行期间确定的所述井场设备单元的所分析部分的参考温度进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
8.如权利要求7所述的方法,其中,所述井场设备单元的所分析部分的所述温度包括识别与热值对应的热图像上的一组像素
9.如权利要求1所述的方法,其中,通过将与对应于所述井场设备单元的所分析部分的热图像上的至少一个像素相关的热值,和与所述热图像上的其它像素相关的热值进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
10.如权利要求1所述的方法,其中,通过将与对应于所述井场设备单元的所分析部分的热图像上的至少一个像素相关的热值,和与对应于所述井场设备单元的所分析部分的另一热图像上的至少一个其它像素相关的热值进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
11.如权利要求1所述的方法,其中,所述井场设备单元为包括动力端流体端的变容真空,所述动力端具有第一侧和第二侧,并且包括至少两个轴承
12.如权利要求11所述的方法,其中,通过将第一温度和第二温度的比率,与理论参考比率进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
13.如权利要求12所述的方法,其中,从热图像中选择所述第一温度被作为第一已知轴承位置处或第一已知轴承位置附近的最大局部热值,并且从所述热图像中选择所述第二温度作为第二已知轴承位置处或第二已知轴承位置附近的最大局部热值。
14.如权利要求12所述的方法,其中,从热图像中选择所述第一温度作为第一已知轴承位置处或第一已知轴承位置附近的局部平均热值,并且从所述热图像中选择所述第二温度作为第二已知轴承位置处或第二已知轴承位置附近的局部平均热值。
15.如权利要求1所述的方法,其中,通过将所述井场设备单元的所分析部分的第一温度和第二温度的比率,与基于测试数据的限定值进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
16.一种用于确定井场设备的健康状况的系统,包括:
位于井场处或井场附近的多个井场设备单元;
包括红外传感器的油田像机,其可定位于井场处或井场附近,用于对所述井场设备单元中的一个井场设备单元的至少一部分进行热分析,以确定所述井场设备单元的所分析部分的温度;以及
包括处理单元的油田热成像工具,所述处理单元能够操作地连接至所述油田像机,以基于从所述油田像机输出的所述井场设备单元的所分析部分的所述温度来生成所述井场设备单元的所述健康状况。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述油田像机为热红外像机。
18.如权利要求16所述的系统,其中,热分析是在所述井场设备单元的所分析部分以预定的流速和压力运行期间执行的。
19.如权利要求18所述的系统,其中,通过将所述井场设备单元的所分析部分的所述温度与根据所述流速和压力计算出的理论参考温度进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
20.如权利要求16所述的系统,其中,通过将所述井场设备单元的所分析部分的所述温度与在所述井场设备单元的正常运行期间所述油田像机确定的所述井场设备单元的所分析部分的参考温度进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
21.如权利要求16所述的系统,其中,通过将与对应于所述井场设备单元的所分析部分的热图像上的至少一个像素相关的热值,和与所述热图像上的其它像素相关的热值进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
22.如权利要求16所述的系统,其中,通过将第一温度和第二温度的比率,与基于测试数据的限定值进行比较来指示所述井场设备单元的所述健康状况。

说明书全文

用于确定井场设备的健康状况的系统和方法

背景技术

[0001] 在此作出的陈述仅仅提供有关本公开的信息,可能不构成现有技术,并且可能描述一些示出本发明实施例
[0002] 在此公开的实施例总体上涉及用于确定井场设备的健康状况的系统和方法。在此公开的实施例还涉及用于确定井场设备的退化情况,或预测在油田作业之前、期间以及之后井场设备的剩余寿命的系统或方法。在此公开的实施例还涉及用于验证或优化井场设备的特定设计选择或设计变化的系统或方法。这样的油田作业的示例包括但不限于:油井增产、电缆测井、随钻测量、随钻测井、定向钻井、井施工等等。
[0003] 在一些实施例中,被维修的井场设备包括变容真空,有时其被称为往复泵。变容真空泵通常用于油田作业,以将流体泵入井眼及周围储层中。
[0004] 给定的往复泵可以包括一个或更多泵室,每个泵室容纳往复式柱塞。当多个室被装入往复泵中的时候,往复泵也被称作多联泵。在任何情况下,在典型的往复泵中,由于柱塞在旋转曲轴的作用下沿一个方向移动,流体通过单向吸入被抽入泵室。经柱塞的反向运动,该吸入阀闭合,流体经排出阀强制向外排出。柱塞的持续往复使得流体被抽入泵室及从泵室中排出流体的过程持续。排出的流体可以经过管道到达期望的位置,例如进入井眼。
[0005] 通常,多缸曲柄泵具有两个部分:(a)端,驱动泵柱塞的电机部件(动力传动系统和变速箱是动力端的一部分);以及(b)流体端,保持以及排出承压流体的泵容器。在三缸泵中,流体端具有三个液压缸。在五缸泵中,流体端具有五个液压缸。流体端可以包括把所有缸包括在其内的单缸体,通常被称作单体流体端。可替换地,每个单独的缸可以包括在单缸体内,随后多个缸体被连接到一起以形成组合流体端,通常被称作分离流体端。本公开的实施例可以应用于具有单体流体端、分离流体端或其它变化形式的多缸曲柄泵。
[0006] 多缸曲柄泵的一个特别有用的应用是力压裂,其中流体以低流速和足够压裂地下岩层的压力被泵入孔眼。在压裂被制造出之后,或可选地与压裂制造结合,支撑剂可以被注入井眼和压裂中。支撑剂是加入到泵入的流体中的颗粒材料,用以产生通常具有非常强的磨蚀性和/或腐蚀性的泥浆。以所需的流速和压力泵浆对泵是很大的负荷。在压裂操作中,每个泵可以按要求在20,000psi的压力下每分钟泵多达二十桶。用于该应用的泵相当大并且被频繁地用半挂车等搬动到油田。单个多缸曲柄泵常常占据整个卡车拖车。这些泵在井场中被连接到一起,以产生包括多个多缸曲柄泵的泵系统。足够数量的泵被连接到共用管道,以产生期望的体积和压力的输出。例如,一些压裂工作可能需要多达36个泵。
[0007] 因为期望压裂操作连续执行,由于地面设备故障而造成的压裂处理的中断成本昂贵,费时间,效率低而且没有收益。进一步地,使用如此多的泵时,在一些情况下,如果出现泵故障,很难确定哪个泵出了问题。由于泵的大负荷以及这些泵的频繁的故障率,通常需要输送30%到100%的附加泵流量到每个压裂场。附加泵流量的必要性需要额外的资金以获取附加的多缸曲柄泵,以及需要相当多的费用以维修附加的泵,并且托运其到场地。因此,多缸曲柄泵和其它的地面设备在每个压裂处理之前和之后被频繁地拆卸、检查,并且在一些情况下,在每个压裂处理之前和之后被常规地重新组装,以避免在后续的压力处理中出现设备故障。
[0008] 不能低估及时诊断相关泵设备的健康的重要性,尤其是对于高压设备来说。传统上,现场操作员靠在场地走来听、感觉和查看故障和泄漏。然而,最近的健康和安全要求禁止任何人在操作过程中出现在高压区域;例如,靠近多缸曲柄泵的区域。没有对设备的外观检查,晚检测到特定的故障可能会对人员、设备造成严重的伤害,导致失败的工作,有时会带来环境危害。因此,期望有一个宏观改善的井场设备健康状况的检查和检测系统和方法。

发明内容

[0009] 本发明内容介绍了一些概念,这些概念在下面的说明书中被进一步地描述。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键或本质特征,也不旨在作为限定所要求保护的主题的范围的辅助。
[0010] 根据本公开的一个方面,至少一个实施例涉及一种用于确定井场设备的健康状况的方法。所述方法包括在井场处或井场附近装配多个井场设备单元。所述方法还包括利用能够探测红外光的热成像装置对所述井场设备单元中的一个井场设备单元的至少一部分进行热分析,以确定所述井场设备单元的所分析部分的温度。所述方法还包括使用所述井场设备的所分析部分的温度来指示所述井场设备单元的所述健康状况。
[0011] 根据本公开的另一方面,至少一个实施例涉及一种用于确定井场设备的健康状况的系统。所述系统包括多个位于井场处或井场附近的井场设备单元。所述系统还包括具有红外传感器的油田像机,其可定位于井场处或井场附近,用于对所述井场设备单元中的一个井场设备单元的至少一部分进行热分析,以确定所述井场设备单元的所分析部分的温度。此外,所述系统还包括具有处理单元的油田热成像工具,所述处理单元能够可操作地连接至所述油田像机,以基于从所述油田像机输出的所述井场设备单元的所分析部分的温度来生成所述井场设备单元的所述健康状况。
[0012] 然而,在没有实质偏离本公开教导的情况下,很多修改是可能的。因此,这些修改旨在包括在权利要求所限定的本公开的范围内。附图说明
[0013] 参考下面的附图来描述用于确定井场设备的健康状况的系统和方法的实施例。相同的数字在所有图中用来指代相同的特征和部件。在后面结合附图描述了多种不同技术的实施方式。然而,应理解,附图示出了在此描述的多个不同实施方式,并且不旨在限定在此描述的多种不同技术的范围。
[0014] 图1示出了根据实施在此描述的多种不同科技和技术在井上进行油田作业的井场设备的简化示意图。
[0015] 图2示出了根据实施在此描述的多种不同科技和技术的油田作业的示意图。
[0016] 图3A和3B示出了根据实施在此描述的多种不同科技和技术所拍摄的变容真空泵动力端的图像。
[0017] 图4A和4B示出了根据实施在此描述的多种不同的科技和技术所拍摄的驱动轴的图像。
[0018] 图5示出了示出根据实施在此描述的多种不同科技和技术的油田作业的健康监测的流程图

具体实施方式

[0019] 现在将参考附图具体描述本公开的特定实施例。应理解本发明的多个不同实施例尽管不同,但是并不一定互相排斥。例如,在此结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可以在其它的实施例中实施而不偏离本发明的精神和范围。进一步地,在下面的本公开的实施例的说明书中,阐述了大量特定的细节以提供对本发明更透彻的了解。然而,在此公开的实施例可以无需这些特定的细节而被实施对本领域普通技术人员是显而易见的。在其它的示例中,众所周知的特征没有被具体描述,以避免不必要地使说明书复杂化。
[0020] 还应注意在任何实际的实施例的发展中,必须做出针对具体情况的很多决定以达到开发者的特定目标,例如符合系统相关及业务相关的约束,其中每个实施例都不相同。此外,应该意识到这样的开发计划可能会很复杂并且费时,但是对从本公开获益的本领域普通技术人员来说是常规工作。
[0021] 在此使用的术语和措词仅仅用于描述的目的,并且不应被理解为对范围的限制。如“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或“涉及”等词语及其变化旨在涵盖列在其后的主体、等效物以及未引用的附加的主体。
[0022] 此外,说明书和示例仅仅为了说明不同的实施例的目的而展示,而不应被理解为对范围和适用性的限定。虽然任何成分或结构都可以在此被描述为包括特定的材料,应理解这些成分可以可选择地包括两种或更多种不同的材料。另外,该成分或结构也可以包括已经被引用的以外的一些成分。尽管下面的一些讨论强调压裂,该成分和方法可以用于任何需要导流的油井处理。示例包括压裂、酸化处理、水位调节、化学处理以及井眼流体隔离与遏制。这里描述的实施例针对油气生产井,但是应理解其可以用于其它流体的生产井,如水或二,或者比如注入井或储气井。还应理解在整篇说明书中,当一个范围被描述为有用或合适等等,其意指范围内的所有数值(包括端点)都被视为已经被规定。进一步地,每个数值应该按被术语“大约”修饰理解一次(除非已经明确地被这样修饰),然后按没有被如此修饰理解一次,除非在上下文中另有说明。例如,“从1到10的范围”应理解为表示在大约1到大约10之间的连续统的全部可能的数字。换句话说,当表达了一个特定的范围,即使只有几个特定的数据点在范围内被明确识别或涉及,或即使在范围内没有数据点被涉及,应理解发明者意识到并且理解范围内的全部数据点应视为已经被规定,并且发明者拥有全部范围和范围内所有点。
[0023] 参考附图、附图说明和图片,特别是在图1中,在此示出了井场设备单元的示例。柱塞泵101被描述为将流体从井面泵入井眼。如图所示,柱塞泵101被安装在标准拖车102上,以便于牵引机104运输。柱塞泵101包括原动机106,其通过变速器110和驱动轴112驱动曲轴。驱动轴112,反过来又驱动一个或更多柱塞朝着以及离开泵108中的腔,以在腔内制造高压和低压的压力震荡。这些压力震荡使得泵108以低压接收流体并以高压排出。
连接到原动机106的还有散热器114,其用来冷却原动机106。另外,泵108包括以低压接收流体的进气管116,以及用于以高压排出流体的排出管118。
[0024] 由于井场设备会受到磨损以及由于极端的运行条件导致老化,现场操作员、设备操作员或现场工程师125在此被描绘为检查井场设备的健康状况。如将会在下面详细解释的,工程师125可以通过利用例如热成像设备400拍摄设备热图像,以获取和/或记录与井场设备健康状况相关的数据。作为手持设备的替代,热成像设备400可以连接到被监测的井场设备,或连接到井场内其它的装置上。
[0025] 检查和/或监测在此描述的井场设备的“健康状况”可以包括但不限于:识别特定部件的故障及一般磨损,所述部件例如为轴承、润滑系统、液压系统和冷却系统;探测阀阀座、填料、柱塞中的泄漏;以及处理、软管、管道、导管及连接。根据至少一个在此所示实施例的健康状况检查/监测可以使得设备操作员能够预测特定的井场设备单元或部件的故障。健康状况检查/监测还可以包括特定设备设计的验证,以及基于预计的运行条件的设计选择。
[0026] 现在参考图2,装配在井场处或井场附近以执行油田作业的多个井场设备单元的一个示例以现场操作员125在其中检查井场设备的健康状况示出。泵系统200以在油田作业期间将流体从井120的表面118泵入井眼122示出。在该特定的示例中,所述操作为水力压裂操作,因此泵入的流体为压裂液。如图所示,泵系统200包括多个水箱221,其向凝胶制造机223供水。凝胶制造机223将来自水箱221中的水与凝胶剂结合,以形成凝胶。然后凝胶被发送到混合器225,其与支撑剂给料机227的支撑剂混合,以形成压裂液。所述凝胶剂增加了压裂液的黏度,并且使得支撑剂能够在压裂液中悬浮。其也可以作为减摩剂,以实现具有更小的摩擦压力的更高的泵速。
[0027] 然后压裂液以低压(例如60到120psi左右)从混合器225泵入多个柱塞泵201,如实线212所示。注意图2中的实施例的每个柱塞泵201可以具有相同的或相似的设置,如图1中的柱塞泵101所示。如图2所示,每个柱塞泵201以低压接收压裂液,并且以高压排出到共用歧管210(有时被称作发射器拖车或发射器),如虚线214所示。然后发射器210引导压裂液从柱塞泵201到井眼122,如实线215所示。
[0028] 在典型的水力压裂操作中,计算了对井压的估算以及在井眼中制造期望的侧压裂所需的压裂液流速。基于该计算,确定泵系统所需的用于执行压裂作业的液压力的量。例如,如果估计井压以及所需流速为6000psi(磅/每平方英寸)和68BPM(桶/每分钟),那么泵系统200将需要向压裂液供应10,000液压马力(即,6000*68/40.8)。
[0029] 在一个实施例中,每个柱塞泵201中的原动机106是最大额定值为2250制动马力的发动机,当考虑损失时(在水力压裂作业中对于柱塞泵通常为大约3%),使得每个柱塞泵201向压裂液供应最大大约2182液压马力。因此,为了向压裂液供应10,000液压马力,图
2中的泵系统200将需要至少5个柱塞泵201。
[0030] 然而,为了防止变速器110超负荷,在发动机106和每个柱塞泵201的流体端108之间,每个柱塞泵201通常在远低于其最大运行容量的容量下操作。在低于最大运行容量下操作泵也使得在一台泵失效时,余下的泵能够以更高的速度运行,以弥补失效的泵的空缺。
[0031] 这样在需要10,000液压马力的压裂作业的示例中,引入十个柱塞泵201到井场使得每个泵发动机106能够以大约1030制动马力(约为其最大制动马力的一半)进行操作,以向压裂液单独供应1000液压马力,联合供应10,000液压马力。另一方面,如果只有9台泵201被引入井场,或如果其中一台泵失效,那么9台泵发动机106中的每一个将以大约1145制动马力进行操作,以向压裂液供给所需的10,000液压马力。如图所示,可以采用计算机控制系统229,以在压裂作业期间引导整个泵系统200。
[0032] 在以所需的压裂液传输压力(“压力”)、压裂液传输流速(“流速”)和液压马力执行如上所述的示例操作时,存在很多的设备故障产生的条件。通常,设备故障会生成大量的热。例如,变容真空泵108的流体端的启动损失会导致流体端温度升高。其它的温度升高与潜在故障之间的关联的示例可以包括但不限于:润滑系统流动到轴承的限制;增加的摩擦力;柱塞、十字头等的退化密封装置;或润滑剂中杂质的存在。这些故障的早期诊断将防止对设备的重大损害及其它不希望事件,例如环境溢出。
[0033] 在识别和/或预测设备故障时,根据在此公开的多个不同的实施例,热分析可以在具有热成像装置的井场设备单元的至少一部分上执行。图3A描述了可能会发生故障的井场设备单元的一个示例的示意图。在所描述的示例中,所示出的井场设备单元为变容真空泵108,尤其是五缸泵108的动力端侧。泵108在图3A和图3B中被描述为安装到拖车102,并且连接到驱动轴112。泵108具有第一侧312和限定泵108的壳体的第二侧314。
[0034] 图3B描述了在所述单元以给定的压力和流速进行操作期间或操作后,利用热成像装置400拍摄的在图3A中示出的变容真空泵108的一部分的热图像。在图3B中示出得更具体,泵108的热图像识别泵108壳体内的轴颈轴承302、304、306、308和310的位置。如在此所指出的,以及在后面参考至少一个其它的示例所讨论的,对井场设备单元进行热分析以检查所述单元的健康状况不应被限制为如图3A和3B所示的变容真空泵108。可以进行热分析的井场设备单元的示例可以包括:拖车102、原动机106、变容真空泵108的流体端、变速器110、驱动轴112、散热器114、处理铁116,118,以及凝胶制造机223、混合器225、支撑剂给料机227和投射器210的部件。
[0035] 热成像设备,或油田像机400可以是包括能够探测红外光的红外传感器的热红外像机。所述热成像设备400可以如图1和图2所示用于手持,或者可操作地连接到井场中的装置。热成像设备400能够生成被红外传感器拍摄的对象的热图像。像机400可以连接到位于控制单元229中的油田热成像仪,以处理热图像并且生成所分析的井设备单元的健康状况。热成像设备或油田像机400的示例可以包括FLIR GF300/320或Fluke Ti40FT IR Flex Cam,其可探测的温度范围为-20℃到350℃。其它本领域已知的热成像设备可以在适合特定的应用的更宽或更窄的温度范围内使用,或者使用比在此描述的具有更高的探测器分辨率和精确度的设备。在油田应用中可以期望的另外一个优势是热成像设备能够远距离拍摄热图像,使得井场设备的检查不需要进入高压区域。在油田应用中还可以期望的另外一个优势是热成像设备能够使发射的红外辐射与反射的可见光重叠。换句话说,期望红外图像与被拍摄的对象的数字图像重叠,从而产生用于测量的基准点。这样的重叠还可以使得操作员125能够区分反射的温度读数与发射的温度读数。
[0036] 在如图3B所示的示例热图像中,识别变容真空泵108的健康状况可以基于将所分析的泵108的部分的温度与根据诸如流速与压力的运行参数计算出的理论参考温度进行比较。例如,理论参考温度可以使用下列方程计算
[0037] Temptheor=a1*(V1)b1+a2*(V2)b2+...+an(Vn)bn (1)
[0038] Temptheor=a1*(V1)b1+a2*(V2)b2+a3*(V3)b3+...+an*(Vn)bn (2)
[0039] 其中a1,a2…an和b1,b2…bn是常数(包括零),V1是流速,V2是压力,V3为主轴转速(RPM),Vn为其它变量的占位符,如液压马力。
[0040] 应用以上方程之一,现场操作员125可以确定井场设备单元是否处于健康状况,或者处于需要或将需要维修的不健康状况。例如,在图3B所示的热图像中,变容真空泵108的所分析部分可以被选择为已知的轴承位置302、304、306、308或310的其中之一。特别是分析已知的轴承位置302,热图像可以指示泵108的所述部分具有局部最高温度142℉。在指定的运行条件下,优选最接近热成像装置400拍摄热图像的时间,泵108的运行流速和压力可以产生理论参考温度,例如99℉。在这样的示例中,所述理论参考温度(99℉)代表与局部最高温度(142℉)大约30%的差别。取决于一组预先决定的特定的井场设备单元的标准,这样的差别可以指示泵108相对于给定的流速和压力正以过高的温度运行,因此正接近发生故障并且/或者需要进一步的分析。例如,所分析的轴承302可能由于失效的润滑系统、磨损的密封装置或润滑剂中杂质的存在而承受过大的摩擦力。
[0041] 同样地,变容真空泵108的健康状况的识别可以基于在相同的热图像中将一个已知的轴承位置和另一个已知的轴承位置进行比较。例如,使用用热成像装置拍摄的热图像,现场操作员125可以将轴承位置302的局部最高温度与轴承位置304的局部最高温度进行比较。应注意当在此讨论的示例引用“局部最高温度”时,也可以使用由在限定的时间段或在限定的坐标组内分析确定的局部平均温度。在当前示例中,泵108的健康状况可以被识别为“健康的”,如果轴承位置302和304的温度差值在预先决定的安全范围内。相反地,泵108的健康状况可以被识别为“不健康的”,如果轴承位置302和304的温度差值超出预先决定的安全范围。取决于期望的精确度水平,所述预先确定的安全范围可以具有0.1℉,1℉,10℉,20℉或100℉的差值。
[0042] 在使用热图像识别变容真空泵108的健康状况的另一示例中,可以将针对所分析的运行条件的轴承位置302与304的温度值的比率(T302/T304),与使用上面的方程(1)或(2)针对参考运行条件的轴承位置302和304的温度值的比率(T302/T304)进行比较。另外,可以将针对所分析的运行条件的轴承位置302与304的温度值的比率(T302/T304)与基于测试数据的参考限定值进行比较。例如,如果T302与T304的比率高于参考限定值1.06或低于0.93,那么泵108的动力端可能需要进一步的分析或维修。此外,可以将轴承位置302与304的温度值的比率(T302/T304)与轴承位置306与308(T306/T308)、轴承位置304与306(T304/T306),或者在相同的热图像中或使用多于一张热图像的任何已知的轴承位置(Tm/Tn)的温度值比率进行比较。
[0043] 在使用热图像识别变容真空泵108的健康状况的又一示例中,可以将针对所分析的运行条件的泵108的一侧(例如第一侧312)和已知的轴承位置(例如302)的温度值的比率(T312/T302),与使用上面的方程(1)或(2)针对参考运行条件的温度值的比率(T312/T302)进行比较。另外,可以将泵108的一侧(例如第一侧312)和已知的轴承位置(例如302)的温度值的比率(T312/T302),与基于测试数据的参考限定值进行比较。例如,如果T312/T302的比率高于测试限值1.25或低于1.0,那么泵108的动力端可能需要进一步的分析或维修。此外,可以将泵108的第一侧312和已知的轴承位置302的温度值的比率(T312/T302),与泵108的第一侧312和已知的轴承位置304的温度值的比率(T312/T304),或泵108的任何可识别的基准点与任何轴承位置的温度值的比率(Ts/Tm)进行比较。尽管轴承位置302、304、306、308或310在此与变容真空泵108作为井场设备单元的所分析部分被引用,应注意可以使用多个不同的设备单元的多个不同的位置来确定所分析的井场设备单元的健康状况。
[0044] 使用热分析以识别和/或预测设备故障的另一示例在图4A和4B中被示出。图4A描述了驱动轴112,图4B描述了运行中的驱动轴112的热图像。驱动轴112包括允许驱动轴112补偿垂直和水平不对齐的U型接头410和用于流体输送的软管414。U型接头410应该定期加润滑油或用油脂润滑以保证连续、平滑地运行。如果U型接头没有充分润滑,驱动轴112上增加的摩擦力会导致温度升高。
[0045] 在图4B中示出的热图像,所分析部分412被识别为具有相对较高的温度。驱动轴112的健康状况可以通过将所分析部分412的温度与针对所述所分析部分412基于测试数据的限定参考值的温度进行比较来确定。同样地,驱动轴112的健康状况可以通过将所分析部分412的温度与井场设备单元的其它位置的温度的比率,与使用诸如RPM、流速或压力的运行参数所计算出的理论参考温度的比率进行比较来确定。如果比较产生的差值大于可接受范围,那么驱动轴112可能需要维修(例如,附加的油脂润滑)或进一步的分析和检查。
[0046] 使用热图像确定变容真空泵108的所分析部分的温度或热值可以使用多种不同的技术来执行,不论这样的温度是局部最高温度、局部平均温度或是随机温度值。所述温度可以通过热成像装置400的红外传感器探测的对应特定热值的热图像的一组像素来识别。在比较热图像的温度时,热值可以由使用者或处理单元选择,也可以根据对应井场设备单元的被选择部分的温度的热图像的单个像素或一组像素来选择。
[0047] 图5描述了说明油田作业的健康监控的流程示意图500。尽管用于确定井场设备的健康状况的方法的步骤在此被讨论,应注意这些步骤并不一定互相排斥,并且不应被理解为暗示特定的顺序。在步骤502中,使用热成像装置400拍摄井场设备单元的图像。在步骤504中,该图像可以被输入到分析软件,其中可以执行图像诊断以确定所分析的设备单元的温度分布。在步骤506中,可以将图像中所识别的温度值与理论参考模型进行比较。在步骤508中,诸如流速、压力、RPM、液压马力等的运行条件/参数可以被输入到理论参考模型,以确定理论参考温度。在步骤510中,在热图像中所识别的温度与理论参考温度的比较结果可以指示井场设备单元的健康状况。如果该比较结果,例如温度值的比率在预先确定的范围之内,那么该设备可以被认为是健康的(步骤512)。然而,如果比较结果不在预先确定的范围之内,那么该设备可能需要维修或进一步的分析。
[0048] 如步骤514所指示的,其它的分析可以包括使用热图像数据以将井场设备单元的相似部件的温度比率与测试范围值进行比较。在步骤516中,如果比较结果在预先确定的可接受值范围之内,那么该设备可以被认为是健康的(步骤512)。然而,如果比较结果不在预先确定的范围之内,那么该设备可能需要维修或进一步的分析。
[0049] 如步骤518所指示的,其它的分析的示例可以包括使用热图像数据以将井场设备单元的不相似部件的温度比率与测试范围值进行比较。在步骤520中,如果比较结果在预先确定的可接受值范围之内,那么该设备可以被认为是健康的(步骤512)。然而,如果比较结果不在预先确定的范围之内,那么该设备可能需要维修或进一步的分析。
[0050] 已经参考一些实施例给出了前面的说明书。与本公开相关的领域的技术人员会意识到所描述的结构和操作方法的变动和变化可以在不有意偏离本应用的原则和范围的情况下被实施。此外,尽管在此提出的系统和方法具体参考了压裂作业进行描述,但是应意识到井场设备监控的系统和方法也可以应用于固井、酸化、测井或钻孔操作。因此,前述说明书不应该被理解为只涉及附图中所描述和示出的精确的结构,而应该被理解为与所附权利要求一致并且支持所附的最全面最公正的保护范围的权利要求。
QQ群二维码
意见反馈