BRPI0714125A2

BRPI0714125A2 - sistema de comunicaÇço de linha elÉtrica

Info

Publication number: BRPI0714125A2
Application number: BRPI0714125-4A
Authority: BR
Inventors: Gerald Ian Robinson
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2006-07-08
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2012-12-25
Also published as: GB0613623D0; GB2441811A; AU2007274124A1; EP2041884A1; US20090321079A1; NO20090553L; GB2441811B; DE602007012707D1; EP2041884B1; AU2007274124B2; NO339835B1; WO2008007051A1

Abstract

SISTEMA DE COMUNICAÇÂO COM LINHA DE POTENCIA. Uma instalação de produção de hidrocarboneto compreendendo uma estação de superfície e uma instalação de extração de hidrocarboneto submersa, a estação de superfície e a instalação de extração sendo ligadas eletricamente através de um cabo umbilical, a instalação ainda compreendendo um meio para a transmissão de primeiro e segundo componentes de um sinal de comunicações e potência a partir da estação de superfície para a instalação de extração através do cabo umbilical. Os meios de transmissão incluem meios para a passagem de componentes de comunicações através do cabo umbilical de uma maneira equilibrada. Os meios de transmissão ainda compreendem meios para a transmissão de potência através do umbilical sobreposta aos componentes de comunicações, e a instalação compreende meios para o recebimento dos componentes de comunicações e para a separação da potência dos componentes de comunicações.

Description

SISTEMA DE COMUNICAÇÃO COM LINHA DE POTÊNCIA

Esta invenção se refere a aparelhos de comunicações e de transmissão de potência para a transmissão de sinais de comunicações e de potência elétrica a partir de uma fonte para uma localização remota a partir da fonte e uma instalação de produção de hidrocarboneto utilizando esse aparelho.

0 controle de um poço de extração de fluido em alto- mar tipicamente é efetuado a partir da costa ou a partir de uma plataforma em alto-mar através de um umbilical. O umbilical tipicamente porta potência hidráulica e elétrica, e uma comunicação para controle e monitoração do poço. Os sistemas modernos usam canais de comunicação por fibra ótica os quais provêem alta qualidade e altas taxas de dados. Atualmente, uma vez que o uso de comunicações de fibra ótica ainda não tem um histórico de confiabilidade de longa duração, os operadores de poço demandam um sistema de comunicação com fio de backup, seja ele a uma taxa de dados mais baixa. De modo a simplificar o umbilical e reduzir 2 0 seus custos, a comunicação de controle tipicamente é obtida pela superposição dos dados de controle nos fios de potência na fonte e extraindo-os no poço, isto é, Comunicações em Potência (COP). Embora esta técnica tenha sido feita para trabalhar de forma bem sucedida, no caso de comprimentos de umbilical longos, por exemplo, de 120 km, há problemas técnicos com a abordagem convencional. Eles são:

a) Devido ao comprimento longo do umbilical (por exemplo, de 120 km) , e de modo a se manterem baixos os custos de cabo, o cabo transmite potência a uma voltagem alta e uma corrente baixa. 0 principal problema no projeto de sistemas de COP, os quais tipicamente usam multiplexação de divisão de freqüência, é manter a potência fora das comunicações. Os filtros os quais rejeitam a freqüência fundamental são fáceis de projetar, uma vez que eles podem fazer parte do filtro de sinal. Contudo, o canal de potência também pode gerar harmônicos e alguns deles estarão na banda de comunicações, de modo que o filtro de sinal não pode removê-los sem a remoção do sinal também. Assim, eles devem ser removidos por filtros de potência.

b) Devido ao comprimento do cabo, sua atenuação é muito grande em freqüências altas, tipicamente maiores do que 70 dB. Como resultado, as freqüências de sinalização são bastante baixas, tipicamente abaixo de 10 kHz. A conseqüência disto é que uma separação entre freqüências de potência e comunicações é pequena, e os filtros de multiplexação têm que desenvolver uma atenuação suficiente em uma faixa de freqüência mais curta. Os filtros de potência têm que ser projetados com uma freqüência de corte baixa e isto, acoplado às altas voltagens envolvidas, significa grandes valores e componentes volumosos.

c) Os filtros os quais removem harmônicos de banda de comunicações da fonte de potência (e carga) exibem uma resposta de freqüência a qual varia com a impedância de carga. Em particular, uma carga pesada naturalmente comprimirá a saída, mesmo em filtros sem perda teóricos. Isto degrada a regulagem de voltagem do sistema, reduzindo sua capacidade de enviar potência.

As Fig. Ia e Ib mostram como um sistema de COP convencional pode ser implementado. A Fig. Ia mostra como um sinal de comunicações é adicionado à potência na extremidade de fonte de um umbilical (isto é, o combinador) , e a Fig. Ib como o sinal de comunicações é extraído na extremidade de poço (isto é, no divisor).

Mais particularmente, com referência à Fig. Ia, a potência nas linhas 1, 2 em uma instalação baseada na costa ou em uma plataforma em alto-mar é suprida para um umbilical 3 através de um transformador 4 e de um filtro de potência. O filtro de potência compreende três indutores conectados em série 5, 6 e 7 e dois capacitores conectados em paralelo 8 e 9. Também, na instalação baseada na costa ou em uma plataforma em alto-mar, um sinal de comunicações nas linhas 10, 11 compreendendo dados de controle é aplicado ao umbilical 3 através de um transformador 12 e de um filtro de comunicações. 0 filtro de comunicações compreende um indutor conectado em paralelo 13 e um capacitor conectado em série 14. Com referência à Fig. Ib, no poço, uma potência é suprida a partir do umbilical 3 para as linhas 15, 16 através de um filtro de potência e de um transformador 17. 0 filtro de potência compreende dois indutores conectados em série 18 e 19 e um capacitor conectado em paralelo 20, e o sinal de comunicações é suprido para as linhas 21, 22 e através de um transformador 23 e de um filtro de comunicações. 0 filtro de comunicações compreende um capacitor conectado em série 24 e um indutor conectado em paralelo 25.

Os componentes de filtro de potência mostrados nas Fig. Ia e Ib devem ser projetados para lidarem com voltagens e correntes associadas a circuitos de potência. Mais ainda, suas freqüências de corte poderiam bem ser tão baixas quanto 100 H2, o que significa, tipicamente, capacitores de 3 pF de classe nominal de 3 kv e indutores de 0,8 H projetados para portarem 10 A. Estes são componentes grandes e os capacitores são difíceis de se obter. Os indutores de filtro de comunicações são menores, mas os capacitores são de pelo menos 1 μΡ e precisam ser de classe nominal com uma voltagem alta plena.

E um objetivo da presente invenção prover um meio para melhoria da transmissão de sinais de comunicações e de potência a partir de uma fonte, tal como uma estação de superfície de uma instalação de produção de hidrocarboneto, para uma localização remota, tal como uma instalação de extração de hidrocarboneto submarina, enquanto se mitigam os problemas identificados acima.

Um exemplo de um sistema para transmissão de sinais de comunicações e potência usando um canal fantasma é conhecido a partir da US-A-4173714 (Bloch), a qual concerte ao seu uso em uma rede de telefonia.

De acordo com a presente invenção, são providos um

aparelho e um método conforme estabelecido nos desenhos associados.

A invenção será descrita, agora, com respeito aos desenhos associados, nos quais:

a Fig. Ia mostra um arranjo de transmissão conhecido;

a Fig. Ib mostra a extremidade de recepção do arranjo acima; e

a Fig. 2 mostra um diagrama de circuito de uma modalidade de acordo com a presente invenção.

A Fig. 2 mostra uma modalidade da presente invenção, em uma estação baseada na superfície, por exemplo, baseada na costa ou em uma plataforma em alto-mar, os sinais de comunicações nas linhas 26, 27 e nas linhas 45, 4 6 para um poço ou poços submarinos são supridos para cada um de dois transformadores de entrada de comunicações 2 8 e 29, respectivamente, e uma potência nas linhas 3 0 e 31 é suprida para um transformador de entrada de potência 32. 0 enrolamento secundário do transformador 28 é conectado através de um par de fios 33, 34 em um umbilical 35 e o enrolamento secundário do transformador 2 9 é conectado

através de um segundo par de fios 36, 37 no umbilical 35. Assim, o sinal de comunicações é dividido em duas metades, cada metade sendo portada por um respectivo dos pares 33, 34 e 36, 37, estes pares sendo isolados galvanicamente um do outro.

Uma extremidade do enrolamento secundário de

transformador 32 é conectada ao ponto médio do enrolamento secundário do transformador 28, a outra extremidade do enrolamento do transformador 32 sendo conectada ao ponto médio do enrolamento secundário do transformador 29.

2 0 Em uma instalação de extração de hidrocarboneto

submarina, por exemplo, um poço ou um complexo de poços submersos, o enrolamento primário de um transformador de saída de potência 38 é conectado através do par de fios 3,3 34, o enrolamento primário de transformador de saída

primário 3 9 sendo conectado através do par de fios 36, 37. Os enrolamentos secundários de transformadores 3 8 e 3 9 são conectados através das linhas 40, 41 e 47, 48, respectivamente, para a provisão de dois canais de comunicações para a instalação. Também na instalação, uma

3 0 extremidade do enrolamento primário de um transformador de saída de potência 42 é conectado ao ponto médio de transformador 38, a outra extremidade do enrolamento primário de transformador 4 2 sendo conectada ao ponto médio de transformador 39. 0 enrolamento secundário de transformador 42 é conectado através das linhas 43, 44 para a provisão de potência para a instalação.

Em um sistema de COP convencional, a potência e as comunicações são portadas em um par único, enquanto o exemplo da presente invenção requer dois pares. Contudo, a potência é portada em ambos os pares de modo que duas vezes tanta potência possa ser portada, para o mesmo tamanho de fio no umbilical, ou os quatro fios podem ser menores. Uma comunicação por distâncias longas geralmente pode ser realizada apenas a taxas de dados baixas. Isto causa grande dificuldade para os sistemas convencionais de COP, porque conforme a diferença entre comunicações e freqüências de potência se torna menor, uma separação do sinal de comunicações da potência se torna crescentemente difícil. O sistema de acordo com a presente invenção requer uma filtração muito mais simples, por causa do isolamento inerente entre a potência e os canais de comunicações. Mais ainda, dois canais de comunicações são providos. Tipicamente, o sistema supre sinais de comunicações para um complexo de poço, ao invés de um poço, de modo que, na prática, para aumento da taxa na qual dados de poço são coletados e comandos de controle emitidos, os sinais de comunicações poderiam ser supridos, por exemplo, para quatro poços através de um par de fios e para outros quatro através do outro par. Assim, as taxas de dados podem cair à metade, sem se afetarem as taxas de atualização de dados de campo, para se estender a distância pela qual as comunicações podem ser obtidas.

Se as derivações de centro de cada um dos transformadores 28, 29, 38 e 39 forem perfeitas, de modo que uma diafonia entre os pares seja zero, então, haverá um isolamento completo entre os circuitos de potência e de sinal de comunicações. Na prática, um isolamento não será total, mas, tipicamente, será de em torno de 50 dB. De novo, na prática, alguma filtração será necessária, mas o problema será pelo menos duas ordens de magnitude menos difícil do que para sistemas de COP convencionais.

No sistema da Fig. 2, o sinal de comunicações é dividido em duas metades, e cada metade é portada por um de dois pares de fio. Os dois pares são isolados galvanicamente de cada outro. A potência é portada através de um "canal fantasma" como um sinal de modo comum em cada um dos dois pares de comunicações.

Esta invenção elimina a necessidade de componentes dispendiosos, de alta voltagem e volumosos e, ao mesmo tempo, a nova técnica provê uma excelente rejeição de modo comum, o que, em testes, demonstrou um isolamento entre potência e sinal de 80 dB, ou melhor. Na prática, são esperados 50 dB de isolamento.

Assim como no envio de um sinal de comunicações para a instalação de extração de hidrocarboneto, os sinais da última (por exemplo, de uma monitoração do poço) podem ser enviados através do mesmo percurso para a estação baseada na superfície e, nesse sentido, a comunicação poderia operar em um modo simplex, um modo duplex ou em um modo semiduplex (com comunicação nas duas direções se alternado com cada outra).

A descrição precedente se refere a uma modalidade da presente invenção apenas. Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações ou alternativas são possíveis no escopo das reivindicações.

Claims

1. Aparelho de transmissão de comunicações e potência para a transmissão de sinais de comunicações e potência elétrica a partir de uma fonte para uma localização remota da fonte, caracterizado pelo fato de compreender, na fonte: uma entrada de sinal de comunicações conectada a primeiro e segundo transformadores de entrada de comunicações para alimentação de sinais de comunicações para respectivos enrolamentos primários dos referidos primeiro e segundo transformadores de entrada de comunicações; e uma entrada de potência, e, na localização remota: uma saída de sinal de comunicações conectada a respectivos enrolamentos secundários de primeiro e segundo transformadores de saída de comunicações; e uma saída de potência, onde: os enrolamentos secundários dos primeiro e segundo transformadores de entrada de comunicações são respectivamente conectados aos enrolamentos primários dos primeiro e segundo transformadores de saída de comunicações para a formação de primeiro e segundo circuitos isolados galvanicamente; e a entrada de potência é conectada entre as derivações de centro dos enrolamentos secundários dos primeiro e segundo transformadores de entrada de comunicações, e a saída de potência é conectada entre as derivações centrais dos enrolamentos primários dos primeiro e segundo transformadores de saída de comunicações.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a entrada de potência ser conectada a um enrolamento primário de um transformador de entrada de potência, um enrolamento secundário do transformador de entrada de potência sendo conectado entre as derivações centrais dos enrolamentos primários dos primeiro e segundo transformadores de entrada de comunicações.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a saída de potência ser conectada a um enrolamento secundário de um transformador de saída de potência, um enrolamento primário do transformador de saída de potência sendo conectado entre as derivações centrais dos enrolamentos primários dos primeiro e segundo transformadores de saída de comunicações.

4. Instalação de produção de hidrocarboneto, que compreende um aparelho de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de a fonte estar em uma estação de superfície, e a localização remota ser uma instalação de extração de hidrocarboneto submersa, a estação de superfície e a instalação de extração sendo ligadas eletricamente através de um cabo umbilical.

5. Instalação de produção de hidrocarboneto, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizada pelo fato de os primeiro e segundo circuitos isolados galvanicamente estarem substancialmente localizados dentro do cabo umbilical.

6. Instalação de produção de hidrocarboneto, caracterizada pelo fato de que compreende uma estação de superfície e uma instalação de extração de hidrocarboneto submersa, a estação de superfície e a instalação de extração sendo ligadas eletricamente através de um cabo umbilical, a instalação ainda compreendendo um meio para a transmissão de primeiro e segundo componentes de sinal de comunicações e de potência a partir da estação de superfície para a instalação de extração através do cabo umbilical, os meios de transmissão incluindo meios para a passagem de componentes de comunicações através do cabo umbilical de uma maneira equilibrada, os meios de transmissão ainda compreendendo meios para a transmissão de potência através do cabo umbilical sobreposta aos componentes de comunicações, a instalação compreendendo meios para o recebimento dos componentes de comunicações e para separação da potência dos componentes de comunicações.

7. Método de transmissão de primeiro e segundo componentes de sinal de comunicações e de um canal de potência a partir de uma localização de superfície de uma instalação de produção de hidrocarboneto para uma instalação de extração de hidrocarboneto submersa através de um cabo umbilical, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: transmissão dos componentes de comunicações através do cabo umbilical de uma maneira equilibrada para a instalação de extração; transmissão da potência através do cabo umbilical sobreposta aos componentes de comunicações; recebimento dos componentes na instalação; e separação da potência dos componentes de comunicações na instalação.