CN104067543A - 海底井控制系统中的通信 - Google Patents

海底井控制系统中的通信 Download PDF

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CN104067543A
CN104067543A CN201380006692.4A CN201380006692A CN104067543A CN 104067543 A CN104067543 A CN 104067543A CN 201380006692 A CN201380006692 A CN 201380006692A CN 104067543 A CN104067543 A CN 104067543A
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S.普基亚努
G.莫利
A.帕克汉
H.斯马特
J.戴维斯
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Co., Ltd of oil and natural gas Britain of General Electric
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Vetco Gray Controls Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B33/02—Surface sealing or packing
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/14—Submarine cables

Abstract

一种用于海底井控制系统的通信组件，包括：脐带(6)，所述脐带位于舷侧位置和海底位置之间；电导体(5)，所述电导体在所述脐带中；和用于在所述位置之间通过所述导体发射、接收数据的装置(1，3，7，9，2，4，8，10)，其中，用于所述数据的返回路径包括海洋。

Description

海底井控制系统中的通信
技术领域
本发明涉及海底井控制系统(诸如用于海底井烃类抽提设备的控制系统)中的通信。
背景技术
在基于通信和电力系统(CAPS)的海底控制油井系统(诸如用于海底井烃类提取设备的海底控制系统)中，位于表面控制平台和海底井组合体之间的脐带内的用于数据通信的铜导体的成本由于长的偏移而变得很大。
发明内容
根据本发明，从一个方面，本发明提供了一种用于海底井控制系统的通信组件，包括：脐带，所述脐带位于舷侧(topside)位置和海底位置之间；电导体，所述电导体在所述脐带中；和用于在所述位置之间通过所述导体发射和接收数据的装置，其中，用于所述数据的返回路径包括海洋。通常，用于发射和接收数据的所述装置包括：
第一数据供应装置，所述第一数据供应装置在所述舷侧位置；
第二数据供应装置，所述第二数据供应装置在所述海底位置；
第一数据接收装置，所述第一数据接收装置在所述舷侧位置，用于通过所述脐带从所述第二数据供应装置接收数据；以及
第二数据接收装置，所述第二数据接收装置在所述海底位置，用于通过所述脐带从所述第一数据供应装置接收数据。
这种组件可以包括：第一开关装置，所述第一开关装置在所述舷侧位置；和第二开关装置，所述第二开关装置在所述海底位置，所述组件使得当所述第一数据供应装置向所述第二数据接收装置发射数据时，所述第二开关装置将所述导体连接到海洋；当所述第二数据供应装置向所述第一数据接收装置发射数据时，所述第一开关装置将所述导体连接到海洋。
在这种情况下，在一个实施例中：
所述第一数据供应装置包括：第一直流电源和用于交替地切换所述第一开关装置的装置，所述用于交替地切换所述第一开关装置的装置根据待发射到所述第二接收装置的数据，使所述第一开关装置在将所述第一电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换；以及
所述第二数据供应装置包括第二直流电源和用于交替地切换所述第二开关装置的装置，所述用于交替地切换所述第二开关装置的装置根据待发射到所述第一接收装置的数据，使所述第二开关装置在将所述第二电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换。
在另一实施例中，所述第一数据供应装置包括第一数据源，所述第二数据供应装置包括第二数据源，所述组件使得所述第一开关装置将所述第一数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第二接收装置，所述第二开关装置将所述第二数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第一接收装置。所述第一源和第二源都包括数字数据源或调制模拟数据源。
根据本发明，从另一方面，本发明提供了一种海底井控制系统中的通信方法，所述海底井控制系统包括在舷侧位置和海底位置之间的脐带和在所述脐带中的电导体，所述方法包括：使用用于发射和接收数据的装置以在所述位置之间通过所述导体进行发射，并且使用海洋作为所述数据的返回路径。
附图说明
图1和图2图解说明在两种状态下本发明的第一实施例；
图3和图4图解说明在两种状态下本发明的第二实施例；以及
图5和图6图解说明在两种状态下本发明的第三实施例。
具体实施方式
首先参照图1和图2，在油井控制系统(诸如用于海底井烃类提取设备的控制系统)中，附图标记1指示在舷侧位置的直流(DC)电源，用于供应电压VCC-TOP，附图标记2指示在海底位置的DC电源，用于供应电压VCC-SUB。附图标记3指示在舷侧位置的开关，附图标记4指示在海底位置的开关。在电源1和2之间有长偏移，在该长偏移之间有形式为单线的在脐带6中的电导体5，用于在舷侧和海底之间来回发射通信信号，导体5不具有承载能力。
Rtop指示与导体5串联的在舷侧位置的电阻器，该电阻器两端是放大器7，用于在舷侧接收来自海底位置的数据，Rsub指示与导体5串联的在海底位置的电阻器，该电阻器两端有放大器8，用于从舷侧位置接收数据。在舷侧位置，为了向海底位置发射数据，数字信号TX1可以使开关3通过放大器9交替地操作，以预定义方式将来自电源1的电压连接到导体5和将其断开，在这种状态下，开关4于海洋连接处将导体5连接到海洋(参见图1)。在海底位置，为了向舷侧位置发射数据，数字信号TX2可以使开关4通过放大器10操作，以预定义方式交替地将来自电源2的电压连接到导体5和使其断开，在这种状态下，开关3于海洋连接处连接到海洋(参见图2)。在舷侧位置，海洋连接处于Vsea-top电势，在海底端，海洋连接处于Vsea-sub电势。
在图1中，根据开关3的操作，将数据从舷侧位置传送到海底位置，在图2，根据开关4的操作，将数据从海底位置传送到舷侧位置，在每种情况下，通信返回路径是通过海洋，海水的电阻是Rsea。
当从舷侧位置向海底位置发射数据时(图1)，接收信号为RX1，VCC-TOP必须足够大以补偿沿脐带6的导体5的电压降(Vumbilical-drop)。
例如，VCC-TOP＝Vumbilical-drop+Vdigital-offset，
其中；Vdigital-offset＝Min[Abs(Vsea-top-Vsea-sub)+Vdigital]
Vdigital推荐为至少24伏。
因此，海底发射的信号如下：
-逻辑1：当开关3连接到电源1时，电阻器Rsub两端的电压降(近似为Vdigital)
-逻辑0：当开关3连接到海洋时，电阻器Rsub两端的电压降(近似为0伏)
当从海底位置向舷侧位置发射数据时(图2)，接收信号为RX2，根据上面所述，类似状态提供到VCC-SUB。
参照图3和图4，与图1和图2中的元件对应的元件具有与图1和图2相同的附图标记，附图标记11和12分别指示在舷侧和海底位置的数字数据供应。为了从舷侧位置向海底位置发射数据，开关3连接到电源1，开关4连接到海洋(图3)；为了从海底位置向舷侧位置发射数据，开关4连接到电源2，开关3连接到海洋(图4)。
与图1和图2一样，数据从舷侧位置传送到海底位置及数据从海底位置传送到舷侧位置都是通过导体5，返回路径是通过海洋。由电源11和12供应的数字信号的DC电平应当满足在上面参照图1和图2对于VCC-TOP和VCC-SUB陈述的条件。
图5和图6图解说明图3和图4的实施例的一种替代，其中，电源11和12由分别在舷侧和海底位置的模拟调制通信电源13和14代替，例如通过诸如差分四相相移键控(DQSPK)供应数字编码的模拟信号。
使用本发明的优点
本发明的关键优点是通过减少导体，使脐带成本明显降低。

Claims (14)

1.一种用于海底井控制系统的通信组件，包括：脐带，所述脐带位于舷侧位置和海底位置之间；电导体，所述电导体在所述脐带中；以及用于在所述舷侧位置和所述海底位置之间通过所述导体发射和接收数据的装置，其中，用于所述数据的返回路径包括海洋。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，用于发射和接收数据的所述装置包括：
第一数据供应装置，所述第一数据供应装置在所述舷侧位置；
第二数据供应装置，所述第二数据供应装置在所述海底位置；
第一数据接收装置，所述第一数据接收装置在所述舷侧位置，用于通过所述脐带从所述第二数据供应装置接收数据；以及
第二数据接收装置，所述第二数据接收装置在所述海底位置，用于通过所述脐带从所述第一数据供应装置接收数据。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，所述组件包括：第一开关装置，所述第一开关装置在所述舷侧位置；和第二开关装置，所述第二开关装置在所述海底位置，所述组件如此使得当所述第一数据供应装置向所述第二数据接收装置发射数据时，所述第二开关装置将所述导体连接到海洋；当所述第二数据供应装置向所述第一数据接收装置发射数据时，所述第一开关装置将所述导体连接到海洋。
4.根据前述任一权利要求所述的组件，其中：
所述第一数据供应装置包括第一直流电源和根据待发射到所述第二接收装置的数据，使所述第一开关装置在将所述第一电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换的装置；以及
所述第二数据供应装置包括第二直流电源和根据待发射到所述第一接收装置的数据，使所述第二开关装置在将所述第二电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换的装置。
5.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述第一数据供应装置包括第一数据源，所述第二数据供应装置包括第二数据源，所述组件使得所述第一开关装置将所述第一数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第二接收装置，所述第二开关装置将所述第二数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第一接收装置。
6.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述第一源和第二源都包括数字数据源。
7.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述第一源和第二源都包括调制模拟数据源。
8.一种海底井控制系统中的通信方法，所述海底井控制系统包括在舷侧位置和海底位置之间的脐带和在所述脐带中的电导体，所述方法包括：使用用于发射和接收数据的装置以在所述位置之间通过所述导体进行发射，并且使用海洋作为所述数据的返回路径。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述用于发射和接收数据的所述装置包括：
第一数据供应装置，所述第一数据供应装置在所述舷侧位置；
第二数据供应装置，所述第二数据供应装置在所述海底位置；
第一数据接收装置，所述第一数据接收装置在所述舷侧位置，用于通过所述脐带从所述第二数据供应装置接收数据；以及
第二数据接收装置，所述第二数据接收装置在所述海底位置，用于通过所述脐带从所述第一数据供应装置接收数据。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中，所述系统包括：第一开关装置，所述第一开关装置在所述舷侧位置；和第二开关装置，所述第二开关装置在所述海底位置，所述方法使得当所述第一数据供应装置向所述第二数据接收装置发射数据时，所述第二开关装置将所述导体连接到海洋；当所述第二数据供应装置向所述第一数据接收装置发射数据时，所述第一开关装置将所述导体连接到海洋。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中：
所述第一数据供应装置包括第一直流电源，所述方法包括根据待发射到所述第二接收装置的数据，使所述第一开关装置在将所述第一电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换；以及
所述第二数据供应装置包括第二直流电源，所述方法包括根据待发射到所述第一接收装置的数据，使所述第二开关装置在将所述第二电源连接到所述导体的位置和将所述导体连接到海洋的位置之间交替地切换。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中，所述第一数据供应装置包括第一数据源，所述第二数据供应装置包括第二数据源，所述方法使得所述第一开关装置将所述第一数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第二接收装置，所述第二开关装置将所述第二数据源连接到所述导体以用于将数据发射到所述第一接收装置。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中，所述第一源和第二源都包括数字数据源。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的方法，其中，所述第一源和第二源都包括调制模拟数据源。
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Applicant after: Co., Ltd of oil and natural gas Britain of General Electric

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