CN102347644A - 向水下装置供电 - Google Patents
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Abstract
一种对在水下流体提取井的树(11)处的至少一个装置(12)供电的方法包括使用磁共振耦合以用于将电力从源(1、2、3、4)无线传输至该装置或者每个装置。
Description
技术领域
本发明涉及向水下装置、特别是在水下流体提取井的树处的装置供应电力。
背景技术
在海底流体提取井的开采树上，对压力和/或温度(P/T)传感器以及对在海底控制模块(SCM)内的方向控制阀(DCV)的电力供应典型地从海底电子模块(SEM)来供应。同样地，对安置在开采树自身上、在SCM外部的传感器的电力，也从SEM经由SCM馈送。这样的电力通过简单的配线来供应。然而，沿着不得不在高大气压与低温下运行的连接器的配线是昂贵的。本发明提供较便宜的对电力配线以及连接器的备选方案。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供对在水下流体提取井的树处的至少一个装置供电的方法，该方法包括使用磁共振耦合(magnetic resonancecoupling)以用于将电力从源无线传输至每个装置。
根据本发明的另一方面，提供用于对在水下流体提取井的树处的至少一个装置供电的设备，该设备包括用于使用磁共振耦合以用于将电力从源无线传输至每个装置的部件。
可存在多个这样的装置，每个经由通过磁共振耦合与所述源的发射器电路耦合的相应的接收器电路来供电。在这个例子中，来自源的电力可通过对这些装置中的至少一个唯一的编码来调制，在装置的接收器电路处对编码的探测促使电力被供给该装置。备选地，对装置的至少一个唯一的编码可通过无线部件被传输至装置的接收器电路，在装置的接收器电路处的对编码的探测促使电力被供给该装置。
可存在多个这样的源，每个以多个频率的相应一个谐振(resonant)以及可存在多个这样的装置，每个通过以所述频率的相应一个谐振的相应接收器电路来供电。
至少一个这样的源可在树的海底控制模块中。另外地或者备选地，至少一个这样的源可在树的海底控制模块的海底电子模块中。在这样的例子中，至少一个这样的装置可在海底控制模块中和/或至少一个这样的装置可位于海底控制模块外部。
至少一个这样的源可被安置在树外部，例如在远程操作的交通工具上或者适合于由潜水者携带，或者被安置在表面位置处。
至少一个这样的装置可包括传感器。
至少一个这样的装置可包括方向控制阀。
使用本发明的优点：
本发明减少了对需要电力以运行的外部装置与SCM中的装置之间的昂贵的配线以及馈通连接器的需要。
附图说明
图1是用于图示本发明的原理的附图；
图2是本发明的实施例的示意图；
图3示意地图示本发明的另一实施例；
图4示意地图示本发明的进一步的实施例；以及
图5示意地示出本发明的进一步的实施例。
具体实施方式
通过磁共振传输电力的概念早到如电的发现，因为特斯拉自己提出了该技术。实际上，该技术在电工程技术领域一直未占有地位直至近代，主要因为通过磁共振来实现电力传送所需要的便宜的电子设备只有最近才变得可用。
磁共振的基本原理涉及变压器，其中芯不是含铁材料而是空气(或者真空)。在该变压器内，初级线圈与次级线圈采用来自源供应的初级电流的运行频率来谐振。谐振的次级线圈的高“磁获得”(如，高Q)允许其与初级线圈分离数米，从而导致电力的无线传输。
该技术最近已通过Witricity公司证实在不采用从电力源到家电的有线连接的情况下给膝上型电脑与移动电话电池充电。典型地，被认为是实用且有效的电源的频率是大约10MHz，并且典型地通过电子正弦波振荡器与电力输出级来提供。图1图示发明所基于的原理，其中标准50Hz电源1向AC至DC电源2馈电，AC至DC电源2给振荡器3馈电，从而振荡器3采用与初级电路4的谐振频率匹配的频率运行，初级电路4包括与电容器4b串联的初级线圈4a。初级电路4用作磁天线。在接收端，在包括绕组5a与串联电容器5b的次级电路5的次级绕组5a中感应电压。次级电路5采用与初级电路4的相同频率谐振。感应的电压通过整流器6来整流来为可包括传感器和/或DCV的设备7提供所需要的DC源。
图2示出本发明的一个实施例的典型设置。包括谐振初级电路的无线磁电源8(采用频率f1运行)在位于海底流体提取井的海底井树11上的SCM 10内的SEM 9中容置。传感器，如P/T装置12所示，每个与谐振磁接收器13的相应一个连接，磁接收器的每一个包括谐振次级电路以及整流器，其也采用频率f1运行。因而，单个无线磁电源8将电力无线供给SCM 10内的多个P/T装置12，从而典型地监测SCM分配总管14上的水压控制供应。而且，源8将电力无线地供应给至少一个其他的外部P/T装置15，从而典型地经由相应次级接收器17监测在井树11上的生产流体控制线路16内的生产流体，次级接收器17包括采用频率f1谐振的谐振次级电路。
同样在SCM 10内以及典型地在水压总管14上安置的DVC18通过SEM 9的控制电路如需要地个别地被供电。因而，对于向DCV 18的无线馈电，每个SEM控制输出馈电给个体无线磁电源19，其采用与相应磁次级接收器20的次级电路的谐振频率匹配的频率运行。因为无线电力传输与接收装置的Q很高，通向DCV的电力传输链路能以不同的频率运行，因而允许从来自SEM的个体控制输出来对DCV分别进行控制。仅有两个带接收器20(其次级电路分别以频率f2与f3谐振)的DCV 18在图2中为简要示意而示出。
对于运行DCV的备选设置是具有采用单个频率的公用无线磁电源以及通过用识别编码调制供应的电力来运行各个DCV。该技术具有仅需要单个无线磁电源以用于所有DCV与无线供电的传感器、以及DCV无线磁接收器的公用设计的优点。本技术的原理在图3中图示，其中对应图1中的那些项目的项目具有如图1中相同的参考数字。无线磁电源的振荡器3的输出经由调制器21与谐振磁初级电路4连接，调制器21在振荡器输出上添加数字编码。该编码在编码生成电路22中生成，编码生成电路22根据来自SEM中的DCV控制电路的线路23上的要求生成适于具体DCV的编码。对于每个DCV24的无线磁电力接收器与解调器与解码器电路25适配。当通过无线电源传输的编码与在解调器与解码器电路25中的预设匹配时，接收器的输出经由开关26与DCV连接以运行DCV24。如果传输的编码的解码由处理器执行，则该编码能采用软件嵌入，从而允许所有的DCV采用标准装置设计。传感器，比如P/T传感器27，从不带解调器与解码器电路的无线磁电力接收器5、6来供电，从而从公用共享的无线磁电源获得其电力。该配置的主要缺点是共享的电源可变得体积太大而不方便在需要的海底位置(比如SEM)中容纳。
对运行DCV进一步的备选的设置是具有采用单个频率的公用磁电源以及使用协议(比如Wi-Fi、蓝牙或者无线USB、等等)通过分离的独立无线传输来运行个体DCV。这样的设置在图4中图示，其中对应图3中的那些项目的项目具有如图3中相同的参考数字。如以图3的实施例，在编码生成电路22中生成编码，编码生成电路22根据来自SEM中的DCV控制电路的线路23上的要求生成适于具体DCV的编码。该编码被发送以调制独立的发射器28，其经由天线29发送调制的传输，其中传输通过天线30在接收、解调与解码电路31上接收，接收、解调与解码电路31当传输的编码与在电路31中的解码器中存储的编码匹配时运行开关26。开关26的闭合使无线磁电力接收器5、6能够运行DCV 24。
在以上的实施例中，来自P/T传感器的数据还可使用传统技术(比如蓝牙、Wi-Fi或者无线USB(通用串行总线)等等)被无线传输至SEM。
进一步的实施例在图5中示意地示出。此时，无线磁电源8不位于井树处，而改为由远程运行交通工具(ROV)32携带。在图5中，参考数字33指定表面的船以及参考数字34指定给ROV供应电力的脐带缆。而且，参考数字35指定井树，其配备有谐振磁接收器36以用于与电源8合作以用于给树提供电力。采用该设置，海底装置当ROV 32位于充分接近装置以使电力能够传送时能够无线地被供电。这样的设置可具有各个用途，例如如果给位于海底的装置供电(如，有线供电)故障，例如由于脐带缆故障，其将经由ROV 32被供电，且不需要除去或者改变电线，从而使井在例如平台停电期间能够保持流动。还可经由ROV使用电源设备8或者其他部件(未示出)来对该装置进行诊断和/或测试。另外，采用这样的电力(以及通信)拾取装备ROV将允许ROV在海底具有较大的电力与工具实用性，因为与典型地经由脐带缆而将可能的情况相比，可以采用较高的电力或者进一步的诊断工具。这可允许ROV实时地与树通信，控制以及监测该树。
在进一步相关的实施例(未示出)中，无线磁电源8可通过潜水者而不是ROV来携带。
在又进一步相关的实施例中(未示出)，无线磁电源8可在码头位置处(如，在船上、平台上或者其他表面位置上)提供。这将允许在不将电线与设备连接情况下执行预配置测试。这样的设备的远程供电将允许供电与通信以用于测试与诊断。
在本发明的范围内的各个修改以及变更是可能的。例如，考虑图2中所示的实施例，对于位于SEM 9外部且仍然位于SCM 10内的发射器8、19，将同样可能。这样的设置可使在发射器与接收器之间的距离能被减少，并且结果使传送效率能改进。
Claims (20)
1.一种对在水下流体提取井的树处的至少一个装置供电的方法，所述方法包括使用磁共振耦合以用于将电力从源无线传输至所述装置或者每个装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中存在多个这样的装置，每个经由通过磁共振耦合与所述源的发射器电路耦合的相应接收器电路来供电。
3.如权利要求2所述的方法，其中来自所述源的电力通过对所述装置的至少一个的唯一的编码来调制，在所述装置的接收器电路处的所述编码的探测促使电力被供给所述装置。
4.如权利要求2所述的方法，其中对所述装置的至少一个的唯一的编码通过无线部件被传输至所述装置的接收器电路，在所述装置的接收器电路处的所述编码的探测促使电力被供给所述装置。
5.如权利要求1所述的方法，包括多个这样的源，每个以多个频率的相应一个谐振，以及多个这样的装置，每个通过以所述频率的相应一个谐振的相应接收器电路来供电。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中至少一个这样的源在所述树的海底控制模块的海底电子模块中。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中至少一个这样的源位于所述树的外部。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中至少一个这样的装置在所述树的海底控制模块中。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中至少一个这样的装置位于所述树的海底控制模块的外部。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述至少一个装置包括传感器以及方向控制阀的至少一个。
11.一种用于对在水下流体提取井的树处的至少一个装置供电的设备，所述设备包括用于使用磁共振耦合以用于将电力从源无线传输至所述装置或每个装置的部件。
12.如权利要求11所述的设备，其中存在多个这样的装置，每个经由通过磁共振耦合与所述源的发射器电路耦合的相应接收器电路来供电。
13.如权利要求12所述的设备，包括用于通过对所述装置中的至少一个的唯一的编码来调制来自所述源的电力的部件以及用于在所述装置的所述接收器电路处探测所述编码以促使电力被供给所述装置的部件。
14.如权利要求12所述的设备，包括用于将对所述装置的至少一个的唯一的编码通过无线部件传输至所述装置的接收器电路的无线部件以及用于在所述装置的所述接收器电路处探测所述编码以促使电力被供给所述装置的部件。
15.如权利要求11所述的设备，包括多个这样的源，每个以多个频率的相应一个谐振，以及多个这样的装置，每个通过以所述频率中的相应一个谐振的相应接收器电路来供电。
16.如权利要求11-15中任一项所述的设备，其中至少一个这样的源在所述树的海底控制模块的海底电子模块中。
17.如权利要求11-16中任一项所述的设备，其中至少一个这样的源安置在所述树的外部。
18.如权利要求11-17中任一项所述的设备，其中至少一个这样的装置在所述树的海底控制模块中。
19.如权利要求11-18中任一项所述的设备，其中至少一个这样的装置位于所述树的海底控制模块外部。
20.如权利要求11-19中任一项所述的设备，其中至少一个这样的装置包括传感器与方向控制阀的至少一个。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GE OIL + GAS UK LTD. Free format text: FORMER OWNER: VECTOR GRAY CONTROLS LIMITED Effective date: 20150507 |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150507 Address after: Bristol Applicant after: Co., Ltd of oil and natural gas Britain of General Electric Address before: Bristol Applicant before: Vetco Gray Controls Ltd. |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20120208 |