MX2012011719A - Sistema y metodo para red de distribucion de energia submarina. - Google Patents

Sistema y metodo para red de distribucion de energia submarina.

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Peter Batho
Jan Elde
Audun Magne Askeland
Jean-Luc Monnac
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Abstract

Un sistema de distribución de energía integrado utiliza un centro de distribución de energía submarino que recibe electricidad de alto voltaje a través de un cable umbilical desde instalaciones huéspedes de superficie. El centro de distribución de energía submarino reduce la electricidad de alto voltaje y distribuye el suministro de energía eléctrica apropiado entre múltiples componentes de un sistema de producción submarino (por ejemplo, bombas para pozos, bombas cebadoras de fondo marino, unidades de procesamiento submarinas, válvulas submarinas y sensores submarinos) mediante puentes. El sistema de distribución de energía submarino integrado puede utilizarse para suministrar energía eléctrica a todos los componentes del proceso del sistema de producción submarino necesarios desde la completación del pozo a las instalaciones huéspedes superficiales.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA RED DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA SUBMARINA Solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No. 61/322.199, presentada el 8 de abril de 2010.
Antecedentes Esta sección proporciona información sobre los antecedentes para facilitar una mejor comprensión de los distintos aspectos de la invención. Debe entenderse que las afirmaciones realizadas en esta sección del documento deben interpretarse en este sentido y no como reconocimientos de técnica anterior.
La invención se refiere en general a dispositivos y métodos para suministrar energía eléctrica instalaciones de producción submarinas y, más específicamente, a una red de energía integrada submarina para facilitar la distribución de energía y controlar funciones de un sistema de producción submarino .
La energía eléctrica es necesaria para hacer funcionar distintos componentes {por ejemplo, dispositivos y sistemas) asociados con sistemas de producción submarinos. Por ejemplo, los pozos de producción a menudo necesitan electricidad para hacer funcionar sensores ubicados en el pozo y/o la boca del pozo, bombas eléctricas sumergibles ("BES") dispuestas en los pozos y válvulas y/o accionadores ubicados en los pozos y líneas de flujo. La energía eléctrica también es necesaria para hacer funcionar bombas cebadoras, o compresores, que se utilizan para bombear los fluidos de producción (por ejemplo, aceite, agua y/o gas) desde los pozos o sistemas de procesamiento submarinos hasta instalaciones superficiales alejadas ubicadas en la superficie del agua o en la tierra. Los importantes requisitos de energía eléctrica, las inclementes condiciones ambientales y a menudo las grandes distancias por las que debe limitarse la energía a menudo limitan la cantidad de energía proporcionada eficazmente.
Compendio De acuerdo con uno o más aspectos de la invención, un sistema de producción submarino comprende instalaciones huéspedes superficiales que comprenden una fuente de energía eléctrica superficial; un centro de distribución de energía submarino conectado operativamente con la fuente de energía eléctrica superficial para recibir una entrada de alto voltaje, en donde el centro de distribución de energía submarino incluye un transformador para proporcionar una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; una bomba para pozo dispuesta en un pozo submarino, estando la bomba para pozo conectada a una de las salidas de voltaje del centro de distribución de energía submarino; y una bomba cebadora de fondo marino conectada a una de las salidas de voltaje del centro de distribución de energía submarino.
Una realización de un método para proporcionar energía eléctrica a un sistema de producción submarino comprende suministrar una entrada de alto voltaje desde instalaciones huéspedes superficiales hasta un centro de distribución de energía submarino ubicado cerca de un fondo marino; reducir la entrada de alto voltaje en el centro de distribución de energía submarino hasta una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; suministrar la salida de voltaje medio a dos o más dispositivos de voltaje medio de un sistema de producción submarino; y suministrar la salida de bajo voltaje a uno o más dispositivos de bajo voltaje del sistema de producción submarino.
De acuerdo con una o más realizaciones de la invención, dispositivos de red de distribución de energía integrados para un sistema de producción submarino comprenden un centro de distribución de energía submarino adaptado para conectarse a instalaciones huéspedes superficiales para recibir una entrada de alto voltaje y para reducir la entrada de alto voltaje hasta una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; un cable umbilical adaptado para conectar operativamente el sistema de distribución de energía submarino con las instalaciones huéspedes superficiales, comprendiendo el cable umbilical un conductor eléctrico para transmitir la entrada de alto voltaje y un conductor de datos para transmitir datos de salida desde las instalaciones huéspedes superficiales hasta el centro de distribución submarino y datos de entrada desde el centro de distribución de energía submarino hasta las instalaciones huéspedes superficiales; un puente adaptado para conectar operativamente una bomba para pozo con la salida de voltaje medio; un puente adaptado para conectar operativamente una bomba cebadora de fondo marino con la salida de voltaje medio; y un puente adaptado para conectar operativamente un sensor dispuesto en un pozo submarino con la salida de bajo voltaj e .
En lo que antecede se han esbozado algunas de las características y ventajas técnicas de la invención con el fin de que la descripción detallada de la invención que sigue a continuación pueda comprenderse de mejor manera. A continuación se describirán características y ventajas adicionales de la invención, las cuales constituyen el objeto de las reivindicaciones de la invención.
Breve descripción de los dibujos La divulgación se comprende mejor a partir de la siguiente descripción detallada cuando se lee con las figuras adjuntas. Cabe señalar que, de acuerdo con la práctica estándar en la industria, varias de las características no se dibujan a escala. En realidad, las dimensiones de las distintas características pueden aumentarse o reducirse arbitrariamente con fines de claridad de la descripción.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de una realización de un sistema de distribución de energía integrado para un sistema de producción submarino de acuerdo con uno o más aspectos de la invención.
La Figura 2 es una ilustración esquemática de centro de distribución de energía submarino de acuerdo con uno o más aspectos de la invención.
La Figura 3 es una vista esquemática de otra realización de un sistema de distribución de energía integrado para un sistema de producción submarino.
Descripción detallada Debe comprenderse que la siguiente divulgación proporciona muchas realizaciones o ejemplos diferentes para implementar diferentes características de realizaciones diversas. Ejemplos específicos de componentes y arreglos se describen más adelante para simplificar la divulgación. Obviamente estos son meramente ejemplos y no pretenden ser taxativos. Además, la divulgación puede repetir los numerales y/o literales de referencia en los distintos ejemplos. Esta repetición es a efectos de simplicidad y claridad y no implica una relación entre las distintas realizaciones y/o configuraciones descritas. Asimismo, la formación de una primera característica por encima de una segunda característica o sobre la misma en la descripción que sigue puede incluir realizaciones en las cuales la primera y la segunda característica se forman en contacto directo y también puede incluir realizaciones en las cuales pueden formarse características adicionales que se interponen entre la primera y la segunda característica, de forma tal que la primera y la segunda característica pueden no estar en contacto directo.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de una realización de una red de distribución de energía eléctrica integrada para un sistema de producción submarino de acuerdo con uno o más aspectos de la invención. El sistema de producción submarino representado, en general denotado por el numeral 8, incluye pozos de producción submarinos 12, un colector de concentración de producción 15, pozos de inyección 13, unidad (es) de procesamiento 14 (por ejemplo, separadores, fundidores, etc.), bomba (s) cebadora (s) 16 y bombas de inyección 18. Los pozos 12 y 13 son perforados en las formaciones subterráneas por debajo del fondo marino 24. Cada uno de los pozos completados 12 y 13 típicamente incluye uno o más sensores (por ejemplo, calibres) , válvulas de instrumentación y superficie (por ejemplo, de boca de pozo, árbol) . Los pozos 12 y 13 también pueden incluir válvulas sub-superficiales y bombas para pozos (por ejemplo, bombas eléctricas sumergibles) . Los pozos de producción 12 están en comunicación fluida con las instalaciones huéspedes superficiales 22 a través de la linea de flujo 20. En la realización representada, la línea de flujo 20 está conectada con las instalaciones huéspedes superficiales 22 en la válvula de abordaje 28. Las bombas cebadoras 16 están típicamente en conexión fluida con los pozos de producción 12 (por ejemplo, bomba para pozo 56) para proporcionar altura adicional para bombear el fluido producido del pozo 12 a las instalaciones huéspedes superficiales 22.
Las instalaciones huéspedes superficiales 22 se ubican en una ubicación superficial 26 (por ejemplo, en la tierra o la superficie del agua) que puede encontrarse a una distancia considerable (por ejemplo, distancia de delimitación) de la ubicación del fondo marino 24 de los componentes de las instalaciones de producción. Por ejemplo, la distancia de delimitación con las instalaciones huéspedes superficiales 22 puede ser de 10 a 150 km o más para transmisión de la corriente eléctrica CA y 300 km para trasmisión de la energía eléctrica CC. En la Figura 1, las instalaciones huéspedes superficiales 22 están representadas como una embarcación marina (por ejemplo, barco, buque petrolero, plataforma, etc.) ubicada en la superficie del agua. En algunas realizaciones, las instalaciones huéspedes superficiales 22 pueden ubicarse en la tierra.
La red de distribución de energía eléctrica integrada, generalmente- denotada por el numeral 10, está adaptada para proporcionar energía eléctrica a múltiples consumidores dentro de los límites del sistema de producción submarino 8. Por ejemplo, los límites del sistema de producción submarino 8 pueden extenderse de las completaciones dentro del pozo de los pozos submarinos 12, 13 a la válvula de abordaje de las instalaciones huéspedes superficiales 22. De acuerdo con al menos una realización, la red de distribución eléctrica 10 comprende una fuente de energía eléctrica 30 y un controlador basado en un procesador 32 (por ejemplo, controlador lógico programable) ubicado en las instalaciones huéspedes superficiales 22 y un centro de distribución de energía 34 ubicado debajo del mar (por ejemplo, fondo marino 24) próximo a los componentes del sistema de producción submarino 8. El centro de distribución de energía 34 está conectado de manera operativa a la fuente de energía eléctrica superficial 30 y al controlador de superficie 32 a través del cable umbilical 36. El cable umbilical 36 puede incluir uno o más conductores (por ejemplo, alambres, fibras ópticas, etc.) para transmitir energía eléctrica y datos entre las instalaciones huéspedes superficiales 22 y el centro de distribución submarino 34. El cable umbilical 36 puede conectarse a un centro de distribución submarino 34, por ejemplo, por medio de un conector estanco. El centro de distribución submarino 34 está conectado operativamente a los consumidores eléctricos (por ejemplo, sub-superficie y bombas, sensores, válvulas, accionadores, calentadores, etc.) por medio de puentes 38 (por ejemplo, cable umbilical, cables, lineas, conductores, fibras ópticas) . Los puentes 38 pueden incluir conductores de energía eléctrica y/o conductores de datos.
La Figura 2 es una ilustración esquemática de un centro de distribución de energía submarino 34 de una red de distribución de energía integrada de acuerdo con uno o más aspectos de la invención. El cable umbilical 36 conecta el centro de distribución submarino 34 a la fuente eléctrica superficial 30 y al controlador de superficie 32 de las instalaciones huéspedes superficiales 22. En la realización representada, el cable umbilical 36 incluye uno o más conductores eléctricos 40 para transmitir la energía eléctrica de la fuente eléctrica 30. Por ejemplo, el alto voltaje (por ejemplo, mayor que 22.000 VCA) puede trasmitirse de las instalaciones huéspedes superficiales 22 al centro de distribución submarino 34 para minimizar la sección transversal del conductor y las pérdidas de trasmisión. De acuerdo con uno o más aspectos de la invención, el cable umbilical 36 comprende uno o más conductores de datos 42 dedicados (por ejemplo, I-wire, cable, línea, fibra óptica, etc.) para transmitir los datos de control de salida del controlador de superficie 32 al centro de distribución submarino 34 (por ejemplo, centro de datos submarino 41) y luego a varios consumidores eléctricos (por ejemplo, bombas, sensores, válvulas, accionadores, etc.) del sistema de producción submarino 8 y para transmitir los datos de entrada recibidos en el centro de distribución submarino 34 al controlador de superficie 32.
En la realización representada en la Figura 2, el centro de distribución submarino 34 incluye un centro de datos submarino 41 adaptado para recibir los datos de entrada recolectados de los componentes del sistema de producción submarino 8 que comprende los parámetros del sistema de producción, tal como las condiciones del pozo 12, 13 (por ejemplo, presión, temperatura, tasa de flujo, producción de arena, composición de la fase fluida, incrustación, etc.), los parámetros de la bomba de fondo marino 16, 18 (por ejemplo, presión, temperatura, corriente eléctrica, tasas de flujo, etc.), las condiciones de la unidad de producción 14 (por ejemplo, tiempo de resonancia, presiones, temperaturas, corrientes eléctricas, composición de la fase de entrada y salida, etc.) y las condiciones de la linea de flujo (por ejemplo, presión, temperatura, formación de hidrato, tasas de flujo, temperaturas, etc.). Los datos de entrada (es decir, los parámetros del sistema de producción) son recibidos en el centro de datos submarino 41 de los componentes del sistema de producción submarino 8 por medio de puentes 38. Los datos de entrada de los distintos componentes del sistema de producción submarino 8 se consolidan en el centro de datos submarino 41 y se transmiten por medio de uno o más conductores de datos 42 en el cable umbilical 36 a instalaciones huéspedes superficiales 22 y controlador de superficie 32.
Los datos de entrada pueden ser usados por el controlador de superficie 32 para un control de circuito cerrado de varios componentes del sistema de producción submarino, incluidas, a modo no taxativo, bombas para pozos (por ejemplo, bombas eléctricas sumergibles "BES")), bombas de fondo marino (por ejemplo, bombas cebadoras 16, bombas de inyección 18) y unidades de procesamiento 14. Las instalaciones huéspedes superficiales 22, es decir, el controlador 32, pueden utilizarse para equilibrar la distribución de energía entre los componentes del sistema de producción submarino 8 por ejemplo. De acuerdo con una realización de la invención, el sistema 10 facilita una producción submarina segura, confiable y optimizada consolidando todos los datos de entrada percibidos del sistema de producción submarino 8 en el controlador de superficie 32. El controlador de superficie basado en el procesador 32 puede estar unido a sistemas de monitoreo y diagnóstico interactivos remotos, por ejemplo, para monitorear la condición de los componentes del sistema de producción submarino 8 y/o los parámetros de producción.
De acuerdo con al menos una realización, un alto voltaje (por ejemplo, más de 22.000 VCA) se trasmite de las instalaciones huéspedes 22 por el cable umbilical 36 al centro de distribución submarino 34. El centro de distribución submarino 34 luego disminuye la energía y la distribuye a los diversos consumidores eléctricos del sistema de producción submarino 8 a través de uno o más circuitos (por ejemplo, salidas) . Por ejemplo, en la realización representada, el centro de distribución submarino 34 proporciona una salida de voltaje medio 44 (por ejemplo, 3000-7000 VCA), salida de bajo voltaje 46 (por ejemplo, 110-700 VCA) y una salida eléctrica CC 48.
En la realización representada, los componentes del sistema de producción submarino 8 categorizados como voltaje medio están conectados operativamente al circuito de salida de voltaje medio 44, por ejemplo, un transformador 50 y un transmisor de velocidad variable 52 (por ejemplo, convertidor de frecuencia) . Los ejemplos de dispositivos de voltaje medio incluyen, a modo no taxativo, bombas (por ejemplo, bombas eléctricas sumergibles bombas para pozo, bombas cebadoras y bombas de inyección) , compresores y unidades de separación de la fase fluida (por ejemplo, unidades de procesador) . El transmisor de velocidad variable 52 facilita la trasmisión de energía a los equipos de bombeo dentro del pozo y del fondo marino en la frecuencia operativa necesaria (Hz) y facilita la variación de velocidad selectiva de las instalaciones huéspedes superficiales para cumplir con los requisitos de altura y flujo de producción, por ejemplo. Se puede equilibrar la energía y compartir la carga entre varias bombas de producción, por ejemplo, combinaciones de bombas para pozos (por ejemplo, bombas eléctricas sumergibles, bombas impelentes) y bombas cebadoras de fondo marino, por medio de un controlador de superficie 32 de las instalaciones huéspedes superficiales 22. La red de distribución de energía submarina integrada facilita el control simultáneo de la operación de múltiples componentes del sistema de producción submarino 8 de las instalaciones huéspedes superficiales 22.
Los dispositivos de bajo voltaje son representados esquemáticamente conectados operativamente al circuito de salida de bajo voltaje 46 que tiene un transformador 50. El circuito de salida de bajo voltaje 46 puede comprender un transmisor de velocidad variable 52. Los componentes de bajo voltaje (por ejemplo, dispositivos) incluyen, a modo no taxativo, sensores, tales como medidores multi-fásicos; válvulas eléctricas y accionadores que pueden ubicarse, por ejemplo, dentro del pozo (es decir, sub-superficialmente) , en las bocas de pozos (por ejemplo, árbol de Navidad, árbol de válvulas) , lineas de flujo y colectores de concentración; bombas de inyección química local y sistemas de control e instrumentación. Los usuarios de energía eléctrica alta estática incluyen, a modo no taxativo, calentadores de la línea de flujo y fundidores electroestáticos (por ejemplo, unidades de procesamiento) .
Los dispositivos con energía CC están representados esquemáticamente conectados operativamente a un circuito de salida CC 48 que tiene un transformador 50 y un rectificador 54. Los dispositivos con energía CC incluyen, a modo no taxativo, sensores, tales como, a modo no taxativo, sensores de presión, sensores de temperatura, medidores de la tasa de flujo, medidores multi-fásicos , corriente eléctrica y similares .
La Figura 3 es una ilustración esquemática de otra realización de una red de distribución de energía 10 integrada y un sistema de producción submarino 8. La Figura 3 representa un pozo de producción 12 y un pozo de inyección 13 penetrando, cada uno, una o más formaciones subterráneas, identificadas en general como formación 70, e identificadas individualmente como formación 70a, formación 70b, etc. Cada uno de los pozos 12, 13 comprende una completación 72 dispuesta en el pozo y conectada operativamente a la boca de pozo 74 (por ejemplo, árbol de Navidad, árbol de válvulas, árbol, etc.). Cada completación 72 puede incluir uno o más dispositivos operativos (por ejemplo, bombas, sensores, válvulas, etc.) que están operativamente conectados al centro de distribución de energía 34 e instalaciones huéspedes superficiales 22. Por ejemplo, el pozo de producción representado 12 incluye al menos un sensor 60, una válvula dentro del pozo 58 y una bomba eléctrica sumergible 56, cada una de las cuales está operativamente conectada a instalaciones huéspedes 22 a través del centro de distribución submarino 34. Como se describe mejor más adelante, el pozo de producción puede monitorearse, accionarse y controlarse desde instalaciones huéspedes superficiales 22 (es decir, controlador 32) a través del centro de distribución de energía submarino 34.
Con referencia a las Figuras 1 a 3, las instalaciones huéspedes superficiales 22 están conectadas operativamente por medio de un cable umbilical 36 al centro de distribución de energía submarino 34 y conectadas operativamente a varios componentes del sistema de producción submarino 8 del centro de distribución submarino 34 por medio de puentes 38. El cable umbilical 36 y los puentes 38 comprenden conductores de energía 40 y/o conductores de datos 42 para conectar operativamente los distintos componentes del sistema de producción submarino 8. En la realización representada en la Figura 3, la energía eléctrica y/o comunicación de datos se proporciona a los componentes del sistema de producción submarino 8, tales como: bombas para pozo (es decir, sub-superficie, fondo del pozo) 56 (por ejemplo, bombas impelentes, bombas eléctricas sumergibles) ; bombas de fondo marino tales como bomba cebadora 16 y bomba de inyección 18; válvulas 58 (por ejemplo, estranguladores, válvulas para pozo, válvulas de la línea de flujo, válvulas de árbol, colectores, etc.); sensores 60 (por ejemplo, presión, temperatura, tasa de flujo, composición de la fase fluida (es decir, aceite, agua, gas), incrustación, corriente eléctrica, detección de la producción de arena, etc.); instrumentación y control local 62 y otros dispositivos del sistema de producción submarino en general identificados por el numeral 64 (por ejemplo, calentador de la linea de flujo, bombas químicas, bombas hidráulicas, etc.) . Los expertos en la técnica reconocerán con la ayuda de la presente divulgación que los componentes operativos del sistema de producción submarino 8, tales como, por ejemplo, las unidades de procesamiento 14, bombas 56, 16, 18 pueden incluir sensores e instrumentación y controles que no están ilustrados ¦ individualmente o por separado en la presente.
El control de toda la red de distribución de energía integrada 10 y el sistema de producción submarino 8 puede establecerse por medio de la fuente de energía de superficie 30 y la interfaz del controlador de superficie 32 en las instalaciones huéspedes superficiales 22. Las señales de control pueden trasmitirse por medio de un conductor de datos 42 dedicado en el cable umbilical 36 de suministro de alto voltaje 34 y para el centro de distribución submarino 34 a los distintos componentes del sistema de producción submarino, por ejemplo, en respuesta al circuito de retroalimentación cerrado. La energía eléctrica de alto voltaje (por ejemplo, la energía CA y/o CC) puede trasmitirse por distancias de delimitación extensivas al centro de distribución de energía submarino 34 en donde la energía eléctrica de alto voltaje es disminuida (es decir, transformadores 50) y luego trasmitida a los componentes eléctricos del sistema de producción submarino 8 de acuerdo con los requisitos de voltaje de trasmisión de los componentes del sistema (por ejemplo, voltaje medio 44, bajo voltaje 46, voltaje CC 48) . Uno o más circuitos en el centro de distribución de energía submarino 34 pueden comprender un transmisor de velocidad variable 52 que facilita el control operativo del controlador de superficie 32 de los componentes del sistema de producción submarino 8 tal como, a modo no taxativo, bomba para pozo 56 y bombas de fondo marino 16, 18; y para proporcionar un reequilibro de energía.
El flujo de datos de entrada de alta frecuencia al controlador de superficie 32 de los componentes del sistema de producción submarino 8 (por ejemplo, sensores 60, instrumentación y controles locales, etc.) permite el monitoreo del sistema de producción submarino en tiempo real (es decir, vigilancia) y control sensible de los componentes del sistema de producción submarino 8 para optimización de la producción submarina y la integridad y protección del sistema. Puede darse prioridad al proceso y a las señales de entrada de desconexión de emergencia de las instalaciones huéspedes superficiales 22 para seguridad completa del sistema- Por ejemplo, realizaciones del suministro de energía de superficie 30 y 32 pueden vincularse con la desconexión de emergencia de las instalaciones huéspedes superficiales 22 de forma tal que la producción submarina puede detenerse de manera segura y controlada realizando secuencias de cierre de pozos y detención de los sistemas. El monitoreo de la energía del sistema de producción submarino 8 detallado puede permitir la optimización de energía en instalaciones huéspedes superficiales 22 compartiendo la carga entre, por ejemplo, sistemas de bombeo submarinos 58, 16, 18 y permite prender y ejecutar de manera optimizada las bombas submarinas que funcionan en serie y de combinaciones de bombas bombas para pozo 56 y cebadoras de lecho marino 16. Además, la lógica inherente permitirá que el sistema de producción submarino 8 sea modelado por medio de simulaciones, para asegurar el funcionamiento optimizado del equipo.
El controlador de superficie 32 proporciona, por ejemplo, equilibrio de carga entre dos o más sistemas de bombas eléctricas sumergibles 56 desplegados en uno o más pozos 12, 13 por medio de transmisores de velocidad variable 52 y el centro de distribución submarino 34. El controlador de superficie 32 también puede usarse para equilibrar las cargas entre la bomba para pozo 56 y las bombas cebadoras de fondo marino 16. Cuando las bombas en el sistema de producción submarino 8 se conectan en serie, por ejemplo, hay típicamente una distribución irregular de la carga entre las bombas. El controlador de superficie 32 puede facilitar el equilibrio manual o automático, o el desajuste selectivo, de la carga en más de una bomba 56, 16, 18. En otras realizaciones, el controlador de superficie 32 puede usarse para administrar las cargas en las bombas, tal como bombas para pozos 56, controlando una válvula 58 (por ejemplo, estrangulador ) , por ejemplo, ubicado en la boca del pozo 74 (por ejemplo, árbol) y/o colector de concentración de producción 15.
El controlador de superficie 32 puede usarse para proporcionar una protección de sobre-corriente u otra protección eléctrica. Además, el controlador de superficie 32 puede utilizar un transmisor de frecuencia variable submarino 52, por ejemplo, para proporcionar un control de carga entre los consumidores eléctricos, tales como bombas para pozo y submarinas, por medio de la conmutación activa del suministro de energía eléctrica en el centro de distribución submarino 34. Los parámetros del sistema de producción, por ejemplo, tasas de flujo, presiones del pozo, producción de arena y similares pueden realizarse del controlador de superficie 32 en respuesta al ajuste de la frecuencia de señal de energía suministrada a una o más de las bombas para pozos 56 y/o bombas cebadoras 16. De manera similar, pueden realizarse varios parámetros de producción (por ejemplo, fracciones de fase, tasas de flujo, presiones, producción e arena, etc.) del controlador de superficie 32 en respuesta al ajuste de las válvulas 58 (por ejemplo, estrangulamiento) , unidades de procesamiento 14 y bombas cebadoras 16.
La seguridad y protección del sistema pueden ser proporcionadas por un controlador de superficie 32. Por ejemplo, en respuesta a datos percibidos de uno o más componentes 12, 14, 16, 18, 56, 58, 60, 62 del sistema de producción submarino 8, el controlador de superficie 32 puede iniciar acciones de control en tiempo real. Por ejemplo, en respuesta a la entrada de una medición de alta presión en el pozo 12, el controlador 32 puede iniciar el cierre del pozo de producción 12 mediante la detención de la bomba para pozo 56 y el cierre de una o más válvulas 58, por ejemplo, válvulas de seguridad sub-superficiales, válvulas de boca de pozo y válvulas colectoras de producción. En otro ejemplo, en respuesta a una medición de alta presión en el pozo de producción 12, el controlador de superficie 32 puede iniciar acciones que reduzcan la presión en el pozo. Por ejemplo, el controlador de superficie 32 puede aumentar la velocidad, es decir, la tasa de flujo, de la bomba para pozo 56, abrir una o más válvulas 58 y/o reducir el tiempo de resonancia en las unidades de procesamiento 14. En un ejemplo de medida de seguridad, tras el inicio por parte del controlador de superficie 32 de un cierre de la bomba para pozo 56, el controlador de superficie 32 puede evitar el cierre de una o más válvulas 58 en respuesta al ingreso de datos de un sensor 60 que indica la continuación del funcionamiento de la bomba para pozo 56. En otro ejemplo, controlador de superficie 32 puede iniciar un proceso de cierre de la bomba para pozo 56 en respuesta al ingreso de datos de un sensor 60 que indica una vibración excesiva de la bomba para pozo 56.
La producción submarina puede controlarse mediante control operativo desde las instalaciones huéspedes superficiales 22 y el controlador de superficie 32 de uno o más componentes del sistema de producción submarino. Por ejemplo, las condiciones de funcionamiento de uno o más componentes del sistema de producción submarino pueden ajustarse desde el controlador de superficie 32 en respuesta a datos de entrada medidos (por ejemplo, el sensor 60, instrumentos y control locales, etc.) en' un pozo de producción 12. Por ejemplo, tras recibir datos de ingreso (por ejemplo, datos de circuito de retroalimentación) de un sensor 60 dispuesto en el pozo de producción 12 de que la producción de arena está aumentando en la zona de formación 70b, el envió de señales de control de salida desde el controlador 32 puede, por ejemplo, reducir la velocidad de funcionamiento de la bomba para pozo 56 y/o accionar una válvula 58, por ejemplo, en la boca del pozo 74 para aumentar la presión de fondo en el pozo de producción 12, y/o accionar una o más válvulas para pozo 58 para aislar la zona de formación 70a de otras formaciones subterráneas. En otro ejemplo de control de funcionamiento del sistema de producción submarino 8, pueden ajustarse parámetros de funcionamiento de una o más unidades de procesamiento submarinas 14 para optimizar la separación submarina de composiciones de fase del fluido de producción bruto producido desde los pozos de producción 12.
Lo que antecede esboza características de varias realizaciones para que los expertos en la técnica puedan comprender mejor los aspectos de la divulgación. Los expertos en la técnica apreciarán que pueden usar la divulgación fácilmente como base para diseñar o modificar otros procesos y estructuras para lograr los mismos objetivos y/o las mismas ventajas de las realizaciones presentadas en la presente. Los expertos en la técnica también apreciarán que dichas construcciones equivalentes no se apartan del espíritu y el alcance de la divulgación y que podrán realizar distintos cambios, sustituciones y alteraciones a la presente sin apartarse del espíritu y el alcance de la divulgación. El alcance de la invención debería quedar determinado solamente por la redacción de las reivindicaciones que siguen. El término "que comprende" en las reivindicaciones pretende significar "que incluye al menos" de forma tal que los elementos enumerados en una reivindicación constituyan un grupo abierto. Los términos "un", "una" y otros términos en singular pretenden incluir la formas plurales de los mismos, a menos que se excluyan específicamente.

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de producción submarino que comprende: instalaciones huéspedes superficiales que comprenden una fuente de energía eléctrica superficial; un centro de distribución de energía submarino conectado operativamente a la fuente de energía eléctrica superficial para recibir una entrada de alto voltaje, comprendiendo el centro de distribución de energía submarino un transformador para proporcionar una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; una bomba para pozo dispuesta en un pozo submarino, estando la bomba para pozo conectada a una de las salidas de voltaje del centro de distribución de energía submarino; y una bomba cebadora de fondo marino conectada a una de las salidas de voltaje del centro de distribución de energía submarino .
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde las instalaciones huéspedes superficiales comprenden, además, un controlador basado en un procesador conectado operativamente al centro de distribución de energía submarino para transmitir datos de salida al sistema de distribución de energía submarino y para recibir datos de entrada del sistema de distribución de energía submarino.
3. El sistema de la reivindicación 2, en donde las instalaciones huéspedes superficiales están conectadas operativamente al centro de distribución de energía submarino mediante un cable umbilical que comprende un conductor de alto voltaje y un conductor de datos.
. El sistema de la reivindicación 1, en donde la fuente eléctrica superficial está conectada operativamente al centro de distribución de energía submarino mediante un cable umbilical para transmitir aproximadamente 22.000 VCA o más desde la fuente eléctrica superficial al centro de distribución de energía submarino.
5. El sistema de la reivindicación 4, en donde la salida de voltaje medio es de aproximadamente 3.000 VCA a aproximadamente 7.000 VCA.
6. El sistema de la reivindicación 4, en donde la salida de bajo voltaje es de aproximadamente 110 VCA a aproximadamente 700 VCA.
7. El sistema de la reivindicación 4, en donde las instalaciones huéspedes superficiales están dispuestas a aproximadamente 10 km o más del centro de distribución de energía submarino.
8. El sistema de la reivindicación 4, en donde las instalaciones huéspedes superficiales están dispuestas a aproximadamente 150 km del centro de distribución de energía submarino.
9. El sistema de la reivindicación 1, en donde el centro de distribución de energía submarino comprende un transmisor de velocidad variable conectado operativamente a al menos una de la salida de voltaje medio y la salida de bajo voltaje.
10. El sistema de la reivindicación 9, en donde las instalaciones huéspedes superficiales comprenden, además, un controlador basado en un procesador conectado operativamente al centro de distribución de energía submarino para transmitir datos de salida al centro de distribución de energía submarino y para recibir datos de entrada del centro de distribución de energía submarino.
11. El sistema de la reivindicación 10, en donde: la bomba para pozo está conectada operativamente al centro de distribución de energía submarino para recibir datos de salida del centro de distribución de energía submarino y para transmitir datos de entrada al centro de distribución de energía submarino; y la bomba cebadora de fondo marino está conectada operativamente al centro de distribución de energía submarino para recibir datos de salida del centro de distribución de energía submarino y para transmitir datos de entrada al centro de distribución de energía submarino.
12. El sistema de la reivindicación 1, en donde el centro de distribución de energía comprende un rectificador para proporcionar una salida de energía de CC.
13. El sistema de la reivindicación 1, en donde: las instalaciones huéspedes superficiales comprenden, además, un controlador basado en un procesador conectado operativamente al centro de distribución de energía submarino para transmitir datos de salida al sistema de distribución de energía submarino y para recibir datos de entrada del sistema de distribución de energía submarino; el controlador basado en un procesador y la fuente eléctrica superficial están conectados operativamente al centro de distribución de energía submarino mediante un cable umbilical que comprende un conductor de alto voltaje y un conductor de datos; el cable umbilical transmite 22.000 VCA o más desde la fuente eléctrica superficial al centro de distribución de energía submarino; la salida de voltaje medio es de aproximadamente 3.000 VCA a aproximadamente 7.000 VCA; y la salida de bajo voltaje es de aproximadamente 110 VCA a aproximadamente 700 VCA.
14. Un método para proporcionar energía eléctrica a un sistema de producción submarino que comprende: suministrar una entrada de alto voltaje desde instalaciones huéspedes superficiales hasta un centro de distribución de energía submarino ubicado cerca de un fondo marino; reducir la entrada de alto voltaje en el centro de distribución de energía submarino hasta una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; suministrar la salida de voltaje medio a dos o más dispositivos de voltaje medio de un sistema de producción submarino; y suministrar la salida de bajo voltaje a uno o más dispositivos de bajo voltaje del sistema de producción submarino .
15. El método de la reivindicación 14, en donde los dos o más dispositivos de voltaje medio comprenden: una bomba para pozo dispuesta en un pozo de producción; y una bomba cebadora de fondo marino en comunicación fluida con la bomba para pozo.
16. El método de la reivindicación 14 que comprende, además, equilibrar la distribución de energía eléctrica del centro de distribución de energía submarino a los dos o más dispositivos de voltaje medio.
17. El método de la reivindicación 16, en donde el equilibrio de la distribución de energía eléctrica comprende suministrar datos de salida de un controlador basado en un procesador en las instalaciones huéspedes superficiales al centro de distribución de energía submarino.
18. El método de la reivindicación 14, en donde suministrar electricidad de alto voltaje comprende suministrar aproximadamente 22.000 VCA o más al centro de distribución de energía submarino desde las instalaciones huéspedes superficiales ubicadas a más de 10 km del centro de distribución de energía submarino.
19. El método de la reivindicación 18, en donde: la salida de voltaje medio es de aproximadamente 3.000 VCA a aproximadamente 7.000 VCA; y la salida de bajo voltaje es de aproximadamente 110 VCA a aproximadamente 700 VCA.
20. Dispositivos de red de distribución de energía integrados para un sistema de producción submarino que comprende: un centro de distribución de energía submarino adaptado para conectarse a instalaciones huéspedes superficiales para recibir una entrada de alto voltaje y para reducir la entrada de alto voltaje hasta una salida de voltaje medio y una salida de bajo voltaje; un cable umbilical adaptado para conectar operativamente el sistema de distribución de energía submarino con las instalaciones huéspedes superficiales, comprendiendo el cable umbilical un conductor eléctrico para transmitir la entrada de alto voltaje y un conductor de datos para transmitir datos de salida de control desde las instalaciones huéspedes superficiales hasta el centro de distribución submarino y datos de entrada desde el centro de distribución de energía submarino hasta las instalaciones huéspedes superficiales; un puente adaptado para conectar operativamente una bomba para pozo con la salida de voltaje medio; un puente adaptado para conectar operativamente una bomba cebadora de fondo marino con la salida de voltaje medio; y un puente adaptado para conectar operativamente un sensor dispuesto en un pozo submarino con la salida de bajo voltaje .
21. Los dispositivos de red de distribución de energía integrados de la reivindicación 1 que comprenden, además, un controlador basado en un procesador dispuesto en las instalaciones huéspedes superficiales adaptado para recibir los datos de entrada del centro de distribución de energía submarino y para enviar los datos de salida de control al centro de distribución de energía submarino.
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