NO20111502A1 - System og fremgangsmate for undergrunnskontroll og overvakning - Google Patents

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTET SØKNAD

[0001] Denne søknaden er basert på og tar prioritet fra US-patentsøknaden 12/542,369 innlevert 17. august 2009, som tar prioritet fra den foreløpige US-søknaden 61/174,005 innlevert 30. april 2009, som inntas her.

BAKGRUNN

[0002] I en rekke forskjellige brannrelaterte anvendelser under vann blir undervanns testtrær (SSTTs - SubSea Test Trees) installert inne i undervannsstigerør under kompletteringsoperasjoner. Undervannstesttrærne muliggjør sikker og midlertidig stengning av havbunnsbrønner. Avhengig av den konkrete anvendelsen blir et styringssystem installert enten på et fartøy eller en plattform på overflaten eller under vann og koblet til undervannstesttreet. Styringssystemet blir anvendt for å aktivere ventiler i undervannstesttreet ved å regulere leveringen av hydraulikkfluid gjennom en styreledning. Hydraulikkfluidet blir selektivt anvendt for å bevirke til en ønsket endring i tilstand, f.eks. omkobling av en ventil, på undervannstesttreet. I noen av disse anvendelsene kan det være ønskelig å utføre styringssystemet på en enkel måte for å oppnå en ønsket sikkerhetsintegritetsnivå-(SIL - Security Integrity Level)-klassifisering, som er anerkjent av bransjen. Utførelse av styringssystemet på en enkel måte for sertifisering som en SIL-enhet kan imidlertid begrense muligheten til å overvåke funksjonalitet i styringssystemet.

SAMMENFATNING

[0003] Denne søknaden tilveiebringer generelt et system og en fremgangsmåte for å styre et undervanns testtre ved hjelp av et styringssystem av en type egnet for å oppnå ønskede industriklassifiseringer. Et overvåkningssystem blir anvendt for å overvåke funksjoner i styringssystemet, men overvåkningssystemet er uavhengig av styringssystemet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0004] Utvalgte utførelsesformer vil i det følgende bli beskrevet med støtte i de vedlagte tegningene, der like referansenummer angir like elementer, og der:

[0005] Figur 1 er en skjematisk skisse av et brønnsystem som blir anvendt i en undervannsanvendelse, ifølge en utførelsesform;

[0006] Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av ett eksempel på et styringssystem og et uavhengig overvåkningssystem anordnet for å overvåke funksjoner i styringssystemet, ifølge en utførelsesform;

[0007] Figur 3 er en skjematisk illustrasjon av undervannskomponenter i styringssystemet og overvåkningssystemet illustrert i figur 2, ifølge en utførelsesform;

[0008] Figur 4 er en perspektivskisse av ett eksempel på en

stigerørinstrumentmodul som kan bli anvendt i overvåkningssystemet, ifølge en utførelsesform;

[0009] Figur 5 er en annen skisse av stigerørinstrumentmodulen illustrert i figur 4, ifølge en utførelsesform; og

[0010] Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en trykkavfølingsanordning, ifølge en utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0011] I den følgende beskrivelsen er en rekke detaljer angitt for å gi en forståelse av forskjellige utførelsesformer. Det vil imidlertid forstås av fagmannen at mange utførelsesformer kan praktiseres uten disse detaljene og at en rekke variasjoner eller modifikasjoner av de beskrevne utførelsesformene kan være mulig.

[0012] Denne søknaden vedrører generelt teknikk for å anvende undervanns styringsanordninger i undervannsanvendelser. Denne teknikken vedrører også instrumentering som omfatter følere og/eller overvåkning i styringsanordninger og anvendelser undervann. Undervannssystemene og fremgangsmåtene kan bli anvendt i en rekke forskjellige undervannsanvendelser med brønner dannet i mange typer undervannsmiljøer. For eksempel kan brønner være boret som hovedsakelig vertikale brønner eller som avvikende, f.eks. horisontale, brønner, og utstyret som blir anvendt i en gitt brønnanvendelse kan være valgt basert på typen brønn, undervannsmiljøet, overflateutstyret og andre faktorer som påvirker den konkrete brønnanvendelsen.

[0013] Ifølge én utførelsesform strekker en havbunnsbrønn 20 seg nedover fra et undervanns testtre 22 installert på et sted 24 under vann, for eksempel langs en havbunn 26 som illustrert i figur 1. Undervannstesttreet 22 omfatter et ventilsystem 28 som selektivt kan bli aktivert til å åpne og stenge av havbunnsbrønnen 20.1 det illustrerte eksempelet er undervannstesttreet 22 koblet til en overflatestruktur 30 via et stigerør 32 eller en annen passende struktur som tilveiebringer en kanal gjennom vannet mellom overflatestrukturen 30 og undervannstesttreet 22. Overflatestrukturen 30 kan befinne seg et sted på overflaten 33 og kan være i form av et overflatefartøy, en permanent konstruksjon eller en delvis permanent konstruksjon avhengig av typen havbunnsbrønn 20 og hvor den befinner seg.

[0014] I den illustrerte utførelsesformen blir et styrings- og overvåkningssystem 34 anvendt sammen med undervannstesttreet 22.1 dette eksempelet omfatter systemet 34 et styringssystem 36 operativt koblet til undervannstesttreet 22 for å styre funksjoner i undervannstesttreet, så som et ventilsystem 28. Systemet 34 omfatter videre et overvåkningssystem 38 som er anordnet og blir anvendt for å overvåke funksjoner i styringssystemet 36.1 dette eksempelet omfatter overvåkningssystemet 38 et stigerørinstrumentmodulsystem som er uavhengig av og forblir isolert fra styringssystemet 36.

[0015] Styringssystemet 36 kan være konstruert i en rekke forskjellige utførelser med forskjellige komponenter avhengig av den konkrete anvendelsen. Ett konkret eksempel på en type styringssystem for å styre undergrunns testtrær er imidlertid styringssystemet for undervanns testtrær tilgjengelig fra Schlumberger Corporation og kjent som SenTURIAN. Som angitt tidligere anvender imidlertid denne typen styringssystem begrenset eller ingen overvåkning i det hele tatt for å sikre at det er enkelt nok til å sertifiseres som en sikkerhetsintegritetsnivå-(SIL)-enhet med en ønsket SIL-klassifisering, f.eks. en SIL 2-klassifisering. Styringssystemet SenTURIAN og tilsvarende systemer kan defineres som sikkerhetsinstrumenterte systemet (SAS - Security Instrumented Systems) i henhold til IEC-standarden 61508.1 systemet ifølge oppfinnelsen setter imidlertid innlemmelsen av det uavhengige stigerørinstrumentmodulsystemet 38 totalsystemet 34 i stand til å overvåke funksjoner i det primære styringssystemet 36 samtidig som det holdes isolert fra SIL-systemet, dvs. styringssystemet 36. Dette gjør at styringssystemet kan utføres på en måte som bevarer den ønskede SIL-sertifiseringen og letter overensstemmelse med de gjeldende ISO-(lnternational Organization for Standardization)-standardene.

[0016] For å opprettholde den ønskede SIL-klassifiseringen for styringssystemet 36 samtidig som det innlemmes overvåkningsfunksjoner er styringsfunksjonene isolert fra overvåkningsfunksjonene. For å få til denne atskillelsen inneholder stigerørinstrumentmodulsystemet 38 separate komponenter, så som separate datainnsamlingskretser, modemer, kommunikasjonslinjer, f.eks. kabler, og/eller andre uavhengige komponenter.

[0017] Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor kan informasjon i tilknytning til overvåkningssystemet bli kommunisert mellom undervannsstedet 24 og overflatestrukturen 30 via en separat kommunikasjonslinje 40, f.eks. en kabel, i forhold til en kommunikasjonslinje 42 i styringssystemet 36. Som et eksempel kan kommunikasjonslinjen 42 omfatte flere hydraulikkledninger som blir anvendt for å levere fluid for aktivering av ventilsystemet 28 og/eller andre systemer i undervannstesttreet 22. Dannelsen av uavhengige overvåknings- og styringssystemer innebærer at eventuelle problemer med overvåkningssystemet 38 ikke vil få noen innvirkning på evnen til styringssystemet 36 til på en effektiv måte å utføre sine sikringsfunksjoner med hensyn til aktivering av ventilsystemet

28 og/eller andre systemer i undervannstesttreet 22.

[0018] Figur 2 illustrerer generelt relasjonen mellom styringssystem 36 og stigerørinstrumentmodul system 38.1 denne utførelsesformen omfatter styringssystemet 36 en styremodul 44 under vann og et styringssystem 46 på en overflatestruktur som er koblet til hverandre via en kommunikasjonslinje 42. Som et eksempel kan kommunikasjonslinjen 42 omfatte en flerkjernekabel med én eller flere hydrauliske styreledninger. I dette eksempelet omfatter overvåkningssystemet 38 en overvåkningsmodul 48 under vann og et overvåkningssystem 50 på en overflatestruktur som er koblet med hverandre via en kommunikasjonslinje 40. Som et eksempel kan kommunikasjonslinjen 40 omfatte én eller flere elektriske, fiberoptiske, trådløse eller andre passende signalkommunikasjonslinjer i stand til å overføre signaler mellom undervannsstedet 24 og overflatestedet 33. Undervannsovervåkningsmodulen 48 er innrettet for å måle og overvåke ønskede parametere, så som temperatur og trykk i hydrauliske styreledninger som blir anvendt for å manipulere ventilsystemet 28 og/eller andre systemer i undervannstesttreet 22.

[0019] Kommunikasjonslinjen 40 og overvåkningskommunikasjonslinjen 42 kan være trukket som to helt atskilte kabler, eller kommunikasjonslinjene 40, 42 kan være kombinert i en felles kontrollkabel 52. Dersom en felles kontrollkabel 52 blir anvendt, holdes kommunikasjonslinjene 40, 42, f.eks. kabler, som uavhengige kanaler for å kommunisere signaler mellom undervanns- og overflatesystemene. På den måten opprettholdes den isolerte kommunikasjonsløsningen i totalsystemet. I tillegg kan data bli observert og/eller matet inn til styringssystemet 36 og/eller overvåkningssystemet 38 via et fremvisningssystem 54. Som et eksempel kan fremvisningssystemet 54 anvende et grafisk brukergrensesnitt 56 for å vise informasjon til en bruker og for la brukeren mate inn styrekommandoer eller andre systemdata.

[0020] Som illustrert i figur 3 blir parametere i styringssystemet 36 overvåket med passende følere 58 i undervannsovervåkningsmodulen 48. Følerne 58 kan for eksempel omfatte en temperaturføler og/eller trykkføler tilknyttet individuelle hydraulikkledninger 60 som går mellom undervannsstyremodulen 44 og styrte komponenter i undervannstesttreet 22, f.eks. ventilsystemet 28.1 noen anvendelser kan andre følere, f.eks. vibrasjonsfølere, også bli anvendt for å detektere parametere knyttet til driften av styringssystemet 36.

[0021] Følerne 58 kan være tilknyttet enkeltstående hydraulikkledninger eller være tilknyttet flere hydraulikkledninger, og utmatingen fra følerne 58 blir sendt til datainnsamlingskretser 62 som er helt uavhengige av komponenter i styringssystemet 36. Datainnsamlingskretsene 62 kan være en del av undervannsovervåkningsmodulen 48 eller kan være anordnet på andre passende steder i overvåkningssystemet 38.1 det konkrete eksempelet illustrert blir parameterdata sendt til én eller flere følere 58 ved å tilveiebringe en "T" i den aktuelle hydraulikkledningen 60 for å måle for eksempel trykk og temperatur i den hydrauliske styrelinjen 60 uten å hemme funksjonen til denne. Bruk av "T"-koblingen gjør det mulig å observere den ønskede parameteren på et bestemt sted 63 langs hydraulikkledningen; imidlertid kan andre systemer bli anvendt for å observere den ønskede parameteren.

[0022] Undervannsovervåkningsmodulen 48 kan være laget i forskjellige utførelser med komponenter valgt for å muliggjøre uavhengig overvåkning av styringssystemets funksjoner. I ett eksempel illustrert i figur 4 omfatter undervannsovervåkningsmodulen en modulær overvåkningssentral 64 som kan være installert på en rekke forskjellige steder langs undervannstesttreet 22 og stigerøret 32 for å overvåke én eller flere ønskede parametere i tilknytning til styringssystemet 36. For eksempel kan den modulære overvåkningssentralen 64 være utført som en trykk- og/eller temperaturovervåkningssentral som anvendes i samvirke med styringssystemet 36 for å overvåke trykk/temperatur i styrelinjer på et ønsket sted. Den modulære overvåkningssentralen 64 kan være anordnet på en stamme 66, så som en 690 bar (10 ksi) eller 1035 bar (15 ksi) stamme av typen som anvendes i en rekke forskjellige brannrelaterte offshoreanvendelser.

[0023] I ett eksempel er den modulære overvåkningssentralen 64 innrettet for å gli over og festes til stammen 66, som illustrert i figur 4. Som også kan sees i figur 5 kan den modulære overvåkningssentralen 64 omfatte flere hydraulikkstrømningsporter 68 utformet for å muliggjøre måling og overvåkning av den ønskede parameteren på bestemte steder 63 langs undervannstesttreet 22 og/eller stigerøret 32. På denne måten kan overvåkningssentralen 64 være utført som en modulær komponent for bruk i mange typer stigerørsystemer for å overvåke hydraulikkledninger eller andre trykklinjer.

[0024] Den modulære overvåkningssentralen 64 kan være utført med et første, f.eks. øvre, grensesnitt 70 og et andre, f.eks. nedre, grensesnitt 72, som illustrert skjematisk i figur 6. Det øvre grensesnittet 70 tilveiebringer er hydraulisk grensesnitt innrettet for tilkobling til mange typer hydrauliske styrelinjer 60 ved tilveiebringelse av passende adaptere for å danne forbindelsen. Tilsvarende tilveiebringer det nedre grensesnittet 72 også et hydraulisk grensesnitt som kan kobles til mange typer hydrauliske styreledninger 60 ved tilveiebringelse av passende adaptere. Flere enkeltstående trykk- og/eller temperaturfølere 58, f.eks. måleinstrumenter, er koblet mellom det øvre grensesnittet 70 og det nedre grensesnittet 72 for å detektere parametere i styrefluidet som strømmer gjennom porter 68. For eksempel kan enkeltstående følere 58 overvåke tilhørende hydraulikkledninger 60 ved porter 68 gjennom en "T"-kobling som beskrevet over.

[0025] Som følge av dette muliggjør den modulære overvåkningssentralen 64 uavhengig overvåkning av flere hydrauliske styreledninger i styringssystemet 36.1 noen anvendelser kan det bare være nødvendig å overvåke én enkelt hydraulikkledning; selv om overvåkningssentralen 64 letter overvåkning av større antall hydraulikkledninger 60 i styringssystemet.

[0026] Styrings- og overvåkningssystemet 34 også kan være innrettet for automatisk å detektere tilstedeværelse av stigerørinstrumentmodulsystemet 38, f.eks. undervannsovervåkningsmodulen 48 eller enkeltkomponenter i systemet, så som den modulære overvåkningssentralen 64. Når overvåkningssentralen 64 er anordnet i strengen langs stigerøret 32 eller undervannstesttreet 22, kan for eksempel systemet 34 oppdage den automatisk og muliggjøre styring av overvåkningsfunksjonene som utføres i tilknytning til styringssystemet 36.1 én konkret utførelsesform kan et system på en overflatestruktur, så som overflateovervåkningssystemet 50 og/eller overflatestyringssystemet 46, bli anvendt for å detektere tilstedeværelse av den modulære overvåkningssentralen 64 eller andre deler av stigerørinstrumentmodulsystemet 38. Når den er detektert, kan det grafiske brukergrensesnittet 56 på fremvisningen 54 automatisk bli oppdatert til å inkludere data relatert til overvåkningssystemet 38.1 ett eksempel gjennomfører overflatesystemet oppdateringen av det grafiske brukergrensesnittet ved å overvåke en "modbus"-port i tilknytning til stigerørinstrumentmodulsystemet 38. Når stigerørinstrumentmodulen detekteres, leser overflatesystemet kommunikasjonsrammer fra modulen for å sikre at overflatesystemet viser passende grafikk på det grafiske brukergrensesnittet 56.

[0027] Systemet 34 kan være laget i en rekke forskjellige utførelser for bruk i mange typer havbunnsbrønner. For eksempel kan mange typer overflateprosesseringssystemer innlemmes henholdsvis i overflatestyringssystemet og overflateovervåkningssystemet. I tillegg kan forskjellige følere bli anvendt ved undervannstesttreet 22 eller andre passende steder under vann, og de mekaniske strukturene som anvendes for å montere følerne kan bli justert i henhold til utformingen av de tilhørende undervannskomponentene. Videre kan forskjellige parametere og kombinasjoner av parametere bli målt for å overvåke styringssystemet uten å ødelegge SIL-klassifiseringen til styringssystemet. Dette oppnås ved å holde overvåkningssystemet som et atskilt, uavhengig system som ikke har felles følere, felles styringskretser, felles kommunikasjonslinjer eller andre felles komponenter med styringssystemet. På den måten kan ikke overvåkningssystemet komme i konflikt med driften av styringssystemet.

[0028] Undervannstesttreet 22 og stigerøret 32 kan også være laget i en rekke forskjellige størrelser og utførelser. Avhengig av den konkrete undervannsanvendelsen kan styringssystemet 36 bli anvendt i en rekke forskjellige sikkerhetsreguleringer, så som avstengning av havbunnsbrønnen 20 ved undervannstesttreet 22. Styringssystemet 36 kan imidlertid også være konstruert for å styre andre eller ytterligere funksjoner i undervannstesttreet 22 og/eller langs stigerøret 32.

[0029] Selv om bare noen få utførelsesformer er beskrevet i detalj over, vil fagmannen lett se at mange endringer er mulig uten å fjerne seg fra idéene i denne søknaden. Følgelig er slike endringer ment å være inkludert innenfor rammen definert i kravene her og etterfølgende beslektede krav.

Claims (23)

1. System for bruk i forbindelse med en havbunnsbrønn, omfattende: et undervanns testtre med et ventilsystem; et styringssystem operativt koblet med undervannstesttreet for å styre ventilsystemet; og et stigerørinstrumentmodulsystem anordnet for å overvåke funksjoner i styringssystemet samtidig som det holdes atskilt fra styringssystemet.

2. System ifølge krav 1, der undervannstesttreet er plassert i et undervannsstigerør.

3. System ifølge krav 2, der stigerørinstrumentmodulsystemet omfatter en modulær overvåkningssentral for å overvåke trykk i flere styrelinjer i undervannsstigerøret.

4. System ifølge krav 1, der styringssystemet omfatter en styremodul under vann; et styringssystem på overflaten; og minst én styrelinje som kobler sammen undervannsstyremodulen og overflatestyringssystemet.

5. System ifølge krav 4, der stigerørinstrumentmodulsystemet omfatter en overvåkningsmodul undervann; et overvåkningssystem på overflaten; og minst én uavhengig styrelinje atskilt fra den minst ene styrelinjen i styringssystemet.

6. System ifølge krav 5, der den minst ene styrelinjen og den minst ene uavhengige styrelinjen er trukket gjennom en felles kontrollkabel som går til et sted under vann nær ved undervannstesttreet.

7. System ifølge krav 5, der minst én av overflatestyringssystemet og overflateovervåkningssystemet automatisk detekterer undervannsovervåkningsmodulen i stigerørinstrumentmodulsystemet.

8. System ifølge krav 5, der undervannsovervåkningsmodulen overvåker temperatur og trykk i hydraulikkledninger i styringssystemet.

9. System ifølge krav 5, der stigerørinstrumentmodulsystemet omfatter uavhengige datainnsamlingskretser.

10. Fremgangsmåte, omfattende å: koble et styringssystem med et undervanns testtre for å styre ventiler i undervannstesttreet; overvåke funksjoner i styringssystemet et sted under vann med et stigerørinstrumentmodulsystem; og isolere stigerørinstrumentmodulsystemet fra styringssystemet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, der det å isolere omfatter å isolere stigerørinstrumentmodulsystemet på en måte valgt for å bevare en ønsket SIL-klassifisering for styringssystemet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, der det å koble omfatter å anvende en styremodul undervann; et styringssystem på overflaten; og minst én styrelinje som kobler sammen undervannsstyremodulen og styringssystemet på overflaten.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der det å overvåke omfatter å anvende en overvåkningsmodul undervann; et overvåkningssystem på overflaten; og minst én uavhengig styrelinje atskilt fra den minst ene styrelinjen i styringssystemet.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende å trekke den minst ene styrelinjen og den minst ene uavhengige styrelinjen gjennom en felles kontrollkabel.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 10, der det å overvåke omfatter å overvåke trykk i hydraulikkledninger i styringssystemet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, der det å overvåke omfatter å overvåke temperaturer i styringssystemet.

17. Fremgangsmåte, omfattende å: styre et undervanns testtre med et styringssystem; overvåke styringssystemet med et stigerørinstrumentmodulsystem; og skille stigerørinstrumentmodulsystemet fra styringssystemet på en måte som opprettholder en ønsket SIL-klassifisering på styringssystemet.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, der det å skille omfatter å utføre stigerørinstrumentmodulsystemet med en separat kommunikasjonskabel og separate datainnsamlingskretser.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17, der det å overvåke omfatter å anvende en modulær overvåkningssentral for å overvåke trykk og temperatur.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre omfattende å automatisk detektere tilstedeværelse av den modulære overvåkningssentralen.

21. System, omfattende: et styringssystem med en styremodul under vann og et styringssystem på overflaten koblet sammen av en styrekabel; og et overvåkningssystem med en overvåkningsmodul under vann og et overvåkningssystem på overflaten koblet sammen av en overvåkningskabel, der komponenter i overvåkningssystemet er isolert fra komponenter i styringssystemet.

22. System ifølge krav 21, der overvåkningssystemet er atskilt fra styringssystemet på en måte som er tilstrekkelig til å bevare en ønsket SIL-klassifisering på styringssystemet.

23. System ifølge krav 21, der styringssystemet og overvåkningssystemet mater ut data til en fremvisningsanordning. st er:::^ styrekabelen og overvåkningskabelen befinner