BR102014015985A2 - circuito hidráulico e método de monitoramento de um filtro em um circuito hidráulico - Google Patents
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Abstract
circuito hidráulico e método de monitoramento de um filtro em um circuito hidráulico. trata-se de um circuito hidráulico para suprir fluido hidráulico a um módulo de controle submarítimo de um sistema de controle para um poço de hidrocarboneto subaquático, que compreende: uma entrada (1a ou 1b) para fluido hidráulico; um filtro (2a ou 2b) conectado à entrada para filtrar fluido hidráulico da entrada; uma saída (5) para suprir fluido hidráulico do filtro ao módulo de controle submarítimo; um primeiro meio de detecção (10a ou 10b) para detectar pressão do fluido hidráulico da entrada a montante do filtro; segundo meio de detecção (8) para detectar a pressão do fluido hidráulico a jusante do filtro; e um módulo de componentes eletrônicos submarítimo (11) no módulo de controle submarítimo, em que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção e é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através do filtro.
Description
“CIRCUITO HIDRÁULICO E MÉTODO DE MONITORAMENTO DE UM FILTRO EM UM CIRCUITO HIDRÁULICO” Campo da Invenção [001] Esta invenção refere-se ao monitoramento de um filtro de fluido hidráulico, em particular a tal filtro em um sistema de controle de poço subaquático (por exemplo, submarítimo).
Antecedentes da Invenção [002] Nos sistemas de controle de poço de hidrocarboneto offshore, o equipamento principal de uma configuração de sistema típica inclui: uma estação de controle mestre, que fornece a interface de operador com equipamento submarítimo e exibe o estado atual de vários equipamentos de subsuperfície, válvulas submarítimas e informações de sensor que habilitam o operador para controlar o sistema; um cabo umbilical, que conecta a estação de controle mestre ao equipamento instalado no leito marítimo e incorpora um enlace de comunicação que porta sinais de controle ao equipamento de subsuperfície e transfere informações sobre a situação do equipamento de subsuperfície à estação de controle mestre; um módulo de controle submarítimo, que recebe comandos da estação de controle mestre e controla os processos submarítimos, fornece a potência hidráulica para atuar as válvulas e transmite os dados de situação sobre o equipamento submarítimo e dados de sensor à estação de controle mestre; um módulo de componentes eletrônicos submarítimo, alojado dentro do módulo de controle submarítimo e que tipicamente é uma unidade de componentes eletrônicos à base de microprocessador que aloja um conjunto de placas de circuito impresso, cujas funções incluem a comunicação com a estação de controle mestre (receber informações de controle de, e transmitir dados de sensor para a estação de controle mestre), realizar interface com os sensores de subsuperfície e controlar válvulas e hidráulicos; e uma árvore instalada no leito marítimo, a qual é encaixada o equipamento hidráulico e elétrico de subsuperfície necessário para controlar o fluxo dos fluidos a partir do ou ao poço junto com um pacote de sensor, para determinar o estado do equipamento de árvore, componentes de cabeça de poço e fluido que flui a partir do ou para o poço. [003] O fluido hidráulico é suprido para um módulo de controle submarítimo de uma forma redundante a fim de fornecer potência para operar as válvulas hidráulicas localizadas em tubulações e árvores submarítimas. [004] A fim de remover matéria particulada do fluido, o fluido é passado através de filtros. Os tradutores de pressão são normalmente localizados a jusante dos filtros para monitorar a pressão de chegada do fluido, e então as válvulas seletoras permitem que o operador selecione qual dos suprimentos redundantes é usado para a operação de válvula. O fluido selecionado é então usado como suprimento comum para operações dentro do módulo de controle submarítimo, e um transdutor de pressão é usado para monitorar a pressão desse suprimento. [005] A Figura 1 mostra um esquemático típico para um dos suprimentos para um módulo de controle submarítimo. O fluido hidráulico é suprido de uma forma redundante a partir dos suprimentos A e B por meio das entradas 1a e 1b e cada suprimento de chegada é filtrado para remover matéria particulada por um respectivo filtro dentre os filtros 2a e 2b. Então o fluido é passado para a respectiva válvula seletora dentre as válvulas seletoras 4a e 4b, possibilitando que a de suprimento seja realizada, e um suprimento comum para uma saída 5 seja fornecido por meio de uma válvula alternadora 6. A pressão do fluido hidráulico a jusante dos filtros é monitorada por um respectivo transdutor dentre os transdutores de pressão 7a e 7b e a pressão do suprimento comum é monitorada a jusante da válvula alternadora 6 por um transdutor de pressão 8. O suprimento comum da saída 5 é alimentado para uma tubulação 9 dentro do módulo de controle submarítimo. [006] Com essa configuração de transdutores e filtros, não há um método para monitorar a saúde (níveis de contaminação) e por conseguinte a vida útil dos filtros. [007] Se não há um método para avaliar a contaminação desses filtros quando um módulo de controle submarítimo é posicionado e o módulo de controle submarítimo é operado até que problemas sejam experimentados, se os filtros se tornarem bloqueados, isso poderia resultar no fechamento do poço, e causar uma carência de produção de hidrocarboneto por um período de tempo até que o módulo possa ser recuperado e uma substituição instalada.
Descrição Resumida da Invenção [008] De acordo com esta invenção a partir de um aspecto, é fornecido um circuito hidráulico para suprir fluido hidráulico a um módulo de controle submarítimo de um sistema de controle para um poço de hidrocarboneto subaquático, que compreende: uma entrada para fluido hidráulico; um filtro conectado à entrada para filtrar i fluido hidráulico da entrada; uma saída para suprir fluido hidráulico do filtro ao módulo de controle submarítimo; primeiro meio de detecção para detectar a pressão de fluido hidráulico da entrada a montante do filtro; segundo meio de detecção para detectar a pressão de fluido hidráulico a jusante do filtro; e um módulo de componentes eletrônicos submarítimo no módulo de controle submarítimo, sendo que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção e é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através do filtro. [009] Podería haver pelo menos um módulo de componentes eletrônicos submarítimo adicional no módulo de controle submarítimo para propósitos de redundância, sendo que o ou cada módulo de componentes eletrônicos submarítimo adicional também é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção. [010] Tipicamente, o circuito inclui: uma entrada adicional para fluido hidráulico e um filtro adicional, conectado à entrada adicional para filtrar fluido hidráulico da entrada adicional, sendo que a saída é conectada para uso no suprimento de fluido hidráulico do filtro adicional ao módulo de controle submarítimo; meio para selecionar se a saída supre fluido hidráulico ao módulo de controle submarítimo a partir do primeiro ou do filtro adicional; e primeiro meio de detecção adicional, para detectar a pressão do fluido hidráulico da entrada adicional a montante do filtro adicional, em que o segundo meio de detecção detecta a pressão do fluido hidráulico a jusante do filtro adicional, em que o ou cada módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro meio de detecção adicional e é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através daquele dentre o primeiro e os filtros adicionais que estão suprindo fluido para a saída. [011] Nesse caso, o primeiro e o primeiro meio de detecção adicional poderíam compreender respectivos transdutores entre o primeiro e filtros adicionais e o primeiro e entradas adicionais. [012] O segundo meio de detecção poderia compreender um transdutor entre esse meio de seleção e a saída. Alternativamente, o segundo meio de detecção poderia compreender respectivos transdutores entre as saídas do primeiro e filtros adicionais e esse meio de seleção. [013] De acordo com essa invenção a partir de outro aspecto é fornecido um método de monitoramento de um filtro em um circuito hidráulico para suprir fluido hidráulico a um módulo de controle submarítimo de um sistema de controle para um poço de hidrocarboneto subaquático, sendo que o circuito compreende: uma entrada para fluido hidráulico; um filtro conectado à entrada para filtrar fluido hidráulico da entrada; e uma saída para suprir fluido hidráulico do filtro ao módulo de controle submarítimo, em que o método compreende: detectar a pressão de fluido hidráulico da entrada a montante do filtro; detectar a pressão de fluido hidráulico a jusante do filtro; e usar algoritmos de software dentro de um módulo de componentes eletrônicos submarítimo no módulo de controle subaquático para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através do filtro, sendo que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção. [014] Tipicamente, o circuito inclui uma entrada adicional para fluido hidráulico e um filtro adicional, conectado à entrada adicional para filtrar fluido hidráulico da entrada adicional, em que a saída é conectada para uso no suprimento de fluido hidráulico do filtro adicional ao módulo de controle submarítimo, sendo que o método compreende: selecionar se a saída supre fluido hidráulico ao módulo de controle submarítimo a partir do primeiro ou do filtro adicional; e detectar a pressão de fluido hidráulico a montante do filtro que supre o fluido hidráulico à saída e detectar a pressão do fluido hidráulico a jusante daquele filtro, em que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através daquele dentre o primeiro e filtros adicionais que suprem fluido hidráulico à saída. [015] Avaliando-se a taxa de mudança de pressão diferencial ao longo do tempo, a manutenção preventiva pode ser realizada.
Breve Descrição dos Desenhos [016] A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma forma conhecida de circuito de suprimento de fluido hidráulico para um módulo de controle submarítimo; [017] A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma primeira realização de um circuito de suprimento de fluido hidráulico para um módulo de controle submarítimo de acordo com a invenção; e [018] A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma segunda realização de um circuito de suprimento de fluido hidráulico para um módulo de controle submarítimo de acordo com a invenção. [019] Se o circuito hidráulico da Figura 1 for modificado de nodo que os transdutores de pressão que monitoram os suprimentos de chegada estivessem localizados a montante dos filtros, então um método de implicação dos níveis de contaminação dos filtros pode ser concretizado. Essa configuração é mostrada na Figura 2, na qual os itens que correspondem aos itens na Figura 1 têm os mesmos numerais de referência que na Figura 1. [020] Na Figura 2, os transdutores de pressão 7a e 7b foram omitidos, os suprimentos de entrada dos filtros 2a e 2b são monitorados por um respectivo transdutor dentre os transdutores de pressão a montante 10a e 10b, e o transdutor 8 e transdutores 10a e 10b são acoplados a um módulo de componentes eletrônicos submarítimo (SEM) 11 no módulo de controle submarítimo. [021] Com o circuito hidráulico modificado conforme a Figura 2, monitorando-se a pressão diferencial (com o uso de módulo de componentes eletrônicos submarítimo 11) entre o transdutor 8 a jusante da válvula alternadora 6, e a pressão a montante daquele filtro cuja saída é selecionada (conforme detectado pelo respectivo transdutor dentre os transdutores 10a e 10b), o nível de contaminação daquele filtro possa ser estimado. [022] O monitoramento de saúde de filtro com o uso da detecção de pressão diferente é conhecida com o uso de um sensor de pressão diferencial física dedicado através do filtro. Entretanto, este pedido usa transdutores de pressão normais que pode existir no circuito, e algoritmos de software no módulo de componentes eletrônicos submarítimo para implantar um sistema de monitoramento ativo. O software de módulo de componentes eletrônicos submarítimo é configurado para monitorar o transdutor de pressão hidráulico 8 a jusante da válvula alternadora e o transdutor de pressão hidráulico 10a ou 10b a montante do filtro de forma síncrona de modo que os sinais digitalizados representem as pressões no mesmo ponto no tempo. Subtraindo-se então a pressão a jusante da pressão a montante, um sensor de pressão diferencial virtual é concretizado. Como a função de pressão diferencial é calculada através do software, outros fatores de calibração podem ser aplicados como correção para flutuações de pressão de suprimento de chegada. [023] Conforme o filtro se torna bloqueado, a pressão diferencial através do mesmo se torna maior. Visto que no uso do circuito hidráulico, o fluxo somente é esporádico (durante e após as operações de válvula), quando o sistema está no estado contínuo, nenhum diferencial existiría, então o software dentro do módulo de componentes eletrônicos submarítimo é configurado para monitorar a pressão diferencial de pico durante cada período ativo. Quando a pressão diferencial excede um limite durante um período de fluxo de fluido, um alarme pode ser acionado, alertando então operador de um bloqueio de potencial dentro do filtro. [024] Deveria ser observado a partir da Figura 2 que existem outros componentes além dos filtros no trajeto de fluxo entre cada entrada e a saída (válvulas seletoras e válvula alternadora). Esses componentes podem afetar o fluxo, e como tal afetar a pressão diferencial medida. Entretanto esses dispositivos podem ser considerados constantes, e seu efeito zerado da pressão diferencial calculada obtém leituras de linha de base quando se sabe que o filtro está limpo. [025] Um aprimoramento adicional do circuito hidráulico (em detrimento de transdutores de pressão adicionais) pode ser concretizado conforme mostrado na Figura 3, em que os itens que correspondem àqueles nas Figuras 1 e 2 têm os mesmos numerais de referência que nas Figuras 1 e 2. Na Figura 3, os transdutores 7a ou 7b são incluídos, o módulo de componentes eletrônicos submarítimo 11 que monitoram a pressão diferencial entre o transdutor 7a ou 7b e o transdutor 10a ou 10b como pode ser ocaso, dependendo de qual dos filtros 2a e 2b está suprindo o fluido hidráulico à saída 5. [026] Essa configuração permite o monitoramento absoluto dos filtros sem o potencial para imprecisão de pressão diferencial devido aos outros componentes no trajeto de fluxo. [027] Em cada uma das realizações das Figuras 2 e 3 pelo menos um módulo de componentes eletrônicos submarítimo adicional 12 poderia ser incluído no módulo de controle submarítimo para propósitos de redundância, sendo que um deles é usado conforme apropriado. [028] O módulo ou cada módulo adicionai 12 é acoplado a transdutores 8 e 10a e 10b no caso da Figura 2 e com transdutores 7a e 7b e 10a e 10b no caso da Figura 3. [029] Já que a pressão diferencial que será monitorada é uma leitura análoga, ao longo do tempo de uma taxa de mudança pode portanto ser determinada. Essa taxa de mudança pode então ser usada para prever quando a manutenção e intervenção possa ser requerida. [030] A invenção habilita os níveis de contaminação dos filtros dentro de um módulo de controle submarítimo a ser avaliado enquanto o módulo está em operação, habilita o operador a ser alertado da contaminação, e possibilita a manutenção do módulo a ser programado [031] Se um método de avaliação do nível de contaminação dentro dos filtros durante a operação puder ser implantado, então a operação de módulo de controle submarítimo pode ser otimizada, ou manutenção preventiva planejada atenuando portanto desligamentos e perda de produção. [032] Adicionando-se hardware pouco específico no módulo de controle submarítimo, um método preditivo para identificar a contaminação progressiva de filtros hidráulicos pode ser alcançado. [033] Isso permitirá prognósticos módulo de controle submarítimo acentuados, e o planejamento de substituição preditiva desse módulo no evento de contaminação de filtro.
Claims (8)
1. CIRCUITO HIDRÁULICO, para suprir fluido hidráulico a um módulo de controle submarítimo de um sistema de controle para um poço de hidrocarboneto subaquático, caracterizado pelo fato que compreende: uma entrada para fluido hidráulico; um filtro conectado à entrada para filtrar o fluido hidráulico da entrada; uma saída para suprir fluido hidráulico do filtro ao módulo de controle submarítimo; primeiro meio de detecção para detectar a pressão de fluido hidráulico da entrada a montante do filtro; segundo meio de detecção para detectar a pressão de fluido hidráulico a jusante do filtro; e um módulo de componentes eletrônicos submarítimo no módulo de controle submarítimo, sendo que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção e é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através do filtro.
2. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que existe pelo menos um módulo de componentes eletrônicos submarítimo adicional no módulo de controle submarítimo para propósitos de redundância, sendo que o ou cada módulo de componentes eletrônicos submarítimo adicional também é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção.
3. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que inclui: uma entrada adicional para fluido hidráulico e um filtro adicional, conectado à entrada adicional para filtrar fluido hidráulico da entrada adicional, sendo que a saída é conectada para uso no suprimento de fluido hidráulico do filtro adicional ao módulo de controle submarítimo; meio para selecionar se a saída supre fluido hidráulico ao módulo de controle submarítimo a partir do primeiro ou do filtro adicional; e primeiro meio de detecção adicional, para detectar a pressão do fluido hidráulico da entrada adicional a montante do filtro adicionai, em que o segundo meio de detecção detecta a pressão do fluido hidráulico a jusante do filtro adicional, em que o ou cada módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro meio de detecção adicional e é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através daquele dentre o primeiro e os filtros adicionais que estão suprindo fluido para a saída.
4. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato que o primeiro e o primeiro meio de detecção adicional compreendem respectivos transdutores entre o primeiro e filtros adicionais e o primeiro e entradas adicionais.
5. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato que o segundo meio de detecção compreende um transdutor entre o meio de seleção e a saída.
6. CIRCUITO, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato que o segundo meio de detecção compreende respectivos transdutores entre as saídas do primeiro e filtros adicionais e o meio de seleção.
7. MÉTODO DE MONITORAMENTO DE UM FILTRO EM UM CIRCUITO HIDRÁULICO, para suprir fluido hidráulico a um módulo de controle submarítimo de um sistema de controle para um poço de hidrocarboneto subaquático, caracterizado pelo fato que o circuito compreende: uma entrada para fluido hidráulico; um filtro conectado à entrada para filtrar fluido hidráulico da entrada; e uma saída para suprir fluido hidráulico do filtro ao módulo de controle submarítimo, em que o método compreende: detectar a pressão de fluido hidráulico da entrada a montante do filtro; detectar a pressão de fluido hidráulico a jusante do filtro; e usar algoritmos de software dentro de um módulo de componentes eletrônicos submarítimo no módulo de controle subaquático para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através do filtro, sendo que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é acoplado ao primeiro e ao segundo meios de detecção.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato que o circuito inclui uma entrada adicional para fluido hidráulico e um filtro adicional, conectado à entrada adicional para filtrar fluido hidráulico da entrada adicional, em que a saída é conectada para uso no suprimento de fluido hidráulico do filtro adicional ao módulo de controle submarítimo, sendo que o método compreende: selecionar se a saída supre fluido hidráulico ao módulo de controle submarítimo a partir do primeiro ou do filtro adicional; e detectar a pressão de fluido hidráulico a montante do filtro que supre o fluido hidráulico à saída e detectar a pressão do fluido hidráulico a jusante daquele filtro, em que o módulo de componentes eletrônicos submarítimo é adaptado para produzir uma indicação relacionada a um diferencial de pressão de fluido hidráulico através daquele dentre o primeiro e filtros adicionais que suprem fluido hidráulico à saída.
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