NO20141513A1 - System for bruk under styring av en hydrokarbonproduksjonsbrønn - Google Patents

Abstract

System for toveis kommunikasjon mellom en undersjøisk produksjonsbrønn og et styringssenter på overflaten, og der systemet omfatter: a) et beregningsutstyr (6) på et sted på overflaten fjernt fra brønnens vent 5 iltre, b) et ventiltreutstyr (11) som omfatter: i) en elektronisk beregningsprosessor (2) for å sende styringssignaler til og motta signaler fra ventiltreets innretninger, og ii) et grensesnittutstyr (13) for mottagning av ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, hvor nevnte signal fra ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulik protokoll, og c) en toveis kommunikasjonsforbindelse (8) mellom nevnte beregningsutstyr (6) og ventiltreutstyr (11). Ventiltreutstyret (11) omfatter også: iii) en kommunikasjonsprosessor (12), som virker som en kommunikasjonsruter, tilkoblet nevnte elektroniske beregningsprosessor (2) og nevnte grensesnittutstyr (13) for multipleksing av nevnte signaler fra innretninger ved ventiltreet og nevnte ytterligere signaler og for overføring av de nevnte 15 multipleksede signaler på nevnte toveisforbindelse (8).

Description

SYSTEM FOR BRUK UNDER STYRING AV EN HYDROKARBONPRODUKSJONSBRØNN

Foreliggende oppfinnelse gjelder et system for bruk under styring av en hydrokarbon-produksjonsbrønn.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et system for toveis kommunikasjon mellom en undersjøisk produksjonsbrønn og et styringssenter på overflaten, og der systemet omfatter: a) et beregningsutstyr på et sted på overflaten fjernt fra brønnens ventiltre, b) et ventiltreutstyr som omfatter: i) en elektronisk beregningsprosessor for å sende styringssignaler til og motta signaler fra ventiltreets innretninger, og ii) et grensesnittutstyr for mottagning av ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, hvor nevnte signal fra ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulik protokoll, og c) en toveis kommunikasjonsforbindelse mellom nevnte beregningsutstyr og ventiltreutstyr, slik som angitt i ingressen av krav 1.

På området industriell, undersjøisk fluidutvinning fordres det kommunikasjon mellom et styringssenter og brønnhoder som befinner seg på sjøbunnen. Tradisjonelt befinner styringssenteret seg på en plattform eller ombord på et fartøy forholdsvis nær brønn-anlegget. I noen tilfeller befinner styringssenteret seg på land, slik at avstanden fra styringssenteret til brønnhodene kan bli mye lengre og den kan typisk være 200 km. Høykapasitets kommunikasjonssystemer som typisk involverer optiske fibre åpner for muligheten for mye høyere datahastigheter mellom de undersjøiske anlegg og de som er på overflaten, hvilket også muliggjør metoder for å oppnå forbindelse med under-sjøiske datakilder (f.eks. følere), særlig sådanne som genererer store mengder data, slik som mikroseismiske følere og fjernsynskameraer.

En konvensjonell løsning er å bruke et datatransmisjonssystem med en standard un-dersjøisk buss ved brønnhodeendene for å skape forbindelse med sådanne ulike un-dersjøiske datakilder. Dette betyr at enhver annen part som leverer utstyr til systemet må ha et grensesnitt til bussen og etterkomme dens protokoll, datahastigheter og buss-standarder. Siden forskjellige produsenter har standardutstyr med grensesnitt mot en mengde protokoller og datahastigheter, medfører det betraktelige kostnader å tilpasse disse grensesnitt slik at de passer til standardbussen. Siden disse data er tidsmultiplekset på bussen er også datahastighetene noe begrenset, slik at noen øns-kelige, bredbåndede datasendinger, slik som digitale videosignaler, ikke kan overføres økonomisk.

Fra publikasjonen HALMØY, S.: SmartControls for Smart Subsea Fields, Offhore Medi-terranean Conference OMC2001, Revenna, 28-30 Maren 2001, er det kjent et system for bruk under styring av en hydrokarbonproduksjonsbrønn, hvor systemet omfatter: beregningsutstyr på et sted fjernt fra en brønns ventiltre; brønntreutstyr som omfatter behandlingsutstyr for å anvende styringssignaler på og motta signaler fra brønntreets innretninger, og utstyr for mottagning av ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, samt en toveis kommunikasjonsforbindelse mellom nevnte beregningsutstyr og brønntreutstyr.

Fra publikasjonen IWIS Committee, Minutes of Meeting of FMC, 22.-23. August 2001 er det kjent datakommunikasjon av TCP/IP-type og bruk av en kommunikasjonsruter i en undervanns elektronikkenhet for kommunikasjon mot brønninstrumentering, samt seriell kommunikasjon over trådpar, og full dupleks toveiskommunikasjon.

Fig. 1 på de vedlagte tegninger viser et konvensjonelt system for kommunikasjon av

data mellom undersjøiske brønntrær og utstyr på overflaten. På hvert av et antall un-dersjøiske brønntrær (ikke vist) er det montert en undersjøisk elektronikkmodul (SEM - Subsea Electronics Module) som har en SEM-prosessor 2 som ved en port 3 håndterer data fra konvensjonelle ventiltrefølere, slik som trykk- og temperaturfølere, og ved en port 4 data for å styre innretninger, slik som ventiler og fluidregulerende spjeld, mens det finnes en port 5 for et standard grensesnitt for data fra andre undersjøiske datakilder. SEM-prosessoren 2 kommuniserer begge veier med et datamaskinsystem 6 på overflaten (f.eks. i land eller på en plattform) via et modem 7 plassert i SEM'en 1, et kommunikasjonssamband 8 og et modem 9 plassert i en modemenhet på overflaten (SMU - Surface Modem Unit) 10 ved anlegget på overflaten. Kommunikasjonssam-bandet 8 muliggjør kommunikasjon med SEM'er ved andre brønntrær og ved noen av eller alle brønntrærne er systemet duplisert for å forbedre systemtilgjengeligheten, slik som i fig. 1, hvor det er vist to SEM'er (SEM Al og SEM Bl) for et bestemt brønn-ventiltre, mens SEM A2 og SEM B2 representerer dupliserte SEM'er for et annet ventiltre.

Når datamaskinen 6 på overflaten er plassert i en betraktelig avstand slik som typisk 200 km fra brønnanlegget, brukes det en fiberoptisk forbindelse, slik som forbindelsen 8, for å overføre data mellom den ene eller hver SEM ved et brønntre til datamaskinen 6 på overflaten. Ikke desto mindre må data fra andre kilder ved porten 5 være tilpas-set protokollen, datahastighetene og andre standarder som brukes for å kommunisere styringsinformasjon og følerinformasjon.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet et system av den innlednings-vis nevnte type og som kjennetegnes ved: at ventiltreutstyret også omfatter: iii) en kommunikasjonsprosessor, som virker som en kommunikasjonsruter, tilkoblet nevnte elektroniske beregningsprosessor og nevnte grensesnittutstyr for multipleksing av nevnte signaler fra innretninger ved ventiltreet og nevnte ytterligere signaler og for overføring av de nevnte multipleksede signaler på nevnte toveisforbindelse.

Ytterligere utførelsesformer av systemet fremgår av de underordnede krav 2 - 14.

Toveisforbindelsen kan typisk omfatte en fiberoptisk forbindelse. Det kan finnes flere sådanne brønntreutstyr ved de respektive brønntrær, idet det finnes distribusjonsutstyr mellom toveisforbindelsen og brønntreutstyret for å distribuere styringssignaler til brønntreutstyret og motta multipleksede signaler fra brønntreutstyret. Videre kan sig-nalene fra innretningene ved brønnhodet og nevnte ytterligere signaler kan ha ulike protokoller og ulike datahastigheter, og de ytterligere signaler kan innbefatte videosignaler.

Foreliggende oppfinnelse er også relatert til en kombinasjon av et system i henhold til oppfinnelsen som gir en første kommunikasjonskanal og et ytterligere sådant system som gir en andre kommunikasjonskanal for bruk om den første kanal svikter.

Som eksempel vil foreliggende oppfinnelse nå bli beskrevet med henvisning til de ved-føyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser et diagram av en kjent form av et system for bruk under styring av en hydrokarbonproduksjonsbrønn; Fig. 2 viser et diagram av et eksempel på et system i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 viser et diagram av et annet eksempel på foreliggende oppfinnelse; og Fig. 4 viser et diagram som viser en del av et alternativ til det som er vist i fig. 3.

Fig. 2 (hvor gjenstander som tilsvarer dem i fig. 1 har samme henvisningstall som i fig. 1) anskueliggjør et system i henhold til et eksempel på oppfinnelsen, som viser sambandet fra en overflatedatamaskin 6 til et brønntre. Overflatedatamaskinen 6 i styringssenteret (f.eks. i land eller på en plattform) sender og mottar data til og fra en modemenhet (SMU) 10 på overflaten som inneholder et modem 9. Dette modem 9 sender og mottar data via en kommunikasjonsforbindelse 8. Den annen ende av kommunikasjonsforbindelsen 8 er forbundet med brønnhodetreet som bæreren un-dersjøisk elektronikkmodul (SEM) 11 som inneholder et modem 7 som er en utstyrs-enhet tilsvarende modemet 9 og som utfører den omvendte funksjon. Modemet 7 har en elektrisk utgang/inngang som er forbundet med en kommunikasjonsprosessor 12 som virker som en kommunikasjonsruter (eller intelligent multiplekser) som også er plassert i SEM'en 11. Kommunikasjonsruteren 12 haren mengde innganger/utganger og det finnes et grensesnitt til en konvensjonell SEM-prosessor 2 (som har føler-, sty-rings- og standard grensesnittporter 3, 4 og 5) og også grensesnitt 13 som danner grensesnitt til andre "private" standardgrensesnitt kjent som virtuelle samband eller forbindelser. I praksis er grensesnittene "stjernekoblet" heller enn konvensjonelt "motorveikoblet" og nær sagt enhver protokoll og datahastighet kan håndteres, bare begrenset av ruteren 12, hastigheten og den endelige begrensning av båndbredden over kommunikasjonsforbindelsen 8 og dens modemer 7 og 9. Forbindelsen eller sambandet 8 kan typisk være omtrent 200 km langt, mens data overføres via den, ved typisk 10 Mbit/sek. Programvaren i ruteren 12 er fleksibel og ved multipleksing håndterer den data og protokollen for de "private" grensesnitt ettersom det fordres ut fra systemkonfigurasjonen, for å tillate høyhastighetskommunikasjon til og fra modemet 7, og derved opprette virtuelle forbindelser mellom utstyret på overflaten og det un-dersjøiske utstyr. SEM-prosessoren 2 håndterer den konvensjonelle styring av de un-dersjøiske utstyrsenheter, slik som ventiler og spjeld, for å regulere den fluidutvin-nende prosess. Den håndterer også lokal loggbokføring og behandling av data fra tre følere, idet dens hovedfunksjon er å innhente data fra følerne og sette dem sammen til et format som kan overføres til datamaskinen på overflaten, og f.eks. avgi styringssignaler til ventiler og fluidregulerende spjeld.

De ovenfor nevnte private standardgrensesnitt er typisk det intelligente brønnsystem-grensesnitt (IWS, som er et Ethernet-grensesnitt) mens det i fig. 2 er vist andre som er velkjente innen industrien, slik som grensesnitt til utstyrsenheter, slik som nivåføle-re, mikroseismiske følere og fluidkvalitetsfølere. Siden systemkonfigurasjonen tillater utnyttelse av en stor båndbredde på kommunikasjonsforbindelsen 8 som typisk er et fiberoptisk samband, er det mulig å overføre komprimert video. Dette åpner for plas-sering av kameraer på det undersjøiske brønnhodet for å muliggjøre visuell inspeksjon av treet uten behov for kostbare dykkeoperasjoner eller bruk av en fjernstyrt arbeids- farkost (ROV - Remote Operation Vehicle). Dette vil være en stor fordel for brønnope-ratøren som tidligere måtte stole på følerinformasjon for å sette i gang utplassering av dykkere eller en ROV for få utført en visuell inspeksjon, men som nå kan ha mulighet for kontinuerlig visuell inspeksjon.

Fig. 3 (hvor gjenstander som tilsvarer dem i fig. 2 har de samme henvisningstall som i fig. 2) viser en typisk realisering av et fullstendig system for håndtering av kommunikasjon mellom et styringssenter og et undersjøisk brønnanlegg, som gir en høy grad av tilgjengelighet ved hjelp av dobbel, dupleks redundans. Figuren viser en "high end"-anvendelse med en stor mengde redundans og langdistanseforskyvning med et undersjøisk, sentralt distribusjonssystem-arrangement som befinner seg mellom en overflatedatamaskin og styringsmoduler ved brønnhodet.

Det er sørget for to separate kommunikasjonskanaler A og B for å gi 100 % redundans. Kanal A beskrives ved at en overflatedatamaskin 6 ved styringssenteret (f.eks. i land eller på en plattform) mater og mottar data til og fra en SMU 14 som rommer to toveis, optiske modemer 15 og 16.

De optiske modemer 15 og 16 har grensesnitt til hvert sitt par optiske fibre 17 og 18 som terminerer nær et brønnhodeanlegg ved en elektronisk kommunikasjonsmodul (CEM - Communication Electronics Module) 19 som typisk befinner seg på sjøbunnen. Kommunikasjonsforbindelsen fremskaffet ved hjelp av optiske fibre kan typisk være omtrent 200 km lang og data overføres via dem ved typisk 10 Mbit/sek. CEM'en 19 muliggjør tilkobling av mange brønner i nærheten med de optiske fibre 17 og 18. Bruk av to optiske fibre sørger for ytterligere redundans og derved bedre kommunikasjons-pålitelighet. CEM'en 19 rommer ytterligere to toveis, optiske modemer 20 og 21 koblet til hver sin av fibrene 17 og 18, og som avgir elektriske signaler til en kommunikasjonsruter 22. Kommunikasjonsruteren 22 har grensesnitt til elektriske modemer, av hvilke tre, modemene 23, 24 og 25, er vist som eksempel, og som hvert har grensesnitt til et modem i en SEM ved et ventiltre. Således har f.eks. modemet 23 grensesnitt til et modem 7 i en SEM 1 via en kommunikasjonsforbindelse 26 og med modemene ved andre trær innen gruppen via en kommunikasjonsforbindelse 27, mens modemene 24 og 25 har grensesnitt til modemer i andre grupper av trær via kommu-nikasjonsforbindelsene 28 og 29.

Fig. 3 viser også en duplisert, identisk kanal B for bruk i stedet for kanal A for ytterligere pålitelighet. Dersom begge kanaler svikter er det sørget for rudimentær kommunikasjon på hver kanal ved hjelp av en forbindelse 30 fra datamaskinen 6 via et lav-hastighets kommunikasjonsmodem (LSCM - Low Speed Communications Modem) 31, en reservekommunikasjonsforbindelse 32 (som typisk arbeider ved 1,2 kbit/sek) og en forbindelse 33 for hver kanal, idet hver forbindelse ved hjelp av LSCM'et 34 er koblet til kommunikasjonsruteren 22 for vedkommende kanal.

Det skal bemerkes at hvert av modemene 23, 24, 25, osv. og hvert av de tilsvarende modemer ved brønntreets SEM'er alternativt kan ha en form som kommuniserer via den elektriske kraftforsyning til treet, dvs. et modem av typen "comms-on-power"

(COP).

Fig. 4 viser en del av et alternativ til systemet i fig. 3, idet gjenstander som tilsvarer dem i fig. 3 har samme henvisningstall som i fig. 3. I stedet for en eneste reservekommunikasjonsforbindelse, har hver kanal sin egen reservekommunikasjonsforbindelse 35 (som typisk arbeider ved 1,2 kbit/sek), og som er en forbindelse som sørger for undersjøisk kraft fra en trefaset kraftforsyning på 3kV, mens hver kanal har en egen LSCM 36 i stedet for at det er en enkelt LSCM 31, slik som i fig. 3. I fig. 4 er modemene 23, 24 og 25 COP-modemer.

Claims (14)

1. System for toveis kommunikasjon mellom en undersjøisk produksjonsbrønn og et styringssenter på overflaten, der systemet omfatter: a) et beregningsutstyr (6) på et sted på overflaten fjernt fra brønnens ventiltre, b) et ventiltreutstyr (11) som omfatter: i) en elektronisk beregningsprosessor (2) for å sende styringssignaler til og motta signaler fra ventiltreets innretninger; og ii) et grensesnittutstyr (13) for mottagning av ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, hvor nevnte signal fra ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulik protokoll; og; c) en toveis kommunikasjonsforbindelse (8) mellom nevnte beregnings utstyr (6) og ventiltreutstyr (11), karakterisert ved at ventiltreutstyret (11) også omfatter: iii) en kommunikasjonsprosesser (12), som virker som en kommunikasjonsruter, tilkoblet nevnte elektroniske beregningsprosessor (2) og nevnte grensesnittutstyr (13) for multipleksing av nevnte signaler fra innretninger ved ventiltreet og nevnte ytterligere signaler og for overføring av de nevnte multipleksede signaler på nevnte toveisforbindelse (8).

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at et flertall av slikt ventiltreutstyr (11) er innrettet til å tilkoples en respektiv av en første kommunikasjonskanal (A) og en andre kommunikasjonskanal (B), der den andre kanalen er for bruk dersom den første kanalen svikter, der hver kommunikasjonskanal (A; B) innbefatter at dens beregningsutstyr (6) mater data til og mottar data fra en modemenhet (14) som rommer to toveis, optiske modemer (15, 16), der de to modemene (15, 16) har grensesnitt til respektive optiske fibre (17, 18) som terminerer ved nær brønnhodeutstyr ved distribusjonsutstyr (19), der distribusjonsutstyret (19) har to to-veis optiske modemer (20, 21) som er signalkoplet til en kommunikasjonsruter (22) som er signalkoplet til et flertall modemer (23-25) med grensesnitt, der nevnte grensesnitt danner forbindelse med kommunikasjonsprosessoren (12) i respektive av et flertall av ventiltreutstyr (11) via respektivt modem (7).

3. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at kommunikasjonskanalene (A; B) er tilordnet et reservekommunikasjonsarrange-ment (30 - 33; 35), der det inngår lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 31; 35) mellom beregningsutstyret (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom det oppstår kanalsvikt.

4. System som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at nevnte toveisforbindelse (8) omfatter en fiberoptisk forbindelse.

5. System som angitt i krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at systemet omfatter flere sådanne treutstyr (11) ved respektive trær, idet det er anordnet distribusjonsutstyr (19) mellom toveisforbindelsen (8) og treutstyret (11) for å distribuere styringssignaler til treutstyret (11) og motta multipleksede signaler fra treutstyret (11).

6. System som angitt i et hvilket som helst av krav 1-5, karakterisert ved at nevnte signaler fra ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulike datahastigheter.

7. System som angitt i krav 5, karakterisert ved at distribusjonsutstyret (19) har to to-veis optiske modemer (20, 21) som er signalkoplet til en kommunikasjonsruter (22) som er signalkoplet til et flertall modemer (23-25) med grensesnitt, der nevnte grensesnitt danner forbindelse med kommunikasjonsprosessoren (12) i respektive av et flertall av ventiltreutstyr (11) via respektivt modem (7) deri.

8. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at de ytterligere signaler innbefatter videosignaler.

9. Kombinasjon av system som angitt i krav 1 eller i et hvilket som helst av kravene 4-8 når dette er underordnet krav 1, karakterisert ved at systemet tilveiebringer en første kommunikasjonskanal (A), og et ytterligere sådant system som tilveiebringer en andre kommunikasjonskanal (B) for bruk dersom den første kanal svikter, der hver kommunikasjonskanal innbefatter at beregningsutstyret (6) mater til og mottar data fra en modemenhet (14) som rommer to toveis, optiske modemer (15, 16), der de to modemene (15, 16) har grensesnitt til respektive optiske fibre (17, 18) som terminerer ved nær brønnhodeutstyr ved distribusjonsutstyr (19), idet distribusjonsutstyret (19) har to to-veis optiske modemer (20, 21) som er signal koplet til en kommunikasjonsruter (22) som er signalkoplet til et flertall modemer (23-25) med grensesnitt, der grensesnittene danner forbindelse med kommunikasjonprosessoren (12) i respektive av et flertall av ventiltreutstyr (11) via respektivt modem (7).

10. System som angitt i krav 1 eller i et hvilket som helst av kravene 4-9 når dette er underordnet krav 1, karakterisert ved at det ene eller hvert system har et reserve-kommunikasjonsarrangement (30, 31, 32, 33, 34) mellom sitt elektroniske beregningsutstyr (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom det oppstår systemsvikt, idet reservekommunikasjonsarrangementet innbefatter en forbindelse (32;33) fra beregningsutstyret (6) til kommunikasjonsruteren (22) via lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 31).

11. System som angitt i krav 2 eller et hvilket som helst av kravene 4-8 når dette er underordnet krav 2, karakterisert ved at de to kommunikasjonskanalene (A; B) er tilordnet et felles reservekommunika-sjonsarrangement (30, 31, 32, 33, 34) mellom sitt beregningsutstyr (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom kanalsvikt oppstår, idet reserve-kommunikasjonsarrangementet innbefatter en forbindelse (32; 33) fra beregningsutstyret (6) til kommunikasjonsruteren (22) via lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 31).

12. System som angitt enten i krav 2 eller 9, eller i ett av kravene 4-8 når dette er underordnet krav 2, karakterisert ved at hver kommunikasjonskanal (A; B) i systemet håret eget reserve-kommunikasjonsarrangement (35) mellom hver kanals beregningsutstyr (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom kanalsvikt oppstår, idet reservekommunikasjonsarrangementet (35) innbefatter via lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 36) en forbindelse (35) fra beregningsutstyret (6) til kommunikasjonsruteren (22), og en kraftforsyningsforbindelse (35) for å sørge for undersjøisk kraft.

13. System som angitt i krav 3 eller i et hvilket som helst av kravene 4-8 når dette er underordnet krav 3, karakterisert ved at reservekommunikasjonsarrangementet er felles for de to kanalene (A; B) og innbefatter en forbindelse (32;33) fra beregningsutstyret (6) til kommunikasjonsruteren (22) via lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 31).

14. System som angitt i krav 3 eller i et hvilket som helst av kravene 4-8 når dette er underordnet krav 3, karakterisert ved at hver kanal (A; B) håret eget reservekommunikasjonsarrangementet (35) som innbefatter via lavhastighetskommunikasjonsmodem (LSCM; 36) en forbindelse (35) fra beregningsutstyret (6) til kommunikasjonsruteren (22), og en kraftforsyningsforbindelse (35) for å sørge for undersjøisk kraft.