JP4841653B2 - 無線通信ネットワーク - Google Patents
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Description
ここで、図1を説明すると、井戸12において自動的に油を回収し、回収した油の量を計測するためのシステム10が示されている。図示されているように、本発明の油回収システム11は、油回収デバイス14と、制御モジュール16と、計測器18とを備えている。油回収デバイス14は、油回収業において公知の油回収デバイスであるくみ出しデバイスまたはエアジェットデバイスの如き複数のタイプのデバイスのうちのいずれの一つであってもかまわない。しかしながら、本発明のコンセプトは、流体を格納タンク35へポンプにより供給するために、一般によく用いられているポップジャックまたはテキサス州のジョージタウンにあるテキサスヘリテージオイル会社(Texas Heritage Oil、Inc.)により販売されている新規の油抽出機を用いるときにとくに効果的である。本発明の恩恵を十分に評価するとともに本発明をより分かりやすく記載するために、以下に記載する油回収システムは、油回収デバイスの一例として油抽出機およびポンプジャックを備えている。さらに留意すべき点は、制御モジュールは、油回収デバイスおよび/または計測器に接続される独立型モジュールであってもよいし、図1Aに示されているように、油回収デバイスの電子回路に完全に一体化されてもよいし、図1Bに示されているように、計測器の電子回路に完全に一体化されてもよい。同様に、油回収システムは計測器なしで構築されてもよい。換言すれば、このシステムは、ポンプジャックまたは油抽出機デバイスと、制御モジュールのみからなっていてもよい。
現在、テキサスヘリテージオイル会社により販売されている油抽出機は、キャニスタを備えており、このキャニスタは、基本ユニットにより上昇および下降させられ、井戸の中を移動させられる。一般的に、キャニスタが井戸の中を下降する深さは、井戸内に存在する油の頂部および、油/水界面のレベルを決定する試験によって前もって決められている。この情報に基づいて、キャニスタの深さの設定値が決められている。このキャニスタは、油を収集するためのポンプおよび容器を備えている。ポンプに動力を供給するためにキャニスタ内にバッテリ源が設置されてもよい。キャニスタが表面にまで持ち上げられると、このキャニスタは排出ヘッドと接触する。キャニスタが排出ヘッドと接触すると、リミットスイッチが作動させられ、(そのキャニスタを表面に持ち上げるべく用いられた)モータを停止し、(キャニスタを加圧し、チューブを通じて油を上昇させ、排出ヘッドを越えて移動させるべく用いられる)コンプレッサを始動させる。また、リミットスイッチは、油のみを収集するように、井戸内のキャニスタの深さを制御するためにも用いられる。通常、コンプレッサは、キャニスタ内に回収された油を、計測器へ、フローラインへ、および/または外部収集タンクへ排出するのに十分に長い期間(おおむね2分から3分)動作するように時間設定がなされる。また、次の油回収サイクルを開始するまえにキャニスタ内のバッテリを再充電するように時間を設定するように別のタイマーを設定してもよい。また、複数のタイマーを用いて、(キャニスタを井戸の中に下降させる時間とキャニスタ内の油をポンプで送るために井戸内に留まっている時間との合計時間である)下降サイクル時間、および、キャニスタを上昇させるべく使われる時間とバッテリを充電するための時間との合計時間である上昇サイクル時間を制限または制御する。
om a Well)」である米国特許出願番号第10/106,655号により示され記載されている。
好ましい実施形態では、制御モジュール16は、マイクロプロセッサベースのコントローラ20からなっており、このマイクロプロセッサベースのコントローラ20は、ローカルにおけるまたは遠隔からの、油回収デバイスの監視、測定、およびデータ記録保管ならびに制御を可能としうるさまざまなフィールド自動化アプリケーションに必要な機能を備えている。たとえば、(一般的にPLCとして公知である)プログラマブルロジックコントローラを用いてもよい。比較的安価でありかつ現在入手可能なPLCは、ユニトロニクスインダストリアルオートメーションシステムズ社(Unitronics Industrial Automations Systems)により提供されている。ユニトロニクスのPLCは、油回収デバイスの制御に十分な処理能力、タイマーの数、メモリを備えており、さらに双方向通信を提供する機能を備えている。また、他のコントローラも入手可能であり、本用途において利用できるように改良可能である。また、このデバイスは、油回収デバイスのさまざまな電気コンポーネントにコントローラを接続するための十分なプロセス入力部およびプロセス出力部(I/O)22を備えている。複数からなるI/Oの利点は、複数からなるI/Oにより、モジュールが、さまざまなデバイスに接続し、測定データおよび検出データを収集し、油回収システムの動作を制御または診断することが可能となるということである。換言すれば、制御モジュールを用いて、回収システムを自動化するとともに、遠隔からの回収システムとの通信および回収システムの動作の制御を可能とする。たとえば、抽出ユニットは、スプール組立品を用い、キャニスタを上昇および下降させ、井戸内の油を収集する。好ましくは、近接センサは、スプールの回転を監視し、キャニスタの深さを測定・制御すべく用いられる。さらに、排出ヘッドにキャニスタが適切に配置されるときを検出すべく用いられるリミットスイッチは、制御モジュールによって検出され、モータとコンプレッサとの両方を制御することによりキャニスタから油をポンプで汲み上げるために用いられる。また、(ほとんどのPLCに通常備えられている、)制御モジュール内のタイマーは、回収サイクルのさまざまな特性、すなわちコンプレッサの始動時間および動作期間や、次の充填のために井戸の下方に送るまでキャニスタを井戸の上方に保持する期間、油の収集のためキャニスタを前もって選択された深さに保持する期間などを制御することができる。また、制御モジュールは、以下で説明するように、最適な回収のために回収プロセスをチューニングする機能を有している。
明らかになってくる理由から、回収デバイスを用いて井戸で回収される油量を測定すべく計測器18を用いることは、重要なことではあるものの、回収のためのシステムを自動化するうえで必ずしも必要となる部分ではない。井戸で回収される油量を測定する一つの利点は、その井戸における回収量を最大化させるように回収デバイスをチューニングするために、回収される油量を用いることができることである。他の利点は、特定の井戸における生産および生産履歴を追跡することができることである。
油回収システムの自動制御は、油回収デバイスおよび計測装置の運転・制御を行うためにモータおよびさまざまなスイッチに制御モジュールを接続することにより達成される。さまざまなスイッチとの実際の接続は図示されていない。というのは、これらの接続は、とりわけこの油回収デバイスと、ユーザが運転・監視したいと考える制御デバイスのさまざまな様相とによって依存して、異なるからである。しかしながら、当業者ならば、本明細書における制御の説明と照らし合わせて考えれば、油回収システムのさまざまな動作を監視・制御するためにどのように電気的接続を行うべきかを容易に理解することができる。
効率的に油を井戸からポンプにより汲み出すために、井戸の中に浸出する油の回収量、すなわち井戸の回収能力を求めることが有益である。一般的にいえば、任意に指定された井戸に関する予測油回収能力は、その井戸の、ポンプによる汲み出し履歴から決定されうる。この量は、ポンプによる水の汲み出しを含む従来のポンプ汲み出し技法を用いて回収される油の量から決定されることが多いため、必ずしも信頼性のある情報とはいえない。さらに、地下水面が時間の経過とともに変化するため、井戸に浸出する油の量が変化しうる。さらに、ポンプにより油のみを汲み出すように、ポンプを井戸内に設置することが好ましいが、油を井戸内に引き込むために用いられる井戸内の静水圧が少ないため、ポンプにより汲み取り可能な油の量が変化する。したがって、上記の回収量を測定する最良の方法は、油抽出機用およびポンプジャック用の両方のポンプを、井戸内の所定の深さに設置し、予測油回収能力よりも速く油を回収するように回収デバイスを設定することである。油抽出機の場合、このことは、回収サイクル毎に、キャニスタが井戸内の同じ深さに戻りうることを意味する。好ましくは、この深さは、まず井戸内にどれだけの油が留まっているかを求めることにより決定される。たとえば、井戸内の油の頂部が1327フィートのところにあり、水/油界面が2197フィートのところにあれば、870フィートの溜まり油が井戸内に存在することになる。2197フィートより下には水がある。この情報を用いて、ポンプは、油のみをポンプにより汲み出すように、油内に設置される。予測油回収能力よりも速くポンプにより汲み出すことにより、回収される油の量は、いったんそのポンプの上方の油が汲み出されると、一定の量に減少する。この一定の量がその井戸の回収能力となる。上述のように、時間の経過とともに、この回収能力は変化する可能性が高い。したがって、決定された回収量よりもわずかに高い量に油回収デバイスの回収量を設定し、長期にわたり回収量を監視することが好ましい。回収量が増加または減少すると、それに応じて、さらに効率よくするために、回収デバイスをチューニングしうる。このことは、制御モジュールを用いて油抽出機に対する油回収サイクルの回数を増加または減少させることにより、またはポンプジャックを操作させる時間を増加または減少させることにより達成されうる。
通常、油田におけるオペレータは、複数の油井のリースを管理する。本発明の教示によれば、各井戸には、図5に示されているように、上述の井戸回収システム(138〜143)が設けられていることが好ましい。当業者にとり明らかであるように、これらのフィールドは遠隔のかつ容易にアクセスできない領域に位置していることが多い。各井戸の表面では、各井戸にある回収デバイスよって流体が一または複数の格納タンク146へポンプにより汲み出されることを可能にするための一連のフローライン/パイプ144が用いられていることが多い。場合によっては、一つの格納タンクが一つの井戸(図示せず)のみに対して割り当てられることがある。上述のように回収デバイスを自動化することに加えて、これらの井戸を有効に管理するために、各回収デバイスには、各井戸で収集されるデータをオペレータのコンピュータ148に伝送することを可能とする通信ネットワークを作成するために、双方向無線通信デバイス32が設けられていることが好ましい。たとえば、ウェイブコム・モデム(wavecom modem)を直接制御モジュールに接続し、各回収デバイスとの無線携帯通信を可能とすることができる。これに代えて、双方向の無線機を直接制御モジュールに接続し、各回収デバイスとの無線通信を可能としてもよい。比較的安価であるとともにこのような用途にとくに適する、5〜10マイルの間の通信半径を有する無線機が一般的に入手可能である。オペレータは、このようなデータを用いることにより、必要に応じて、各回収デバイスを遠隔から監視または制御することができるようになる。その結果、井戸を監視および制御するための時間の掛かる訪問が回避される。また格納タンク146には、双方向無線通信デバイス32と、タンク146内の流体のレベル測定する計測器150とが設けられていることが好ましい。これらの通信デバイス32および計測器150をタンクから動作させるために、上記の図1に関連して示されるとともに説明された制御モジュールと同等の制御モジュール152を用いることができる。制御モジュールをタンク上に設置することの利点には、オーバフローを防止することに加えて所望の時間の受け取りをスケジューリングするために、タンク内の流体のレベルをオペレータまたは所有者に通知することが含まれる。起こりうるオーバフローの状態に対して、制御モジュールは、タンクを充填するポンプを停止させるようにプログラミングされうる。また、制御モジュールをタンク上に設置することにより、その制御モジュールを、(以下でさらに詳細に説明するように、)オペレータへの通信のためのマスタデバイスとするチャンスが与えられることになる。というのは、タンクは、無線通信接続に代わるものとしてダイアルアップ電話回線接続を促進する場所に設けられる可能性が非常に高いからである。
上述の通信ネットワークの実現により、複数のタイプの診断ルーチンをデバイスにおいて実行することが可能となる。制御モジュールは、これらの診断ルーチンの結果を、所有者/オペレータの遠隔のコンピュータまたは携帯電話(図示せず)に自動的に伝送することができる。このことにより、迅速な応答が可能となる。好ましくは、オペレータの携帯電話は、回収デバイスに対して要求または命令を送信するように構成されている。これに代えて、これらの結果をデバイスと通信する所有者/オペレータによる要求に応じて送信してもよい。制御モジュールにより実行可能な診断ルーチンののうちのいくつかを以下で記載する。しかしながら、当業者にとって明らかであるべき点は、回収デバイスの性能、回収システムの性能、またはそれらのデバイスへの通信の品質を評価するための診断ルーチンを他にも複数作成しうるということである。
11 油回収システム
12 井戸
14 油回収デバイス
16 制御モジュール
17 フローライン
18 計測器
19 圧力センサ
22 プロセス入力部およびプロセス出力部(I/O)
24 通信インターフェイス
26、28 ローカルなまたは遠隔な表示画面および制御デバイス
30 直接配線
31 予備バッテリ
32 無線通信、双方向無線通信デバイス
34 油回収システム
35 格納タンク、収集タンク
36 特殊タンク計測器
40 タンク
44 三方弁
45 フロートレベル計測器
46 通気口
48 センサプローブ
49 排出ヘッド
51 キャニスタ
53 コンプレッサ
55 ソレノイド
57 圧力タンク
59 バルブ
61 圧力スイッチ
63 チューブ
65 フローライン
67 第二の圧力スイッチ
108 レベル計測器
138〜143 井戸回収システム
144 一連のフローライン/パイプ、管
146 格納タンク
148 オペレータのコンピュータ
150 計測器
152 制御モジュール
Claims (16)
- 流体の制御を行うプロセス制御システムのサブシステムにおいて実行される分散プロセス制御機能を有する遠隔プロセス制御システムのための無線通信ネットワークであって、
a.各制御モジュールが前記プロセス制御システムのサブシステムの一つの動作を制御すべくなしてあるとともに、一つの制御モジュールがマスタ通信機として指定されその他の制御モジュールがスレイブ通信機として指定されている複数の制御モジュールと、
b.指定された前記スレイブ通信機がプロセス情報を前記マスタ通信機に対して伝送し、かつ前記マスタ通信機から受信すべくなしてあるとともに、サブシステムに関する情報を遠隔で伝送および受信すべく前記制御モジュールの各々に接続されている無線周波数通信モジュールと、
c.携帯電話方式通信技術を遠隔で用いて前記スレイブ通信機および前記マスタ通信機からのサブシステムのプロセス情報を遠隔で伝送および受信すべく前記マスタ通信機に接続されている携帯電話方式通信モジュールと、
d.前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を伝送し、前記マスタ通信機から前記サブシステムのプロセス情報を受信すべく、携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機と通信されるオペレータのコンピュータとを備え、
前記オペレータのコンピュータから前記マスタ通信機に伝送される前記サブシステムのプロセス情報は、前記制御モジュールおよび対応する前記プロセス制御システムのサブシステムの動作を制御するための情報を含んでいる、無線通信ネットワーク。 - 前記遠隔プロセス制御システムが油田であり、前記サブシステムが油回収デバイスである、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。
- 少なくとも一つのスレイブ通信機が、その他のスレイブ通信機からのサブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を受信し、前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を伝送するリピータ装置である、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記制御モジュールが、前記対応するサブシステムの動作において間違った状態を検出し、間違った状態を検出した際、前記サブシステムの動作を停止させるように構成されている、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記スレイブ通信機の制御モジュールが、対応する前記無線周波数通信モジュールに、前記検出された間違った状態に関する情報を含むメッセージを前記マスタ通信機へ送信させるように構成されており、前記マスタ通信機の制御モジュールが、対応する前記携帯電話方式通信モジュールに、前記間違った状態についてのメッセージを前記オペレータのコンピュータへ送信させるように構成されている、請求項4に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記オペレータのコンピュータが、前記スレイブ通信機が前記検出された間違った状態に応じて動作するための命令を有する命令メッセージを携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機に送信するように構成されており、前記マスタ通信機が、前記オペレータのコンピュータからの前記命令メッセージを受信し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、前記命令メッセージを前記対応するスレイブ通信機へ送信させるように構成されており、前記スレイブ通信機が、前記対応するサブシステムに、受信した命令メッセージの命令に従って動作させるように構成されている、請求項5に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記制御モジュールが、第1の動作サイクルの間に前記対応するサブシステムを動作させ、前記第1の動作サイクルの間において、前記サブシステムの動作に基づいた前記サブシステムの最適な動作状況を決定し、第2の動作サイクル間において、決定された前記最適な動作状況に従って前記サブシステムを動作させるように構成されている、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。
- スレイブ通信機を有するサブシステムが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される製品を生産し、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムの制御モジュールが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される前記製品の量を計測し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、計測された前記製品の量の出力を含むメッセージを前記マスタ通信機の前記無線周波数通信モジュールへ送信し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムの前記制御モジュールが、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムから受け取った前記製品の量を計測し、計測された前記製品の受け取り量を前記スレイブ通信機から受信した前記メッセージからの前記計測された製品の量の出力と比較し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量が前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量と同じでないときに、間違った状態が存在すると決定する、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。
- 流体の制御を行うプロセス制御システムのサブシステムにおいて実行される分散プロセス制御機能を有する遠隔プロセス制御システムのための無線通信ネットワークであって、
a.各制御モジュールが前記プロセス制御システムのサブシステムの一つに付随しており、少なくとも一つの制御モジュールが前記対応するサブシステムの動作を制御すべくなしてあるとともに、マスタ通信機として指定されその他の制御モジュールがスレイブ通信機として指定されている複数の制御モジュールと、
b.指定された前記スレイブ通信機がプロセス情報を前記マスタ通信機に対して伝送し、かつ前記マスタ通信機から受信すべくなしてあるとともに、サブシステムに関する情報を遠隔で伝送および受信すべく前記制御モジュールの各々に接続されている無線周波数通信モジュールと、
c.携帯電話方式通信技術を遠隔で用いて前記スレイブ通信機および前記マスタ通信機からのサブシステムのプロセス情報を遠隔で伝送および受信すべく前記マスタ通信機に接続されている携帯電話方式通信モジュールと、
d.前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を伝送し、前記マスタ通信機から前記サブシステムのプロセス情報を受信すべく、携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機と通信されるオペレータのコンピュータとを備え、
前記オペレータのコンピュータから前記マスタ通信機に伝送される前記サブシステムのプロセス情報は、前記制御モジュールおよび対応する前記プロセス制御システムのサブシステムの動作を制御するための情報を含んでいる、無線通信ネットワーク。 - 前記遠隔プロセス制御システムが油田であり、前記サブシステムが油回収デバイスである、請求項9に記載の無線通信ネットワーク。
- 少なくとも一つのスレイブ通信機が、その他のスレイブ通信機からのサブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を受信し、前記マスタ通信機へ前記サブシステムのプロセス情報を含む無線周波数通信を伝送するリピータ装置である、請求項9に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記対応するサブシステムの動作を制御する前記制御モジュールが、前記対応するサブシステムの動作において間違った状態を検出し、間違った状態を検出した際、前記サブシステムの動作を停止させるように構成されている、請求項9に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記スレイブ通信機の制御モジュールが、対応する前記無線周波数通信モジュールに、前記検出された間違った状態に関する情報を含むメッセージを前記マスタ通信機へ送信させるように構成されており、前記マスタ通信機の制御モジュールが、対応する前記携帯電話方式通信モジュールに、前記間違った状態についてのメッセージを前記オペレータのコンピュータへ送信させるように構成されている、請求項12に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記オペレータのコンピュータが、前記スレイブ通信機が前記検出された間違った状態に応じて動作するための命令を有する命令メッセージを携帯電話方式通信技術を用いて前記マスタ通信機に送信するように構成されており、前記マスタ通信機が、前記オペレータのコンピュータからの前記命令メッセージを受信し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、前記命令メッセージを前記対応するスレイブ通信機へ送信させるように構成されており、前記スレイブ通信機が、前記対応するサブシステムに、受信した命令メッセージの命令に従って動作させるように構成されている、請求項13に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記対応するサブシステムの動作を制御する前記制御モジュールが、第1の動作サイクルの間に前記対応するサブシステムを動作させ、前記第1の動作サイクルの間において、前記サブシステムの動作に基づいた前記サブシステムの最適な動作状況を決定し、第2の動作サイクル間において、決定された前記最適な動作状況に従って前記サブシステムを動作させるように構成されている、請求項9に記載の無線通信ネットワーク。
- スレイブ通信機を有するサブシステムが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される製品を生産し、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムの制御モジュールが、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムに出力される前記製品の量を計測し、前記対応する無線周波数通信モジュールに、計測された前記製品の量の出力を含むメッセージを前記マスタ通信機の前記無線周波数通信モジュールへ送信し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムの前記制御モジュールが、前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムから受け取った前記製品の量を計測し、計測された前記製品の受け取り量を前記スレイブ通信機から受信した前記メッセージからの前記計測された製品の量の出力と比較し、前記マスタ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量が前記スレイブ通信機を有する前記サブシステムで受け取った量と同じでないときに、間違った状態が存在すると決定する、請求項9に記載の無線通信ネットワーク。
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