BR112019025978A2 - sistema de comunicação para proporcionar comunicação entre um módulo de controle e um módulo de petróleo e/ou gás - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a um sistema de comunicação (10) destinado a proporcionar comunicação entre um modulo de controle (6) que é dotado de uma interface de conexão (11) com uma pluralidade de conectores (12) conectáveis de forma suscetível de ser liberada a uma interface de conexão (2a) de um módulo de petróleo e/ou gás (2). O sistema de comunicação (10) compreende uma primeira unidade de comunicação eletrônica (20) que proporciona um primeiro tipo de comunicação por meio da interface de conexão (11) e uma segunda unidade de comunicação eletrônica (30) que proporciona um segundo tipo de comunicação por meio da interface de conexão (11) . O sistema (10) compreende ainda uma unidade de reconfiguração (40) conectada entre os conectores (12) e a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30) para reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores (12) e a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30).
Description
[001] Refere-se a presente invenção a um sistema de comunicação para proporcionar comunicação entre um módulo de controle e um módulo de petróleo e/ou gás.
[002] Diferentes tipos de módulos submarinos são usados em instalações submarinas de petróleo / gás. Na Figura 1, está ilustrada uma parte de uma instalação submarina de petróleo / gás 1, com um módulo típico de petróleo e/ou gás 2 na forma de uma árvore de Natal conectada a uma cabeça de poço (não ilustrada) de um poço de petróleo / gás. Na Figura 1, está ilustrado que a árvore de Natal 2 está conectada a um conjunto de término umbilical (UTC) por meio de uma ligação em ponte de comunicação 5a, uma ligação em ponte elétrica 5b e uma ligação em ponte hidráulica / química 5c. Um umbilical 3 é conectado entre o UTC e uma instalação na parte superior (não ilustrada).
[003] Um módulo de controle (SCM) está conectado a uma interface de conexão 2a (Figura 2) da árvore de Natal 2. O SCM ilustrado nas Figuras 2 e 3 foram fabricados e vendidos pela FMC Subsea Technologies durante muitos anos. O SCM contém eletrônica, instrumentação e hidráulica para operação segura e eficiente de válvulas submarinas de árvores, válvulas de borboleta e também válvulas de fundo de poço no poço.
[004] O SCM compreende vários conectores para conexão entre o SCM e a interface de conexão 2a do módulo submarino 2. Esses conectores são compreendidos por conectores de alimentação CA e/ou CC, conectores hidráulicos de alta pressão e/ou baixa pressão e conectores de comunicação.
[005] Atualmente, o proprietário e/ou operador e/ou legislador do respectivo campo de petróleo / gás têm requisitos diferentes para os módulos submarinos e seus SCMs. Assim sendo, quase todos os SCMs são fabricados sob medida para o seu módulo submarino específico, o que contribui para os custos de fabricação e um prazo para a entrega substancial.
[006] Na Figura 5, a interface de conexão 11 que compreende os conectores de comunicação 12 do SCM está ilustrada esquematicamente. Neste caso, existem seis conectores de comunicação em que três deles estão usando comunicação de barramento CAN, dois deles estão usando comunicação de linha em série e um está usando comunicação Ethernet. Os conectores de comunicação 12 são conectados por meio de cabos 8 às respectivas unidades de comunicação eletrônica 20, 30, utilizados para entrada / saída de sinais através dos conectores de comunicação 12. A fiação desses conectores de comunicação é realizada de acordo com as especificações do operador e, portanto, varia de instalação em campo para instalação em campo, o que reduz a flexibilidade.
[007] A indústria de petróleo e gás está enfrentando vários desafios com relação à redução de custos de equipamentos submarinos e operações submarinas. Por essa razão, um objetivo da invenção consiste em reduzir o tamanho e o custo dos dispositivos de controle para os módulos submarinos e seus módulos de controle. Outro objetivo da invenção consiste em padronizar o traçado de tais módulos de controle e, ao mesmo tempo, permitir que o proprietário e/ou operador do campo de petróleo / gás adapte os módulos de controle de acordo com suas especificações.
[008] Uma maneira de adaptar um módulo de controle a vários módulos de óleo e/ou gás consiste em usar um adaptador, tal como é conhecido a partir da patente U.S.
8.720.576. Neste caso, o mesmo módulo de controle pode ser usado para diferentes módulos de óleo e/ou gás, uma vez que o adaptador está conectado entre o módulo de controle e o módulo de óleo e/ou gás. O adaptador contém linhas de fluido hidráulico, linhas de comunicação e linhas de energia elétrica para transferir fluido hidráulico, sinais de comunicação e energia elétrica entre o módulo de controle e o módulo de óleo e/ou gás. Este adaptador aumentará o peso do sistema geral. Além disso, se houver muitas configurações possíveis diferentes do módulo de petróleo e/ou gás, serão necessários muitos adaptadores diferentes.
[009] Um objetivo da presente invenção é o de reduzir o número de variantes específicas do traçado desses módulos, o que por sua vez reduzirá os custos e a carga de trabalho necessários para testar essas variantes. Portanto, um objetivo consiste em aumentar a padronização de tais módulos e/ou aumentar a flexibilidade de tais módulos de controle.
[0010] Outro objetivo da presente invenção consiste em reduzir o peso de tais módulos de controle, ou pelo menos evitar o aumento do peso de tais módulos de controle.
[0011] A presente invenção refere-se a um sistema de comunicação destinado a proporcionar comunicação entre um módulo de controle que é dotado de uma interface de conexão com uma pluralidade de conectores conectáveis de maneira capaz de ser liberados a uma interface de conexão de um módulo de óleo e/ou gás, em que o sistema de comunicação compreende: - uma primeira unidade de comunicação eletrônica que proporciona um primeiro tipo de comunicação através da interface de conexão; - uma segunda unidade de comunicação eletrônica que proporciona um segundo tipo de comunicação por intermédio da interface de conexão; - caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda uma unidade de reconfiguração conectada entre os conectores e a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica para reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores e a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica.
[0012] De acordo com um aspecto, o primeiro tipo de comunicação é diferente do segundo tipo de comunicação. Não obstante, os tipos de comunicação podem ser do mesmo tipo para propósitos de redundância.
[0013] De acordo com a invenção descrita anteriormente no presente caso, consegue-se que o hardware da primeira e da segunda unidades de comunicação eletrônica possa ser padronizado e essas unidades não dependam dos tipos de conectores definidos por um traçado específico. Por conseguinte, o sistema de comunicação do módulo de controle pode ser adaptado às respectivas especificações do módulo de uma maneira simples e eficiente. As desvantagens da unidade adaptadora extra da técnica anterior descrita anteriormente também são evitadas.
[0014] De acordo com um aspecto, a unidade de reconfiguração é configurada para executar a configuração e/ou reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores e a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica, alterando o software na unidade de reconfiguração. Dessa forma, é necessária somente uma alteração no software para reconfigurar os tipos de comunicação usados pelos conectores do módulo de controle.
[0015] De acordo com um aspecto, a unidade de reconfiguração compreende uma pluralidade de unidades multiplexadoras, sendo cada unidade multiplexadora dotada de um terminal de saída conectado a um dos conectores, terminais de entrada conectados às primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica e um terminal de controle conectado a uma unidade de controle. A unidade de controle é preferencialmente uma unidade de controle de software.
[0016] De acordo com um aspecto, as unidades de comunicação eletrônica e a unidade de reconfiguração são proporcionadas dentro de um compartimento vedado por pressão, onde os conectores da interface de conexão são proporcionados na parte externa do alojamento.
[0017] De acordo com um aspecto, a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica estão proporcionando comunicação por meio de uma comunicação de barramento CAN, comunicação Ethernet, comunicação RS 422, comunicação RS 485 ou comunicação 4-20 mA.
[0018] De acordo com um aspecto, os conectores são separados em um primeiro grupo de conectores e um segundo grupo de conectores em que a unidade de reconfiguração é proporcionada de modo a permitir a conexão de apenas uma das primeira ou segunda unidades de comunicação eletrônica ao primeiro grupo de conectores.
[0019] De acordo com um aspecto, cada conector compreende vários pinos do conector, em que a unidade de reconfiguração fornece reconfiguração das conexões entre os respectivos pinos do conector dos conectores e a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica.
[0020] Concretizações da invenção serão descritas em seguida com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 ilustra uma parte de uma instalação submarina de petróleo / gás; A Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva do modulo de controle da técnica anterior e sua interface de conexão no módulo submarino; A Figura 3 ilustra uma vista lateral do modulo de petróleo e/ou gás da técnica anterior; A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva do módulo de controle submarino; A Figura 5 ilustra esquematicamente os conectores de comunicação e unidades de comunicação eletrônica em um
SCM da técnica anterior; A Figura 6 ilustra esquematicamente o sistema de comunicação do módulo de controle submarino da Figura 4; A Figura 7 ilustra esquematicamente uma concretização da unidade de reconfiguração da Figura 6. A Figura 8 ilustra esquematicamente uma concretização alternativa da unidade de reconfiguração da Figura 6.
[0021] Faz-se referência agora à Figura 6. Neste caso, encontra-se ilustrado esquematicamente um módulo de controle submarino 6, correspondente ao módulo de controle submarino 6 da Figura 4, que compreende um alojamento externo 13 e um sistema de comunicação 10 proporcionado dentro do alojamento 13. O sistema de comunicação 10 está proporcionando comunicação entre o módulo de controle 6 e um módulo de petróleo e/ou gás 2 controlado pelo módulo de controle 6.
[0022] A presente invenção refere-se a um modulo de controle submarino 6 destinado a controlar um módulo de petróleo e/ou gás submarino 2. Não obstante, o sistema de comunicação 10 também pode ser usado para comunicação entre módulos de controle terrestres para controlar módulos de petróleo e/ou gás terrestres 2. O alojamento 13 é compreendido por um alojamento de compensação de pressão 13 com uma interface de conexão 11 proporcionada no exterior do alojamento 13e na parte inferior do mesmo. A interface de conexão 11 compreende uma pluralidade de conectores de comunicação 12 para a conexão suscetível de liberação do módulo de controle 6 ao módulo de petróleo e/ou gás 2. Por essa razão, o módulo de controle 6 pode ser abaixado ou elevado a partir de uma interface de conexão 2a do módulo de petróleo e/ou gás 2. O módulo submarino 2 pode ser compreendido por uma unidade de barrilete, uma unidade de árvore de natal, uma unidade de término umbilical submarina, um módulo de distribuição elétrica (EDM), uma unidade de barrilete de extremidade de tubulação (PLEM), uma estação de reforço, uma unidade de base de riser e outros módulos submarinos que precisam de suprimento de energia elétrica e/ou precisam enviar sinais de sensor.
[0023] O dispositivo de comunicação 10 compreende unidades de comunicação 20, 30. As unidades de comunicação eletrônica 20, 30 são conectadas a um sistema de controle geralmente referido com o número de referência 9 nas Figuras 7 e 8. O sistema de controle 9 recebe sinais através das unidades de comunicação eletrônica 20, 30 e pode ser configurado para encaminhar os sinais recebidos para o centro de controle na parte superior, para executar determinadas ações com base nos sinais recebidos e outros assemelhados. Além disso, o sistema de controle 9 envia sinais para o módulo de petróleo e/ou gás 2.
[0024] A primeira unidade de comunicação eletrônica 20 está proporcionando um primeiro tipo de comunicação por intermédio da interface de conexão 11, enquanto a segunda unidade de comunicação eletrônica 30 proporciona um segundo tipo de comunicação através da interface de conexão 11. Obviamente, poderão ser proporcionadas mais de duas unidades de comunicação eletrônica. Na Figura 8 está ilustrada uma modalidade com quatro unidades de comunicação 20a, 20b, 30a, 30b. Exemplos de tipos de comunicação são: comunicação por meio de barramento CAN (CAN FT, CAN HS), comunicação Ethernet, comunicação 4-20 mA, comunicação RS485 / 422 ou outros padrões de comunicação. Alguns desses tipos de comunicação também fazem parte da SIIS (Subsea Instrumentation Interface Standardization).
[0025] Na Figura 6 também está exposto que o sistema de comunicação 10 compreende uma unidade de reconfiguração 40 conectada entre a interface de conexão 11 e a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica 20, 30. A unidade de reconfiguração 40 está realizando uma reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores 12 e a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica 20, 30. A unidade de reconfiguração 40 é de preferência uma unidade de reconfiguração eletrônica. De preferência, a reconfiguração pode ser realizada alterando- se o software na unidade de reconfiguração eletrônica. Por conseguinte, o sistema de comunicação 10 do módulo de controle 6 pode ser adaptado à respectiva especificação do módulo 2 de uma maneira simples e eficiente. Também são evitadas as desvantagens da unidade adaptadora extra usada da técnica que se descreveu anteriormente no presente caso. Além disso, obtém-se a possibilidade de que o hardware do dispositivo de comunicação 10 possa ser genérico para cada traçado, onde apenas o software é afetado pela configuração do projeto.
[0026] Faz-se referência em seguida à Figura
7. Aqui é mostrado que a unidade de reconfiguração 40 compreende uma pluralidade de unidades multiplexadoras 41, em que cada unidade multiplexadora 41 é dotada de um terminal de saída 42, vários terminais de entrada 43 e um terminal de controle 44. A unidade multiplexadora 41 proporcionará uma conexão entre o terminal de saída 42 e um dos terminais de entrada 43, dependendo do sinal de controle recebido por intermédio do seu terminal de controle 44.
[0027] O terminal de saída 42 de uma unidade multiplexadora 41 está conectado a um dos respectivos conectores 12. Portanto, cada um dos conectores 12 está conectado a uma unidade multiplexadora 41. Os terminais de entrada 43 da unidade multiplexadora 41 estão conectados às unidades de comunicação eletrônica 20a, 20b, 30a, 30b. O terminal de controle 44 de cada unidade multiplexadora 41 está conectado a uma unidade de controle 45.
[0028] Por meio da unidade de controle 45, agora é possível configurar e reconfigurar qual conector 12 deve ser conectado a qual das unidades de comunicação eletrônica 20a, 20b, 30a, 30b. Como mencionado anteriormente no presente caso, a configuração e a reconfiguração podem ser realizadas alterando-se o software na unidade de controle 45.
[0029] Na Figura 7 está exposto que a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica estão proporcionando comunicação por meio de uma das comunicações de barramento CAN, comunicação Ethernet, comunicação RS 422, comunicação RS 485 ou comunicação 4-20 mA. Estes tipos de comunicação são considerados conhecidos por uma pessoa versada na técnica e não serão descritos no presente caso em mais detalhes.
[0030] De preferência, cada conector 12 está conectado a pelo menos duas unidades de comunicação eletrônica, onde o tipo de comunicação usado pela primeira unidade de comunicação é diferente do tipo de comunicação usado pela segunda unidade de comunicação. Não obstante, para fins de redundância, um conector 12 também pode ter a possibilidade de ser conectado a duas unidades de comunicação eletrônica diferentes que estão usando o mesmo tipo de comunicação. Além disso, é claro que é possível permitir que um ou mais conectores 12 sejam conectados diretamente a uma unidade de comunicação 20a, 20b, 30a, 30b, ou seja, que nenhuma unidade multiplexadora 41 esteja envolvida na transferência do sinal para esse ou esses conectores 12.
[0031] Note-se também que a Figura 7 é um tanto simplificada, mostrando apenas um fio de comunicação conectado entre cada uma das unidades de comunicação 20a, 20b, 30a, 30b às respectivas unidades multiplexadoras 41. Na realidade, a maioria das unidades de comunicação exigirá pelo menos dois desses fios de conexão. O padrão de comunicação do barramento CAN requer, por exemplo, quatro fios de comunicação. Outros tipos de comunicação requerem uma conexão ponto a ponto, ou seja, não é permitida a ramificação de fios físicos.
[0032] Outra simplificação da Figura 7 é a de que apenas um fio de comunicação 16 é mostrado conectado a cada conector 12. Tipicamente, cada conector 12 terá doze pinos de conexão 15 (apenas quatro estão ilustrados na Figura 8) com os fios de conexão correspondentes. Por conseguinte, como o número de unidades multiplexadoras 41 pode ser igual ao número de pinos 15, o número de unidades multiplexadoras 41 será muito maior do que o mostrado na Figura 8. Por essa razão, será possível reconfigurar os pinos de conexão 15 de um conector 12 por meio da unidade de reconfiguração 40. Também será possível usar mais de um tipo de comunicação através dos diferentes pinos de conexão 15 de um conector 12.
[0033] Faz-se agora referência à Figura 8. Em determinadas situações, alguns dos fios utilizados para transportar sinais de comunicação no módulo 2 e/ou no módulo de controle 6 podem ter limitações físicas restringindo alguns fios a poder transportar um ou dois tipos de sinais de comunicação. Neste caso, alguns dos conectores podem ter permissão para usar apenas um conjunto limitado de tipos de comunicação. Na Figura 8 está ilustrado um primeiro grupo 12a de conectores 12 (que compreendem três conectores) e um segundo grupo 12b de conectores 12 (que compreendem dois conectores), em que a unidade de reconfiguração 40 é configurada apenas para permitir a comunicação entre o primeiro grupo 12a dos conectores 12 e unidades de comunicação eletrônica 20a, 20b, enquanto a unidade de reconfiguração 40 está configurada apenas para permitir a comunicação entre o segundo grupo 12b dos conectores 12 e as unidades de comunicação eletrônica 30a, 30b. Novamente, este tipo de limitação pode ser controlado por software dentro da unidade de controle 45. Como alternativa, este tipo de limitação pode ser alcançado por uma alteração no hardware, removendo-se alguns dos fios de conexão entre as unidades de comunicação 20a, 20b, 30a, 30b e as respectivas unidades multiplexadoras 41.
[0034] Deve ser observado que as unidades de comunicação 20, 30 e a unidade de reconfiguração 40 podem ser proporcionadas na forma de circuitos eletrônicos separados em painéis de circuitos impressos separados dentro do compartimento 13. No entanto, também é possível fornecer as unidades de comunicação 20, 30 e a reconfiguração unidade 40 na mesma placa de circuito impresso dentro do alojamento 13.
[0035] Na descrição apresentada neste contexto, todos os conectores 12 são conectores de comunicação. Não obstante, deve ser observado que os conectores 12 tipicamente compreendem vários pinos, onde alguns pinos são usados para comunicação e outros pinos são usados para transferir energia elétrica entre o módulo de controle 6 e o módulo submarino 2. Deve ser observado que apenas os pinos de comunicação são conectados à unidade de reconfiguração (40).
Claims (8)
1. Sistema de comunicação (10) para proporcionar comunicação entre um módulo de controle (6) com uma interface de conexão (11) com uma pluralidade de conectores (12) suscetíveis de ser conectados de maneira amovível a uma interface de conexão (2a) de um módulo de petróleo e/ou gás (2), em que o sistema de comunicação (10) compreende: - uma primeira unidade de comunicação eletrônica (20) que proporciona um primeiro tipo de comunicação por meio de interface de conexão (11); - uma segunda unidade de comunicação eletrônica (30) que proporciona um segundo tipo de comunicação por meio de interface de conexão (11); caracterizado por o sistema (10) compreender ainda uma unidade de reconfiguração (40) conectada entre os conectores (12) e as primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30) para reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores (12) e a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30).
2. Sistema de comunicação (10) de acordo com a reivindicação 1, onde a unidade de reconfiguração (40) compreende uma pluralidade de unidades multiplexadoras (41), sendo cada unidade multiplexadora (41) dotada de um terminal de saída (42) conectado a um dos conectores (12), terminais de entrada (43) conectados à primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30) e um terminal de controle (44) conectado a uma unidade de controle (45).
3. Sistema de comunicação (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, onde as unidades de comunicação eletrônica (20, 30) e a unidade de reconfiguração (40) são proporcionadas dentro de um alojamento vedado por pressão (13), onde os conectores (12) da interface de conexão (11) ficam dispostos no lado externo do alojamento (13).
4. Sistema de comunicação (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, onde o primeiro tipo de comunicação é diferente do segundo tipo de comunicação.
5. Sistema de comunicação (10) de acordo com a reivindicação 4, onde a primeira e a segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30) proporcionam comunicação por meio de uma das comunicações de barramento CAN, Ethernet, RS 422, RS 485 ou comunicação 4-20 mA.
6. Sistema de comunicação (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que os conectores (12) são separados em um primeiro grupo (12a) de conectores (12) e um segundo grupo (12b) de conectores (12) em que a unidade de reconfiguração (40) é fica disposta de modo a permitir a conexão de apenas uma das primeiras ou segundas unidades de comunicação eletrônica (20, 30) ao primeiro grupo (12a) de conectores (12).
7. Sistema de comunicação (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada conector (12) compreende vários pinos de conector (15), em que a unidade de reconfiguração (40) proporciona reconfiguração das conexões entre os respectivos pinos de conector (15) dos conectores (12) e as primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica ( 20, 30).
8. Sistema de comunicação (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a unidade de reconfiguração (40) está configurada de modo a executar a configuração e/ou reconfiguração das conexões entre os respectivos conectores (12) e a primeira e segunda unidades de comunicação eletrônica (20, 30), pela alteração do software na unidade de reconfiguração (40).
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