BRPI0905035A2

BRPI0905035A2 - módulo eletrÈnico submarino

Info

Publication number: BRPI0905035A2
Application number: BRPI0905035-3A
Authority: BR
Inventors: Julian Davis
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-03-15
Also published as: GB2528527B; GB2466439A; EP2199534A2; GB0823009D0; GB2528527A8; US8487779B2; BRPI0905035A8; MY179483A; GB2528527B8; US20100156662A1; GB2466439B; EP2199534B1; US8432294B2; MY158572A; SG182200A1; GB201505061D0; GB2528527A; SG162696A1; AU2009250968A1; EP2199534A3

Abstract

MóDULO ELETRÈNICO SUBMARINO Um módulo eletrónico para uso como um módulo eletrónico submarino para um fluido de extração de fluidosubmerso, onde uma rede de área local permite uma comunicação no módulo, a rede de área local incluindo uma pluralidade de interfaces com componentes da rede, e ondeas interfaces compreendem interfaces de acoplamento capacitivo.

Description

MÓDULO ELETRÔNICO SUBMARINO

Esta invenção se refere a um módulo eletrônicosubmarino para um poço de extração de fluido submarino, e aum método de habilitação de comunicação por Ethernet paraele.

0 controle de um poço de extração de fluido submarino,tal como um poço de extração de hidrocarboneto, tipicamenteé gerenciado por um módulo eletrônico submarino (SEM)alojado em um módulo de controle submarino (SCM), o própriomontado em uma "árvore de natal" submarina localizada noleito do mar acima do poço de extração de fluido. Os SEMsexistentes contêm várias placas ou placas simples de fiaçãoimpressas, as quais realizam funções dedicadas, tal como aoperação de válvulas de controle direcional (DCVs)hidráulicas. A comunicação para e a partir do SEM éhabilitada através de um modem, se houver ligações decobre, ou de um modem ótico equivalente, se ligações óticasforem empregadas. Os SEMs modernos utilizam uma comunicaçãode Ethernet entre as placas eletrônicas, o que requer quecomutadores de Ethernet sejam montados nas placas decircuito. Tipicamente, as placas eletrônicas são dispostasem conjuntos como um *compartimento', com várioscompartimentos no SEM. Comutadores de Ethernet adicionaissão requeridos para se habilitar uma comunicação entre oscompartimentos. Conseqüentemente, um grande número deinterfaces é requerido entre todos os componentes deEthernet, cujos componentes tipicamente incluem comutadoresde faca. Estas interfaces são convencionalmente efetuadaspor transformadores. Contudo, os transformadores sãodispendiosos e consomem espaço significativo nas placaseletrônicas de SEM, o que limita as funções disponíveis emum SEM cujas dimensões são estritamente limitadas pelosconsumidores operadores de poço.

É um objetivo da presente invenção remover anecessidade de transformadores como interfaces decomponente de Ethernet de SEM.

Este objetivo é alcançado pela substituição dostransformadores de interface de componente de Ethernet comacoplamentos capacitivos, por exemplo, capacitâncias taiscomo capacitores. Embora o uso de capacitores ao invés detransformadores seja uma técnica conhecida, raramente éempregada, há que há restrições severas quanto àsdistâncias de transmissão, se comprado com o caso dotransformador. Assim, um acoplamento capacitivo geralmentenão é uma opção viável em sistemas de Ethernet, e, assim,os transformadores são padronizados, incluindo para SEMs.

Contudo, de acordo com a presente invenção, umacoplamento capacitivo é tornado viável através de umareorganização das placas em um SEM, para se garantir que asdistâncias de transmissão sejam pequenas. Isto cria grandesbenefícios em termos de redução de custo e de peso, bemcomo permitindo que o repertório funcional do SEM sejaaumentado.

A presente invenção provê, portanto, várias vantagens,incluindo:

a) espaço adicional é provido nas placas eletrônicaspara funções de controle e de monitoração de poço, as quaissão as finalidades primárias do SEM;

b) o custo de componentes é reduzido no sistema decomunicação de Ethernet;c) um consumo de potência é reduzido, se comparado como acoplamento magnético da técnica anterior,particularmente se FX PHY(s) forem empregados como driversde linha, já que estes dispositivos têm um consumo depotência quiescente baixo (quando comparado com um PHYadequado para acionamento de uma interface acopladamagneticamente), mas têm uma capacidade adequada paraacionamento de uma LAN acoplada de forma capacitiva;

d) uma dissipação reduzida resulta em uma temperaturade componente mais baixa, o que por sua vez leva a umalongevidade e uma confiabilidade melhoradas de componentes;

e) devido ao consumo de potência reduzido, é possívelempregar umbilicais de sistema tendo condutores de seçãotransversal menor, diminuindo-se custos;

f) o peso do SEM é reduzido, conseqüentemente sereduzindo os custos de manipulação;

g) performance de EMC (compatibilidadeeletromagnética) melhorada (emissões de LAN reduzidas esusceptibilidade); e

h) performance de velocidade melhorada (roteamento deacompanhamento controlado).

De acordo com um primeiro aspecto da presenteinvenção, é provido um módulo eletrônico para uso como ummódulo eletrônico submarino para um poço de exploração defluido submerso, onde uma rede de área local permite umacomunicação dentro do módulo, a rede de área localincluindo uma pluralidade de interfaces com componentes darede, e onde as interfaces compreendem interfaces deacoplamento capacitivo.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção,é provido um módulo eletrônico para uso como um móduloeletrônico submarino para um poço de extração de fluidosubmerso, compreendendo uma pluralidade de placaseletrônicas substancialmente planas, onde as placas sãodispostas em uma pilha de modo que as faces principais decada placa sejam substancialmente paralelas a e coaxiaiscom as faces principais das outras placas na pilha, e ondeo módulo ainda compreende uma placa de comutadorsubstancialmente plana orientada em relação à pilha de modoque suas faces principais sejam substancialmente paralelasao eixo geométrico da pilha e ortogonais às facesprincipais das placas na pilha e posicionadas de modo que aplaca de comutador seja substancialmente eqüidistante decada placa na pilha.

De acordo com um terceiro aspecto da presenteinvenção, é provido um método de habilitação de umacomunicação de Ethernet entre componentes de Ethernet em ummódulo eletrônico submarino para um poço de extração defluido submerso, compreendendo a etapa de provisão de umainterface de Ethernet entre os referidos componentes, areferida interface compreendendo uma capacitância.

A invenção será descrita, agora, a título de exemplo,com referência aos desenhos associados, nos quais:

a Figura 1 mostra esquematicamente uma funcionalidadede módulo eletrônico submarino de acordo com a presenteinvenção;

a Figura 2a mostra esquematicamente um arranjo físicode placas em um SEM, de acordo com a presente invenção; e

a Figura 2b mostra esquematicamente uma vista em seçãotransversal do SEM da Fig. 2a.A Fig. 1 mostra um exemplo de uma configuração de umsistema de comunicação de Ethernet em um SEM de placamúltipla de compartimento múltiplo, de acordo com apresente invenção. Na Fig. 1, as interfaces para umainterface externa ótica 1 e uma interface externa de cobre2 para a plataforma de controle de poço são mostradas. Naprática, apenas uma interface seria usada, conformedescrito abaixo. A seleção de interfaces ótica ou de cobre1,2 é feita para se permitir que o SEM seja compatível coma forma de interface requerida para uma instalação emparticular. Em ambos os casos, a interface se conecta a umaprimeira placa ("PLACA 1") no SEM, o que compreende umcomutador de Ethernet 4 acoplado de forma capacitiva a umcomputador de placa única (SBC) 5.

Se uma interface ótica 1 for usada, esta é conectada aum transceptor plugável de fator de forma pequeno (SFP) 3,o qual atua como um conversor de meios estendendo a LAN delado de topo para baixo até as LAN (s) internas de SEMatravés de uma ligação de Ethernet de ponto a ponto óticae, assim, provê uma interface de ótica para elétrica para ocomutador de Ethernet 4. O modem 11 mostrado na Fig. 1 nãoestaria presente.

Contudo, se uma interface de cobre 2 for usada, estaserá conectada através de um modem 11 ao SBC 5. Aqui, o SBC5 suporta o modem 11 e implementa uma ponte e uma função deintérprete / tradutor para as comunicações por modem.

O SBC 5 é conectado ao comutador de Ethernet 4 e,então, pode lidar com comunicações para e de qualquerinterface externa 1 ou 2. 0 comutador de Ethernet 4 é umcomutador gerenciado capaz de implementação de funções deroteador de protocolo de nível três de chave, incluindo umprotocolo de árvore estendida (STP), para se garantir quenenhum laço de LAN seja criado entre as LANs internas deSEM (AeB- veja abaixo) e o gerenciamento de tráfego,incluindo atribuição de largura de banda e priorização.

A configuração do SEM mostrada tem várioscompartimentos, cada um com uma pilha de seis placaseletrônicas. Na Fig. 1, apenas três placas (isto é, a PLACA1, a PLACA 2 e a PLACA 6 ) são mostradas. Além disso,apenas dois compartimentos de placas são mostrados, porsimplicidade (isto é, o Compartimento Ieo Compartimento2), com uma extensão do sistema sendo provida porinterfaces adicionais 7 e 8 para compartimentos adicionais.

O SEM mostrado suporta duas LANs internas AeB,provendo redundância. O tráfego nas LANs A e B é roteado egerenciado através do comutador 4. As LANs A e B sãosegregadas, para se garantir uma tolerância à falha deponto único.

Uma placa de ESB de cada compartimento inclui um parde comutadores de lâmina de Ethernet (ESBs) 6, denotadosESB A e ESB B, controlando o tráfego da LAN Ae B,respectivamente. Cada ESB 6 é um comutador de Ethernet deoito portas não gerenciado, com seis portas atribuídas paraconexão a placas montadas em compartimento (isto é, PLACA 1- PLACA 6) e duas portas atribuídas para conectividade decompartimento a compartimento. Na Fig. 1, apenas quatroportas são mostradas conectadas. Os comutadores de lâminade Ethernet (ESBs) 6 de cada PLACA 1 são dispostos em umaconfiguração dupla para a provisão de redundância desistema. Cada placa de ESB está localizada acima eortogonal à respectiva pilha de seis placas docompartimento, conforme mostrado na Fig. 2.

Cada placa (isto é, PLACA 1 - PLACA 6) inclui um SBCIO7 o qual alimenta drivers elétricos para operação dedispositivos no SEM, tais como válvulas de controledirecionais (DCVs) e/ou outros dispositivos elétricos etambém tem uma interface para a monitoração de sensores naárvore de poço. Por simplicidade, estes drivers,dispositivos e interfaces não são mostrados na Fig. 1. CadaSBC 10 tem uma interface com ambos os ESBs de função AeB6, e as portas A e B de Ethernet são processadasseparadamente no SBC.

Capacitivo que se acopla entre os ESBs 6 e SBCs 10 e ocomutador 4 é capacitado por uma multiplicidade decapacitâncias 9 providas de placas respectivas.

As Fig. 2a e 2b mostram esquematicamente o layoutfísico de placas em um alojamento de SEM 12. Por clareza,apenas três placas (isto é, da "PLACA 1" à "PLACA 3") sãomostradas em cada pilha de placa de compartimento.

Conforme mostrado nas Fig. 2a e 2b, cada placaeletrônica é substancialmente plana e, em cada um doscompartimentos 1 e 2, a PLACA 1 à PLACA 3 são dispostas emuma pilha, de modo que as faces principais de cada placasejam substancialmente paralelas a e coaxiais com as facesprincipais das outras placas na pilha. A placa de ESBmantendo os comutadores de lamina ESB 6 é orientada emrelação à pilha de modo que suas faces principais sejamsubstancialmente paralelas ao eixo geométrico da pilha eortogonais às faces principais das placas na pilha eposicionadas de modo que a placa de ESB sejasubstancialmente eqüidistante de cada placa na pilha.

O alojamento de SEM 12 é formado como um cilindroalongado, com uma seção transversal substancialmentecircular. Cada pilha é disposta com seu eixo geométricoortogonal ao eixo geométrico do alojamento de SEM 12.

Conforme pode ser visto mais claramente na Fig. 2b,cada placa de ESB ocupa um espaço de seção transversal desegmento que existe acima ou abaixo da pilha de placa,quando instalada no alojamento de SEM 12.

Uma vez que as placas de ESB se assentam acima ouabaixo das respectivas pilhas de placa, as distâncias entreas placas de ESB e as placas de cada pilha são minimizadas,de modo que um acoplamento capacitivo possa ser realizado.

O posicionamento do(s) ESB(s) acima ou abaixo da pilhade placa proporciona vários benefícios, incluindo:

- segregação da LAN acoplada de forma capacitiva apartir da placa mãe de SEM padrão, para melhoria daperformance de EMC;

- redução da susceptibilidade irradiada e conduzida no SEM;

- segregação da(s) LAN(s) de SEM de linhas digitais dealta velocidade daquelas de potência AC, linhas decomunicações de lado de topo, funções de comutação decorrente alta e cabos analógicos sensíveis;

- restrição e minimização da distribuição de LAN eimpedância controlada de trilhas impressas;

- maximização do uso do volume no invólucro de SEM;maximização do gerenciamento térmico de SEMassegurado para a ESB;

- facilitação da implementação de provisões térmicaspara se efetivamente exportar calor para longe (viacondução) dos comutadores e conversores de potênciaassociados ao chassi de SEM através de uma peça em metal deescada de suporte e de uma peça em metal de placa decobertura. As provisões térmicas efetivas são críticas, seo tempo médio até uma falha (MTTF) da função de ESB forpara ser otimizado.

A modalidade descrita acima é apenas de exemplo, evárias modificações no escopo das reivindicações serãoevidentes para aqueles versados na técnica.

Por exemplo, em uma configuração alternativa (nãomostrada), o eixo geométrico das pilhas pode ser paraleloao eixo geométrico do alojamento de SEM 12.

Claims

1. Módulo eletrônico para uso como um móduloeletrônico submarino para um poço de extração de fluidosubmerso, caracterizado pelo fato de uma rede de área localpermitir uma comunicação dentro do módulo, a rede de árealocal incluindo uma pluralidade de interfaces comcomponentes da rede, e pelo fato de as interfacescompreenderem interfaces de acoplamento capacitivo.

2. Módulo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a rede de área local compreenderuma rede de Ethernet.

3. Módulo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de os componentes compreenderemcomutadores de Ethernet.

4. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 e 3, caracterizado pelo fato de oscomponentes serem montados em placas eletrônicas no módulo.

5. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato decompreender uma placa eletrônica com um componente deEthernet e uma interface de Ethernet montada ali, onde ainterface de Ethernet compreende uma capacitância.

6. Módulo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de a placa compreender umapluralidade de interfaces de Ethernet, cada interfacecompreendendo uma capacitância.

7. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato decompreender uma pluralidade de placas eletrônicas, cadaplaca tendo um respectivo componente de Ethernet e umainterface de Ethernet montada ali, cada interface deEthernet compreendendo uma capacitância.

8. Módulo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de a comunicação por Ethernet entreas placas ser através de uma interface de Ethernet.

9. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato decompreender pelo menos dois compartimentos, cadacompartimento contendo pelo menos uma placa eletrônica.

10. Módulo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de a comunicação por Ethernet entrecompartimentos ser através de uma interface de Ethernet.

11. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelofato de pelo menos uma placa compreender um comutador deEthernet.

12. Módulo eletrônico para uso como um móduloeletrônico submarino para um poço de extração de fluidosubmerso, caracterizado pelo fato de compreender umapluralidade de placas eletrônicas substancialmente planas,onde as placas são dispostas em uma pilha, de modo que asfaces principais de cada placa sejam substancialmenteparalelas a e coaxiais com as faces principais das outrasplacas na pilha, e pelo fato de o módulo ainda compreenderuma placa de comutador substancialmente plana orientada emrelação à pilha, de modo que suas faces principais sejamsubstancialmente paralelas ao eixo geométrico da pilha eortogonais às faces principais das placas na pilha eposicionadas de modo que a placa de comutador sejasubstancialmente eqüidistante de cada placa na pilha.

13. Módulo, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de ser formado como um cilindroalongado com uma seção transversal substancialmentecircular.

14. Módulo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o eixo geométrico da pilha sersubstancialmente paralelo ao eixo geométrico do módulo.

15. Módulo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o eixo geométrico da pilha sersubstancialmente ortogonal ao eixo geométrico do módulo.

16. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14 ou 15, caracterizado pelo fato decompreender uma pluralidade de pilhas de placa dispostas aolongo do comprimento do módulo, e uma respectiva placa decomutador para cada pilha.

17. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14, 15 ou 16, caracterizado pelofato de cada placa em uma pilha compreender um componentede Ethernet e uma interface de Ethernet para acoplamentocom uma placa diferente.

18. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelofato de a ou cada placa de comutador compreender umcomutador de Ethernet e uma interface de Ethernet paraacoplamento com uma placa diferente.

19. Módulo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17 ou 18, caracterizado pelo fato de a oucada interface de Ethernet compreender uma capacitância.

20. Método de habilitação de uma comunicação porEthernet entre os componentes de Ethernet em um móduloeletrônico submarino para um poço de extração de fluidosubmerso, caracterizado pelo fato de compreender a etapa deprovisão de uma interface de Ethernet entre os referidoscomponentes, a referida interface compreendendo umacapacitância.