水力压裂泵控制系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114198291A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202111079551.8(22)申请日2021.09.15(30)优先权数据17/025,7162020.09.18US(71)申请人卡特彼勒公司地址美国伊利诺伊州(72)发明人S·B·雷迪A·C·克罗斯曼三世L·J·彼得森B·S·贝利(74)专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人朱利晓(51)Int.Cl.F04B49/06(2006.01)F04B49/20(2006.01)E21B43/26(2006.01)权利要求书2页说明书16页附图6页(54)发明名称水力压裂泵控制系统(57)摘要本文描述了一种用于水力压裂泵的监测和控制系统，以减少或消除由泵负载动态引起的流体排放压力的有害振荡。监测和控制系统从泵的操作接收各种传感器数据，包括泵曲柄位置，并基于泵传感器数据、泵负载数据和/或泵速度数据执行泵控制方程或模型。结合柱塞数量、泵动力学、马达滞后和马达动力学等，泵控制方程或模型专用于泵的设计和动态操作。使用泵控制方程或模型，监测和控制系统确定控制用于泵马达的命令以减少或消除泵的振荡排放压力。CN114198291ACN114198291A权利要求书1/2页1.一种与水力压裂泵相关联的马达控制系统，包括：泵曲柄位置传感器；一个或多个中央处理器(CPU)；以及存储可执行指令的存储器，该指令当由所述一个或多个CPU执行时使所述CPU执行包括以下操作的操作：向与水力压裂泵相关联的马达发送第一控制命令；从泵曲柄位置传感器接收曲柄位置数据，该曲柄位置数据指示在所述马达的操作期间的第一时间的水力压裂泵的曲轴的取向；确定当所述马达根据所述第一控制命令操作时与所述水力压裂泵相关联的负载数据；至少部分地基于所述曲柄位置数据和与所述水力压裂泵相关联的所述负载数据，确定用于与所述水力压裂泵相关联的所述马达的第二控制命令；以及向与所述水力压裂泵相关联的所述马达发送所述第二控制命令。2.如权利要求1所述的马达控制系统，所述操作还包括：确定在所述马达的操作期间所述马达的速度，其中确定所述第二控制命令还基于所述马达的速度。3.如权利要求1所述的马达控制系统，其中确定所述第二控制命令包括：接收与所述水力压裂泵相关联的模型；以及执行与所述模型相关联的方程，其中执行所述方程包括提供所述曲柄位置数据和所述负载数据作为到所述方程的输入。4.如权利要求3所述的马达控制系统，其中接收与所述水力压裂泵相关联的所述模型包括至少部分地基于如下所述检索与一个或多个水力压裂泵相关联的多个模型：所述水力压裂泵的活塞数；与所述水力压裂泵的所述活塞相关联的柱塞直径；以及与所述水力压裂泵相关联的冲程长度。5.如权利要求1所述的马达控制系统，其中确定所述负载数据包括：至少部分地基于提供给所述马达的电压或电流，计算与所述水力压裂泵相关联的所述马达的平均估计扭矩输出。6.如权利要求1所述的马达控制系统，其中确定所述负载数据包括：在所述马达的操作期间从与所述水力压裂泵相关联的传感器接收负载测量数据；应用滤波器到负载测量数据；以及至少部分地基于所述马达的速度和所述水力压裂泵的柱塞的数量来确定所述滤波器的频率。7.如权利要求1所述的马达控制系统，其中确定所述负载数据包括：确定与所述水力压裂泵相关联的所述马达的平均估计扭矩；确定与所述水力压裂泵相关联的输出压力；以及至少部分地基于所述平均估计扭矩和所述输出压力来确定所述负载数据。8.如权利要求1所述的马达控制系统，所述操作还包括：确定与所述曲轴的加速度相关联的惯性扭矩值，其中确定所述第二控制命令还基于所述惯性扭矩值。2CN114198291A权利要求书2/2页9.如权利要求1所述的马达控制系统，其中确定所述第二控制命令还包括：至少部分地基于一次谐波系数和所述曲柄位置数据确定一次谐波；至少部分地基于二次谐波系数和所述曲柄位置数据确定二次谐波；以及计算所述一次谐波和所述二次谐波的总和，其中所述第二控制命令还基于所述一次谐波和所述二次谐波的总和。10.一种方法，包括：接收与水力压裂泵相关联的曲柄位置数据，该曲柄位置数据指示在与所述水力压裂泵相关联的马达的操作期间的第一时间的水力压裂泵的曲轴的取向；确定在所述马达的操作期间与所述水力压裂泵相关联的负载数据；至少部分地基于所述曲柄位置数据和所述负载数据，确定用于与所述水力压裂泵相关联的所述马达的控制命令；以及至少部分地基于所确定的控制命令来控制与所述水力压裂泵相关联的所述马达。11.如权利要求10所述的方法，还包括：确定在所述马达的操作期间所述马达的速度，其中确定所述控制命令还基于所述马达的速度。12.如权利要求10所述的方法，其中确定所述控制命令包括