BR112020014553A2 - Unidade de controle elétrico inteligente submarina - Google Patents
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Abstract
são apresentados um processo e um controlador inteligente para controlar uma unidade de controle elétrico inteligente submarina. o processo inclui a coleta de dados operacionais de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle, o cálculo e realização de análises in situ, e o reporte da saúde e estado de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle. o controlador inteligente inclui um ou mais sensores externos que criam laços de controle local para operação em tempo real, ajuste e otimização do dispositivo terminal controlado, em que os sensores externos são usados com um controlador inteligente para criar um ou mais laços de controle.
Description
[0001] A produção submarina e os processos progrediram até hoje utilizando controles hidráulicos e mais recentemente eletro-hidráulicos e sistemas de injeção química baseados em tubo umbilical. Infelizmente, estes sistemas são muito complexos e onerosos para o emprego, manutenção e reparo. Também existe uma latência inerente nos sistemas de controle atuais que oferecem pouca informação num laço de realimentação.
[0002] Em um aspecto, as modalidades aqui descritas referem-se a um processo para monitorar, analisar e controlar um ou mais dispositivos terminais utilizados em produção submarina através de uma unidade de controle elétrico inteligente submarina. O processo inclui a coleta de dados de operação detectados a partir de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle, calculando e realizando análises in situ, e reportando de volta para operações e outros funcionários a saúde e estado de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle.
[0003] Em outro aspecto, as modalidades aqui reveladas referem-se a uma unidade de controle elétrico inteligente submarina tendo um ou mais sensores externos configurados para criar laços de controle local para operação em tempo real, ajuste e otimização do dispositivo terminal controlado. Os sensores externos são usados com um controlador inteligente para criar um ou mais laços de controle. Os um ou mais laços de controle podem ser um controle liga-desliga, laços de controle de realimentação linear ou não linear, controle de processo PID, estratégias de controle “de alimentação avançada”, inteligência artificial, controle lógico polivalente, filtros kalman, controle de modo deslizante, programação dinâmica, controle adaptativo e otimização econômica com controle dinâmico.
[0004] Outros aspectos e vantagens serão evidentes a partir da seguinte descrição e das reivindicações anexas.
[0005] A figura 1 é uma ilustração de uma unidade de controle elétrico inteligente submarina de acordo com as modalidades aqui descritas.
[0006] As figuras 2.1 e 2.2 mostram um sistema computacional de acordo com uma ou mais modalidades.
[0007] Em uma ou mais modalidades reveladas aqui, está um sistema de controle totalmente elétrico que apresenta custos mais baixos, maior capacidade e confiabilidade com simplicidade inatingível com os controles eletro-hidráulicos convencionais. A unidade de controle elétrico inteligente pode ser capaz de atender às diversas necessidades de movimentos rotativos e lineares, fornecendo controle inteligente dos dispositivos terminais. A integração de tal unidade de controle elétrico com um sistema de bateria inteligente e carregador que, ao operar em conjunto, possibilita uma capacidade de falha a uma condição preferida submarina.
[0008] Tal unidade de controle elétrico inteligente pode ser capaz de operar vários processos submarinos utilizando uma ligação sem fio ou umbilical. À unidade de controle elétrico inteligente também pode ser equipada com os processos de potência, monitoração, controle e redundância necessários para operar abaixo do mar por período prolongado de tempo.
[0009] Em um aspecto, as modalidades aqui referem-se a uma unidade de controle elétrico inteligente submarina. A unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser sem mola, a pressão compensada até 10.000 pés de água do mar (fsw) (2986 kPa), eletricamente operada com uma bateria inteligente, e tendo um sistema de controle e monitoramento que pode não requerer uma HPU (unidade de energia hidráulica). A unidade de controle elétrico inteligente submarina também pode ter uma ou mais válvulas de acionamento (portão, esfera, etc.) com uma posição de falha-para-especificada (aberta, fechada ou como está). Tais válvulas de atuação podem permitir que o processo submarino continue a operar no caso de uma falha de comunicações ou de energia à unidade de controle elétrico inteligente submarina.
[0010] Em uma ou mais modalidades, a unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser conectada a um medidor e/ou bomba, através de uma ou mais válvulas acionáveis, e utilizada para controlar o fluxo. A unidade de controle elétrico inteligente submarina também pode ser equipada com um ou mais sensores que podem monitorar, analisar e reportar a saúde e estado de um dispositivo terminal submarino, tal como a uma ou mais válvulas acionáveis. O um ou mais sensores podem ser controlados por uma unidade de controle que pode ser parte de um alojamento modular que forma parte da unidade de controle elétrico inteligente submarina global.
[0011] A unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser utilizada para montar um laço de controle de processo para processamento submarino, tal como um controlador de nível para um separador submarino ou controle de surto para um compressor submarino. A unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser usada para ajustar remotamente um regulador de pressão tal como uma bobina de produção ou regulador de pressão hidráulica. Além disso, a unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser capaz de operar uma válvula, ou outro dispositivo de medição, para regular a injeção de um líquido ou pasta para o ponto submarino de injeção.
[0012] A unidade de controle elétrico inteligente submarina, conforme ilustrado na Figura 1, pode ser uma unidade compensadora de pressão modular que proporciona movimento rotativo, ou linear, para funcionar para uma variedade de dispositivos terminais (101). Tais dispositivos terminais (101) podem incluir um quarto de giro, 180 graus e outros dispositivos de posição como válvulas de esfera e de plugue, dispositivos de multi-espiral como válvulas de gaveta e agulha, bobinas de pressão, e reguladores ajustáveis, atuadores mecânicos tais como atuadores de acionamento de parafuso para travas mecânicas, etc., e dispositivos de rotação contínua como acionadores de bomba. Além disso, mais de um desses dispositivos terminais (101) pode ser localizado submarino, ou como parte da unidade de controle elétrico inteligente submarina, podendo ser usado simultaneamente para operar múltiplos processos de uma vez, ou em sucessão.
[0013] A configuração de unidade básica pode ser capaz de uma flexibilidade operacional devido a um controlador inteligente (104) que, dependendo de sua programação, pode operar os respectivos dispositivos (101) conforme necessário. Além disso, conforme será descrito abaixo, a unidade de controle elétrico inteligente submarina pode ser equipada com energia suficiente para manter operações, controle e monitoramento de múltiplos dispositivos terminais (101).
[0014] Os dispositivos terminais (101) podem ter interfaces mecânicas (102) que podem conectar a unidade de controle elétrica e os dispositivos terminais (101). Esta interface mecânica (102) pode ser uma montagem fixa ou um design relocalizável. Em todos os casos, as montagens podem reagir ao torque de rotação gerado pela unidade para operar o dispositivo terminal (101). Algumas modalidades desta interface mecânica podem incluir um batente rígido resistente ao torque (não mostrado) para impedir a sobreextensão da faixa operacional do dispositivo terminal (101) numa situação de contingência. Esta interface mecânica, em algumas modalidades, pode ter um indicador de posição visual de modo que uma inspeção visual por um ROV, AUV, ou mergulhador, por exemplo, possa proporcionar confirmação independente da posição rotacional da unidade.
[0015] Adicionalmente, a interface mecânica (102) pode ser um dispositivo de montagem relocalizável. Tal dispositivo de montagem relocalizável pode, em algumas modalidades, permitir que a unidade de controle elétrico inteligente submarina seja reposicionada para outro dispositivo terminal, ou seja removida para substituição da unidade de controle submarina por um ROV apropriado. Em algumas modalidades, os dispositivos terminais podem exigir um movimento linear ao invés de movimentos rotativos. O dispositivo de montagem relocalizável da interface mecânica (102) pode permitir uma mudança rápida de movimento linear para movimento rotativo, conforme necessário, com base na unidade terminal (101) sendo usada.
[0016] A unidade de controle elétrico inteligente submarina pode estar contida no interior do alojamento modular (103). O núcleo pode incluir um motor elétrico (110) e uma caixa de câmbio (111), conforme pode ser necessário, junto com um controlador inteligente (104). Em algumas modalidades, a caixa de câmbio pode não ser necessária. Todo o alojamento modular e a unidade de núcleo podem ser completamente preenchidos com um fluido dielétrico e um dispositivo de compensação de pressão hidrostática (não mostrado) equaliza a pressão hidrostática interna e externa sempre que a unidade é submarina. Todos os componentes dentro do sistema podem ser qualificados para operar em pressões hidrostáticas a 10.000 fsw (2986 kPa). A unidade pode também ser adaptada dentro de um alojamento de 1 atmosfera classificado em pressões a
10.000 fsw (2986 kPa).
[0017] O controlador inteligente (104) pode operar o motor elétrico (110) controlando o torque, RPMs e voltas totais utilizando sensores internos integrados (105) para monitorar os dados apropriados para operação controlada e repetível do dispositivo terminal fixado. O dispositivo terminal (101) também pode ser equipado com um ou mais sensores externos (106) para coletar dados de operação, analisar a informação, e inferir a condição de saúde do dispositivo terminal permitindo manutenção programada em tempo, se necessário.
[0018] O controlador inteligente (104) também pode ser utilizado para definir perfis para operação de válvula em termos de limites de posição e de torque. Isto pode incluir avisos sobre torque de funcionamento elevado ou torque de alta queda. Em outra modalidade, um ou mais sensores externos (106), por exemplo, a pressão de produção a jusante, proporcionam informações externas ao controlador inteligente para estabelecer um laço de realimentação. Este laço externo de realimentação pode permitir o controle remoto ativo dos dispositivos terminais (101) tais como bobinas de produção, o ajuste remoto de reguladores de pressão hidráulica e dispositivos similares.
[0019] O controlador inteligente (104) pode ser um módulo programável que é capaz tanto de ter capacidades de computação distribuídas assim como locais. Alguns módulos programáveis podem ser utilizados com o seu software fornecido para programar e controlar os motores assim como fornecer realimentação. O módulo programável pode ser um módulo SIL 3 projetado personalizado, utilizando, por exemplo, um software tal como LabVTEW, C +, Python e outros. Por exemplo, o módulo programável pode ser um controlador Elmo, ou outro tipo de controlador, conforme necessário.
[0020] O controlador inteligente (104) pode ser um sistema computacional similar ao sistema de computação descrito nas figuras 2.1 e 2.2 e a descrição anexa. Modalidades podem ser implementadas em tal sistema computacional. Qualquer combinação de servidor, roteador, comutador, dispositivo embutido ou outros tipos de hardware podem ser usadas. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2.1, o controlador inteligente (104) pode ser o sistema de computação (500), o qual pode incluir um ou mais processadores de computador (502), armazenamento não persistente (504) (por exemplo, memória volátil, tal como memória de acesso aleatório (RAM), memória cache), armazenamento persistente (506) (por exemplo, um disco rígido, um disco ótico tal como um disco compacto (CD) ou unidade de disco versátil digital (DVD), uma memória flash, etc), uma interface de comunicação (512) (por exemplo, interface infravermelha, interface de rede, interface ótica, etc.), e numerosos outros elementos e funcionalidades.
[0021] O(s) processador(es) de computador (502) podem ser um circuito integrado para processamento de instruções. Por exemplo, o(s) processador(es) de computador podem ser um ou mais núcleos ou micronúcleos de um processador. O sistema de computação (500) pode também incluir um ou mais dispositivos de entrada (510), tais como uma tela sensível ao toque, teclado, mouse, microfone, almofada de toque, caneta eletrônica, ou qualquer outro tipo de dispositivo de entrada.
[0022] A interface de comunicação (512) pode incluir um circuito integrado para conectar o sistema de computação (500) a uma rede (não mostrada) (por exemplo, uma rede de área Local (LAN), uma rede de área Ampla (WAN) tal como a Internet, rede móvel, ou qualquer outro tipo de rede) e/ou a outro dispositivo, tal como um outro dispositivo de computação.
[0023] Além disso, o sistema de computação (500) pode incluir um ou mais dispositivos de saída (508), tal como uma tela (por exemplo, um visor de cristal líquido (LCD), um visor de plasma, monitor de toque, monitor de tubo de raios catódicos (CRT), projetor, ou outro dispositivo de exibição), uma impressora, armazenamento externo, ou qualquer outro dispositivo de saída. Um ou mais dos dispositivos de saída podem ser iguais ou diferentes do(s) dispositivo(s) de entrada. O(s) dispositivo(s) de entrada e saída pode(m) ser localmente ou remotamente conectado(s) ao(s) processador(es) de computador (502), armazenamento não persistente (504), e armazenamento persistente (506). Existem muitos tipos diferentes de sistemas de computação, e o(s) dispositivo(s) de entrada e saída acima mencionado(s) pode(m) assumir outras formas.
[0024] Instruções de software na forma de código de programa legível por computador para executar modalidades da revelação podem ser armazenadas, no todo ou em parte, temporariamente ou permanentemente, em um meio legível por computador não transitório, tal como um CD, DVD, dispositivo de armazenamento, disquete, uma fita, memória flash, memória física, ou qualquer outro meio de armazenamento legível por computador. Especificamente, as instruções de software podem corresponder a um código de programa legível por computador que, quando executado por processador(es), é configurado para executar uma ou mais modalidades da revelação.
[0025] O sistema de computação (500) na figura 2.1 pode ser conectado a, ou ser uma parte de uma rede. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2.2, a rede (520) pode incluir múltiplos nós (por exemplo, nó X (522), nó Y (524)). Cada nó pode corresponder a um sistema de computação, tal como o sistema de computação mostrado na Figura 2.1, ou um grupo de nós combinados pode corresponder ao sistema de computação mostrado na Figura 2.1. A título de exemplo, as modalidades da invenção podem ser implementadas em um nó de um sistema distribuído que é conectado a outros nós. Por meio de um outro exemplo, as modalidades da presente invenção podem ser implementadas em um sistema de computação distribuído tendo múltiplos nós, onde cada porção da revelação pode estar localizada em um nó diferente dentro do sistema de computação distribuído. Além disso, um ou mais elementos do sistema de computação acima mencionado (500) podem estar localizados em um local remoto e conectados aos outros elementos através de uma rede.
[0026] Embora não mostrado na Figura 2.2, o nó pode corresponder a uma lâmina em um chassi de servidor que é conectado a outros nós através de uma placa conectora. A título de outro exemplo, o nó pode corresponder a um servidor num centro de dados. A título de outro exemplo, o nó pode corresponder a um processador de computador ou um micro-núcleo de um processador de computador com memória compartilhada e/ou recursos.
[0027] Os nós (por exemplo, nó X (522), nó Y (524)) na rede (520) podem ser configurados para fornecer serviços para um dispositivo cliente (526). Por exemplo, os nós podem ser parte de um sistema de computação de nuvem. Os nós podem incluir funcionalidade para receber solicitações do dispositivo cliente (526) e transmitir respostas para o dispositivo cliente (526). O dispositivo cliente (526) pode ser um sistema de computação, tal como o sistema de computação mostrado na figura 2.1. Além disso, o dispositivo cliente (526) pode incluir e/ou executar toda ou uma parte de uma ou mais modalidades da revelação.
[0028] O sistema computacional ou grupo de sistemas de computação descritos nas Figuras 2.1 e 2.2 pode incluir funcionalidade para realizar uma variedade de operações aqui descritas. Por exemplo, o(s) sistema(s) de computação pode(m) executar a comunicação entre os processos nos mesmos sistemas ou sistemas diferentes, tais como a unidade de controle elétrico inteligente submarina, os sensores internos e externos, os pontos terminais, as comunicações submarinas e de superfície, as baterias e a energia elétrica, etc Uma variedade de mecanismos, que empregam alguma forma de comunicação ativa ou passiva, pode facilitar a troca de dados entre os processos no mesmo dispositivo. Exemplos representativos destas comunicações entre processos incluem, mas não estão limitadas à implementação de um arquivo, um sinal, um soquete, uma fila de mensagens, um encadeamento, um disco, uma memória compartilhada, uma mensagem que passa, e um arquivo mapeado em memória. Outros detalhes pertinentes a um par destes exemplos não limitantes são fornecidos abaixo.
[0029] Com base no modelo de rede cliente-servidor, os soquetes podem servir como interfaces ou pontos finais de canal de comunicação permitindo a transferência bidirecional de dados entre os processos no mesmo dispositivo. Primeiro, seguindo o modelo de rede cliente-servidor, um processo de servidor (por exemplo, um processo que fornece dados) pode criar um primeiro objeto de soquete. A seguir, o processo de servidor liga o primeiro objeto de soquete, associando assim o primeiro objeto de soquete com um nome e/ou endereço único. Depois de criar e ligar o primeiro objeto de soquete, o processo de servidor então espera e escuta as solicitações de conexão de entrada de um ou mais processos de cliente (por exemplo, processos que procuram dados). Neste ponto, quando um processo de cliente deseja obter dados a partir de um processo de servidor, o processo de cliente começa por criar um segundo objeto de soquete. O processo de cliente, então, continua a gerar um pedido de conexão que inclui pelo menos o segundo objeto de soquete e o nome e/ou endereço único associado ao primeiro objeto de soquete. O processo de cliente transmite então o pedido de conexão para o processo do servidor. Dependendo da disponibilidade, o processo do servidor pode aceitar o pedido de conexão, estabelecendo um canal de comunicação com o processo do cliente, ou o processo do servidor, ocupado no manuseio de outras operações, pode enfileirar o pedido de conexão em um armazenamento temporário até que o processo do servidor esteja pronto. Uma conexão estabelecida informa ao processo de cliente que as comunicações podem começar. Em resposta, o processo cliente pode gerar uma requisição de dados especificando os dados que o processo cliente deseja obter. O pedido de dados é subsequentemente transmitido para o processo do servidor. Ao receber a requisição de dados, o processo de servidor analisa a requisição e acumula os dados solicitados. Finalmente, o processo de servidor gera então uma resposta incluindo pelo menos os dados solicitados e transmite a resposta para o processo de cliente. Os dados podem ser transferidos, mais comumente, como datagramas ou uma corrente de caracteres (por exemplo, bytes).
[0030] Em lugar de, ou além de, compartilhar dados entre processos, o sistema de computação executando uma ou mais modalidades da revelação pode incluir funcionalidade para receber dados de um usuário ou do equipamento submarino. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, um usuário pode submeter dados através de uma interface gráfica de usuário (GUI) no dispositivo terminal. Os dados podem ser submetidos através da interface gráfica de usuário por um usuário selecionando uma ou mais interface gráfica de utilizador widget ou inserindo texto e outros dados em widgets gráficos de de interface de usuário utilizando uma placa de toque, um teclado, um mouse, ou qualquer outro dispositivo de entrada. Em resposta à seleção de um item em particular, informações relativas ao item em particular podem ser obtidas a partir de armazenamento persistente ou não persistente pelo processador de computador. Mediante a seleção do artigo pelo usuário, o conteúdo dos dados obtidos com relação ao item em particular pode ser exibido no dispositivo de usuário em resposta à seleção do usuário.
[0031] A título de outro exemplo, um pedido para obter dados relativos ao item em particular pode ser enviado a um servidor conectado operacionalmente ao dispositivo de usuário através de uma rede. Por exemplo, o usuário pode selecionar um enlace de localizador de recurso uniforme (URL) dentro de um cliente de rede do dispositivo de usuário, iniciando assim um protocolo de Transferência de Hipertexto (HTTP) ou outro pedido de protocolo sendo enviado ao hospedeiro de rede associado ao URL. Em resposta à requisição, o servidor pode extrair os dados relativos ao item selecionado particular e enviar os dados para o dispositivo que iniciou a solicitação. Uma vez que o dispositivo de usuário recebeu os dados relativos ao item em particular, o conteúdo dos dados recebidos com relação ao item em particular pode ser exibido no dispositivo do usuário em resposta à seleção do usuário. Além do exemplo acima, os dados recebidos do servidor após a seleção do enlace de URL podem fornecer uma página da rede em Linguagem de Marcação de Hipertexto (HTML) que pode ser renderizada pelo cliente da web e exibida no dispositivo de usuário.
[0032] Uma vez que os dados sejam obtidos, tal como pelo uso de técnicas descritas acima ou de armazenamento, o sistema de computação, na realização de uma ou mais modalidades da revelação, pode extrair um ou mais itens de dados dos dados obtidos.
[0033] Os dados extraídos podem ser utilizados para processamento adicional pelo sistema de computação. Por exemplo, o sistema de computação da Figura 2.1, ao mesmo tempo em que realiza uma ou mais modalidades da revelação, pode executar a comparação de dados, laços de controle, ou aquisição de dados.
[0034] O sistema de computação na Figura 2.1 pode implementar e/ou ser conectado a um repositório de dados. Por exemplo, um tipo de repositório de dados é um banco de dados. Um banco de dados é uma coleção de informações configuradas para facilidade de recuperação, modificação, reorganização e eliminação de dados. Sistema de Gerenciamento de banco de dados (DBMS) é um aplicativo de software que fornece uma interface para os usuários definir, criar, consultar, atualizar, ou administrar bases de dados.
[0035] O sistema de computação da Figura 2.1 pode incluir funcionalidade para apresentar dados brutos e/ou processados, tais como resultados de comparações e outros processamentos. Por exemplo, a apresentação de dados pode ser realizada através de vários métodos de apresentação. Especificamente, os dados podem ser apresentados através de uma interface de usuário fornecida por um dispositivo de computação. A interface de usuário pode incluir uma GUI que exibe informações sobre um dispositivo de exibição, tal como um monitor de computador remoto ou uma tela sensível ao toque num dispositivo de computador portátil. A GUI pode incluir vários elementos de GUI que organizam quais dados são mostrados, bem como os dados são apresentados a um usuário. Além disso, a GUI pode apresentar dados diretamente para o usuário, por exemplo, dados apresentados como valores de dados reais através de texto, ou renderizados pelo dispositivo de computação em uma representação visual dos dados, tal como através da visualização de um modelo de dados.
[0036] A descrição acima de funções apresenta apenas alguns exemplos de funções realizadas pelo sistema de computação da Figura 2.1 e nos nós e/ou dispositivo cliente na Figura 2. Outras funções podem ser realizadas utilizando- se uma ou mais modalidades da revelação.
[0037] Voltando agora à Figura 1, o módulo de energia elétrica e controle (108) pode apresentar a interface de computador necessária para se comunicar com uma plataforma offshore de acolhimento utilizando protocolo de comunicações padrão da indústria. Energia elétrica, através da bateria inteligente (107a,107b), umbilical (112), ou outra fonte de energia (113), e comunicações de controle (115) podem ser entregues através de um umbilical (112) ou a partir de alguma outra fonte como uma bóia de superfície do mar. Qualquer que seja a fonte, a energia e as comunicações podem ser condicionadas, na unidade de condicionamento de energia (114), para serem usadas pelo controlador inteligente (104) e outros componentes dentro do alojamento modular (103). Tal unidade de condicionamento de energia (114) pode incluir um regulador de tensão, resistor, capacitor, ou outros dispositivos capazes de regular um suprimento de energia.
[0038] A continuidade de energia pode ser garantida através do uso de uma bateria inteligente (107a, 107b) que pode ser dimensionada e configurada para satisfazer os padrões de segurança da indústria para o número total de ciclos. À bateria inteligente (107a, 107b) pode ser integrada e localizada dentro da unidade de alojamento modular (103) como bateria inteligente (107a) ou pode estar localizada independentemente no módulo de energia elétrica e controle (108) como bateria inteligente (107b) onde múltiplas unidades de sistema podem utilizar uma bateria inteligente comum. A bateria inteligente (107a, 107b) pode ser mantida com uma carga de gotejamento através do umbilical (112) e a bateria pode aumentar efetivamente a carga de energia a partir da fonte. Deste modo, o recarregamento é controlado ativamente pelo próprio controlador da bateria inteligente que monitora e registra a condição de saúde da bateria inteligente (107a, 107b). A bateria inteligente (107a, 107b) pode ser comercialmente classificada como um dispositivo SIL 2. Além disso, a bateria inteligente (107a, 107b) pode ser dimensionada apropriadamente para fornecer energia para todos os pontos terminais (101) para retorná-los para a posição de falha-para-desejada no caso de uma energia umbilical ou de uma falha de comunicações.
[0039] Consequentemente, ao incluir a bateria inteligente (107a, 107b) para fornecer energia, qualquer perda de energia de suprimento proveniente do umbilical (112) ou comunicações de controle (115) para o controlador inteligente (104) pode fornecer uma condição de falha-para-especificada para o dispositivo de ponto terminal (101). Por exemplo, uma posição de falha-para-fechada pode ser especificada, tal que, no caso de uma falha de energia, a bateria inteligente (107a, 107b) e o controlador inteligente (104) possam fechar uma válvula de unidade terminal (101) e possam impedir a sobre-injeção de líquidos no ponto submarino de consumo. Consequentemente, esta configuração da bateria inteligente submarina (107a, 107b) e o controlador inteligente (104) não requer quaisquer molas ou outros mecanismos para utilização em serviço de segurança.
[0040] Além disso, o controlador inteligente (104), junto com a bateria inteligente (107a, 107b), pode ser configurado para a operação de dispositivos terminais de segurança críticos no serviço submarino. O controlador inteligente submarino (104) também pode ser capaz de colocar o sistema em condição de falha para segurança no caso de energia, comunicação, ou outras condições predeterminadas programadas no controlador inteligente (104). A energia necessária para mover o dispositivo terminal (101) para uma condição segura pode ser provida pela bateria inteligente (107a, 107b), armazenando a energia em forma eletro-química. Deste modo, não são requeridos dispositivos convencionais de armazenamento de energia mecânica, como molas ou HPUs.
[0041] O controlador inteligente (104) pode coletar dados de operação a partir de dispositivos e pontos terminais de controle (101), calcular e executar análises in situ tal como exceder limite de alta-baixa, desvio de um ponto ou faixa de ajuste, modelagem de desgaste, modelagem de deterioração, e reportar a saúde e estado da unidade de ponto terminal (101) e quaisquer dispositivos fixados ao mesmo.
[0042] Em uma ou mais modalidades, o controlador inteligente pode ser equipado com sensores externos para criar laços de controle local para operação em tempo real, ajuste e otimização do dispositivo de ponto terminal. Os sensores externos podem ser utilizados com o controlador inteligente para configurar laços de controle apropriados utilizando qualquer número de estratégias de controle. As estratégias de controle podem incluir, mas não se limitam a, controle liga- desliga, laços de controle de realimentação linear ou não linear, controle de processo PID, estratégias de controle de alimentação avançada, inteligência artificial, controle lógico polivalente, filtros kalman, controle de modo deslizante, programação dinâmica, controle adaptativo, otimização econômica com controle dinâmico. Tais sensores externos podem ser um ou mais sensores de pressão, temperatura, torque, vetoração, posição, tensão e amperagem.
[0043] Adicionalmente, a bateria inteligente pode separar as cargas de operação elétrica de pico e de fuga a partir do cabo elétrico de suprimento de energia. Isso pode calcular a média da transmissão de alimentação de energia mediante a manipulação local de transientes operacionais elétricos. Isto pode reduzir o tamanho necessário do cabo de energia e reduzir a necessidade de projetar o cabo em excesso.
[0044] O controlador inteligente, conforme aqui descrito, pode ser usado em uma ou mais modalidades para medir um líquido para a injeção submarina do poço.
[0045] Em uma ou mais modalidades, o controlador inteligente conforme aqui descrito pode ser conectado a uma bomba de velocidade variável (ponto terminal (101)). Por exemplo, o controlador inteligente pode ser equipado com um ou mais tanques de armazenamento de líquido de grande volume que incluem um recipiente externo rígido e pelo menos um recipiente interno flexível balanceado de pressão disposto no interior do recipiente externo. O pelo menos um recipiente interno contém pelo menos um líquido armazenado, como água, produtos químicos, pastas ou outros líquidos que podem ser injetados em um poço submarino.
[0046] De acordo com algumas modalidades, o pelo menos um recipiente interno pode ser capaz de acomodar um volume que varia em até 5.000 barris (794936,5 L). Pelo menos um recipiente interno pode ser preenchido com um líquido incluindo pelo menos um de produtos químicos, combustíveis, hidrocarbonetos, lamas e pastas. Como usado aqui, um "líquido armazenado" ou um "líquido" pode se referir a líquidos que não a água do mar ou gases. Por exemplo, vários líquidos ou gases que podem ser armazenados em pelo menos um recipiente interno da presente revelação podem incluir produtos químicos a serem usados em produção submarina, tais como metanol, glicol, diesel, óleo, inibidores de hidrato de antiaglomerado, inibidores de hidrato de baixa dosagem, fluidos, lamas e muitos outros líquidos ou gases possíveis. Além disso, líquidos que podem ser armazenados no(s) recipiente(s) internos flexível(is) podem incluir aqueles capazes de funcionar em pressão hidrostática das profundezas do mar (até 5.000 psi (34473 kPa)) e temperaturas baixas das profundezas do mar a (-34ºF (1,1 ºC)), enquanto também mantendo a flexibilidade do recipiente interno.
[0047] Utilizando o controlador inteligente, o líquido armazenado pode ser adicionado ou removido do recipiente interno através de uma abertura controlada, e um volume correspondente de água do mar pode escoar para fora ou para dentro do espaço anular entre o pelo menos um recipiente interno e o recipiente externo. Por exemplo, o controlador inteligente pode operar um sistema de medição que pode conectar o recipiente interno com um líquido armazenado no mesmo a um ponto de consumo submarino. Por exemplo, um sistema de medição pode ser conectado a uma abertura controlada que pode funcionar como uma entrada ou saída, dependendo de se o líquido está sendo injetado em um sistema de produção ou coletado. O controlador inteligente e o sistema de medição podem ser usados para controlar o fluxo do líquido armazenado para dentro ou para fora do recipiente interno.
[0048] Em algumas formas de realização, a pressão de um líquido armazenado pode ser elevada (com uma bomba de medição) acima da pressão hidrostática da água do mar ao redor para injeção em um sistema de produção ativo. Em algumas modalidades, um sistema de produção pode estar operando abaixo da pressão hidrostática e a pressão ambiental do mar pode forçar o líquido armazenado a partir de um tanque de armazenamento da presente revelação e para o interior do sistema de produção. O controlador inteligente pode analisar o poço, e ajustar a pressão da bomba de velocidade variável durante a injeção. Além disso, a taxa de matriz de dosagem química ou injeção de líquido pode ser controlada. Por exemplo, em algumas modalidades, um líquido armazenado pode ser usado escassamente num sistema de produção e dosado a uma baixa taxa com uma pequena bomba dosadora, enquanto que um outro líquido armazenado, tal como metanol, pode ser dosado em grandes volumes e em altas taxas para o sistema de produção. Os sistemas de canalização e bombeamento usados em conjunto com a injeção de líquido armazenada e o controlador inteligente em um sistema de produção podem ser dimensionados de acordo com os volumes e taxas do líquido que está sendo dosado
[0049] Em uma ou mais modalidades, pode ser necessário recarregar o tanque de armazenamento submarino enquanto ainda está submarino. Em tal modalidade, uma linha de descida pode ser provida a partir de um vaso seaborne para o recipiente interno, em que a linha de descida inclui um bocal de recarga conectando a linha de descida ao tanque de armazenamento e uma válvula de controle de pressão posicionada no bocal de recarga. A unidade terminal de controlador inteligente pode ser uma válvula de controle de pressão que pode controlar a pressão de saída de linha de descida para um diferencial máximo sobre a pressão hidrostática ambiente do ambiente submarino circundante. Pelo controle da pressão de saída de linha de descida para um diferencial máximo sobre a pressão hidrostática ambiente, o controlador inteligente pode impedir a sobrepressurização do tanque de armazenamento durante operações de recarga. Por exemplo, o controlador inteligente pode controlar a pressão de saída da linha de descida para uma pressão diferencial menor do que cerca de psi (137 kPa), e menor do que 10 psi (68,9 kPa) em algumas modalidades
[0050] Embora a revelação inclua um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo o benefício desta descrição, apreciarão que outras modalidades podem ser planejadas que não se afastam do escopo da presente descrição. Consequentemente, o escopo deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.
Claims (24)
1. Unidade de controle elétrico inteligente submarina, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: uma ou mais interfaces mecânicas; um alojamento modular compreendendo um controlador inteligente; e uma unidade de fornecimento e controle de energia.
2. Unidade de controle elétrico inteligente submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a uma ou mais interfaces mecânicas compreendem pelo menos uma interface de montagem fixa e pelo menos uma interface de montagem relocalizável.
3. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a uma ou mais interfaces mecânicas são configuradas para conectar e operar uma ou mais unidades de ponto terminal.
4. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a uma ou mais unidades de ponto terminal compreende pelo menos um selecionado dentre o grupo consistindo em bombas, compressores, sistemas de medição, válvulas, reguladores, bobinas e dispositivos de segurança.
5. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o alojamento modular compreende ainda pelo menos um dentre um motor elétrico, uma bateria inteligente e um ou mais sensores internos, em que o controlador inteligente é conectado operacionalmente ao motor elétrico e caixa de câmbio.
6. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a caixa modular compreende ainda uma caixa de câmbio.
7. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o um ou mais sensores internos são configurados para analisar e relatar a saúde de um ou mais dentre o controlador inteligente, o motor elétrico e a caixa de câmbio.
8. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de fornecimento e controle de energia compreende uma ou mais de uma bateria inteligente, um umbilical, uma unidade de condicionamento de energia e uma unidade de comunicações de controle.
9. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a energia é fornecida à unidade de controle elétrico inteligente a partir de um ou mais do umbilical e da bateria inteligente.
10. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de condicionamento de energia é configurada para regular um suprimento elétrico para o controlador inteligente.
11. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender ainda um ou mais sensores externos.
12. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que o um ou mais sensores externos são configurados para analisar e reportar a saúde de uma ou mais das interfaces mecânicas, alojamento modular, unidade de fornecimento e controle de energia, e uma ou mais unidades de ponto terminal.
13. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que o um ou mais sensores externos são configurados para criar laços de controle local para operação em tempo real, ajuste e otimização do dispositivo terminal controlado.
14. Unidade de controle elétrico inteligente, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que o um ou mais sensores externos são usados com o controlador inteligente para criar um ou mais laços de controle.
15. Processo para controlar uma unidade de controle elétrico inteligente submarina, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: coletar dados de operação a partir de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle,
calcular e realizar analises in situ, e transmitir a saúde e estado de um ou mais dispositivos e um ou mais pontos terminais de controle.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que as análises in situ são selecionadas a partir de um grupo que consiste em excesso do limite alto-baixo, desvio a partir de um ponto ou faixa de ajuste, modelagem de desgaste, e modelagem de deterioração.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda o uso de um ou mais laços de controle compreendendo: controle liga-desliga, laços de controle de realimentação linear ou não linear, controle de processo PID, estratégias de controle de alimentação avançada, inteligência artificial, controle lógico polivalente, filtros kalman, controle de modo deslizante, programação dinâmica, controle adaptativo e otimização econômica com controle dinâmico.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais pontos terminais de controle compreendem pelo menos um selecionado dentre o grupo consistindo em bombas, compressores, sistemas de medição, válvulas, reguladores, bobinas e dispositivos de segurança.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de controle elétrico inteligente submarina compreende um alojamento modular compreendendo ainda pelo menos um dentre um motor elétrico, uma caixa de câmbio, uma bateria inteligente e um ou mais sensores internos, em que o controlador inteligente é conectado operacionalmente ao motor elétrico e caixa de câmbio.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de cálculo compreende utilizar um ou mais sensores internos para analisar e reportar a saúde de um ou mais do controlador inteligente, do motor elétrico e da caixa de câmbio.
21. Processo de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO por compreender ainda um ou mais sensores externos.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de compreende ainda analisar e reportar a saúde de uma ou mais das interfaces mecânicas, alojamento modular, fonte de energia e unidade de controle, e uma ou mais unidades de ponto terminal utilizando um ou mais sensores externos.
23. Processo, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a criação de um ou mais laços de controle local para operação em tempo real, ajuste e otimização dos dispositivos de terminais controlados utilizando um ou mais sensores externos.
24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda o uso de um ou mais sensores externos com o controlador inteligente para a criação de um ou mais laços de controle local.
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