BRPI1014960B1

BRPI1014960B1 - sistema para uso em uma aplicação de poço submarino e método

Info

Publication number: BRPI1014960B1
Application number: BRPI1014960A
Authority: BR
Inventors: Matthew W. Niemeyer; Jeffrey J. Marabella
Original assignee: Prad Research And Development Limited
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2020-04-22
Also published as: US20100276155A1; NO20111502A1; US8517112B2; BRPI1014960A2; WO2010126777A1; NO344979B1; WO2010126777A9

Abstract

sistema para uso em uma aplicação de poço submarino e método uma técnica opera um sistema de válvula em uma árvore de teste submarina através de um sistema de controle de um tipo adequado para ganhar classificações industriais desejadas. um sistema de monitoramento é utilizado para monitorar funções do sistema de controle, mas o sistema de monitoramento é independente do sistema de controle.

Description

(54) Título: SISTEMA PARA USO EM UMA APLICAÇÃO DE POÇO SUBMARINO E MÉTODO (51) Int.CI.: E21B 33/00.

(30) Prioridade Unionista: 17/08/2009 US 12/542.369; 30/04/2009 US 61/174.005.

(73) Titular(es): PRAD RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED.

(72) Inventor(es): MATTHEWW. NIEMEYER; JEFFREY J. MARABELLA.

(86) Pedido PCT: PCT US2010032075 de 22/04/2010 (87) Publicação PCT: WO 2010/126777 de 04/11/2010 (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/10/2011 (57) Resumo: SISTEMA PARA USO EM UMA APLICAÇÃO DE POÇO SUBMARINO E MÉTODO Uma técnica opera um sistema de válvula em uma árvore de teste submarina através de um sistema de controle de um tipo adequado para ganhar classificações industriais desejadas. Um sistema de monitoramento é utilizado para monitorar funções do sistema de controle, mas o sistema de monitoramento é independente do sistema de controle.

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“SISTEMA	PARA	USO EM UMA APLICAÇÃO DE POÇO SUBMARINO	E
		MÉTODO
FUNDAMENTOS
[001] Em	uma	variedade de aplicações relativas a	poços
submarinos,	árvores de teste submarinas (SSTTs)	são

instaladas dentro de risers submarinos durante operações de completação. As árvores de teste submarinas permitem o fechamento seguro e temporário de poços submarinos. Dependendo da aplicação, um sistema de controle é posicionado ou em uma localização no topside ou em uma localização submarina e acoplado à árvore de teste submarina. O sistema de controle é usado para atuar válvulas na árvore de teste submarina controlando a liberação de fluido hidráulico através de uma linha de controle. O fluido hidráulico é seletivamente aplicado para provocar uma mudança desejada de estado, por exemplo, transição de uma válvula na árvore de teste submarina. Em algumas destas aplicações, pode ser desejável projetar o sistema de controle com simplicidade para obter uma classificação de Nível de Integridade de Segurança (SIL) desejada reconhecida pela indústria. No entanto, projetar o sistema de controle com simplicidade para certificação como uma unidade SIL pode limitar a capacidade de monitorar a funcionalidade do sistema de controle.

SUMÁRIO [002] Em geral, o presente pedido fornece um sistema e uma metodologia para controlar uma árvore de teste submarina através de um sistema de controle de um tipo adequado para ganhar as classificações da indústria desejadas. Um sistema de monitoramento é utilizado para monitorar funções do

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2/12 sistema de controle, mas o sistema de monitoramento é independente do sistema de controle.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [003] Certas modalidades serão a seguir descritas com referência aos desenhos em anexo, em que numerais de referência similares denotam elementos similares, e:

A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de poço utilizado em uma aplicação submarina de acordo com uma modalidade.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um exemplo de um sistema de controle e um sistema de monitoramento independente posicionados para monitorar funções do sistema de controle de acordo com uma modalidade.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática dos componentes

submarinos do	sistema	de	controle	e	do	sistema	de
monitoramento	ilustrados	na	Figura 2	de	acordo com	uma
modalidade.
A Figura	4 é uma vista	ortogonal	de	um	exemplo de	um

módulo de instrumentação de riser que pode ser utilizado no sistema de monitoramento de acordo com uma modalidade.

A Figura 5 é outra vista do módulo de instrumentação de riser ilustrado na Figura 4 de acordo com uma modalidade; e

A Figura 6 é uma ilustração esquemática de uma disposição de detecção de pressão de monitoramento manométrica de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA [004] Na descrição a seguir, vários detalhes são estabelecidos para fornecer uma compreensão das várias modalidades. No entanto, será compreendido por aqueles

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3/12 versados na técnica que muitas modalidades podem ser praticadas sem estes detalhes e que inúmeras variações ou modificações das modalidades descritas podem ser possíveis.

[005] O presente pedido se refere geralmente a uma técnica para utilizar dispositivos de controle submarinos em aplicações submarinas. Esta técnica também se refere à instrumentação que envolve sensores e/ou monitoramento em dispositivos e aplicações de controle submarino. Os sistemas e as metodologias submarinas podem ser empregados em uma variedade de aplicações submarinas com poços formados de muitos tipos de ambientes submarinos. Por exemplo, os poços podem ser formados como poços geralmente verticais ou como poços desviados, por exemplo, horizontais e os equipamentos utilizados em uma determinada aplicação de poço podem ser selecionados de acordo com o tipo de poço, ambiente submarino, equipamentos de superfície e outros fatores que afetam a aplicação de poço específica.

[006] De acordo com uma modalidade, um poço submarino 20 se estende abaixo de uma árvore de teste submarina 22 posicionada em uma localização submarina 24 ao longo de, por exemplo, um leito do mar 26, como ilustrado na Figura 1. A árvore de teste submarina 22 compreende um sistema de válvula 28 que podem ser seletivamente operado para abrir e fechar o poço submarino 20. No exemplo ilustrado, a árvore de teste submarina 22 é conectada a uma estrutura de superfície 30 através de um riser 32 ou outra estrutura adequada outras que fornece uma passagem pelo mar entre a estrutura de superfície 30 e a árvore de teste submarina 22. A estrutura de superfície 30 pode estar em uma localização de superfície 33

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4/12 e podem ser na forma de uma embarcação de superfície, uma estrutura permanente ou uma estrutura semipermanente, dependendo do tipo e da localização do poço submarino 20.

[007] Na modalidade ilustrada, um sistema de controle e monitoramento 34 é empregado em cooperação com a árvore de teste submarina 22. Neste exemplo, o sistema 34 compreende um sistema de controle 36 operativamente acoplado à árvore de teste submarina 22 para controlar as características da árvore de teste submarina, tal como o sistema de válvulas 28. O sistema 34 compreende ainda um sistema de monitoramento 38 que é posicionado e empregado para monitorar funções do sistema de controle 36. Neste exemplo, sistema de monitoramento 38 compreende um sistema de módulo de instrumentação de riser que é independente e permanece isolado do sistema de controle 36.

[008] O sistema de Controle 36 pode ser construído em uma variedade de configurações com vários componentes, dependendo da aplicação específica. No entanto, um exemplo específico de um tipo de sistema de controle para controlar árvores de teste submarinas é um sistema de controle de árvore de teste submarina disponível de Schlumberger Corporation e conhecido como SenTURIAN. Como observado anteriormente, no entanto, este tipo de sistema de controle emprega pouco ou nenhum monitoramento para assegurar simplicidade suficiente para certificação como uma unidade de Nível de Integridade de Segurança (SIL) tendo uma classificação SIL desejada, por exemplo, uma classificação SIL 2. O sistema de controle SenTURIAN e sistemas similares podem ser definidos como Sistemas Instrumentados de Segurança (SAS) pela Norma IEC

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61508. No presente sistema, no entanto, a adição do sistema de módulo de instrumentação de riser independente 38 permite que o sistema global 34 monitore funções do sistema de controle principal 36, enquanto mantém o isolamento do sistema SIL, isto é, sistema de controle 36. Isto permite que o sistema de controle seja projetado de uma maneira que mantenha a desejada certificação SIL e promova o cumprimento das normas da International Organization for Standardization (ISO) aplicáveis.

[009] Para manter a classificação SIL desejada no sistema de controle 36, enquanto adicionando capacidades de monitoramento, as funções de controle são isoladas das funções de monitoramento. Para realizar o isolamento, o sistema de módulo de instrumentação de riser 38 contém componentes separados, tal como circuitos de aquisição, modem, linhas de comunicação separadas, por exemplo, cabo e/ou outros componentes independentes.

[0010] Como discutido em mais detalhes abaixo, as informações do sistema de monitoramento podem ser comunicadas entre a localização submarina 24 e a estrutura de superfície 30 através de uma linha de comunicação separada 40, por exemplo, cabo, em relação a uma linha de comunicação 42 do sistema de controle 36. A título de exemplo, a linha de comunicação 42 pode compreender uma pluralidade de linhas hidráulicas usadas para distribuir fluido para atuar o sistema de válvulas 28 e/ou outros sistemas da árvore de teste submarina 22. A criação de sistemas independentes de monitoramento e controle significa que qualquer problema com o sistema de monitoramento 38 não causa nenhum efeito sobre a

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6/12 capacidade do sistema de controle 36 de efetivamente conduzir suas funções de segurança com respeito à atuação do sistema de válvulas 28 e/ou outros sistemas de árvore de teste submarina 22.

[0011] Com referência geralmente à Figura 2, a relação entre o sistema de controle 36 e o sistema de módulo de instrumentação de riser 38 é ilustrada. Nesta modalidade, o sistema de controle 36 compreende um módulo de controle submarino 44 e um sistema de controle no topside 46 que são conectados entre si através da linha de comunicação 42. A título de exemplo, a linha de comunicação 42 pode compreender um cabo de núcleo múltiplo tendo uma ou mais linhas de controle hidráulico. Neste exemplo, o sistema de monitoramento 38 compreende um módulo de monitoramento submarino 48 e um sistema de monitoramento no topside 50 que são conectados entre si através da linha de comunicação 40. A título de exemplo, a linha de comunicação 40 pode compreender uma ou mais linhas de comunicação de sinal elétricas, de fibra óptica, sem fio ou outras linhas capazes de transmitir sinais entre a localização submarina 24 e a localização na superfície 33. O módulo de monitoramento submarino 48 é projetado para medir e monitorar parâmetros desejados, tal como temperatura e pressão nas linhas de controle hidráulico usadas para manipular o sistema de válvulas 28 e/ou outros sistemas da árvore de teste submarina 22.

[0012] A linha de comunicação 40 e a linha de comunicação de monitoramento 42 podem ser roteadas como dois cabos completamente separados, ou as linhas de comunicação 40, 42 podem ser combinadas em um umbilical comum 52. Se um

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7/12 umbilical comum 52 for utilizado, as linhas de comunicação 40, 42, por exemplo, cabos, são mantidas como caminhos independentes para sinais de comunicação entre as localizações submarinas e de superfície. Portanto, o leiaute de comunicação isolada do sistema global é mantido. Além disso, os dados podem ser observados e/ou inseridos no sistema de controle 36 e/ou sistema de monitoramento 38 através de um sistema de exibição 54. A título de exemplo, o sistema de exibição 54 pode utilizar uma interface gráfica de usuário 56 para exibir informações para um usuário e para permitir ao usuário inserir comandos de controle ou outros dados do sistema.

[0013] Como ilustrado na Figura 3, os parâmetros do sistema de controle 36 são monitorados com sensores apropriados 58 do módulo de monitoramento submarino 48. Os sensores 58 podem compreender, por exemplo, um sensor de temperatura e/ou sensor de pressão associado às linhas hidráulicas individuais 60 que se estendem entre o módulo de controle submarino 44 e os componentes controlados da árvore de teste submarina 22, por exemplo, sistema de válvulas 28. Em algumas aplicações, outros sensores, por exemplo, sensores de vibração, também podem ser empregados para detectar parâmetros relacionados à operação do sistema de controle 36. [0014] Os sensores 58 podem ser associados a linhas hidráulicas individuais ou a uma pluralidade de linhas hidráulicas e a saída dos sensores 58 é dirigida a circuitos de aquisição 62 que são completamente independentes dos componentes do sistema de controle 36. Os circuitos de aquisição 62 podem ser parte do módulo de monitoramento

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8/12 submarino 48 ou podem ser posicionados em outras localizações adequadas no sistema de monitoramento 38. No exemplo específico ilustrado, dados de parâmetros são dirigidos a um ou mais sensores 58 proporcionando um T na linha hidráulica correspondente 60 para medir, por exemplo, pressão e temperatura da linha de controle hidráulico 60 sem obstruir a sua função. O uso do acoplamento em T permite a observação do parâmetro desejado em uma localização específica 63 ao longo da linha hidráulica; entretanto outros sistemas podem ser usados para observar o parâmetro desejado.

[0015] O módulo de monitoramento submarino 48 pode ser construído em várias configurações com componentes selecionados para permitir monitoramento independente de funções do sistema de controle. Em um exemplo ilustrado na Figura 4, o módulo de monitoramento submarino compreende um cubo de monitoramento modular 64 que pode ser montado em uma variedade de localizações ao longo da árvore de teste submarina 22 e do riser 32 para monitorar um parâmetro desejado, ou parâmetros desejados, relacionados ao sistema de controle 36. Por exemplo, o cubo de monitoramento modular 64 pode ser construído como um cunho de monitoramento de pressão e/ou temperatura utilizado em cooperação com o sistema de controle 36 para monitorar pressão/temperatura em linhas de

controle	na	localização	desejada. O cubo	de	monitoramento
modular	64	pode ser montado em um mandril	66,	tal como um
mandril	de	10 ou 15 ksi	do tipo usado em	uma	variedade de

aplicações relacionadas a poço offshore.

[0016] Em um exemplo, o hub de monitoramento modular 64 é projetado para deslizar sobre o e se fixar ao mandril 66,

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9/12 como ilustrado na Figura 4. Como ainda ilustrado na Figura 5, o cubo de monitoramento modular 64 pode compreender uma pluralidade de aberturas de fluxo hidráulico 68 projetadas para permitir a medição e o monitoramento do parâmetro desejado em localizações específicas 63 ao longo da árvore de teste submarina 22 e/ou do riser 32. Desta maneira, o hub de monitoramento 64 pode ser projetado como um componente modular para utilização em muitos tipos de sistemas de riser para monitorar linhas hidráulicas ou outras linhas de pressão.

[0017] O cubo de monitoramento modular 64 pode ser projetado com uma primeira interface, por exemplo, de topo, 70 e uma segunda interface, por exemplo, de fundo, 72 conforme ilustrado esquematicamente na Figura 6. A interface de topo 70 fornece uma interface hidráulica projetada para conexão a muitos tipos de linhas de controle hidráulico 60 fornecendo adaptadores apropriados para formar a conexão. Da mesma forma, a interface de fundo 72 também fornece uma interface hidráulica que pode ser conectada a muitos tipos de linhas de controle hidráulico 60 fornecendo os adaptadores apropriados. Múltiplos sensores individuais de pressão e/ou temperatura 58, por exemplo, manômetros, são conectados entre a interface de topo 70 e a interface de fundo 72 para detectar parâmetros do fluido de controle em movimento através das aberturas individuais 68. Por exemplo, os sensores individuais 58 podem monitorar linhas hidráulicas 60 correspondentes nas aberturas 68 através de um engate T como descrito acima.

[0018] Como resultado, o cubo de monitoramento modular 64

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10/12 permite o monitoramento independente de múltiplas linhas de controle hidráulico no sistema de controle 36. Em algumas aplicações, pode ser somente necessário monitorar uma linha hidráulica individual; embora o cubo de monitoramento 64 simplifique o monitoramento de números maiores de linhas hidráulicas 60 do sistema de controle.

[0019] O sistema de controle e monitoramento 34 também pode ser projetado para detectar automaticamente a presença do sistema de módulo de instrumentação de riser 38, por exemplo, o módulo de monitoramento submarino 48 ou componentes específicos do sistema, tal como o cubo de monitoramento modular 64. Por exemplo, quando o cubo de monitoramento 64 é instalado na coluna ao longo do riser 32 ou da árvore de teste submarina 22, o sistema 34 detecta automaticamente a sua presença e permite controle das funções de monitoramento realizadas com respeito ao sistema de

controle	36.	Em	uma	modalidade	específica, um	sistema	de
topside,	tal	como	o	sistema de	monitoramento de	topside	50
e/ou o	sistema	de	controle	de topside 46,	podem	ser

utilizados para detectar a presença do cubo de monitoramento modular 64 ou outras porções do sistema de módulo de instrumentação de riser 38. Uma vez detectada, a interface de usuário gráfica 54 no mostrador 56 pode ser automaticamente atualizada para incluir dados relativos ao sistema de monitoramento 38. Em um exemplo, o sistema topside realiza atualização da interface de usuário gráfica monitorando uma abertura modbus associada ao sistema de módulo de instrumentação de riser 38. Quando o módulo de instrumentação de riser é detectado, o sistema de topside lê quadros de

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11/12 comunicação do módulo para assegurar que o sistema de topside ajusta os gráficos apropriados na interface de usuário gráfica 56.

[0020] O sistema 34 pode ser construído em uma variedade de configurações para uso em muitos tipos de poços submarinos. Por exemplo, muitos tipos de sistemas de processamento de topside podem ser incorporados no sistema de controle de topside e no sistema de monitoramento de topside, respectivamente. Adicionalmente, vários sensores podem ser empregados na árvore de teste submarina 22 ou em outras localizações submarinas adequadas e as estruturas mecânicas utilizadas na montagem dos sensores podem ser ajustadas de acordo com a configuração dos componentes correspondentes submarinos. Além disso, vários parâmetros e várias combinações de parâmetros podem ser medidos para monitorar o sistema de controle sem comprometer a classificação SIL do sistema de controle. Isto é conseguido mantendo o sistema de monitoramento como um sistema separado e independente que não utiliza sensores comuns, circuitos de controle comuns, linhas de comunicação comuns ou outros componentes comuns com o sistema de controle. Assim, o sistema de monitoramento não é capaz de interferir na operação do sistema de controle.

[0021] A árvore de teste submarina 22 e o riser 32 também podem ser construídos em uma variedade de tamanhos e configurações. Dependendo da aplicação submarina específica, o sistema de controle 36 pode ser utilizado em uma variedade de controles de segurança, tal como fechamento do poço submarino 20 na árvore de teste submarina 22. No entanto, o sistema de controle 36 também pode ser projetado para

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12/12 controlar outras funções ou funções adicionais dentro da árvore de teste submarina 22 e/ou ao longo do riser 32.

[0022] Embora apenas algumas modalidades tenham sido descritas em detalhes acima, aqueles versados na técnica prontamente perceberão que muitas modificações são possíveis sem materialmente desviar dos ensinamentos deste pedido. Portanto, essas modificações são destinadas a ser incluídas dentro do escopo definido no presente documento e nas reivindicações relacionadas subsequentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para uso em uma aplicação de poço submarino (34), caracterizado por compreender:

uma árvore de teste submarina (22) tendo um sistema de válvula;

um sistema de controle operativamente acoplado à árvore de teste submarina (22) para controlar o sistema de válvula; e um sistema de módulo de instrumentação de riser (38) posicionado para monitorar funções do sistema de controle, incluindo parâmetros de linhas de controle hidráulico (60) através de sensores de fundo de poço, enquanto permanece isolado do sistema de controle mantendo circuitos e linhas de comunicação separados do sistema de controle.

2. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a árvore de teste submarina (22) ser posicionada em um riser submarino (32). 3. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) incluir um cubo de monitoramento modular (64) para

monitorar a pressão em uma pluralidade de linhas de controle hidráulico (60) em um riser submarino (32).

4. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controle compreender um módulo de controle submarino (44); um sistema de controle topside (46); e linhas de controle hidráulico (60), da pluralidade de linhas de controle hidráulico (60), conectando o módulo de controle submarino (44) e o sistema de controle topside (46).

5. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 4,

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2/5 caracterizado por o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) compreender um módulo de monitoramento submarino (48); um sistema de monitoramento topside (50); e pelo menos uma linha de controle (60) independente separada de linhas de controle hidráulico (60) do sistema de controle.

6. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as linhas de controle hidráulico (60) e pelo menos, uma linha de controle (60) independente, serem roteadas através de um umbilical comum (52) se estendendo para uma localização submarina próxima à árvore de teste submarina (22).

7. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por pelo menos um dentre o sistema de controle topside (46) e o sistema de monitoramento topside (50) detectar automaticamente o módulo de monitoramento submarino (48) do sistema de módulo de instrumentação de riser (38).

8. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o módulo de monitoramento submarino (48) monitorar temperatura e pressão de linhas hidráulicas no sistema de controle.

9. Sistema (34), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) compreender circuitos de aquisição independentes.

10. Método, caracterizado por compreender:

acoplar um sistema de controle a uma árvore de teste submarina (22) para controlar válvulas na árvore de teste submarina (22);

monitorar funções do sistema de controle em uma localização submarina com um sistema de módulo de

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3/5 instrumentação de riser (38), tendo um cubo de monitoramento tubular (64) com uma pluralidade de aberturas de fluxo hidráulico (68), através do qual o fluido de controle hidráulico do sistema de controle é roteado, por sensores para monitorar parâmetros de fluido de controle hidráulico movendo se através das aberturas de fluxo hidráulico (68); e isolar o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) do sistema de controle por circuitos e linhas de comunicação separados do sistema de módulo de instrumentação riser do sistema de controle.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o isolamento compreender isolar o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) de uma forma selecionada para manter uma classificação SIL desejada para o sistema de controle.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o acoplamento compreender utilizar um módulo de controle submarino (44); um sistema de controle topside (46); e pelo menos uma linha de controle (60) de conectando o módulo de controle submarino (44) e o sistema de controle topside (46).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o monitoramento compreender empregar um módulo de monitoramento submarino (48); um sistema de monitoramento topside (50); e pelo menos uma linha de controle (60) independente separada de pelo menos uma linha de controle (60) do sistema de controle.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ainda compreender rotear pelo menos uma

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4/5 linha de controle (60) e pelo menos uma linha de controle (60) independente através de um umbilical comum (52).

15. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o monitoramento compreender monitorar pressão no sistema de controle.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o monitoramento compreender monitorar temperaturas no sistema de controle.

17. Método, caracterizado por compreender:

controlar uma árvore de teste submarina com um sistema de controle;

monitorar o sistema de controle com um sistema de módulo de instrumentação de riser (38); e separar o sistema de módulo de instrumentação de riser (38) do sistema de controle de uma maneira que mantenha a desejada certificação SIL no sistema de controle, em que a separação compreende isolar todas as linhas de comunicação de sinal e circuitos do sistema de módulo de instrumentação de riser (38) do sistema de controle para manter a certificação SIL desejada.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a separação compreender construção do sistema de módulo de instrumentação de riser (38) com um cabo

de comunicação separado e circuitos de aquisição separados. 19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender o uso de um cubo de monitoramento tubular (64) para monitorar pressão e temperatura. 20. Método, de acordo com a reivindicação 19,

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5/5 caracterizado por ainda compreender detectar automaticamente a presença do cubo de monitoramento tubular (64).

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