NO154288B - Fremgangsmùte for ù drive minst en av flere undersj!iske o ljebr!nnventiler eller pilotventiler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte for å drive minst en av flere undersjøiske oljebrønnventiler eller pilotventiler i en eventuelt ønsket sekvens av den art som er angitt i innledningen til krav 1.

Ved et fluidum-styresystem blir forskjellig mekanisk utstyr påvirket ved tilførsel av et fluidum-signal til utstyret gjennom en fluidumfylt rørledning. Nærmere bestemt har hydrauliske styresystemer blitt benyttet ved oljeproduksjon for å påvirke ventiler og andre anordninger forbundet med en oljebrønn. Slike systemer har blitt anvendt ved under-vannsbrønninstallasjoner for å åpne og lukke undersjøiske ventiler på brønnen ved å innføre et hydraulisk signal i styresystemet fra en fjerntliggende kilde påhavflaten. Under-sjøiske ventiler kan være "juletre ventiler" anbragt på hav-bunnen, sikkerhetsventiler, anbragt nede i hullet under hav-bunnen eller manifoldventiler i et undersjøisk produksjons-system. Fjerntrykk-kilden kan være en pumpe og en hydrau-

lisk akkumulatorenhet festet til en plattform på havflaten ved en avstand fra brønnen og forbundet med undervannsan-ordningen gjennom en lang styreledning.

Ved drift av flere undersjøiske brønnventiler er det ofte ønskelig å åpne eller lukke hver ventil på en bestemt ordre. Et styresystem , som innbefatter sekvensstyrte pilotventiler, er vanligvis benyttet for å utføre dette. Hver pilotventil er forbundet med en hydraulisk kraftledning som fører til en av brønnventilene og styrer strømmen av kraftfluidum til brønnventilen. Pilotventilene er hydraulisk påvirket av inngangstrykksignalene tilført gjennom en trykk-styreledning. Hver pilot blir trigget av forskjellige minimumsutgangstrykk i styreledningen ved pilotstedene. Brønnventilene kan således bli drevet ved den ønskede sekvensen ved å tilføre økende trykktrinn til styreledningen for å gi progressivt økende trykknivåer ved pilotene. Ved vanlige fremgangsmåter er vanligvis hvert inngangstrykktrinn i sekvensen pa ca. 28 kg/cm 2 og økningen av utgangstrykket som er nødvendig for å nå neste påvirkningstrykk i sekvensen er omkring 60% av trinnet eller omkring 17 kg/cm 2. Det er kritisk at trinnstørrelsen og pilotpåvirkningsinnstillingen blir valgt slik at i løpet av anvendelsen av et visst trykktrinn for å påvirke en pilot, blir ikke piloten tilknyttet neste trinn i sekvensen feilaktig påvirket. Driften av en pilotventil er beskrevet i US patent nr. 4 119 146.

Bruken av pilotventiler for å styre anordninger i en forutbestemt sekvens er beskrevet i US patentene nr. 3 856 037

og 3 993 100.

En mangel ved vanlig fluidumtrykkstyremetoden er forsinkelsen mellom tiden ved hvilken trykksignalet blir tilført rørled-ningen ved trykk-kilden og tiden ved hvilken signalet når anordningen og bevirker påvirkningen. Denne tidsforsinkelsen blir spesielt betydelig når en lang trykkledning blir benyttet som tilfellet er ved undersjøiske brønnventiler styrt fra en fjerntliggende overflateinnretning. Ved slike installa-sjoner kan styreledningen være mer enn 20 km lang og system-

reaksjonstiden kan være flere minutter.

I den senere tid er forsinkelsetidsproblemet blitt innsett og forskjellige løsninger er blitt foreslått. Ved økning av den innvendige diameteren til trykkledningen i et gitt system vil reaksjonstiden for overføring av et signal bli redusert. En ulempe med dette forslaget er imidlertid den ytterligere fordyringen i forbindelse med anbringelsen av en større pumpe og en større akkumulator for å tilveiebringe øket fluidumsvolum. En annen foreslått løsning er bruken av et vannbasert fluidum istedet for olje som hydraulisk fluidum. Mens systemreaksjonstiden vil bli redusert pga. den lavere viskositeten til et vannbasert fluidum, vil korrosjonsproblemene i forbindelse med fluidumsysternet bli øket og slitasjen kan bli akselerert og fluidumlevetiden vil bli redusert.

Ovenfornevnte ulemper ved vanlige metoder for overføring av fluidumtrykksignaler er i hovedsaken unngått ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, som angår en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av under-kravene.

Den tilførte trykkpulsen ifølge foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis mellom omkring 1,5 til omkring 3,0 ganger størr-elsen ved vanlig trykktrinn og tilførselsperioden for pulsen er mellom omkring 0,4 til omkring 0,8 ganger triptiden for vanlig trykktrinn. Det er foretrukket at pulsens størrelse er omkring 2 ganger trykktrinnet og påføringsperioden er omkring 0,75 ganger tripp-tiden for trinninngangen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til

medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser en perspektivtegning av et offshorebrønnhode forbundet med en fast plattform ved hjelp av en lang fluidum-trykkstyrt ledning. Fig. 2 viser et skjematisk diagram av tre brønnhodeventiler og et tilknyttet styresystem med pilotventiler i påvirkningstilstanden. Fig. 3 viser et skjematisk diagram av tre brønnhodeventiler og et tilknyttet styresystem, lignende det på fig. 2, med pilotventilene i ventileringstilstand. Fig. 4 viser en kurve over den generelle formen av et inngangstrykktrinn og en inngangstrykkpuls som en funksjon av tiden for økende trykknivåer. Fig. 5 viser en kurve over formen til utgangstrykket i forhold til kurven for inngangstrykksignalet vist på fig. 4.

Fig. 6A viser komponentene til en inngangstrykkpuls.

Fig. 6B viser en grafisk metode for å bestemme den optimale tilførselsperioden for en trykkpuls. Fig. 7 viser fem reaksjonskurver for et spesielt system uttrykt i normalisert trykk i forhold til tiden basert på eksperimenter.

Benyttelsen av foreliggende oppfinnelse er en offshore-oljeproduksjons-innretning vist på fig. 1. Brønnhodet 1

til en offshore-oljebrønn er vist på sjøbunnen 6 og er forbundet med en lang fluidum-styreledning 2. Trykkledningen 2 strekker seg fra brønnhodet 1 til en fjernt fastliggende

produksjonsplattform 4. Ledningen 2 blir forsynt med hydraulisk fluidum ved hjelp av en pumpe og et fluidumtanksystem (ikke vist) anordnet på plattformen 4. Pumpesystemet kan tilføre overtrykk til ledningen ved forskjellige nivåer for å drive ventilene på brønnen som regulerer fluidumstrømmen gj ennom brønnen.

Ventilene på brønnen skal bli styrt og styresystemet for styring av ventilene er vist skjematisk på fig. 2. Rør-strengen 5 forløper under sjøbunnen 6 og er utstyrt med tre ventiler 7,8 og 9. Delen av rørstrengen 5 over sjøbunnen 6 er forbundet med en oljeproduksjonsledning 10. Den nederste ventilen 7 er en brønnhullsikkerhetsventil, senterventilen 8 er hovedproduksjonsventilen og den øverste ventilen 9 er en avgreningsventil som styrer strømmen med olje til produksjons-ledningen 10.

Før produksjonen fra brønnen er begynt er de tre ventilene 7,8 og 9 i lukket stilling. Sikkerhetsventilen 7 blir vanligvis holdt i en lukket stilling ved hjelp av fjæren 11 og blir hydraulisk påvirket til en åpen stilling gjennom den hydrauliske ledningen 14. Hovedventilen 8 og forgreningsventilen 9 er likeledes normalt holdt lukket ved hjelp av henholdsvis fjærene 12 og 13 og kan bli hydraulisk påvirket til en åpen stilling gjennom de hydrauliske ledninger 15 henholdsvis 16. Den ønskede operasjonsprosedyren for å begynne produksjonen blir først å åpne sikkerhetsventilen 7

og så hovedventilen 8 og til slutt forgreningsventilen 9.

Det hydrauliske styresystemet, generelt betegnet med hen-visningstallet 17 styrer åpningen og lukkingen av ventilene 7, 8 og 9 og blir forsynt med et hydraulisk styrefluidum ved hjelp av trykkstyreledningen 2 som forløper fra et fjernt styrepunkt på plattformen 4. Styreledningen 2 frembringer trykksignaler for drift av styresystemet 17. Styreledningen 2 er til å begynne med forspent til et trykknivå, f.eks. 105 kg/cm . En vanlig trykkmanifold 18 er forbundet med styreledningen 2 og mottar trykksignaler fra det fjerntliggende styrepunktet. Referansetrykkledningen 19 blir opprettholdt med et forutbestemt trykknivå for eksempel. 84,37 kg/cm .

En hydraulisk kraftledning 39 tilveiebringer kraftfluidum

ved et trykk tilstrekkelig til å overvinne kraften til fjærene 11, 12 og 13 for åpning av ventilene 7, 8 og 9. Referanseledningen 19 og kraftledningen 39 kan bli forsynt med fluidum fra akkumulatorene på plattformen 4 eller fra undersjøiske akkumulatorer. Disse to ledningene kan alternativt bli forsynt med fluidum gjennom styreledningen 2. Trykkregulator-ene kan så bli benyttet for å opprettholde trykket i referanseledningen 19 og kraftledningen 39 ved ønsket konstante nivåer, mens trykket i styreledningen 2 blir øket.

Tre pilotventiler 21, 22 og 23 er anordnet, av hvilke en

er forbundet med hver av de tre ventilene 7, 8 og 9. Utløpet 24 til pilotventilen 21 er således forbundet med en hydraulisk ledning 14 for styring av sikkerhetsventilen 7, utløpet 25

til pilotventilen 22 er forbundet med ledningen 15 for styring av hovedventilen 8, og utløpet 26 til pilotventilen 23 er forbundet med ledningen 16 for styring av forgreningsventilen 9. Innløpene 27, 28 og 29 til pilotventilene 21, 22 og 23, henholdsvis, er forbundet med kraftledningen 39. Når pilotventilen 21 er i påvirket tilstand er innløpet 2 7 og utløpet 24 til pilotventilen 21 i fluidumkommunikasjon, kraftfluidum kan strømme fra kraftledningen 39 til ledningen 14, og sikkerhetsventilen 7 er styrt til en åpen stilling. Når innløpet 28 og utløpet 25 til pilotventilen 22 er i fluidumskommunikasjon er likeledes hovedventilen 8 åpen. Og når innløpet 29 og ut-løpet 26 til pilotventilen 23 er i fluidumkommunikasjon er forgreningsventilen 9 åpen. Pilotventilene 21, 22 og 23

er vist skjematisk i påvirket tilstand på fig. 2.

Pilotventilene 21, 22 og 23 har også ventilasjoner 30, 31

og 32, henholdsvis. Når pilotventilen 21 er i ventilasjonstilstanden blir utløpet 24 innrettet med ventilasjonen 30

slik at ledningen 24 er i kommunikasjon med ventilasjonen 30, kraftfluidum blir ventilert fra ledningen 14, og sikkerhetsventilen 7 er i den normalt lukkede stilling. Pilotventilene 22 og 23 opererer analogt i ventilasjonstilstanden for å opprettholde ventilene 8 og 9, henholdsvis, i lukket stilling. Ved den skjematiske fremstillingen på fig. 3 er pilotventilene 21, 22 og 23 vist i ventilasjonstilstanden.

Pilotventilene blir påvirket ved hjelp av pilotporter. Pilotventilen 21 har f.eks. en første pilotport 33 forbundet med kommandomanifold 18 og en andre pilotport 36 forbundet med en referanseledning 19. Pilotventilen 21 er forhåndsinnstilt slik at når trykket ved første pilotport 33 overskrider trykket ved den andre pilotporten 36 ved en første forvalgt trykkforskjell, f.eks. 38 kg/cm O , og innløpet 2 7 kommer pao linje med utløpet 24 slik at pilotventilen 21 er i påvirk-ningsstillingen og sikkerhetsventilen 7 blir styrt til dens åpne stilling. Siden trykket til den andre pilotporten er referansetrykket på 84, 37 kg/cm 2 i referansetrykkledningen 19 blir den første trykkforskjellen på 38 kg/cm 2 tilveiebragt i pilotventilen 21 for å åpne ventilen 7 når kommando-manif olden 18 når et forvalgt første trykknivå på 122,3 kg/ cm^.

Pilotventilen 22 har en første pilotport 34 forbundet med kommdanomanifolden 18 og en andre pilotport 37 forbundet med en referanseledning 19. Pilotventilen 22 er forhåndsinnstilt slik at når trykket ved første porten 34 overskrider trykket ved den andre porten 37 med en forvalgt andre trykkforskjell på o 66,1 kg/cm 2, større enn den første trykkforskjellen 38 kg/cm 2, kommer innløpet 28 og utløpet 25 inn pa linje slik at pilotventilen 22 er i påvirkningstilstanden. Når kommandomanifolden 18 således når et forvalgt andre trykknivå på 150,5 kg/cm 2 , høyere enn det første trykknivået 122,3 kg/cm 2, sa er den andre trykkforskjellen 66,1 kg/cm 2 tilveiebragt i pilotventilen 22 og hovedventilen 8 blir åpnet. Pilotventilen 23 har likeledes første pilotport 35 forbundet med kommandomanifolden 18 og en andre pilotport 38 forbundet med referanseledningen 19. Pilotventilen 23 er forhåndsinnstilt slik at når trykket ved første porten 35 overskrider trykket ved den andre port 38 med en forvalgt tredje trykkforskjell på 94,22 kg/cm 2, større enn den andre trykkforskjellen på 66,1 kg/cm 2, kommer innløpet 29 og utløpet 26

på linje og forgreningsventilen 9 blir åpnet. Den tredje trykkforskjellen 94,22 kg/cm 2 blir tilveiebragt i pilotventilen 23 når et forvalgt tredjetrykknivå på 178,6 kg/cm<2>, større enn det andre trykknivået på 150,5 kg/cm 2 , blir nåodd i kommandomanifolden 18.

For å åpne de tre ventilene i ønsket orden, sikkerhetsventilen 7 første, hovedventilen 8 deretter, og forgreningsventilen 9 til slutt, må trykksignalet blir tilført ved plattformen 4 gjennom trykkledningen 2 for tilveiebringelse av de tre nødvendige trykknivåene på 122,3 kg/cm 2 , 150,5 kg/cm 2 og 178,6 kg/cm 2 i kommandomanifolden 18. Når trykknivået 122,3 kg/cm 2er oppnåss i kommandomanifolden 18 vil pilotventilen 21 bevege seg til påvirkningstilstanden og vil åpne sikkerhetsventilen 7. Ved dette trykknivået vil pilotventilene 22 og

23 forbli i ventilasjonstilstanden og hovedventilen 8 og forgreningsventilen 9 vil forbli lukket. Når det andre trykknivået på 150,5 kg/cm 2 er oppnådd i kommandomanifolden 18

vil pilotventilen 22 bevege seg til påvirkningstilstanden og åpne hovedventilen 8. Pilotventilen vil forbli i ventilasjons-modusen og forgreningsventilen 9 vil forbli lukket. Når trykknivået 178,6 kg/cm er oppnådd i kommandomanifolden vil endelig den siste pilotventilen 23 bevege seg inn i påvirkningstilstanden og vil åpne forgreningsventilen 9.

I den senere tid har de nødvendige trykknivåene i kommandomanifolden 18 blitt tilveiebragt ved å tilføre en rekke økende inngangstrykktrinn til styreledningen 2 i den fjerntliggende kilden. Uttrykkene benyttet her "trykktrinn" og "trykkpuls" henviser til her til forandring i trykk, mens derimot uttrykk-et "trykk" og"signal" henviser her til spesielle trykknivå. Det tilførte inngangstrykktrinnet er normalt større enn økningen i utgangstrykket nødvendig for å nå det forutbestemte påvirkningstrykket til anordningen med nødvendig trykkøkning over 60% av det virkelige tilførte trinnet. Henvisningen her til vanlig trykktrinn mener således en endring i trykket lik omkring 1,67 ganger trykkendringen nødvendig for å tilveiebringe et spesielt påvirkningspunkt. I foreliggende eksempel for å tilveiebringe det nødvendige første utgangstrykket på 122,3 kg/cm i kommandomanifolden 18 er en økning på 16,8 kg/cm 2 i begynnelsesforspenningstrykket på 10 5,5 kg/cm 2. Et aktuelt trykktrinn på 28,1 kg/cm 2 vil i alminnelighet bli tilført ved styrepunktet for å øke inngangstrykket på ledningen til 133,6 kg/cm<2>. For å oppnå det neste nødvendige utgangstrykket på 150,5 kg/cm 2 vil et: annet trykktrinn på 28,1 kg/cm<2 >ville bli tilført for øking av trykket til 161,7 kg/cm 2. For å tilveiebringe det til slutt nødvendige utgangstrykket på 178,6 kg/cm<2> vil et sluttrykktrinn på 28,1 kg/cm2 vil bli til-ført for øking av trykket til 189,8 kg/cm . Den generelle formen på inngangstrykktrinnene vises ved hjelp av tverr-streker på fig. 4.

Selv om den nominelle hastigheten til trykksignalene som går gjennom•styreledningen 2 er lydhastigheten i det spesielle fluidummediumet er den virkelige hastigheten langsommere.

En glatting av frontkanten til trykktrinnet er bevirket ved fordeling av bølgefrekvensene. En lang forsinkelse forekommer således mellom tilførselen av 2 8,1 kg/cm 2 inngangstrykktrinnet og tilveiebringelsen av det første påvirkningstrykket på 122,3 kg/cm 2 i kommandomanifolden 18. Fig. 5 viser den generelle formen på utgangstrykkreaksjonen som er funksjon av tiden for et inngangstrykktrinn. Tiden som er nødvendig for utgangstrykket for å tilveiebringe det første påvirkningsnivået, tripp-tiden, er betegnet med Tg for tilfelle av et inngangstrykktrinn.

En hurtigere tripp-tid blir tilveiebragt ifølge foreliggende oppfinnelse ved å tilføre en trykkpuls til styreledningen 2 istedetfor et standardtrykktrinn. Størrelsen av pulsen er vesentlig større enn det vanlige trykktrinnet. Ved systemet beskrevet her ville en trykkpuls pa f.eks. 56,2 kg/cm 9 bli tilført i stedet for et trykktrinn på 28,1 kg/cm 2. For å tilveiebringe det første påvirkningsnivået ville således inngangstrykket blir øket til 161,7 kg/cm 2 manometertrykk istedet for 133,6 kg/cm 2 manometertrykk. Etter at pulsen er blitt tilført i en kort periode blir inngangstrykket redusert til et vedlikeholdsnivå, fortrinnsvis lik det trykknivå som følge av anvendelsen av det vanlige trykktrinnet. Ved foreliggende system ville f.eks. inngangstrykket bli redusert fra 161,7 kg/cm<2 >manometertrykk til 133,6 kg/cm 2 manometertrykk. Tidslengden for pulstilførselen er mindre enn tiden nødvendig for påvirkning i tilfelle med trykktrinnmetoden (T^) på fig. 5. Den generelle formen av en inngangstrykkpuls er vist som en hel-trukket linje på fig. 4.

Ved tilførsel av den beskrevne pulsen blir spredningseffekten på trykksignalet som går gjennom styreledningen gjort til et minimum pga. en økning i høyfrekvenskomponentens amplitude til den sammensatte bølgeformen. Tiden for påvirkning av en anordning er derfor redusert. Formen til en utgangstrykk-reaksjonskurve for en inngangstrykkpuls er vist på fig. 5.

I tilfelle av en puls er tiden nødvendig for utgangstrykket

til å nå det første påvirkningsnivået, T P, mindre enn tripp-tiden i tilfelle av et trinn, Tg. Reduksjonen i tripptiden er forskjellen mellom Tg og T . Utgangstrykket forblir under det andre påvirkningsnivået hele tiden i løpet av overføring-en av den første trykkpulsen.

Under henvisning til foreliggende styresystem virker til-førselen av en 56,2 kg/cm 2 trykkpuls det forvalgte faste trykknivået på 122,3 kg/cm manometertrykk som skal bli nådd i kommandomanifolden 18 hurtigere enn det er tilfelle ved anvendelsen av et 28,1 kg/cm 2 inngangstrykk. Pilotventilen 21 blir derfor beveget til en påvirkningsmodus hurtigere og sikkerhetsventilen 7 blir åpnet hurtigere. I løpet av påvirkningen av pilotventilen 21 er det ikke til noen tid tillatt for trykket i kommandomanifolden 18 å nå det andre forvalgte trykknivået på 150,5 kg/cm manometertrykk slik at pilotventilen 22 forblir i ventileringsmodusen.

Etter at sikkerhetsventilen 7 er åpnet blir hovedventilen 8 og forgreningsventilen 9 påvirket sekvensmessig på en lignende måte. Inngangstrykket til styreledningen 2 blir øket med 56,2 kg/cm<2> fra 133,6 kg/cm<2> manometertrykk til 189,8 kg/cm o manometertrykk for en kort periode og så redusert til et vedlikeholdsnivå på 161,7 kg/cm 2 manometertrykk. Det forvalgte andre trykknivået på 150,5 kg/cm<2> manometertrykk vil bli nådd i kommandomanifolden 18 hurtigere enn ved den vanlige metoden. Pilotventilen 22 blir beveget til påvirk-ningsmodusen og bevirker at hovedventilen 8 blir åpnet hurtigere. I løpet av overføringen av denne andre trykkpulsen forblir trykket i kommandomanifolden 18 under det forvalgte tredje trykknivået på 178,6 kg/cm<2> manometertrykk hele tiden, som sikrer at pilotventilen 23 forblir i ventileringsmodusen og forgreningsventilen 9 forblir lukket. En tredje trykkpuls på 56,2 kg/cm<2> blir så tilført i en kort periode for å øke inngangstrykket fra 161,7 kg/cm manometertrykk til 217,9 kgm/cm<2> manometertrykk. Inngangstrykket blir således redusert til 189,8 kg/cm 2 manometertrykk som vedlikeholdsnivå. Pilotventilen 23 blir så påvirket og bevirker at forgreningsventilen 9 blir åpnet hurtig. I løpet av overføringen av denne siste pulsen begrenser metoden ifølge oppfinnelsen ikke utgangstrykket i kommandomanifolden 18 pga. at ingen påfølgende pilotventil, som kunne feilaktig blir påvirket finnes i denne sekvensen.

De numeriske verdiene beskrevet ovenfor er gitt som et eksempel. Andre verdier for forinnstilt påvirkningstrykk, puls-størrelser og vedlikeholdsnivåer kan bli valgt som egnet for en spesiell anvendelse av oppfinnelsen.

For overføringen av en gitt trykkpuls for å tilveiebringe

et gitt påvirkningstrykk i en sekvens blir pulsstørrelsen og perioden for dens tilførsel valgt for å gi en kort tripp-tid og for å opprettholde utgangstrykket under det neste nøyere påvirkningstrykket i sekvensen. For å tilveiebringe en reduksjon i tripp-tiden over den vanlige trykktrinnmetoden må trykkpulsen være større enn det vanlige trykktrinnet, som beskrevet ovenfor. Som videre beskrevet ovenfor,for å unngå påvirkningen av den neste anordningen i sekvensen, skulle tilførselsperioden for pulsen bli generelt mindre enn tripp-tiden for trykktrinnmetoden. For effektiv benyttelse av oppfinnelsen vil disse to parametrene for størrelse og tid for overføringen av en bestemt puls generelt være innenfor følg-ende tilnærmede område. Pulsstørrelsen vil være mellom 1,5 og 3 ganger størrelsen av det vanlige trykktrinnet. Pulsperioden for tilførselen vil være mellom 0,4 og 0,8 ganger tripp-tiden for trykktrinnsmetoden. Nærmere bestemt vil pulsen være tilnærmet to ganger trykktrinnsstørrelsen og pulsperioden for tilførselen vil være tilnærmet 0,77 ganger tripp-tiden for trykktrinnsmetoden.

Vedlikeholdsnivået til hvilket inngangstrykket er redusert etter tilførselen av pulsen har dens øvre og nedre mulige grenser. Som en nedre grense må vedlikeholdstrykket være minst like stort som det forhåndsinnstilte påvirkningstrykket til anordningen som er blitt påvirket for å opprettholde denne påvirkning. Som en øvre grense må vedlikeholdstrykket være mindre enn det forhåndsstilte påvirkningstrykket til den påfølgende anordningen i sekvensen for å forhondre den påvirkning, rivor anordningen som blir påvirket ikke blir fulgt av en annen anordning i en sekvens er den øvre verdien for vedlikeholdstrykket inne begrenset. Innenfor den nevnte grense er et egnet valg for vedlikeholdstrykket det trykket som ville ha blitt oppnådd ved anvendelse av vanlig trykktrinn.

For anvendelsen av foreliggende metode ved et spesielt styresystem hvor pulsstørrelsen A og vedlikeholdstrykket C er blitt valgt og reaksjonene til systemet for i det minste to inngangs-trykkstrinn er kjent,kan en optimal tidsperiode AT for til-førsel av pulsen bli tilnærmet funnet ved en grafisk metode. Ved

fremstillingen på fig. 6A for et system med til å begynne med i atmosfærisk trykk blir en pulsstørrelse A tilført i en tidsperiode AT også redusert til et vedlikeholdsnivå C. Pulsen kan bli formet som et oppovergående trykktrinn med størrelsen A fulgt av et nedovergående trinn med størrelsen B etter en

tidsperiode AT. Det nedovergående trinnet B kan bli formet

» som summen av et nedovergående trinn A og et oppovergående trinn C.

På fig. 6B viser kurven A den kjente utgangstrykkreaksjonen

som en funksjon av tiden som følge av tilførsel av et inn-

) gangstrykktrinn av størrelsen A. Kurven B viser den kjente utgangstrykkreaksjonen hvor et inngangstrykktrinn av størr-elsen B som negativ i forhold til et nedovergående trinn. Den kjente reaksjonen for inngangstrykktrinnet C er vist som

kurven C som når det første påvirkningsnivået ved tiden T c.

i Hvor reaksjonen for trinnet B er ukjent kan det bli tilnærmet funnet ved å subtrahere ordinatene til kurven C fra ordinatene til kurven A. Det tilveiebragte resultatet er kun en tilnærming pga. at den er basert på antagelsen at reaksjonskurvene er lineært proporsjonale med inngangstrinnet amplitude. ) Reaksjonskurvene A, B og C fremkommer på tidsaksen ved TQ

som er den enveis akustiske gangtiden i rørledningen. Pga. reaksjonskurven for den tilførte inngangspulsen vil stcige langs kurven A for en tidsperiode lik den valgte AT er tiden ved hvilken kurven A når ved første påvirkningsnivå T . ,

min

i minimumstiden ved hvilken påvirkningen kan bli tilveiebragt ved en inngangspuls av valgt størrelse A.

Man skal nå vende seg til optimaliseringen av pulstilførsels-perioden AT for pulsstørrelsen A hvor en prøveprosedyre blir fulgt. En tidsperiode AT^ blir først valgt for forsøket og en reaksjonskurve AT^ for en inngangspuls med størrelsen A blir tilført i tidsperioden AT^ blir konstruert på følgende måte. Kurven -B blir forskjøvet på tidsaksen fra TQ med avstanden AT^ for å gi kurven I. Ordinatene til kurven I blir så addert med ordinatene til kurven A for å frembringe kurven AT^. Kurven AT^ når det første påvirkningsnivået ved tiden T,, som er mindre enn T .

1 c

Ovenfornevnte prosedyre blir så gjentatt for andre forsøks-tidsperiode. For tidsperioden Al'2 blir kurven AT2 konstruert ved å forskyve kurven -B med avstanden AT2 for å gi kurven II som så blir tillagt kurven A. I tilfelle av reaksjonskurven AT2 blir det første påvirkningsnivået nådd ved tidspunktet T2, som er mindre enn både Tc og T^. En reaksjonskurve AT^ for tidsperioden AT^ blir konstruert på samme måte ved å forskyve kurven -B avstanden AT^ for å gi kurven III

som så blir tillagt kurven A. Kurven AT^ når det første påvirkningsnivået ved tiden T^, mindre enn T^ og T2 og lik minimumspåvirkningstiden, T,.. Selv om et større antall

c 3 min

forsøk kan bli gjort er kun tre blitt beskrevet her for å illustrere metoden.

Blandt de tre prøvetidsperiodene tilveiebringer reaksjonen

for AT3 førstenivåpåvirkningen hurtigst. Kurven AT3 når imidlertid også det andre påvirkningsnivået og ville derfor bevirke at den andre anordningen i sekvensen blir påvirket. Dette er imidlertid ikke ønskelig og tidsperioden AT3 er ikke egnet for foreliggende anvendelse. Ved neste belastning av kurvene AT]_ og AT2 ser man at det andre påvirkningsnivået ikke blir nådd av noen av disse kurvene. Både ATI og AT2

er derfor egnede tidsperioder. Siden påvirkningstiden for AT2, T2 er mindre enn påvirknings tiden for AT]_, T-^ er tidsperioden AT2 å foretrekke fremfor AT]_. Blant forsøkstids-

periodene er derfor AT2 den optimale. Bruken av tidsperioden AT2 medfører den hurtigste påvirkning av den første anordningen i sekvensen, mens det unngås klart en påvirkning av den andre anordningen. Påfølgende optimaliseringsmetode er en tilnærming mer enn en nøyaktig metode pga. at den antar at reaksjonskurvene for de forskjellige inngangstrinnene er lineært proporsjonale med inngangstrinnamplituden.

Anvendbarheten av foreliggende oppfinnelse ved et bestemt fluidumstyresystem avhenger av det bestemte fluidumet benyttet og dimensjonene på overføringsledningen som inneholdt i dempningstallet, en dimensjonsløs konstant for et styresystem. Det dimensjonsløse dempningstallet. Dn, er definert ved følg-ende ligning:

hvor

y = dynamisk viskositet til fluidumet

L = lengden på overføringsrørledningen

p = tettheten for fluidumet

c = lydhastigheten i rørledningen

r = den innvendige radiusen til rørledningen.

Trykkpulsmetoden vil tilveiebringe en reduksjon i tripp-tiden i forhold til trykktrinnsmetoden og vil derfor være nyttig for systemer hvor dempningstallet, Dn, er større eller lik 0,15.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med

en sekvens på økende trykknivåer i et styresystem er den også anvendbar ved styring av et system ved tilveiebringelse av en sekvens med minskende trykknivå. Den tilførte inngangspulsen blir så en trykkreduserer som bevirker en reduksjon

i utgangstrykket. Størrelsen på trykkreduksjonen er større enn det nedovergående trykktrinnet som vanligvis ville bli tilført ved et slikt system. Etter tilførselen av pulsen blir inngangstrykket til ledningen øket for å opprettholde trykket som ikke er større enn det ønskede påvirkningsnivået og som ikke er større enn det følgende påvirkningsnivået i den nedadgående sekvensen. Vedlikeholdstrykket er fortrinnsvis likt trykknivået som ville ha blitt tilveiebragt ved anvendelse av vanlig nedovergående trykktrinn. En reduksjon i trykktiden i forhold til den vanlige metoden er tilveiebragt. Den optimale tidsperioden for tilførselen av den nedadgående pulsen i et bestemt system kan bli tilnærmet funnet ved en grafisk prosedyre analog den beskrevet ovenfor. Det skulle være klart at for å anvende foreliggende oppfinnelse ved tilveiebringelsen av lavtrykksnivåer i en nedadgående sekvens kan det være nødvendig å til å begynne med gi systemet noe trykk over omgivelsestrykket.

Foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i forbindelse med pilotventiler benyttet for å styre undersjøiske brønnvent-iler. Det er også innenfor rammen av denne metoden å påvirke en hver annen fluidumstrykkreagerende anordning i et fluidum-styresystem anvendt innenfor andre områder. Foreliggende beskrivelse har beskrevet en gruppe på tre anordninger for enkelhetens skyld. Et hvert antall anordninger i et system med et likt antall trykknivåer kan bli påvirket på den beskrevne måten. Påvirkningen av en gruppe med anordninger i ikke begrenset til et bestemt oppadstigende eller nedad-stigende størrelsesorden av trykknivåer. Anordninger kan blir påvirket i samsvar med denne metoden i enhver orden i et komplisert styresystem ved valg av denne typen. Ved en modifikasjon av den utførelsesform som er beskrevet her kan flere anordninger bli styrt av en enkel pilotventil av den type som er beskrevet i US patent nr. 3 952 763 som har flere par med piloter hvor hvert par kommer på linje som reaksjon på et annet trykknivå. I samsvar med foreliggende oppfinnelse blir en inngangstrykkpuls innført for å tilveiebringe hvert av trykknivåene og for å bringe hvert par porter inn på linje hurtigere enn ved et inngangstrykktrinn.

Eksperimenter er blitt utført for å bestemme reaksjonstiden for overføring av trykkpulser gjennom en lang rørledning for å sammenligne dem med reaksjonstidene for vanlige trykktrinn. Forskjellige inngangstrykksignaler ble innført ved begynnelsen av ledningen og det resulterende utgangstrykket ved enden av ledningen målt kontinuerlig i løpet av overføringen av trykksignalet.

Eksperimentaloverføringsledningen var 6220 m lang og besto

av spiralstålrør med en innvendig diameter på 1,02 cm som var tettet ved en ende. En mineralolje med en tetthet på 0,90 gm/cu cm og en viskositet på 14 centipois og en massemodus på tilnærmet 14 000 kg/cm 2 ble anvendt som fluidumsmedium. I løpet av eksperimentet var temperaturen til fluidumet 38°C.

Ledningen ble til å begynne med fylt med det hydrauliske fluidum ved atmosfærisk trykk. Inngangstrykksignalene ble tilført til ledningen fra en oljeakkumulator ved hjelp av en luftoperert fluidumsregulator dreven av et sett med luft-regulatorer, idet hver luftregulator tilveiebragte en av inngangstrykknivåene. Fluidumtrykkene ved begynnelsen av enden av ledningen ble målt med føleranordninger forbundet ved disse to punktene. Målingene ble omformet fra strøm til spenning ved hjelp av en motstand og ble opptegnet på

en papirstrimmel som funksjon av tiden i løpet av overføringen av hvert signal.

For å etablere reaksjonen på systemet til inngangstrykktrinnene ble to begynnelsekjøringer gjort for vanlige inn-

2 2 gangstrykktrinn med 28,1 kg/cm og 59,8 kg/cm ved tilførsel av trinnøkning til ledningen og opprettholdelse av inngangstrykket i løpet av utgangstrykkets stigning. Neste tre kjøringer ble gjort i samsvar med oppfinnelsen med en inngangstrykkpuls på 59,8 kg/cm 2. Pulsen ble tilført i forskjellige tidsperioder ved hver kjøring og etter den tidsperioden ble inngangstrykket redusert til et vedlikeholdsnivå. Puls-størrelsen, pulstilførselsperioden og vedlikeholdstrykket for hver av de tre kjøringene vistes i tabell I.

Utgangstrykkdata for hver av de fem kjøringene ble normalisert til en prosentdel av sluttutgangstrykket av sammenlignings-grunner og er forøvrig vist som funksjon av tiden på fig. 7. Nullpunktet for tidsskalaen representerer tidspunktet ved hvilke inngangstrykksignalet ble tilført ledningen. Hver av kurvene representerer utgangstrykket for en av kjøringene. Det er antatt en feil på 5% ble ført inn i eksperimetet pga. spiral-viklingene i rørledningen.

Tiden som er nødvendig for utgangstrykket å nå 50% av dets endelige verdi gir en egnet basis for sammenligning av over-føringshastigheten til de forskjellige inngangssignalene.

Som bestemt ut fra fig. 7 blir 50%-punktet nådd ved 43 sek.

i tilfelle av 30,9 kg/cm 2 inngangstrinn og ved 47 sek. for 59,8 kg/cm 2 trinnet. For pulsinnganger var tiden nødvendig for å nå 50% av sluttutgangstrykket mindre: 38 sek. for puls 1,

27 sek. for puls 2 og 25 sek. for puls 3. Litt forbedring i reduksjonstiden mellom puls 2 og puls 3 ble tilveiebragt ved å øke pulstilførselsperioden fra 22 sek. til 31 sek. Siden denne økning i pulstilførselsperioden under 31 sek. ville gi liten forbedring i reaksjonstiden og kunne medføre at utgangstrykket overgår det nevnte høyere påvirkningsnivået i en sekvens er det blitt konkludert med at puls 3

er det nærmeste optimale inngangsignalet for det studerte systemet. Eksperimentene viser klart reduksjonen i forsink-elsestiden tilveiebragt ved bruk av pulssignaler istedetfor trinnsignaler. I tilfelle med puls 3 ble tiden nødvendig for å nå50% av endelig utgangstrykk redusert med 58% av tiden nødvendig ved 30,9 kg/cm o trinntilfelle.

Forskjellige modifikasjoner og endringer av oppfinnelsen

vil være selvfølgelig for fagmannen på området uten å avvike fra oppfinnelsens ramme som fremsatt i kravene. Det er klart at foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til ovenfornevnte beskrivelse og det viste på tegningene.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å drive minst en av flere undersjøiske ol jebrønnventiler eller pilotventiler i en eventuelt ønsket sekvens, idet brønnventilene er operativt forbundet med og styrt av et tilsvarende antall hydraulisk påvirkede pilotventiler, idet pilotventilene er forbundet med en felles fluidumfylt ledning og forhåndsinnstilt med respek-tive påvirkningstrykk henholdsvis en korresponderende sekvens med progressive forskjellige påvirkningstrykk, hvor et inngangstrykk henholdsvis en sekvens av inngangs-trinntrykk tilføres ledningen for å generere nevnte påvirkningstrykk henholdsvis sekvens med påvirkningstrykk ved stedet for pilotventilene etter en bestemt påvirk-ningstid, for derved å påvirke henholdsvis sekvensvis påvirke pilotventilene for å drive den første brønn-ventilen henholdsvis sekvensmessig drive brønnventilene, karakterisert veda) tilførsel av en inngangstrykkpuls henholdsvis en sekvens med inngangstrykkpuIser til ledningen, idet nevnte puls henholdsvis pulser er vesentlig større enn de korresponderende trykktrinn og tilføres i en henholdsvis flere tidsperioder kortere enn påvirkningstiden henholdsvis tiden for korresponderende trykktrinn, og hvor størrelsen på pulsen henholdsvis pulsene og den henholdsvis de korte tidsperiodene velges slik at i løpet av driften av enhver brønn-ventil blir neste brønnventil etter at nevnte ventil er blitt operert i den ønskede sekvens ikke operert, b) reduksjon av trykkpulsen til første trykktrinn ved slutten av den kortere tidsperioden, c) og eventuelt gjentagelse av trinnene a)-b) for hvert trykktrinn i sekvensen med trykktrinn etter første trykktrinn i sekvensen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav l,karakterisert ved at vedlikeholdsnivået er likt det første trinns inngangstrykknivå.

3. Fremgangsmåte ifølge krav l,karakterisert ved at den større størrelsen er mellom 1 1/2 og omkring 3 ganger størrelsen på trinnendringen i inngangstrykket og den kortere tidsperioden er mellom omkring 0,4 og 0,8 ganger påvirkningstiden.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den større størrelsen er omkring 2 ganger stør-relsen av trinnendringen i inngangstrykket og den kortere tidsperioden er omkring 0,75 ganger påvirkningstiden.