BRPI0910441B1

BRPI0910441B1 - método de comunicação para uma instalação de extração de hidrocarboneto e instalação de extração de hidrocarboneto

Info

Publication number: BRPI0910441B1
Application number: BRPI0910441A
Authority: BR
Inventors: John Davey Petter; Lewis Charles Simpson Steven
Original assignee: Ge Oil & Gas Uk Ltd; Vecto Gray Controls Ltd
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2019-09-03
Also published as: GB0806095D0; WO2009122168A1; US8581741B2; BRPI0910441B8; CN105575087A; EP2274502A1; AU2009233573B2; AU2009233573A1; CN101983275A; GB2458944A; BRPI0910441A2; US20110025526A1; MY158317A; GB2458944B; SG175581A1

Abstract

método de comunicação para uma instalação de extração de hidrocarboneto e instalação de extração de hidrocarboneto a presente invenção consiste em um método de habilitar a comunicação entre os componentes de uma instalação de extração de hidrocarboneto e uma instalação de extração de hidrocarboneto, a instalação tendo um aparelhamento de extração de hidrocarboneto submarino incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada, compreende prover uma pluralidade de meios de comunicação de rf em componentes respectivos da instalação.

Description

MÉTODO DE COMUNICAÇÃO PARA UMA INSTALAÇÃO DE EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETO E INSTALAÇÃO DE EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETO

Campo da Invenção [0001] Esta invenção se refere a um método de habilitar a comunicação entre os componentes de uma instalação de extração de hidrocarboneto, a instalação tendo um aparelhamento de extração de hidrocarboneto subaquático incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada, e uma instalação de extração de hidrocarboneto tendo um aparelhamento de extração de hidrocarboneto subaquático incluindo pelo menos um poço de estação de hidrocarboneto com uma árvore associada.

Antecedentes da Invenção [0002] A comunicação entre uma instalação acima da linha d'água de uma instalação de extração de hidrocarboneto e Módulos de Controle Submarinos (SCs) em um aparelhamento de extração de hidrocarboneto subaquático da instalação, por exemplo, em uma “árvore de Natal” associada a um poço de extração de hidrocarboneto, é realizada atualmente por intermédio do uso de cabos de cobre e de fibra ótica dentro de uma linha umbilical, a qual conecta o equipamento de comunicação acima da linha da água com o campo submarino. Similarmente, sensores de processamento de Sistema de Controle de Produção Submarina, montados em uma árvore de Natal submarina, tubulação ou outra estrutura, são atualmente conectados por fios de cobre ao Módulo de Controle Submarino (SCM). Esses dois tipos de conexão requerem Fios Flutuantes Elétricos (EFLs). O capital, custos de instalação acima da linha da água e submarina dos EFLs formam uma porção significativa, aproximadamente 15%, do custo total de um conjunto de equipamento de Sistema de Controle de Produção Submarina. Devido à natureza eletromecânica dos conectores, em combinação com a necessidade de poderem ser casados sob umidade para recuperação, por exemplo, dos SCMs e/ou sensores, a

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2/9 confiabilidade dos EFLs historicamente tem sido insuficiente. Os EFLs também podem causar problemas durante operações do Veículo de Operação Remota (ROV) tal como a recuperação de um SCM defeituoso ou a atualização de software.

[0003] A linha umbilical da superfície da água até o SCM tipicamente conduz sinais de controle e de monitoração por intermédio de um modem, ao passo que um SCM provê comunicação serial de energia CD e Fieldbus (por exemplo, Profibus, Modbus, CANBus, etc.) para os sensores e retransmite os dados do sensor para o equipamento acima da linha da água por intermédio do cabo umbilical.

[0004] Uma árvore de Natal convencional 1 com conexões entre os sensores da árvore, um SCM e instalação acima da linha da água (superfície) é mostrada na Figura 1. Sinais de controle e monitoração, de energia elétrica, são alimentados a partir de uma plataforma de controle na linha acima d'água por intermédio de um cabo umbilical 3 para um SCM 2, alojando um Módulo Eletrônico Submarino (SEM), o SCM 2 sendo montado em uma árvore de Natal submarina 1. O SCM 2 estabelece interface com os sensores de processo da árvore 4 por intermédio dos EFLs e uma caixa de união 5. O SCM também provê controle hidráulico das válvulas e outros dispositivos, não mostrados na figura.

Descrição da Invenção [0005] Um objetivo da presente invenção é o de remover a necessidade para a maioria dos EFLs e seus conectores elétricos dispendiosos associados para comunicação em uma instalação de extração de hidrocarboneto. Esse objetivo é alcançado através do uso de tecnologia de radiofrequência (RF) sem fio.

[0006] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é provido um método de habilitar a comunicação entre os componentes de uma instalação de extração de hidrocarboneto, a instalação tendo um aparelhamento de extração de hidrocarboneto submarino incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada, compreendendo a etapa

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3/9 de prover uma pluralidade de meios de comunicação de RF em componentes respectivos do aparelhamento.

[0007] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é provida uma instalação de extração de hidrocarboneto que tem um aparelhamento de extração de hidrocarboneto submarino incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada, compreendendo uma pluralidade de meios de comunicação de RF providos em componentes respectivos da instalação.

[0008] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é provido um Módulo de Controle Submarino para uso em tal instalação, compreendendo meios de comunicação de RF.

[0009] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção é provido um Veículo de Operação Remota para uso em tal instalação, compreendendo meios de comunicação de RF. De acordo com um quinto aspecto da presente invenção é provido um sensor para uso em tal instalação, compreendendo meios de comunicação de RF.

[0010] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção é provida uma tubulação para uso em tal instalação, compreendendo meios de comunicação de RF.

[0011] De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção é provido um estrangulador para uso em tal instalação, compreendendo meio de comunicação de RF.

[0012] De acordo com a presente invenção, links de RF sem fio podem ser empregados entre, por exemplo, a plataforma acima da linha da água e o SCM, o SCM e sensores de processo, um ROV e a instalação submarina, e a instalação submarina e os dispositivos de fundo de poço. Isso remove os elementos EFL eletromecânicos relativamente não confiáveis do sistema e como potenciais obstáculos durante as operações de ROV.

[0013] Atualmente, o desempenho da comunicação submarina de RF sem fio é limitado, com uma taxa reduzida de dados com aumento de

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4/9 alcance. Tipicamente, as taxas de dados que podem ser obtidas, atuais em uma faixa de 200 metros estão entre 50 e 100 bits por segundo, e em uma faixa de 2 metros entre 1 e 10 Mega bits por segundo. Assim, a tecnologia atual satisfaz às exigências entre os sensores de processo e o SCM, e entre um ROV e os sensores ou SCM. Sensores de tubulação/árvore de Natal, submarinos baseados em comunicação serial, atuais operam entre aproximadamente 9,6 kb/s e 38,4 kb/s. Esses incluem tipicamente tipos de sensores de pressão, temperatura, e de pressão e temperatura em combinação (ambas as versões, redundantes e não redundantes). A tecnologia atual permite uma distância de comunicação entre 10 e 50 metros, e como uma árvore de Natal submarina típica tem dimensões de aproximadamente 5 metros em cada plano, a comunicação de RF sem fio pode ser conseguida.

[0014] Entre a plataforma e a instalação submarina, a comunicação sem fio direta atualmente seria limitada aos sistemas em águas relativamente rasas no mar, embora as taxas de dados comparáveis em sistemas em água doce podem ser conseguidas no dobro da profundidade em relação à água do mar. Contudo, o desenvolvimento de tecnologia de comunicação sem fio submarina está avançando em uma taxa rápida e as profundidades de operação devem aumentar substancialmente no futuro próximo. Uma modalidade alternativa, superando as limitações de alcance e de taxa de dados, emprega repetidoras sem fio estrategicamente colocadas entre a plataforma e a instalação.

[0015] Uma das funções de um ROV é a de transferir atualizações de software para, ou reprogramar, um Módulo Eletrônico Submarino (SEM) alojado no SCM, ou os sensores de processo. A presente invenção possibilita que redes de conexão elétrica especiais para conectar o equipamento de reprogramação ao SCM sejam dispensadas. Além disso, as taxas de dados podem ser muito superiores as dos sistemas de comunicação baseados em fio de cobre, relativamente lentos, atualmente utilizados.

[0016] Uma vez que os sistemas sem fio submarinos são capazes

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5/9 de penetrar no leito oceânico, a presente invenção pode ser ampliada para incluir comunicação de RF sem fio com os dispositivos de fundo de poço tal como estranguladores e sensores. Adicionalmente, ela pode prover comunicação com os sensores sísmicos no leito oceânico espalhados por um campo para prover informação sísmica da vida do campo.

[0017] Para eliminar os EFLs por intermédio do uso de um sistema de RF sem fio, é necessário prover uma fonte de energia local para o meio de comunicação de RF sem fio empregado no aparelhamento submarino. Em uma modalidade simples, cada tal meio de comunicação pode incluir uma bateria associada. Alternativamente, diversos dos meios de comunicação de RF podem ser acionados por uma fonte de energia submarina, tal como aquela descrita no pedido co-pendente.

[0018] Alguns sistemas incluem uma tubulação para acoplar a saída dos vários poços a uma única tubulação de produção de extração de fluido única, e tal tubulação pode ser adaptada com sensores de processo, e a qual pode estar distante da árvore de Natal. A comunicação entre esses sensores de processo e uns com os outros, e com a árvore ou outros componentes da instalação, também pode ser obtida por intermédio de links de RF sem fio.

[0019] A presente invenção provê muitas vantagens em relação aos sistemas convencionais conforme descrito acima. Essas incluem: Confiabilidade

- Confiabilidade aperfeiçoada devido à remoção de conexões eletromecânicas associadas com os Fios Flutuantes Elétricos (EFLs);

- Uma remoção da necessidade de conexões de SCM e EFL de casamento sob umidade para os sensores; e

- A quantidade reduzida de cabeamento leva a uma chance correspondentemente reduzida de dificuldades inesperadas durante operações de ROV ou outras operações de equipamento de intervenção.

Economias de Custo

- O arranjo inventivo leva a um número menor de operações de

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ROV (isto é, nenhuma operação de SCM para EFL da Árvore);

- Há custos reduzidos devido à remoção de diferentes interfaces de conector (por exemplo, SCM, EFL e conectores de sensor); e

- Os conectores e cabeamento, reduzidos, levam a exigências reduzidas de teste.

Custos Reduzidos de Instalação

- A remoção do cabo umbilical principal a partir da linha da água até o fundo do mar economia uma proporção significativa de custo de projeto. Economias de tempo

- Um número menor de operações de ROV é exigido durante a instalação ou recuperação dos SCMs e/ou sensores (isto é, nenhuma operação de SCM para EFL de sensor de árvore);

- É possível se comunicar com um sensor por intermédio de um SCM sem a necessidade de EFLs especializado; e

- Se a distância entre a superfície da água e o equipamento submarino comprovar ser muito grande para permitir a taxa de dados exigida, então repetidoras ainda podem ser instaladas muito mais rapidamente e facilmente do que um cabo umbilical.

Outros benefícios

- Transferências de software sem fio para sensores podem ser efetuadas antes da instalação;

- Reprogramação rápida de um Módulo Eletrônico Submarino (SEM) em um Módulo de Controle Submarino (SCM) antes da instalação, pode ser realizada. Isso remove a necessidade de redes de conexão elétrica especiais para conectar o equipamento de reprogramação com o SCM e acelera a reprogramação de SEM em comparação com um sistema de comunicação baseado em fio de cobre relativamente lento;

- Reprogramação rápida de um SEM em um SCM enquanto instalado em uma árvore de Natal pode ser realizada por intermédio de um ROV ou outro hospedeiro adequado o que outra vez aceleraria a reprogramação de

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SEM em comparação com um sistema de comunicação baseado em fio de cobre relativamente lento; e

- Um SEM de ROV poderia se comunicar com os sensores enquanto uma árvore de Natal submarina e/ou tubulação estiver sendo instalada ou operada, antes de ser instalado um Sistema de Controle de Produção.

[0020] A comunicação de RF empregada pela presente invenção tem várias vantagens em relação a outras formas de comunicação sem fio, particularmente comunicação acústica. Essas incluem:

a) Os sinais de RF atravessam a água até o limite aéreo;

b) Os sinais de RF não precisam de linha de visada para alcançar seu destino pretendido;

c) Os sinais de RF são capazes de se propagar através do gelo;

d) Os sinais de RF são capazes de se propagar através do leito oceânico;

e) Os sinais de RF são imunes ao ruído acústico;

f) Os sinais de RF são imunes à água misturada com ar e elevada turbidez;

g) A geração de sinais de RF consome menos energia em comparação com a geração de sinais acústicos; e

h) Atualmente não há efeitos conhecidos sobre a vida marinha a partir dos sinais de RF.

Breve descrição dos Desenhos [0021] A invenção será descrita agora, como exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

- A Figura 1 mostra esquematicamente uma árvore de Natal convencional; e

- A Figura 2 mostra esquematicamente uma instalação de extração de hidrocarboneto exemplar de acordo com a presente invenção.

Descrição de Realizações da Invenção [0022] A Figura 2 mostra uma modalidade simples da presente

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8/9 invenção, com uma instalação de extração de hidrocarboneto na qual os EFLs de comunicação convencionais são substituídos por links de RF sem fio. Como resultado, nenhum cabo umbilical é exigido. Similarmente ao arranjo mostrado na Figura 1, uma árvore de Natal 1 é provida a qual é provida a qual inclui um SCM 2 com um SEM interno. Energia elétrica é fornecida ao SCM 2 e ao SEM interno por intermédio de uma fonte de energia submarina por intermédio de um cabo 6. Vários sensores de processo 7 são montados na árvore, com cada sensor 7 sendo acionado por uma bateria associada 8. Uma interface entre o SCM 2 e cada um dos sensores de processo 7 é obtida por intermédio da comunicação de RF sem fio, por intermédio de uma antena de RF 9 montada no SCM 2, e uma antena de RF 10 montada em cada um dos sensores de processo 7. A instalação de extração mostrada inclui um aparelhamento acima da linha da água, nesse caso uma embarcação ou plataforma de superfície 11, que também é adaptada com uma antena de RF 12. A transmissão de sinais de controle e retorno de sinais de monitoração entre a embarcação de superfície 11 e o SCM 2 é obtida por um link de RF sem fio bidirecional por intermédio da antena 12 e da antena 9 montada no SCM 2. Na modalidade mostrada, uma repetidora sem fio 15 é provida para facilitar a transmissão entre a embarcação 11 e o SCM 2 quando a distância entre eles for muito grande para transmissão direta. Uma linha 16 é provida entre a embarcação 11 e a árvore 1, e a repetidora 15 é ancorada nesse lugar na profundidade aproximadamente exigida. A linha 16 mostrada é uma linha de baixo consumo de energia e, portanto, um cabo de baixo custo para prover energia elétrica para a repetidora a partir da plataforma ou da árvore. Em modalidades alternativas, a repetidora pode ser autoalimentada, por exemplo, por intermédio de uma bateria associada, em cujo caso o cabo de âncora 16 pode ser uma linha não condutora. Repetidoras adicionais 15 podem ser providas na linha 16 conforme imposto pela distância entre a embarcação 11 e a árvore 1.

[0023] A instalação mostrada inclui também um ROV 13, o qual também é provido com uma antena de RF sem fio 14. A transmissão de

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9/9 atualizações de software e/ou controle de emergência do poço pode ser realizada mediante transmissão sem fio a partir da antena de ROV 14 para o SCM 2 ou para os sensores de processo 7, por intermédio de suas antenas respectivas 9 e 10. Como o ROV 13 pode estar localizado próximo à árvore de Natal 1, as taxas de transmissão de dados podem ser muito maiores do que entre a embarcação 11 e a árvore 1, permitindo atualizações mais rápidas de software do que aquelas obtidas convencionalmente através dos EFLs.

[0024] Embora não mostrada na modalidade da Figura 2, a instalação pode incluir uma tubulação, a qual pode estar distante de quaisquer árvores de natal, para acoplar a saída dos vários poços a uma única tubulação de produção de estação de fluido. Essa tubulação pode ser adaptada com sensores de processo. A comunicação entre esses sensores de processo e uns com os outros, e com a árvore ou outros componentes da instalação, também pode ser realizada por intermédio de links de RF sem fio, mediante provisão dos sensores de processo com antenas de RF.

[0025] A presente invenção possibilita que a separação de canal para realizar links de comunicação individuais seja realizada. Isso pode ser realizado, por exemplo, através do uso de diferentes frequências de portadora de transmissão e de recepção, codificação digital, ou técnicas de espalhamento espectral.

[0026] A modalidade acima descrita é apenas exemplar, e vários outros arranjos, dentro do escopo das reivindicações, serão evidentes para aqueles versados na técnica.

Claims

Reivindicações

1. Método de habilitar comunicação entre componentes de uma instalação de hidrocarboneto, a instalação tendo um aparelhamento de extração de hidrocarboneto submarino incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada (1), compreendendo uma pluralidade de meio de comunicação de RF em componentes respectivos da instalação, em que pelo menos um dos componentes compreende um módulo de controle submarino (2) na árvore (1); um sensor (7) na árvore (1); uma embarcação de superfície (11); e um veículo de operação remota (13); o método sendo caracterizado por compreender as etapas de:

a. prover uma antena RF (9) no módulo de módulo de controle submarino (2);

b. prover uma antena RF (10) no sensor (7);

c. prover uma antena RF (12) na embarcação de superfície (11);

d. prover uma antena RF (14) no veículo de operação remota (13); e

e. prover uma repetidora sem fio (15) na linha (16) entre a embarcação de superfície (11) e o aparelhamento, a embarcação de superfície (11) sendo operada por meio de comunicação RF sem fio com o módulo de controle submarino (2) por meio de repetidoras (15) sem fio e antenas RF na embarcação de superfície (11) e no módulo de controle submarino (2), o sensor sendo operável por comunicação RF sem fio com o módulo de controle submarino (2) por meio de antenas do sensor (7) e do módulo de controle submarino (2), e o veículo de operação remota (13) sendo operado por meio de comunicação RF sem fio com o módulo de controle submarino (2) ou o sensor (7) por meio de antena RF do veículo de operação remota (13) e antena RF do módulo de controle submarino (2) ou do sensor (7).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dos componentes compreende uma tubulação.

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3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sensor está localizado em uma tubulação.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um dos componentes compreende um dispositivo de fundo de poço localizado em um poço.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende um sensor.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende um estrangulador.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a repetidora puxa energia a partir da linha.
8. Instalação para extração de hidrocarboneto caracterizado pelo fato de compreender um aparelhamento de extração de hidrocarboneto submarino incluindo pelo menos um poço de extração de hidrocarboneto com uma árvore associada (1), compreendendo uma pluralidade de meio de comunicação de RF em componentes respectivos da instalação, em que pelo menos um dos componentes compreende um módulo de controle submarino (2) na árvore (1); um sensor (7) na árvore (1); uma embarcação de superfície (11); um veículo de operação remota (13); e uma repetidora sem fio (15) na linha (16) entre a embarcação de superfície (11) e o aparelhamento, o sistema de comunicação RF compreendendo: uma antena RF (
9) no módulo de módulo de controle submarino (2); uma antena RF (10) no sensor (7); uma antena RF (12) na embarcação de superfície (11); e uma antena RF (14) no veículo de operação remota (13), a embarcação de superfície (11) sendo operada por meio de comunicação RF sem fio com o módulo de controle submarino (2) por meio de repetidoras (15) sem fio e antenas RF na embarcação de superfície (11) e no módulo de controle submarino (2), o sensor (7) sendo operável por comunicação RF sem fio com o módulo de controle submarino (2) por meio de antenas do sensor (7) e do módulo de controle submarino (2), e o veículo de operação remota (13) sendo operado por meio de comunicação RF sem fio com o módulo

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3/3 de controle submarino (2) ou o sensor (7) por meio de antena RF do veículo de operação remota (13) e antena RF do módulo de controle submarino (2) ou do sensor (7).
10. Instalação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um dos componentes compreende uma tubulação.
11. Instalação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sensor está localizado em uma tubulação.
12. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que um dos componentes compreende um dispositivo de fundo de poço localizado em um poço.
13. Instalação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende um sensor.
14. Instalação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende um estrangulador.
15. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 14, caracterizado pelo fato de que a repetidora puxa energia a partir da linha.