NO20101535L

NO20101535L - Sikkerhetsstyresystem for undervannstraer

Info

Publication number: NO20101535L
Application number: NO20101535A
Authority: NO
Inventors: David J Mathis
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2010-11-17
Also published as: US8602108B2; US8347967B2; WO2009146206A3; US20130092384A1; WO2009146206A2; US20090260829A1; NO345599B1

Abstract

En utførelsesform av en fremgangsmåte for å begrense sannsynligheten for svikt på etterspørsel for et undersjøisk testventiltre (SSTT) innbefatter trinn for å tilveiebringe et system for sikkerhetsavstengning for å aktivere en sikkerhetsventil i SSTT, hvor systemet for sikkerhetsavstengning innbefatter en styrestasjon plassert på overflaten over en vannoverflate, forbundet via en navlestreng med et undersjøisk styresystem posisjonert under vannoverflaten, for å aktivere sikkerhetsventilen; og diagnostisk testing av systemet for sikkerhetsavstengning uten å aktivere sikkerhetsventilen.

Description

TEKNISK OMRÅDE

[0002]Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt brønnhullsoperasjoner og spesielt undersjøiske stigerør og tilhørende sikkerhetsutstyr, samt fremgangsmåter.

BAKGRUNN

[0003]Offshore-systemer (f.eks. i innsjøer, bukter, sjøer, hav, osv.) innbefatter ofte et stigerør som forbinder et overflatefartøys utstyr med utblåsings-sikringsstakk på et undersjøisk brønnhode. Offshore-systemer som blir anvendt til brønntestings-operasjoner innbefatter typisk også et sikkerhets-avstengningssystem som automatisk hindrer fluidkommunikasjon mellom brønnen og overflatefartøyet i tilfelle av en nødsituasjon, slik som når tilstandene i brønnen avviker fra forutbestemte grenser. Sikkerhets-avstengningssystemet innbefatter typisk et under-sjøisk testventiltre som er festet inne i utblåsings-sikringsstakken på en rørstreng. Det undersjøiske testventiltreet innbefatter generelt et ventilparti som har én eller flere sikkerhetsventiler som automatisk kan stenge brønnen via et undersjøisk sikkerhets-avstengningssystem. Tradisjonelt forutsetter undersjøiske sikkerhets-avstengningssystemer at sikkerhetsventiler svikter slik tilfellet f.eks. er ved svikt i den elektriske krafttilførselen. De tradisjonelle undersjøiske sikringsavstengnings-systemene omfatter videre systemer og fremgangsmåter som ikke behøver å tilveiebringe en ønsket sannsynlighet for svikt på etterspørselses-nivå. Det er et ønske å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte for å tilveiebringe et ønsket nivå for svikt på forespørsel.

OPPSUMMERING

[0004]En utførelsesform av et undersjøisk testventiltre-system innbefatter et undersjøisk testventiltre som har en sikkerhetsventil, hvor det undersjøiske testventiltreet kan forbindes med en utblåsingssikringsstakk under en vannoverflate; et undersjøisk styresystem som er operasjonsmessig forbundet med det undersjøiske testventiltreet under vannoverflaten for å aktivere sikkerhetsventilen, hvor det undersjøiske styresystemet ikke innbefatter en mikroprosessor; en styrestasjon plassert ved et sted på overflaten, hvor styrestasjonen innbefatter en mikroprosessor; og en navlestreng operasjonsmessig forbundet med styre stasjonen og det undersjøiske styresystemet for å aktivere sikkerhetsventilen som reaksjon på et signal sendt fra styrestasjonen til det undersjøiske styresystemet.

[0005]Det undersjøiske styresystemet kan demultiplekse det signalet som mottas fra styrestasjonen på overflaten. Det undersjøiske styresystemet kan benytte DC-aktivering for å aktivere sikkerhetsventilen. Styrestasjonen kan tilveiebringe en elektrisk strøm gjennom en leder i navlestrengen for å aktivere sikkerhetsventilen via det undersjøiske styresystemet. Det undersjøiske styresystemet kan innbefatte en diodestyringskrets for å demultiplekse en elektrisk strøm mottatt fra styrestasjonen på overflaten. Navlestrengen innbefatter bare sju ledere for operasjonsmessig å forbinde styrestasjonen på overflaten og det undresjøiske styresystemet med hverandre i én av utførelsesformene.

[0006]En utførelsesform av en fremgangsmåte for betjening av et undersjøisk testventiltre ("SSTT", Sub Sea Test Tree) som har en sikkerhetsventil, innbefatter å tilveiebringe et undersjøisk styresystem under en vannoverflate som er i forbindelse med sikkerhetsventilen, å forbinde en styrestasjon på overflaten med det undersjøiske styresystemet via en navlestreng; og å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering.

[0007]Trinnet med å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering kan innbefatte de trinn å overføre en elektrisk strøm fra styrestasjonen på overflaten gjennom navlestrengen til det undersjøiske styresystemet; og å demultiplekse den elektriske strømmen under vannoverflaten. Det undersjøiske styresystemet kan innbefatte en diodestyringskrets for demultipleksing av den elektriske strømmen.

[0008]Det undersjøiske styresystemet behøver ikke å innbefatte en mikroprosessor i noen utførelsesformer.

[0009]Fremgangsmåten kan innbefatte et trinn med diagnostisk testing av SSTT uten å aktivere sikkerhetsventilen. Fremgangsmåten kan innbefatte et trinn med diagnostisk testing av SSTT som kan innbefatte å sende en elektrisk strøm til det undersjøiske styresystemet som er utilstrekkelig til å aktivere sikkerhetsventilen; å beregne den implisitte impedansen for den elektriske strømmen; og å bestemme om en feilmodus har inntruffet i det undersjøiske testventiltreet.

[0010]Fremgangsmåten kan innbefatte et trinn for å tilveiebringe elektrisk reservekraft til det undersjøiske styresystemet for å opprettholde sikkerhetsventilen i en aktuell tilstand ved tap av en primær elektrisk kraftkilde til det undersjøiske styresystemet. Fremgangsmåten kan innbefatte det trinn å aktivere sikkerhetsventilen til en sikker tilstand ved passasjen av en valgt tidsforsinkelse etter tap av den primære elektriske kraftkilden.

[0011]En utførelsesform av en fremgangsmåte for å begrense sannsynligheten for svikt på oppfordring av et undersjøisk testventiltre ("SSTT") innbefatter de trinn å tilveiebringe et sikrings-avstengningssystem for å aktivere en sikkerhetsventil i SSTT, hvor sikrings-avstengningssystemet innbefatter en styrestasjon på overflaten anbrakt over en vannoverflate og som via en navlestreng er forbundet med et undersjøisk styresystem anordnet under vannoverflaten for å aktivere sikkerhetsventilen; og diagnostisk testing av sikrings-avstengningssystemet uten å aktivere sikkerhetsventilen.

[0012]Fremgangsmåten kan innbefatte det trinn å aktivere sikkerhetsventilen via likestrømsaktivering (DC-aktivering). Trinnet med diagnostisk testing kan innbefatte å overføre en elektrisk strøm til det undersjøiske styresystemet, som er utilstrekkelig til å aktivere sikkerhetsventilen; å beregne den implisitte impedansen til den elektriske strømmen; og å bestemme om en feilmodus har inntruffet for SSTT.

[0013]Fremgangsmåten kan innbefatte det trinn å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering. Fremgangsmåten kan innbefatte det trinn å opprettholde sikkerhetsventilen i en aktuell stilling over en viss forsinkelse ved elektrisk svikt av sikringsavstengningssystemet. Fremgangsmåten kan innbefatte det trinn å aktivere sikkerhetsventilen til en trygg tilstand ved utgang av den valgte tidsforsinkelsen.

[0014]Det foregående har skissert noen av trekkene og de tekniske fordelene ved foreliggende oppfinnelse slik at den detaljerte beskrivelsen av oppfinnelsen som følger, kan forstås bedre. Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli beskrevet i det følgende som utgjør temaet for patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0015]De foregående og andre trekk og aspekter ved de følgende utførelses-formene vil best kunne forstås under henvisning til den følgende detaljerte beskrivelse av en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen lest i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor:

[0016]Fig. 1 er en skjematisk skisse av et undersjøisk brønnsystem og et sikkerhetssystem i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen;

[0017]Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av en fremgangsmåte for DC-aktivering og et system i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen;

[0018] Fig. 3 er et kretsskjema for et diodestyringssystem i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; og

[0019]Fig. 4 er en grafisk representasjon av effekten av periodiske diagnostiske tester på en sannsynlighet for svikt på forlangende-nivåer for et system i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0020]Det vises nå til tegningene hvor skisserte elementer ikke nødvendigvis er vist i riktig skala, og hvor like eller lignende elementer er betegnet med samme henvisningstall på de forskjellige figurene.

[0021]Fig. 1 illustrerer et testsystem 100 for en undersjøisk produksjonsbrønn som kan benyttes til å teste produksjonskarakteristikker for en brønn. Systemet 100 for testing av undersjøiske produksjonsbrønner innbefatter et fartøy 102 som er posisjonert på en vannoverflate 104, og et stigerør 106 som forbinder fartøyet 102 med en utblåsings-sikringsstakk (BOP-stakk) 108 på havbunnen 110. En brønn 112 er blitt boret ned i havbunnen 110, og en produksjonsrørstreng 114 strekker seg fra fartøyet 102 gjennom utblåsings-sikringsstakken 108 inn i brønnen 112. Produksjonsrørstrengen 114 er forsynt med en boring 116 gjennom hvilken hydrokarboner eller andre formasjonsfluider kan føres fra brønnen 112 til overflaten under produksjonstesting av brønnen. En testanordning, slik som en trykk/temperatur-overgang kan være anordnet i rørstrengen 114 for å overvåke strømmingen av formasjonsfluider inn i produksjonsrørstrengen 114.

[0022]Brønntestsystemet 100 innbefatter et sikrings-avstengningssystem 118 som gir automatisk avstengning av brønnen 112 når tilstandene på fartøyet 102 eller i brønnen 112 avviker fra forutbestemte grenser. Sikrings-avstengningssystemet 118 innbefatter et undersjøisk ventiltre 120 (f.eks. et undersjøisk testventiltre, SSTT), et undersjøisk ventiltre-styresystem 10, en øvre hovedstyrestasjon 5 og forskjellige undersjøiske sikkerhetsventiler ("SV") slik som, og uten noen begrensning, en holdeventil 200, en ventilenhet 124 og én eller flere festerammer for utblåsingssikringer.

[0023] Det undersjøiske ventiltreet 120 er understøttet i utblåsingssikrings-stakken 108 på produksjonsrørstrengen 114. Et nedre parti 119 av rørstrengen 114 er understøttet av én av en riflet henger 121. Det undersjøiske ventiltreet 120 har en ventilenhet 124 og en sperreanordning 126. Ventilenheten 124 kan virke som en ventil under testing av brønnen 112. Ventilenheten 124 kan innbefatte sikkerhetsventiler, slik som klaffventil 128 og en kuleventil 130. Klaffventilen 128 og kuleventilen 130 kan opereres i serie. Sperreanordningen 126 tillater et øvre parti 132 av rørstrengen 114 å bli frakoplet fra det undersjøiske ventiltreet 120 hvis det er ønskelig. Det vil være klart at utførelsesformene ikke er begrenset til den spesielle utførelsesformen av det undersjøiske ventiltreet 120 som er vist, men at ethvert annet ventilsystem som styrer strømming av formasjonsfluider gjennom produk-sjonsrørstrengen 114, også kan brukes.

[0024]Holdeventilen 200 er anordnet ved den nedre ende av det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114 for å hindre fluid i det øvre partiet 132 av rør-trengen fra å dreneres inn i stigerøret 106 når det frakoples fra det undersjøiske ventiltreet 120. Holdeventilen 200 tillater også fluid fra stigerøret 106 å strømme inn i det øvre partiet 132 av rørstrengen 114 slik at hydrostatisk trykk i det øvre partiet 132 av rørstrengen 114 blir utbalansert med det hydrostatiske trykket i stigerøret 106. En navlestreng 136 tilveiebringer det fluidtrykket som er nødvendig for å operere ventilpartiet 124, sperreanordningen 126 og holdeventilen 200.

[0025]Navlestrengen 136 innbefatter ledere som forbinder en øvre hovedstyrestasjon 5 med det undersjøiske styresystemet 10 for ventiltreet. I den illustrerte utførelsesformen er det undersjøiske systemet 10 for styring av ventiltreet en modulær enhet som innbefatter en undersjøisk elektronikkmodul ("SEM", Subsea Electronics Module) 12 og en hydraulisk ventil og manifoldbelg 14. Det under-sjøiske systemet 10 for ventiltrestyring kan innbefatte andre elementer slik som hydrauliske akkumulatorer, elektriske kraftkilder og lignende. Det undersjøiske styresystemet 10 er posisjonert under vannoverflaten 104 og i nærheten av ventiltreet 120 i denne utførelsesformen. Navlestrengen 136 kan være operativt forbundet med kraftkilder på overflaten (f.eks. elektriske, hydrauliske) i tillegg til elektronikk, kommunikasjoner og kraft som kan leveres via hovedstyrestasjonen 5 på overflaten. Det undersjøiske sikkerhetssystemet 10 for ventiltrestyring kan være posisjonert i forskjellige posisjoner i stigerøret 106. Et eksempel på et under- sjøisk tre som kan være realisert med det undersjøiske styresystemet 10, er beskrevet i US-patent 6,293,344 som herved inkorporeres ved referanse.

[0026]Det undersjøiske ventiltreet 120 er vist understøttet i den undersjøiske utblåsings-sikringsstakken 108 på produksjonsrørstrengen 114. Sikkerhetsventilene 128 og 130 i det undersjøiske ventiltreet 120, og holdeventilen 200 er åpne for å tillate fluidstrømming fra det nedre partiet 119 av produksjons-rørstrengen 114 til det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114.1 tilfelle av et nødstilfelle, kan sikkerhetsventilene 128 og 130 lukkes automatisk for å hindre fluid fra å strømme fra det nedre partiet 119 av produksjonsrørstrengen 114 til det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114. Når ventilene 128 og 130 er lukket, kan det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114 frakoples det undersjøiske ventiltreet 120 og hentes opp til fartøyet 102 eller heves til et nivå som vil tillate fartøyet 102 å bli flyttet over visse avstander. Selv om fartøyet 102 er illustrert som et skip, kan fartøyet 102 innbefatte en hvilken som helst plattform som er egnet for boring av borehull, produksjon eller injeksjonsoperasjoner.

[0027]Før fråkopling av det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114 fra det undersjøiske ventiltreet 120, blir holdeventilen 200 lukket. Den lukkede holdeventilen 200 hindrer fluid fra å bli dumpet ut av det øvre partiet 132 av produksjonsrørstrengen 114 når det øvre partiet 132 av strengen 114 blir frakoplet fra det undersjøiske ventiltreet 120. Når holdeventilen 200 er lukket, blir trykk innfanget mellom holdeventilen 200 og ventilpartiet 124 i det undersjøiske ventiltreet 120. En trykkutjevningsventil kan betjenes for å utjevne det innfangede trykket på en kontrollert måte. Etter utjevning av det innfangede trykket, kan sperreanordningen 126 betjenes for å frakople det øvre partiet 132 av produk-sjonsrørstrengen 114 fra det undersjøiske ventiltreet 120.

[0028]Utblåsings-sikringsstakken 108 innbefatter røromslutningspakninger 138 og en kutteventilpakning 140. Andre kombinasjoner av omslutningspakninger kan imidlertid brukes. En nedre marin stigerørspakning kan være montert mellom utblåsings-sikringsstakken 108 og stigerøret 106 og kan innbefatte ringformede sikringspakninger 142. Den nedre marine stigerørspakningen innbefatter typisk også styremoduler (ikke vist) for å betjene de ringformede sikringspakningene 142, de omsluttende pakningene 134 og 140 i utblåsings-sikringsstakken 108, og andre styringer etter behov. De typiske modulene og styringene kan erstattes av et undersjøisk styresystem 10 i noen av utførelsesformene. Lukkepakningene 138 og 140 og de ringformede sikringspakningene 142 definerer en passasje 143 for å motta produksjonsrørstrengen 114. Det undersjøiske ventiltreet 120 er anordnet inne i utblåsingssikringsstakken 108, og holdeventilen 200 strekker seg fra det undersjøiske ventiltreet 120 inn i de ringformede sikringene 142.

[0029]Sikkerhets-avstengningssystemet 118 og det undersjøiske styresystemet 10 er et nytt styresystem innrettet for styring av det undersjøiske ventiltreet 120 og for å ta hensyn til behovet for å tilveiebringe en lav sannsynlighet for svikt på forespørsel (PFD, probability of failure on demand). Ifølge noen utførelsesformer tilveiebringer sikrings-avstengningssystemet 118 én eller flere av: reduksjon av elektronikk som er plassert undersjøisk; diagnostisk testing av kapasiteter; og elektroniske sviktsikre systemer.

[0030] Det undersjøiske sikrings-avstengningssystemet 118 reduserer og/eller eliminerer den aktive undersjøiske elektronikken som benyttes i typiske under-sjøiske sikringssystemer. I den illustrerte utførelsesformen på fig. 1, er den relevante elektronikken, slik som og uten begrensning, spenningsregulatorer, mikrostyringsenheter, transistorer og andre aktive elektroniske systemer som vanligvis er plassert under vannoverflaten og vanligvis i nærheten av ventiltreet 120, anbrakt på overflaten (f.eks. over vannoverflaten) ved det øvre hovedstyre-systemet 5 i utførelsesformen på fig. 1.

[0031]Det er ofte nødvendig å forlenge navlestrengen 136 til store lengder, f.eks. 12.500 fot (3810 m) eller mer. Navlestrengen 136 innbefatter én eller flere ledere for overføring av signaler fra overflaten til det undersjøiske styresystemet. I tidligere kjente sikrings-avstengningssystemer er det ofte nødvendig med en forholdsvis kompleks fremgangsmåte for modulasjon på overflaten og undersjøisk demodulasjon som krever undersjøiske mikroprosessorer for å dekode signalet for en ønsket funksjon og en effektkrets for å levere drivstrøm til de ønskede solenoidene.

[0032]Systemet 118 for sikrings-avstengning og det undersjøiske styresystemet 10 benytter DC-aktivering ved hjelp av en mulipleks/demultipleks-algoritme i visse utførelsesformer for å aktivere de undersjøiske funksjonene (f.eks. åpning og lukking av sikkerhetsventiler, pakninger, sperreanordninger, osv.). Anvendelse av DC-aktivering gjør at mikroprosessoren og tilhørende elektronikkpakker og anord- ninger som vanligvis er posisjonert nede i sjøen, blir flyttet fra det undersjøiske styresystemet 10 til overflaten, f.eks. til den øvre hovedstyrestasjonen 5. Ved å posisjonere aktiv elektronikk ved den øvre hovedstyrestasjonen 5 i motsetning til undersjøisk ved styresystem-modulen 10, kan de elektroniske komponentene repareres og/eller skiftes ut i løpet av en minimal tidsperiode for derved å redusere den tiden som avstengningssystemet 118 vil være utilgjengelig sammenlignet med om den feilbefengte elektroniske komponenten var posisjonert nede i sjøen.

[0033]Det vises nå til fig. 2, hvor et skjema over sikringsavstengningssystemet 118 er illustrert for formål med beskrevet DC-aktivering. Hvis en strøm (f.eks. fra hovedstyrestasjonen 5) blir levert gjennom én av de flere lederne som brukes for sikkerhetsfunksjoner i navlestrengen 136 og strømreturene på noen av de gjenværende lederne, så kan en enkel solenoidfunksjon bli aktivert. Skjemaet på fig. 2 er representativt for en én-ledersamling.

[0034]DC-aktivering krever tradisjonelt et urimelig høyt antall ledere for en lang navlestreng 136. Det har imidlertid vist seg at ved skyving og trekking av strøm gjennom en kombinasjon av ledere, som beskrevet under henvisning til fig. 2, at et antall forskjellige solenoider og dermed sikkerhetsfunksjoner, kan aktiveres ved hjelp av et begrenset antall ledere.

[0035]Hvis f.eks. en elektrisk strøm blir sendt ned langs noen av flere ledere som er tilveiebrakt ved hjelp av navlestrengen 136, og så blir tillatt å returnere på en hvilken som helst av de gjenværende lederne, så kan en enkelt solenoid-funksjon aktiveres. Ved hjelp av denne "skyvingen" og "trekkingen" av strøm gjennom en kombinasjon av de sju lederne, kan opp til 42 forskjellige solenoider aktiveres uten bruk av undersjøisk plasserte mikrostyringsenheter. I noen utførelsesformer blir demultipleksing utført undersjøisk ved bruk av en krets med styredioder, f.eks. ved den undersjøiske elektronikkmodulen 12. Diodene har meget lav feilrate, noe som gir meget høy pålitelighet for enhver gitt funksjon.

[0036]I en utførelsesform som beskrives under henvisning til fig. 3, gir sju ledere (f.eks. C1, C2, C3, C4, osv.) aktivering av 42 unike solenoider, og magnet-ventilene (f.eks. SV1, SV2, osv.) via DC-likestrøm. Hvis flere undersjøiske solenoidfunksjoner er nødvendig, kan for et antall "N" med linjer, et antall funksjoner lik [N<*>(N-1)] anvendes. Fig. 3 er et skjema over en undersjøisk styrediode-matrise for en navlestreng 136 med sju ledere (N=7) for derved å omfatte sju banker som skjematisk illustrert på fig. 2. Den undersjøiske styrekretsen på fig. 3, kan være innbefattet i den undersjøiske elektronikkmodulen 12 i det undersjøiske styresystemet 10 som er illustrert på fig. 1. Solenoidene kan videre være posisjonert ved ventil- og manifold-belgen 14 eller det undersjøiske styresystemet 10 som er illustrert på fig. 1.

[0037]I SEM 12 i det undersjøiske styresystemet 10 kanaliserer en rekke styredioder strømmen gjennom samlingene for å aktivere den ønskede magnetventilen (f.eks. SV1, SV2, osv.). Sperredioder hindrer strøm fra å strømme tilbake gjennom en solenoid og aktivere en utilsiktet solenoid. Zener-terskeldioder kan være innbefattet for å hindre strøspenning fra å opptre på utilsiktede ledninger i tilfelle av en kortsluttet solenoid.

[0038]Den illustrerte kretsen anvender bare tre dioder langs den kritiske banen for en solenoidfunksjon. Dette er en langt enklere løsning enn noen annen modulasjons/demodulasjons-teknologi og gir dermed større pålitelighet og lavere sannsynlighet for svikt på forespørsel (PFD). Alle relevante komplekse koplings-komponenter for denne utførelsesformen av sikrings-inkoplingssystemet 118 er videre plassert ved den øvre styrestasjonen 5 og kan hurtig byttes når en svikt blir detektert, for derved å minske utilgjengeligheten.

[0039]Sikrings-avstengningssystemet 118 forenkler videre et system og en fremgangsmåte for diagnostisk testing av systemet 118 for å redusere sannsynligheten for svikt på forespørsel. I mange industrielle installasjoner blir "partiell slagtesting" benyttet for å bekrefte virkemåten til system-ventilene. I et typisk sikkerhetssystem langs en rørledning vil det f.eks. være en kuleventil for å lette nødavstengning. Under en partiell slagtest, hvis denne kuleventilen kan være lukket 10%, så er mange av sviktmodiene som kunne ha inntruffet over tid, blitt verifisert. Dette vil innbefatte forekomsten av hydraulisk akkumulering for å lukke ventilen, kretsene som reagerer på kommandoen om å lukke ventilen, drivmeka-nismene som lukker ventilen, osv. Så umiddelbart etter den partielle slagtesten er den effektive sannsynligheten for svikt på forespørsel lavere enn før testen siden alle disse tidligere ukjente variable er blitt diagnostisert.

[0040]I tilfellet med undersjøiske sikrings-avstengningskontroller (f.eks. under-sjøiske ventiltre-styringer) kan en virkelig "partiell slagtest" ikke utføres fordi aktiveringen av en undersjøisk magnetventil (f.eks. ventilene 128, 130, osv.) relatert til en spesifikk funksjon, vil aktivere funksjonen fullstendig. De partielle diagnostiske slagtestene kan følgelig stenge brønnen og/eller kutte eller skade en del av produksjonsstrengen.

[0041]Sikrings-avstengningssystemet 118 benytter en diagnostisk strøm som er for svak til å aktivere en funksjon, for å bekrefte virkningen av sikrings-anordningene i systemet 118. Strøm som er for svak til å aktivere en sikkerhets-funksjon, blir f.eks. sendt gjennom signalbanen (f.eks. en leder) og implisitt impedans blir beregnet. Ved hjelp av denne målingen, kan en prosessor, slik som en mikrostyringsenhet i den øvre hovedstyrestasjonen 5, bestemme og bekrefte at flere av de mulige sviktmodiene som kan inntreffe over tid, ikke har inntruffet. Selv om denne dryppstrømmen er utilstrekkelig til å utløse en solenoid til aktivert tilstand, kan den verifisere integriteten til signalbanen, bekrefte at den uavbrutte kraftkilden (f.eks. hovedstyrestasjonen på overflaten 5) leverer effekt; at en kraft-forsyningsenhet for en solenoid-drivkrets funksjonerer; at hovedstyrestasjonen 5 på overflaten mater inn og ut logisk programvare og kretser, og omkoplingsutstyr for demultipleksing virker; alle elektroniske koplinger er intakte; eller at en under-sjøisk solenoid (f.eks. belgen 14) ikke har sviktet i en åpen eller kortsluttet posisjon.

[0042]Når de mulige sviktmodiene er verifisert som funksjonelle, kan en total sannsynlighet for svikt på forespørsel ("PFD") som en funksjon av tid, minskes. Det minskede PFD-gjennomsnittet kan så beregnes som det ønskede sikkerhets-integritetsnivået ("SIL", safety integrity level). Definisjoner av sannsynlighet for svikt på forespørsel og av sikkerhetsintegritetsnivå kan innfatte de definisjonene som er gitt av the International Electrotechnical Commission.

[0043]Den diagnostiske fremgangsmåten og systemet for sikringsavstengningssystemet 118 eliminerer flere potensielle sviktmodi som, som en funksjon av tid, kan øke sannsynligheten for svikt på forespørsel av systemet. Hver gang den diagnostiske testen blir kjørt, blir det totale PFD-gjennomsnittet redusert, men aldri så lavt som det foregående tidsintervallet (T). Etter at systemet 118 har en PFD som øker ut over et aksepterbart nivå, kan systemet 118 evalueres og fornyes slik at PFD blir redusert til et akepterbart nivå.

[0044]Fig. 4 illustrerer f.eks. grafisk et eksempel på en sannsynlighet for svikt på forespørsel for et system 118 over tid. En kurve 400 er PFD-verdien for systemet 118 over tid, der hvert tidspunkt er identifisert ved T som representerer et punkt i tiden ved hvilket en diagnostisk test er utført. Linjen 410 illustrerer det økende PFD-gjennomsnitt over tid. Punkt 4T representerer en tid hvor systemet 118 ble fornyet (f.eks. reparasjon, utskifting, osv.) uansett om det er etter en vanlig plan eller skyldes et inntruffet behov.

[0045]Sikrings-avstengningssystemet 118 er innrettet for å være et "sviktsikkert" system slik at en feil i styresystemet 118, innbefattende det undersjøiske styresystemet 10, etterlater det undersjøiske ventiltreet 120 i en trygg tilstand. En til-siktet konstruksjonsbegrensning for undersjøiske styresystemer for ventiltrær er at systemet må svikte elektrisk "slik det er". Dette er på grunn av den potensielt far-lige beskaffenheten til spontan utløsning av undersjøiske sikkerhetsventiler under riggoperasjoner. Dette problemet har potensial til å nulle SIL-verdien til systemet. Sikrings-avstengningssystemet 112 kan benytte én eller flere av de følgende fremgangsmåtene og systemene for å tilveiebringe et sviktsikkert system.

[0046]Systemet 118 innbefatter en tidsforsinkelse innbefattet i styre- og overvåk-ningsinstruksjonene i hovedstyrestasjonen 5 på overflaten ved tap av AC-nettkraft (f.eks. lokalisert ved stasjon 5). I motsetning til å instruere systemet 118 om å lukke undersjøiske sikkerhetsventiler automatisk og selvstendig ved tap av elektrisk nettkraft, blir det benyttet en tidsforsinkelse.

[0047]Hvis den elektriske hovedforsyningen (f.eks. fra stasjonen 5 på overflaten) blir avbrutt av en eller annen grunn, kan en alarm avgis periodisk (f.eks. hvert minutt) og alle operatørgrensesnitt indikerer en kraftsvikt for en tidsperiode (f.eks. én time). I løpet av denne tidsforsinkelsen blir systemet 118, innbefattende det undersjøiske styresystemet 10 for ventiltreet, opprettholdt operativt via en uavbrytbar kraftkilde (f.eks. plassert ved stasjonen 5 på overflaten eller ved den undersjøiske styresystem-modulen 10. Etter at den valgte tidsforsinkelsen er utløpt, trigger systemet 118 alle undersjøiske ventiler til sine "sikre" posisjoner hvis hovedkraften ikke er blitt gjenopprettet. I noen utførelsesformer kan f.eks. den uavbrytbare kraftkilden opprettholde systemet 118 som om ingen feil hadde inntruffet, inntil batterieffekten er uttømt, ved hvilket tidspunkt systemet kan svikte slik det er. For å hindre at systemet 118 svikter slik det er, kan hovedstyrestasjonen 5 tidsovervåke utkoplingen av hovedkraftkilden, og etter en fast tid uten hovedkraft, automatisk drive systemet 118 inn i den trygge tilstanden. I en utførelsesform innbefatter den trygge tilstanden at øvre og undersjøiske partier av brønnen blir isolert og at sikkerhetsventilene blir lukket. Ventilen 128 og 130 kan f.eks. lukkes. I noen eksempler kan sperreanordningen 126 aktiveres, og ventiltreet 120 kan frakoples.

[0048]Systemet 118 for sikkerhetsavstengning innbefatter redundante, sviktsikre funksjoner i noen utførelsesformer. Ved beregning av sannsynligheten for svikt på forespørsel for to systemer i parallell, kan pålitelighets-tallene multipliseres med hverandre for å fremskaffe et signifikant lavest nettotall. For dette formål utløser den elektriske sviktsikringen også et parallelt sviktsikret system som lukker det undersjøiske ventiltreet 120 i den trygge tilstanden ved hjelp av hydraulisk aktivering og fjærtilbakeføring av retningsbestemte sikkerhetsventiler.

[0049]Etter at systemet 118 svikter til en trygg stilling (f.eks. en trygg tilstand); kan et sekundært sikkerhetssystem forsterke den sviktsikre posisjonen. Et signal kan f.eks. sendes til en stenge- og avtappingsventil på den hydrauliske kraftenheten, som generelt er beskrevet som et element i hovedstyrestasjonen 5 på overflaten, som får navlestrengen 136 til å friggjøre sin hydrauliske trykkforsyning. De undersjøiske styreventilene kan være innstilt for fjærretur til sin sikre posisjon når trykkforsyningen går tapt, for derved å kanalisere hydraulisk energi som lagret i akkumulatorbankene (f.eks. det undersjøiske styresystemet 10) for å lukke alle sikkerhetsventiler til sin trygge tilstand. Siden dette skjer parallelt med den andre aktiveringsmetologien, kan PFD-verdien for denne sviktsikringen multipliseres med PFD-verdien forden vanlige sviktsikkerheten, som resulterer i en meget lavere netto PFD-verdi.

[0050]Selv om spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen her er beskrevet ganske detaljert, er dette bare gjort for å beskrive forskjellige trekk og aspekter ved oppfinnelsen, og er ikke ment å være begrensende i forhold til omfanget av oppfinnelsen. Det er tenkt at forskjellige erstatninger, alternativer og/eller modifi-kasjoner som innbefatter, men ikke er begrenset til, de forskjellige variantene som kan ha blitt antydet her, kan gjøres på de beskrevne utførelsesformene uten å avvike fra oppfinnelsens ramme slik den er definert i de vedføyde patentkravene.

Claims

1. Et undersgrunns testventiltre-system, hvor systemet omfatter: et undersjøisk testventitre som har en sikkerhetsventil, hvor det undersjøiske testventiltreet kan forbindes med en utblåsings-sikringsstakk under en vannoverflate; et undersjøisk styresystem som er operativt forbundet med det undersjøiske testventiltreet under vannoverflaten for å aktivere sikkerhetsventilen, hvor det undersjøiske styresystemet ikke innbefatter en mikroprosessor; en styrestasjon anordnet ved en posisjon på overflaten, hvor styrestasjonen innbefatter en mikroprosessor, og en navlestreng som er operativt forbundet med styrestasjonen og det undersjøiske styresystemet for å aktivere sikkerhetsventilen som reaksjon på et signal sendt fra styrestasjonen på overflaten til det undersjøiske styresystemet.

2. System ifølge krav 1, hvor det undersjøiske styresystemet demultiplekser det signalet som er mottatt fra styrestasjonen på overflaten.

3. System ifølge krav 1, hvor styrestasjonen på overflaten benytter DC-aktivering for å aktivere sikkerhetsventilen.

4. System ifølge krav 1, hvor styrestasjonen leverer en elektrisk strøm gjennom en leder i navlestrengen for å aktivere sikkerhetsventilen via det undersjøiske styresystemet.

5. System ifølge krav 4, hvor det undersjøiske styresystemet omfatter en diodestyringskrets for å demultiplekse den elektriske strømmen som mottas.

6. System ifølge krav 1, hvor navlestrengen innbefatter bare sju ledere for operasjonsmessig å forbinde styrestasjonen på overflaten og det undersjøiske styresystemet.

7. Fremgangsmåte for å operere et undersjøisk testventiltre ("SSTT") som innbefatter en sikkerhetsventil, hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å tilveiebringe et undersjøisk styresystem under en vannoverflate i forbindelse med sikkerhetsventilen; å forbinde en styrestasjon på overflaten med det undersjøiske styresystemet via en navlestreng; og å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor trinnet med aktivering av sikkerhetsventilen via DC-aktivering omfatter følgende trinn: å overføre en elektrisk strøm fra styrestasjonen på overflaten gjennom navlestrengen til det undersjøiske styresystemet; og å demultiplekse den elektriske strømmen under vannoverflaten.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor det undersjøiske styresystemet omfatter en diodestyringskrets for demultipleksing av den elektriske strømmen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor navlestrengen innbefatter bare sju ledere som operativt forbinder styrestasjonen på overflaten og det undersjøiske styresystemet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor det undersjøiske styresystemet ikke innbefatter en mikroprosessor.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor det undersjøiske styresystemet omfatter en diodestyringskrets.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende et trinn med diagnostisk testing av SSTT uten å aktivere sikkerhetsventilen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor trinnet med diagnostisk testing omfatter følgende trinn: å overføre en elektrisk strøm til det undersjøiske styresystemet, som er utilstrekkelig til å aktivere sikkerhetsventilen; å beregne den implisitte impedansen for den elektriske strømmen; og å bestemme om en feilmodus for SSTT har inntruffet.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre innbefattende et trinn for å tilveiebringe elektrisk reservekraft til det undersjøiske styresystemet for å opprettholde sikkerhetsventilen i en tilstand slik at den er ved tap av elektrisk kraft fra en primær kilde til det undersjøiske styresystemet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, videre innbefattende et trinn for å aktivere sikkerhetsventilen til en trygg tilstand etter utløp av en valgt tidsforsinkelse etter tap av elektrisk kraft fra den primære kilden.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, videre omfattende et trinn for diagnostisk testing av SSTT uten å aktivere sikkerhetsventilen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor trinnet med diagnostisk testing omfatter følgende trinn: å overføre en elektrisk strøm til det undersjøiske styresystemet, som er utilstrekkelig til å aktivere sikkerhetsventilen; å beregne den implisitte impedansen for den elektriske strømmen; og å bestemme om en feilmodus for SSTT har inntruffet.

19. Fremgangsmåte for å begrense sannsynligheten for svikt på forespørsel for et undersjøisk testventiltre (SSTT), hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å tilveiebringe et system for sikringsavstengning for å aktivere en sikkerhetsventil i SSTT, hvor systemet for sikringsavstengning omfatter en styrestasjon plassert på overflaten over en vannoverflate, forbundet via en navlestreng med et undersjøisk styresystem anordnet under vannoverflaten, for å aktivere sikkerhetsventilen; og diagnostisk testing av systemet for sikkerhetsavstengning uten å aktivere sikkerhetsventilen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor det undersjøiske styresystemet ikke innbefatter en mikroprosessor.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre innbefattende et trinn for å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor trinnet med diagnostisk testing omfatter følgende trinn: å overføre en elektrisk strøm til det undersjøiske styresystemet, som er utilstrekkelig til å aktivere sikkerhetsventilen; å beregne den implisitte impedansen for den elektriske strømmen; og å bestemme om en feilmodus for SSTT har inntruffet.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, videre innbefattende et trinn for å aktivere sikkerhetssventilen via DC-aktivering.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre innbefattende et trinn for å opprettholde sikkerhetsventilen i en posisjon slik den er over en valgt tidsforsinkelse ved elektrisk svikt av systemet for sikkerhetsavstengning.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, videre omfattende et trinn for å aktivere sikkerhetsventilen til en trygg tilstand ved utløp av den valgte tidsforsinkelsen.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, hvor det undersjøiske styresystemet ikke innbefatter en mikroprosessor.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 24, videre innbefattende et trinn for å aktivere sikkerhetsventilen via DC-aktivering.