BR102012003644A2 - Método para testar um solenoide de uma válvula de controle direcional em um sistema de produção de hidrocarboneto submarino e sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA TESTAR UM SOLENOIDE DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE DIRECIONAL EM UM SISTEMA DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO E SISTEMA DE CONTROLE DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO. Trata-se de um método para testar um solenoide (1) de uma válvula de controle direcional em um sistema de produção de hidrocarboneto submarino, sendo que o solenoide tem uma bobina e uma armadura para operar a válvula. A bobina é energizada por uma tensão de acionamento através da mesma, sendo que o método compreende remover ou reduzir a tensão de acionamento e detectar a corrente através da bobina para produzir uma indicação (10) de movimento da armadura
Description
“MÉTODO PARA TESTAR UM SOLENOIDE DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE DIRECIONAL EM UM SISTEMA DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO E SISTEMA DE CONTROLE DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO” Campo Da Invenção A presente invenção refere-se a um teste um soienoide de uma válvula de controle direcional em um sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino.
Antecedentes Da Invenção Válvulas de controle direcionais operadas por soienoide, de eletro-hidráulica continuamente energizada (DCVs) são muitas vezes usadas em sistemas de controle de produção eletro-hidráulica de poços submarinos em aplicações de segurança crítica ou relacionadas à segurança em que a perda de potência elétrica, ou a detecção de uma condição perigosa, resulta na desenergização de uma bobina do soienoide de DCV e o fechamento resultante, e ventilação da pressão hidráulica, do fornecimento hidráulico. Nessas condições, é, portanto, crítico que uma armadura do soienoide de DCV não se adira na posição aberta após a bobina de soienoide ser desenergizada. Entretanto, como tais válvulas continuamente energizadas são muitas vezes energizadas por longos períodos de tempo, não se pode garantir que a armadura de um soienoide de DCV irá se mover para fechar a válvula quando demandado a fazê-lo ao desenergizar a bobina de soienoide.
Uma forma conhecida de monitorar ou testar um soienoide de uma DCV em um sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino é descrita em EP-A-2 053 289. Outras formas de monitorar ou testar solenoides são descritas em: US-A-6 917 203; GB-A-2 110 373; US-A-5 153 522; US-A-5 796 201; US-A-6 211 665; US-A-6 326 898; US 2006/0285265; US-A-5 245 501; DE-A-3 624 231; e US-A-5 241 218.
Descrição Resumida Da Invenção De acordo com a presente invenção em um aspecto, é fornecido um método de testar um solenoide de uma válvula de controle direcional em um sistema de produção de hidrocarboneto submarino, sendo que o solenoide tem uma bobina e uma armadura para operar a válvula e a bobina é energizada através de uma tensão de acionamento através da mesma, sendo que o método compreende remover ou reduzir a tensão de acionamento e detectar a corrente através da bobina para produzir uma indicação de movimento da armadura.
De acordo com a presente invenção em outro aspecto, é fornecido um sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino, que compreende uma válvula de controle direcional que tem um solenoide que tem uma bobina e uma armadura para operar a válvula, sendo que o sistema inclui meios para aplicar uma tensão de acionamento através da bobina para mover a armadura e testar meios que compreendem meios para remover ou reduzir a tensão de acionamento e meios para detectar a corrente através da bobina para produzir uma indicação de movimento da armadura. A dita tensão de acionamento poderia ser reduzida através da modulação de largura de pulso da tensão aplicada através do acionamento do conjunto de circuitos para o solenoide.
Preferencialmente, dita indicação é produzida mediante a detecção de uma perturbação de dita corrente em razão de uma alteração na indutância de dita bobina em razão do movimento da armadura.
Em uma realização, se dita tensão de acionamento é removida ou reduzida, mas nenhuma tal indicação é produzida antes de a mesma atingir zero, a tensão é aumentada para dita tensão de acionamento e então reduzida novamente.
Tipicamente, dita tensão de acionamento é removida ou reduzida através de meios processadores em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino.
Tipicamente, dita tensão é retornada a dita tensão de acionamento em resposta a dita indicação.
Uma realização desta invenção é o teste de um solenoide de DCV em intervalos regulares, durante extensos períodos de ativação contínua do circuito de acionamento de solenoide de DCV, ao desempenhar fechamento parcial (mas não fechamento total) da DCV ao remover ou reduzir gradualmente a corrente de acionamento de solenoide de DCV por um intervalo curto, longo o suficiente para que a armadura de solenoide de DCV comece a se mover em direção à posição fechada. Durante esse intervalo de redução ou remoção da corrente da bobina do solenoide de DCV, a corrente do solenoide é monitorada, para detectar a perturbação (um ‘pontapé’ distinto no fluxo de corrente) que resulta a partir da alteração da indutância da bobina de solenoide em razão do movimento da armadura do solenoide. A falta de detecção da perturbação indica que a armadura do solenoide de DCV travou, através da qual um alarme é enviado ao operador do poço.
Breve Descrição Dos Desenhos A Figura 1 é um diagrama em bloco que mostra itens para energizar a bobina de um solenoide de DCV em uma realização da invenção; A Figura 2 mostra formas de onda de tensão e corrente que ocorrem em operação da realização; e A Figura 3 é uma vista esquemática de um sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino que incorpora a invenção.
Descrição De Uma Realização Da Invenção A Figura 1 ilustra uma disposição para a operação e controle de uma DCV no sistema de controle de produção de um poço de hidrocarboneto submarino. O sistema de controle de poço pode incluir inúmeros processadores, tipicamente alojados em um módulo eletrônico submarino (SEM), pelo menos um dos quais irá controle todas as DCVs no poço, que são alojados, juntamente com o SEM, em um módulo de controle submarino (SCM) montado em uma árvore de natal. Tipicamente, a DCV é operada ao energizar a bobina de seu solenoide 1 a partir de uma fonte de alimentação CC ativada através de um acionador de potência 2 a partir de um sinal de controle (ligado/desligado) de um processador 3. Para esta invenção, o conjunto de circuitos de detecção de corrente na forma de um sensor de corrente 4 detecta a corrente na bobina do solenoide de DCV e o software alterado no processador 3 controla o acionador de potência 2 através da modulação de largura de pulso (PWM) para fornecer uma emissão variável para a bobina de solenoide. O acionador de potência 2 é tipicamente um transistor simples, mas ao invés de simplesmente ativar e desativar o mesmo para operar o solenoide, o processador produz um controle em uma linha 5 para fornecer a tensão variável exigida para a realização desta invenção. A Figura 2 mostra como a corrente na bobina do solenoide de DCV (gráfico inferior) é variado ao alterar a tensão aplicada (gráfico superior) através de PWM sob o controle do software alterado no processador 3. O modo de operação, controlado através do software no processador 3, é conforme segue. A bobina energizada do solenoide de DCV 1 tem uma tensão totalmente operacional 6 aplicada, que resulta em uma corrente operacional 7 determinada através da resistência da bobina de solenoide. Para testar o solenoide para verificar que sua armadura não está travada, o processador 3 produz uma tensão variável 8 através de PWM para o acionador de potência 2, que resulta em uma redução da tensão média aplicada à bobina do solenoide de DCV 1 e, assim, uma redução na corrente média 9. Quando a corrente sofre uma queda ao ponto em que a armadura do solenoide começa a se mover em direção a seu estado de retorno, a perturbação resultante 10 na corrente (em razão de uma alteração na indutância da bobina de solenoide) é detectada através de um sensor de corrente 4 e uma indicação do mesmo é enviada ao processador 3, que é programado para retornar imediatamente a tensão de abastecimento para o abastecimento total 11. A corrente na bobina de solenoide então se eleva conforme mostrado pela referência 12, exponencialmente, em razão da indutância da bobina do solenoide, até seu estado operacional normal 13 para evitar qualquer movimento adicional da armadura do solenoide e para retorná-lo a seu estado totalmente operado. O processo é implantado rapidamente de modo que o movimento do solenoide de DCV da armadura seja pequeno e a DCV não é fechada e, assim, substancialmente não há efeito no poço operação. O processador 3 desempenha a operação acima tantas vezes quanto o operador do poço exigir. Por exemplo, se a corrente no solenoide cair para zero sem uma perturbação de corrente, a fonte de alimentação é imediatamente revertida para completa e o processo é repetido inúmeras vezes. Uma falta contínua de perturbação de corrente irá finalmente resultar no processador enviando um alarme ao operador do poço por meio do poço para o sistema de comunicação de superfície.
Ao invés de reduzir gradualmente a tensão através da bobina de solenoide, o processador 3 poderia causar a remoção da mesma por um curto intervalo, por exemplo, 10 milissegundos, insuficiente para fechar a DCV, pela qual a corrente entra em colapso muito rapidamente a um ponto em que a armadura começa a se mover novamente. Como a armadura se move, a indutância do solenoide irá alterar e como a indutância altera, a corrente sobre brevemente mais uma vez para produzir uma perturbação como a perturbação 10 que é detectada pelo sensor 4.
Referindo-se à Figura 3, a mesma mostra esquematicamente um sistema de controle de produção de hidrocarboneto submarino que incorpora a invenção. Em um módulo de controle submarino (SCM) 14 há um módulo eletrônico submarino (SEM) 15 e um módulo de controle hidráulico (HCM) 16. O SCM 14 é alimentado através de um cabo de alimentação 17 a partir de uma estação de controle principal de topside (MCS) 18, por exemplo, em uma plataforma de superfície, com potência elétrica, sinais de controle e potência hidráulica. Os sinais de controle são processados através do SEM 15, que então controla válvulas de controle direcional hidráulicas, operadas por solenoide (DCVs) D1 a Dn no HCM 16 que, por sua vez, opera uma multiplicidade de dispositivos hidráulicos como atuadores para controlar um poço de produção de hidrocarboneto submarino. O sistema de controle submarino é localizado em uma árvore de natal, sendo o SCM 14 conectado ao cabo de alimentação 17 por meio de uma unidade de distribuição 19 que fornece a potência elétrica e sinais de controle ao SEM 15 por meio de um cabo 20 e potência hidráulica ao HCM 16 por meio de uma alimentação 21. O SEM 15 controla as DCVs D1 a Dn no HCM 16 por meio de um cabo 22.
De acordo com a invenção, o SEM 15 inclui um processador 3 para uso no teste da DCV cuja bobina é continuamente energizada, em uma maneira conforme descrito acima, sendo qualquer tal alarme conforme descrito acima enviado a partir do processador 3 até o MCS 18. Para fins de clareza, sensor(es) 4 e acionador(es) 2 de corrente foram omitidos da Figura 3.
Embora a aplicação descrita acima seja um ‘laço fechado’, é possível implantar a invenção através de um controle de ‘laço aberto’ quando desejado, por meio do operador do poço a partir de uma estação de controle.
Vantagens Do Uso Da Invenção Esta invenção oferece proteção aprimorada contra a ocorrência de uma falha quando uma DCV continuamente energizada é exigida para fechar e reduzir a probabilidade de falhas não reveladas.
Claims (12)
1. MÉTODO PARA TESTAR UM SOLENOIDE DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE DIRECIONAL EM UM SISTEMA DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO, em que o solenoide tem uma bobina e uma armadura para operar a válvula e a bobina que é energizada por uma tensão de acionamento através disso, sendo que o método compreende remover ou reduzir a tensão de acionamento e detectar a corrente através da bobina para produzir uma indicação de um movimento da armadura.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita tensão de acionamento é reduzida pela modulação de largura de pulso de tensão aplicada pelo conjunto de circuitos de acionamento para o solenoide.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a dita indicação é produzida mediante a detecção de uma perturbação da dita corrente em razão de uma alteração na indutância da dita bobina devido ao movimento da armadura.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que se a dita tensão de acionamento for removida ou reduzida, mas nenhuma indicação for produzida antes de atingir zero, a tensão será aumentada para a dita tensão de acionamento e então será reduzida novamente.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a dita tensão de acionamento é removida ou reduzida pelo meio de processador em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a dita tensão retorna para a dita tensão de acionamento em resposta à dita indicação.
7. SISTEMA DE CONTROLE DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUBMARINO, que compreende uma válvula de controle direcional que tem um solenoide que tem uma bobina e uma armadura para operar a válvula, sendo que o sistema inclui um meio para aplicar uma tensão de acionamento através da bobina para mover a armadura e meios de teste que compreendem meios para remover ou reduzir a tensão de acionamento e meios para detectar a corrente através da bobina para produzir uma indicação de um movimento da armadura.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, em que o dito meio para reduzir a tensão de acionamento compreende um meio para a modulação de largura de pulso da tensão aplicada pelo conjunto de circuitos de acionamento para o solenoide.
9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, em que o dito meio de detecção inclui um meio para produzir a dita indicação mediante a detecção de uma perturbação da dita corrente em razão de uma alteração na indutância da dita bobina em razão do movimento da armadura.
10. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, em que o ditos meio de teste é adaptado para aumentar a dita tensão para a dita tensão de acionamento e, então, remover ou reduzi-la novamente se nenhuma indicação for produzida antes de a dita tensão atingir zero.
11. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, em que o dito meio de redução ou remoção de tensão inclui um meio processador em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino.
12. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, em que o dito meio de teste é adaptado para retornar a dita tensão para a dita tensão de acionamento em resposta à dita indicação.
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