BRPI1103309A2

BRPI1103309A2 - "mÉtodo de fornecimento de energia elÉtrica para ao menos um dispositivo em uma Árvore de um poÇo subaquÁtico de extraÇço de fluido e equipamento para o fornecimento de energia elÉtrica para ao menos um dispositivo em uma Árvore de um poÇo subaquÁtico de extraÇço de fluido"

Info

Publication number: BRPI1103309A2
Application number: BRPI1103309-6A
Authority: BR
Inventors: Paul Overton; Andrew Robert Packham
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-12-25
Also published as: EP2415961A1; US20120032523A1; EP2463476B1; EP2415962A1; SG177877A1; EP2463476A1; EP2520759A1; SG2014006530A; US9097089B2; CN102347644A

Abstract

MÉTODO DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE EXTRAÇçO DE FLUÍDO E EQUIPAMENTO PARA O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE EXTRAÇçO DE FLUÍDO. Um método de fornecimento de energia para ao menos um dispositivo (12) em uma árvore (11) de um poço subaquático de extração de fluído que compreende a utilização de ressonância magnética acoplada para a transmissão de energia sem fio de um fornecedor (1, 2, 3, 4) para o ou para cada dispositivo.

Description

"MÉTODO DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE EXTRAÇÃO DE FLUIDO E EQUIPAMENTO PARA O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE

EXTRAÇÃO DE FLUIDO" Campo Da Invenção A presente invenção refere-se ao fornecimento de energia elétrica a dispositivos subaquáticos, particularmente aqueles em uma árvore de um poço subaquático de extração de fluido.

Antecedentes Da Invenção Em uma árvore de natal de um poço subaquático de extração de fluido, o fornecimento de energia elétrica para sensores de pressão e/ou temperatura (P/T) e válvulas de controle direcional (DCVs) no módulo de controle submarino (SCM) é geralmente realizado por um módulo eletrônico submarino (SEM). Do mesmo modo, a energia elétrica para sensores montados na própria árvore de natal, externos ao SCM, é também abastecida pelo SEM através do SCM. Essa energia é fornecida por meio de uma fiação simples. Contudo, a fiação, junto com os conectores que precisam operar sob pressões barométricas altas e temperaturas baixas, envolvem grande despesa. Essa invenção fornece uma alternativa menos dispendiosa para a fiação elétrica para os conectores.

Descrição Resumida Da Invenção De acordo com a presente invenção, a partir de um aspecto, um método de abastecimento de energia elétrica é fornecido para ao menos um dispositivo em uma árvore de um poço subaquático'de extração de fluido, o método compreende o uso de ressonância magnética acoplada para a transmissão de energia sem fio a partir de um fornecedor para o ou para cada φ 2

dispositivo.

De acordo com a presente invenção, a partir de outro aspecto, um equipamento para o abastecimento de energia elétrica para ao menos um dispositivo em uma árvore de um poço subaquático de extração de fluido é fornecido, sendo que o equipamento compreende meios para o uso de ressonância magnética acoplada para a transmissão de energia sem fio a partir de um fornecedor para o ou para cada dispositivo.

Poderia haver uma pluralidade de tais dispositivos, cada um acionado através de um circuito receptor respectivo acoplado por ressonância magnética acoplada com um circuito transmissor do referido fornecedor. Neste caso, a energia do fornecedor poderia ser modulada por um código exclusivo para ao menos um dentre os dispositivos, detecção do código no circuito receptor do dispositivo faz com que a energia seja suprida ao dispositivo. Alternativamente, um código exclusivo para ao menos um dos dispositivos poderia ser transmitido sem fio ao circuito receptor do dispositivo, detecção do código no circuito receptor do dispositivo faz com que a energia seja suprida ao dispositivo.

Poderia haver uma pluralidade de tais fornecedores cada um ressonante em uma freqüência dentre uma pluralidade delas e uma pluralidade de tais dispositivos cada um acionado por um circuito receptor respectivo ressonante em uma respectiva freqüência entre as referidas.

Ao menos um tal fornecedor poderia estar em um módulo de controle submarino da árvore.

Adicional ou alternativamente, pelo menos um tal fornecedor poderia estar em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino da árvore. Nesses casos, ao menos um tal dispositivo poderia estar no módulo de controle submarino e/ou pelo menos um tal dispositivo poderia estar colocado externamente ao módulo de controle submarino. Ao menos um tal fornecedor poderia ser montado externamente à árvore, por exemplo, em um veículo operado remotamente ou adaptado para ser carregado por um mergulhador, ou montado em um local na superfície

Pelo menos um tal dispositivo poderia compreender um sensor. Ao menos um tal dispositivo poderia compreender uma válvula de

controle direcional.

Vantagens Do Uso Da Invenção

A invenção reduz a necessidade de fiação dispendiosa e alimentação por conectores entre dispositivos em um SCM e dispositivos externos que requerem energia para operar.

Breve Descrição Das Figuras A figura 1 é uma figura para a ilustração do princípio da invenção; A figura 2 é um diagrama esquemático de uma realização da

invenção;

A figura 3 ilustra através de um esquema outra realização da

invenção;

A figura 4 ilustra através de um esquema uma outra realização da

invenção; e

A figura 5 mostra através de um esquema uma outra realização

da invenção.

Descrição De Realizações Da Invenção

O conceito de transmissão de energia elétrica por ressonância magnética é tão velho quanto a descoberta da eletricidade, tanto que o próprio Tesla foi quem propôs essa técnica. Na prática, a técnica não teve lugar na tecnologia da engenharia elétrica até bem recentemente, sobretudo porque os eletrônicos de preço baixo requeridos para a realização da transferência de energia por ressonância magnética ficou disponível apenas há pouco tempo.

O princípio básico da ressonância magnética envolve um transformador em que o núcleo não seja de material terroso, mas de ar (ou vácuo). Dentro do transformador, os enrolamentos primário e secundário são ressonantes na freqüência operacional da corrente primária fornecida de uma fonte. O alto "ganho magnético", isto é, o "Alto- Q" do enrolamento ressonante secundário permite que ele seja separado do enrolamento primário por vários metros, resultando assim na transmissão de energia sem fio.

A técnica foi recentemente demonstrada pela empresa Witricity para carregar as baterias de um Iaptop e um telefone celular sem conexão de fios da fonte de energia ao aparelho. Geralmente a freqüência da fonte de energia considerada ser prática e eficaz é da ordem de 10 MHz, e é geralmente fornecida por um oscilador eletrônico de ondas de sinais e estágio de potência de saída. A figura 1 ilustra o princípio subjacente à invenção, em que uma fonte de energia padrão de 50 Hz 1 alimenta um fornecedor de energia de CA a CD 2 que alimenta um oscilador 3, operando a uma freqüência que se iguala a freqüência ressonante de um circuito primário 4 que compreende um enrolamento primário 4a em série com um capacitor 4b. O circuito primário 4 funciona como uma antena magnética. Na extremidade de recepção, induz-se uma voltagem um enrolamento secundário 5a de um circuito secundário 5 que compreende o enrolamento 5a e um capacitor em série 5b. O circuito secundário 5 é ressonante à mesma freqüência do circuito primário 4. A voltagem induzida é retificada por um retificador 6 para realizar o fornecimento de CD requerido para o equipamento 7 que poderia compreender sensores e/ou DCVs.

A figura 2 mostra uma disposição típica de uma realização da invenção. Um fornecedor de energia magnética sem fio 8 (operando à freqüência f1) que inclua um circuito ressonante primário alojado em um SEM 9 localizado no interior de um SCM 10 em uma árvore de um poço subaquático 11 de um poço subaquático de extração de fluido. Cada um dos sensores, como os dispositivos P/T exibidos 12, é conectado a um dos receptores magnéticos ressonantes 13 sendo que cada um inclui um circuito ressonante secundário e um retificador, também operando à freqüência f1. Então, o único fornecedor de energia sem fio 8 fornece energia elétrica sem o uso de fios a uma pluralidade de dispositivos P/T 12 no SCM 10, geralmente monitorando fornecedores de controle hidráulico na tubulação de distribuição de um SCM 14. Além disso, o fornecedor 8 provê energia elétrica sem fio para ao menos um outro dispositivo P/T externo 15, geralmente monitorando o fluido de produção na linha de controle de fluxo de produção 16 na árvore do poço 11, através de um receptor secundário respectivo 17 que inclui um circuito ressonante secundário ressonante à freqüência f1.

As DCVs 18, novamente com o SCM 10 e geralmente montadas na tubulação hidráulica 14, são abastecidas com energia elétrica individualmente como requerido pelos circuitos de controle do SEM 9. Então, para uma alimentação de energia sem o uso de fio para as DCVs 18, cada controle de saída SEM alimenta um fornecedor de energia magnética individual sem fio 19, que opera a uma freqüência que se iguala a freqüência ressonante do circuito secundário de um receptor magnético secundário respectivo 20. Como o Q dos dispositivos de recepção e transmissão de energia sem uso é alto, a energia que transmite os enlaces para as DCVs pode operar em diferentes freqüências, permitindo assim o controle individual das DCVs das saídas de controle individual do SEM. Apenas duas DCVs 18 com receptores cujos circuitos secundários são ressonantes às freqüências f2 e f3 respectivamente são exibidos na Figura 2 para simplicidade diagramática. Um arranjo alternativo para operar as DCVs é obter um

fornecedor de energia magnética sem fio comum em uma única freqüência e operar as DCVs individuais pela modulação da energia fornecida com um código de identificação. Essa técnica tem a vantagem de necessitar apenas de um fornecedor de energia magnética sem fio para todas as DCVs e sensores acionados sem fio, e uma estruturação comum de receptor magnético de DCV sem fio. O princípio da técnica está ilustrado na figura 3, na qual os itens que correspondem àqueles da figura 1 têm as mesmas referências numéricas que na figura 1. A saída do oscilador 3 de um fornecedor de energia magnética sem fio conecta-se a um circuito magnético primário ressonante 4 através de um modulador 21, que sobrepõe um código digital na saída do oscilador. O código é gerado em um circuito gerador de código 22, que gera o código apropriado para uma DCV específica de acordo com a demanda em uma linha 23 do circuito de controle da DCV no SEM. O receptor de energia magnética sem fio para cada DCV 24 é equipada com um circuito demodulador e decodificador 25. Quando o código transmitido pelo fornecedor de energia sem fio for compatível com o código programado no circuito demodulador e decodificador 25, a saída do receptor será conectada à DCV através de um interruptor 26, para operar a DCV 24. Se a decodificação do código transmitido for efetuada por um processador, então o código pode ser inserido com um software permitindo que uma estruturação padrão dos dispositivos seja empregada para todas as DCVs. Os sensores, como os sensores P/T 27 são acionados por receptores de energia magnética sem fio 5, 6 sem os circuitos demoduladores e decodificadores, que derivam sua energia do fornecedor de energia magnética sem fio compartilhado. A desvantagem primária desta configuração é que o fornecedor de energia compartilhado pode tornar-se muito volumoso para ser convenientemente acomodado na locação submarina requerida como um SEM. Outro arranjo alternativo para operar as DCVs é obter um

fornecedor de energia magnética comum fornecedor de energia magnética em uma freqüência única e operar as DCVs individuais pela transmissão sem fio separada e independente utilizando um protocolo como o Wi-Fi, o Bluetooth ou o USB sem fio, etc. Esse arranjo está ilustrado na figura 4, na qual os itens que correspondem àqueles da figura 3 têm as mesmas referências numéricas que na figura 3. Assim como a realização da figura 3, um código é gerado em um circuito gerador de código 22 que gera o código apropriado para uma DCV específica, de acordo com a demanda em uma linha 23 dos circuitos de controle das DCV no SEM. Esse código é enviado para modular um transmissor independente 28 que envia uma transmissão modulada através de uma antena 29, e esta transmissão é recebida por uma antena 30 em um circuito decodificador, demodulador e receptor 31, que opera o interruptor 26 quando o código transmitido for compatível com aquele armazenado no decodificador no circuito 31. O desligamento do interruptor 26 permite que o receptor de energia magnética sem fio 5, 6 opere a DCV 24.

Nas realizações acima, dados dos sensores P/T são também transmitidos sem fio ao SEM através do uso de técnicas convencionais como o Bluetooth, o Wi-Fi ou USB sem fio (Barramento Serial Universal) etc.

Outra realização é esquematicamente exibida na figura 5. Aqui, um fornecedor de energia magnética sem fio 8 se localiza não em uma árvore de poço, mas sim é carregada por um veículo de operação remota (ROV) 32. Na figura 5, o numerai de referência 33 designa uma embarcação de superfície e o numerai de referência 34 designa um umbilical suprindo o ROV com energia. Além disso, o numerai de referência 35 designa uma árvore de poço provida de um receptor magnético ressonante 36 para a cooperação com o fornecedor de energia 8 para o fornecimento de energia para a árvore. Com esse arranjo, dispositivos subaquáticos podem ser acionados sem o uso de fio quando uma ROV 32 é posicionada suficientemente próxima ao dispositivo para possibilitar a transferência de energia. Esse arranjo pode ter diversos usos, por exemplo, se a energia (ex.: energia suprida por fio) fornecida a um dispositivo subaquático falhar, por exemplo, devido a uma falha de um umbilical, ele poderia ser acionado através de um ROV 32 sem a necessidade da remoção ou troca de fios - permitindo que o poço mantenha o fluxo durante uma queda de energia da plataforma por exemplo. O dispositivo pode também ser diagnosticado e/ou testado através do ROV pela utilização do equipamento de fornecimento de energia 8 ou outros componentes (não exibidos). Adicionalmente, ao equipar um ROV com esse captador de energia (e comunicações) forneceríamos ao ROV maior energia e disponibilidade subaquática de ferramentas, visto que uma energia maior ou outras ferramentas de diagnóstico poderiam ser empregadas além das que geralmente são disponibilizadas através do umbilical. Isto permitiria que ROV a comunicação com a árvore, seu controle e monitoramento em tempo real.

Em uma realização adicional relacionada (não exibida), um fornecedor de energia magnética sem fio 8 pode ser carregado por um mergulhador em vez de um ROV. Em ainda outra realização adicional relacionada (não exibida), um

fornecedor de energia magnética sem fio 8 pode ser fornecido a um local na área lateral do navio, isto é em uma embarcação, plataforma ou outro local na superfície. Isso permitiria a realização de teste de pré-implementação sem a conexão de fios ao equipamento. Esse acionamento remoto do equipamento permitiria energia e comunicações, testes e diagnósticos.

Várias modificações e alternativas são possíveis dentro do escopo da invenção. Por exemplo, considerando-se a realização exibida na figura 2, seria igualmente possível os transmissores 8, 19 serem localizados externamente ao SEM 9, mas permanecendo no SCM 10. Esse arranjo pode possibilitar que a distância entre os transmissores e receptores seja reduzida, consequentemente aumentando a eficiência da transferência.

Claims

1. MÉTODO DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE EXTRAÇÃO DE FLUIDO, sendo que o método compreende o uso de ressonância magnética acoplada para transmitir energia sem fio desde um fornecedor até o ou cada dispositivo.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que há uma pluralidade de tais dispositivos, cada um acionado através de UM circuito receptor respectivo acoplado por ressonância magnética acoplada a um circuito transmissor do dito fornecedor.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, em que a energia do fornecedor é modulada por um código único para ao menos um dos dispositivos, detecção do código no circuito receptor do dispositivo que gera energia para ser fornecida ao dispositivo.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, em que um código único para ao menos um dos dispositivos é transmitido por recursos sem fio ao circuito receptor do dispositivo, detecção do código no circuito receptor do dispositivo gera energia para ser fornecida ao dispositivo.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, que inclui uma pluralidade de tais fornecedores cada um ressonante a uma freqüência respectiva dentre uma pluralidade de freqüências e uma pluralidade de tais dispositivos cada um acionado por um circuito receptor respectivo ressonante a uma respectiva freqüência dentre as freqüências ditas.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que ao menos um tal fornecedor está em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino da árvore.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que ao menos um tal fornecedor é localizado externamente à árvore.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que ao menos um tal dispositivo esteja em um módulo de controle submarino da árvore.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que ao menos um tal dispositivo esteja localizado externamente a um módulo de controle submarino da árvore.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o dito pelo menos um dispositivo compreende pelo menos um dentre um sensor e uma válvula de controle direcional.

11. EQUIPAMENTO PARA O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA AO MENOS UM DISPOSITIVO EM UMA ÁRVORE DE UM POÇO SUBAQUÁTICO DE EXTRAÇÃO DE FLUIDO, sendo que o equipamento compreende recursos para a utilização de ressonância magnética acoplada para a transmissão de energia sem fio de um fornecedor para o ou cada dispositivo.

12. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 11, em que há uma pluralidade de tais dispositivos, cada um acionado através de um circuito receptor respectivo acoplado por ressonância magnética acoplada a um circuito transmissor de dito fornecedor.

13. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 12, que inclui recursos para a modulação da energia a partir do fornecedor por um código único para ao menos um dos dispositivos e meios para a detecção do código no circuito receptor do dispositivo para gerar energia para ser fornecida ao dispositivo.

14. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 12, que inclui recursos sem fio para a transmissão de um código único para ao menos um dos dispositivos por recursos sem fio para o circuito receptor do dispositivo e recursos para a detecção do código no circuito receptor do dispositivo para gerar energia para ser fornecida ao dispositivo.

15. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 11, que inclui uma pluralidade de tais fornecedores cada um ressonante a uma respectiva freqüência dentre uma pluralidade de freqüências e uma pluralidade de tais dispositivos cada um acionado por um circuito receptor respectivo ressonante a uma freqüência respectiva dentre as ditas freqüências.

16. EQUIPAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, em que ao menos um tal fornecedor está em um módulo eletrônico submarino de um módulo de controle submarino da árvore.

17. EQUIPAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, em que ao menos um tal fornecedor é montado externamente à árvore.

18. EQUIPAMENTO, de acordo com qualquer uma das 15 reivindicações 11 a 17, em que ao menos um tal dispositivo está em um módulo de controle submarino da árvore.

19. EQUIPAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 18, em que ao menos um tal dispositivo é localizado externamente ao módulo de controle submarino da árvore.

20. EQUIPAMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, em que o dito ao menos um dispositivo compreende ao menos um sensor e uma válvula de controle direcional.