NO305139B1 - Multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet for bruk i et undervanns-produksjonssystem for hydrokarboner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet for bruk i et undervannsproduksjonssystem for hydrokarboner, omfattende et flertall av undervannsstyremoduler, der hver er anordnet og tilpasset til å bli installert alene for hvert lokale, neddykkede ventiltre og satelitt-ventiltremodul på en undervannsbrønnramme, og der nevnte styreenhet er tilpasset til å knyttes opp til en stasjonær produksjonsenhet på overflaten ved hjelp av hydrauliske navlestrenger, elektriske navlestrenger, en elektrisk fordelingsmodul, og elektriske kabler installert i en manifold på brønnrammen.

En multiplekset styreenhet av elektrohydraulisk type må forsynes med en eller annen type av elektrisk kraftforsyning og midler for å kommunisere med styrings- og overvåkningsstasjonen gjennom hvilken det gis forbindelse med operatøren. Den ideelle måte å unngå bruk av en undervannsnavlestreng med elektriske kabler mellom plattformen og brønnrammen ville være å forsyne undervannsstyremodulen med sin egen kraft-tilførselskilde og/eller sted, sammen med midler for å sette den i stand til å kommunisere direkte med plattformen gjennom undervannsmiljøet i hvilket den ligger. Dessuten er behovet for å utvikle forskjellige andre typer av teknologi knyttet til disse spørsmål årsaken til at man ennu ikke har oppnådd den grad av pålitelighet og sikkerhet som behøves for styringen av undervannsproduksjonssystemer.

Med den foreliggende teknikkens stand anvender multipleksede, elektrohydrauliske styresystemer elektriske navlestrenger til å levere kraftforsyning og kommunikasjonsforbindelse for undervannsstyremoduler. En stor ulempe med dette har alltid vært behovet for å ha elektrisk koblingsutstyr beliggende i undervannskonstruksjonene og/eller utstyr når to eller flere moduler må dele en og samme elektriske navlestreng, hvilket vanligvis gjør det mer vanskelig å utføre vedlikehold på systemet når feil fremtrer i områder av utstyret deri. Et eksempel på dette ville være en brønnramme-manifold med styremoduler installert i venti1trærne, hvor ene og alene (bare) et sviktende koplingsorgan eller elektrisk kabel i mani-folden ville bety at produksjon for samtlige brønner ville måtte stoppes og at manifolden ville måtte bringes til over-flaten for reparasjon av et enkelt koblingsorgan, idet elektrisk eller på annen måte multiplekset styring over den sviktende brønnen ville bli mistet.

Den innledningsvis nevnte styreenhet kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, ved at nevnte elektriske kabler er koblet til nevnte elektriske fordelingsmodul og til nevnte undervannsstyremodul ved hjelp av elektriske forbindelser av induksjonstypen, innbefattende et koblingselement som kan manipuleres ved hjelp av en fjernstyrt farkost, idet nevnte kabler danner en elektrisk koblingsforbindelse mellom nevnte undervannsstyremodul og nevnte elektriske fordelingsmodul.

En sllik elektrohydraulisk styreenhet kan f.eks. bestå av ti undervannsstyremoduler som er anordnet og installert som en for hvert lokale ventiltre og satelitt-ventiltremodul. Behovet for å hente tilbake manifolden i tilfellet av en feil i koblingskabelen eller elektrisk koblingsorgan deri, oppnås således ved forbindelsen mellom koblingskabelen i undervannsstyremodulen og den elektriske fordelingsmodulen ved hjelp av den fjernstyrte farkosten. Ved å tillate slike forbindelser å bli opprettet og nedkoplet lokalt, på brønn-rammen, kan den elektriske koblingskabel være innenfor brønnrammen, hvilken i tilfellet av en feil kan fjern-frakobles ved hjelp av den fjernstyrte farkosten, hvorved det muliggjøres at en ny koblingskabel kan bli anbragt på brønnrammen og forbindes ved begge sine ender til den fjernstyrte farkost, hvorved den elektriske forbindelse kan gj enopprettes.

Den multipleksete, elektrohydrauliske styreenheten som anvendes for et undervannsproduksjonssystem, slik som ifølge foreliggende oppfinnelse, skal nå beskrives i nærmere detalj med henvisning til de vedlagte tegninger.

Disse og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen vil fremgå av de vedlagte patentkrav, samt av nedenstående beskrivelse. Figur 1 er en skisse over kobling av koblingskabel til undervannsstyremodul og til elektrisk fordelingsmodul ved hjelp av en fjernbetjent farkost (R.O.V.). Figur 2 er et koblingsskjerna over nevnte undervanns, hydrauliske anordning. Figur 3 er et hydraulisk koblingsskjema over forbindelsen mellom undervannsstyremodulen og et lokalt neddykket ventiltre. Figur 4 er et koblingsskjema over hydrauliske tilpasninger til lokalt neddykket ventiltre, topp av neddykket ventiltre, dekke av neddykket ventiltre, undervannsstyremodulleie, og terminal for manifold forbindelse. Figur 5 og 6 er kobl ingsskj emaer over hydrauliske tilpasninger til satelitters ventiltremodul og konstruksjoner av strømningsledning. Figur 7 er et hydraulisk koblingsskjema over styring for satelitts ventiltremodul og satelitts neddykket ventiltre. Figur 8 er et koblingsskjema som viser elektriske tilpasninger til lokalt neddykket ventiltre. Figur 9 er et koblingsskjema som viser elektriske tilpasninger til satelitts ventiltremodul og konstruksjon av strømningsledning. Figur 10 er et koblingsskjema over elektrisk fordelingsmodul. Figur 11 er et koblingsskjema over undervanns, elektrisk fordelingsanordning. Figur 11A er en forstørret detalj over elektrisk fordeling, hentet fra figur 11. Figur 12 er et blokkskjema over foretrukket elektronikk for undervannsstyremodul.

Det multipleksede, elektrohydrauliske styresystemet ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes i et undervannsproduksjonssystem av den type som er beskrevet i norsk patent nr. 302713 som tilhører foreliggende patentsøker og som bl.a. opererer på en vanndybde lik 600 m. Brønnrammen 10 og manifolden 12 er separate konstruksjoner og kan installeres separat. Manifolden 12 vil ha fire samleledninger: for produksjon, gassløfting, produksjonstesting og injisering av vann/ sekundærproduksjon. Manifolden 12 har blokkeringsventiler som betjenes kun av fjernstyrt farkost (R.O.V.). For lokal brønn ligger samtlige produksjons- og styreventiler for manifoldens 12 samleledninger i deres eget ventiltre (lokalt MXM), 14. Tilpasningen mellom brønnramme-manifolden og satelittbrønnproduksjonen samt styreledninger vil skje ved hjelp av strømningsledningskonstruksjon 16 i satelittens ventiltre-modul (S.T.M.) 18 for respektive brønn. S.T.M. 16 er lik en MXM 20, og kan installeres og låses på hvilken som helst av de ti åpninger på brønnrammeen 10, for derved å muliggjøre at manifolden 12 kan tilpasses en satelittbrønn med horisontale forbindelser anvendt mellom manifolden 12 og hver lokal MXM 14, S.T.M 18, terminaler for hydrauliske og elektriske navle-strenger for eksportledninger, samt fleksibilitet satelitt M.X.M.

For foreliggende oppfinnelse skal den primære styreenhet multiplekses elektrohydraulisk, og det skal også være en sekundær hydraulisk enhet i beredskap for den første, mens elektriske koblingsorganer av induktiv type skal anvendes for sending av all elektrisk kraft og kommunikasjonssignaler. Primærsystemet består av ti undervannsstyremoduler (U.C.M.) 24, hver installert på hver lokal M.X.M 14, og/eller S.T.M. 18. Slike moduler 24 mates hydraulisk og elektrisk ved hjelp av fordelingssystemer som er installert i manifolden. Det hydrauliske fordelingssystemet er forbundet med stasjonær produksjonsenhet ved hjelp av to navlestrenger som kommer rett fra manifolden. For elektrisk fordeling finnes det en koblingsboks som er kjent som elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26, som forbinder denne type av fordeling og den elektriske navlestreng til den stasjonære produksjonsenheten.

På den stasjonære produksjonsenheten skal i sin tur styre- og overvåkningsstasjoner installeres, idet hydrauliske og elektriske tilførselsenheter, paneler for sekundære systemer og for sikkerhetsventiler (S.C.S.S.V.) og stasjonær produk-sjonsenhetforbindelse med navlestrenger finner sted ved hjelp av hurtig tilkoblende og frakoblende anordninger.

Oppkobling med manifold vil skje ved hjelp av to hydrauliske og en elektrisk navlestreng. Hver hydrauliske navlestreng vil bestå av:

- 1 trykkmateledning til U.C.M.,

- 5 trykkledninger for sekundær styring, og

- 5 trykkledninger for S.C.S.S.V.

For undervanns hydraulisk fordeling vil hver /WXT 20 eller S.T.M. 18 bli gitt ventiltre styreledninger ved hjelp av dens forbindelse med manifolden 12, dvs. en hydraulisk mate-ledning fra dens U.C.M., en ledning for å betjene dens sekundærstyring, og en ledning til å betjene dens S.C.S.S.V.

Hver U.C.M. 24 vil bli koblet til E.D.M. 26 ved hjelp av en elektrisk kabel 28 som vil levere energi og kommunikasjonssignaler. Samtlige elektriske kabler vil være installert i manifolden 12 på en slik måte at den settes i stand til å bli koblet til nevnte E.D.M. 26 og til respektive U.C.M. 24 ved hjelp av en R.O.V. 30, uten hjelp fra dykkere. Den store fordel med dette system er at kabelen, i tilfellet av en eventuell svikt i kabelen og/eller dens elektriske koblingsorganer, kan frakobles i begge ender og utskiftes med en annen, hvilken vil bli senket og lagt på manifolden 12. Ved tilkobling av den nye kabelen blir en forbindelse gjenopp-rettet som ellers ville ha gått tapt, eller ville i det minste ha tatt tid og medført stor kostnad for bearbeidelse, mens undervannselektriske forbindelser mellom navlestreng og stasjonær produksjonsenhet og hver U.C.M. anvender koblingsorganer av induksjonstype.

U.C.M. 24 vil være den anordning som, når den gis en passende ordre fra styrings- og overvåkningsstasjon, vil betjene den korresponderende ventil. Likeledes vil regelmessig avsøkning finne sted for å oppdatere undervannsfølertall. U.C.M. 24 bør være en sylindrisk beholder fylt med dielektrisk fluid og bør være forsynt med en utvendig trykkompenserende anordning. Forbindelse av styreledninger mellom U.C.M. 24 og dens sete 32 skjer ved hjelp av individuelle hydrauliske koblingsorganer for hver ledning, idet elektrisk forbindelse for undervannstransdusere også finner sted ved hjelp av sete 32 på U.C.M. 24. Slike koblingsorganer bør være av den ledende type, med en anordning til å holde deres elektriske kontakter beskyttet både under og etter frakobling.

Den elektriske forbindelse for kabelen fra E.D.M. 26 er av induksjonstypen. Den vil bli knyttet til U.C.M. 24 ved hjelp av et koblingsorgan som kan manipuleres av en R.O.V., anbragt i den øvre siden av nevnte U.C.M. Samtlige styrings- og datainnsamlingsoppgaver som foretas av nevnte U.C.M. vil bli administrert av et sett av intelligente elektronikkretser, ved mottagelse av ordrer fra overflaten, mens slike kretser vil bli installert i en lufttett beholder som er fylt med inert gass på atmosfærisk trykk.

E.D.M. 26 vil spre energien og kommunikasjonssignalene fra den stasjonære produksjonsenheten (S.P.U.) til samtlige av nevnte undervanns, elektrohydrauliske styremoduler 24, og hør installeres i en spesiell del av manifolden 12, egnet for horisontal forbindelse med den elektriske navlestreng som er låst til brønnrammeen 10.

Styrings- og overvåkningsstasjonen (C.S.S.) vil bestå av et styrepanel 36 og være tilpasset undervannsstyremoduler 24 og en datamaskin 38, med en skriver 40 for menneske-maskin tilpasning.

Den sekundære styremodus setter en operatør i stand til å holde en brønn i produksjon direkte fra nevnte S.P.U. ved hjelp av en primær overstyring. Hver lokal WXT 14 og S.T.M. 18 er forsynt med et sett av oppgaver i styreledningene, der skyttelventiler er installert med en for hver oppgave. Hver brønn har sin egen sekundære styreledning fra nevnte S.P.U., hvilken ledning er forbundet med samtlige skyttelventiler for denne lokale WXT 14 eller S.T.M. 18, slik at trykksetting vil holde samtlige oppgaver åpne som den er tilhørende.

I betraktning av det foregående tilsikter oppfinnelsen et multiplekset styreenhet av elektrohydraulisk type å bli anvendt i et undervannsproduksjonssystem, der nevnte styreenhet består av ti undervannsstyringsmoduler (U.C.M.) 24, anordnet og installert med en for hvert lokale neddykkede ventiltre 14 og satelitt-ventiltremodul (S.T.M.) 18 som vil bli oppkoblet til den stasjonære produksjonsenheten ved hjelp av hydrauliske navlestrenger 42 og elektriske navlestrenger 44, sistnevnte gjennom en elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26, idet forbindelse av elektrisk koblingskabel 84 på nevnte undervannsstyremodul (U.C.M.) 24 og nevnte elektriske fordelingsmodul (E.D.M.) 26 skjer ved hjelp av en fjernbetjent farkost (R.O.V.) 30.

Den primære styreenheten er av den multipleksede, elektrohydrauliske type og innbefatter også et sekundært, hydraulisk system i reserve for nevnte primære system.

Det hydrauliske fordelingssystemet er knyttet til den stasjonære produksjonsenheten ved hjelp av hydrauliske navle-strenger 42, som kommer direkte fra manifolden 12, og elektrisk fordeling er forsynt med en elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26 som forbinder denne fordeling og den elektriske navlestreng 44 med den stasjonære produksjonsenheten .

Hver slik hydraulisk navlestreng 42 består av en trykkmateledning for nevnte undervannsstyremodul (U.C.M.) 24, trykkledning for sekundærstyring, og trykkledninger for sikkerhetsventiler.

Ved undervanns hydraulisk fordeling mottar hvert neddykkede ventiltre (WXT) 20 eller satelitt-ventiltremodul (S.T.M.) 18 styreledninger ved hjelp av dets forbindelse med manifolden 12, der en av ledningene er for hydraulisk mating av dens under-vannsstyringsmodul (U.C.M.) 24, en for betjening av dens sekundærstyring, og en til å betjene dens sikkerhetsventil .

Samtlige elektriske kabler 28 er installert i manifolden 12, idet forbindelse av elektrisk kabel 28 med elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26 og til respektive undervannsstyremodul (U.C.M.) 24 oppnås ved hjelp av en fjernbetjent farkost (R.O.V. ) 30.

Den elektriske forbindelse av elektrisk kabel 28 fra elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26 er av induksjonstypen, idet nevnte elektriske kabel 28 er forbundet med undervannsstyremodulen (U.C.M.) 24 ved hjelp av et koblingsorgan 34 som kan manipuleres av en fjernbetjent farkost (R.O.V. ) 30 som ligger i den øvre sidedel av nevnte undervannsstyremodul (U.C.M.) 24.

I figur 1 vises at styresystemet er knyttet til det stasjonære produksjonssystem ved hjelp av to hydrauliske navlestrenger 42 og en elektrisk navlestreng 44, sistnevnte gjennom en elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26, idet forbindelse ved undervannsstyremodulen (U.C.M.) 24 og på elektrisk fordelingsmodul (E.D.M.) 26 skjer ved hjelp av en fjernbetjent farkost (R.O.V.) 30. Figur 2 er et koblingsskjema over undervanns hydraulisk fordeling av brønner 46A-46J, og viser terminaler 48 for å forbinde navlestreng med manifold, forbindelse 50 av manifold 12 med WXT 20, samt et vedlikeholdspanel 52 for hydraulisk fordeling til driftsventiler 54 for nevnte R.O.V. Figur 3 viser hydraulisk koblingsskjema over tilkobling 56 for undervannsstyremodul 24 med et lokalt neddykket ventiltre 14, med trykkmålere 58. Figur 4 viser et koblingsskjema over hydrauliske tilpasninger av ventiltre-hette 60, topp av WXT 62, og lokalt WXT 14, idet sete 64 for U.C.M. 24 og for-bindelses-terminal for manifold 66 er vist. Figurene 5 og 6 viser koblingsskjemaer over hydrauliske tilpasninger til satelitt-ventiltremodul 18 og konstruksjon av strømningsledning 16, vist i figur 5, og forbindelsesplate 68 til satelitt-ventiltremodul 18, og terminal 70 for forbindelse med navlestreng og satelitt WXT, og i figur 6 toppen av S.T.M. 72, setet for U.C.M. 62, terminalen for å forbinde manifolden 48, en forbindelsesplate 72 med F.L.S. 16, og figur 7 viser et hydraulisk koblingsskjema for S.T.M. 18 og satelitt WXT, idet forbindelse med S.T.M. 76 er vist.

Slik det vil sees av figur 8, som er et kobl ingsskj ema over de elektriske tilpasninger av lokalt WXT 14 med U.C.M. 24, er beholderen 78 vist med, for elektroniske kretser, induksjons koblingsorganer 80 for elektrisk kraft, induksjonskoblingsorganer 82 for elektrisk signal, elektrisk koblingskabel 84, sammen med forbindelse ved hjelp av R.O.V. med setet for U.C.M. 32, og ugjengede koblingsorganer 86 for elektrisk koblingsledning, mens figur 9 er et koblingsskjema over elektriske tilpasninger av S.T.M. 18 med F.L.S. 16, hvilket viser innretninger for horisontal forbindelse 88, konstruksjon av sete 90 for strømningsledninger og navlestreng for styring av satelitt W.X.T 22, gjenget koblingsorgan 92 for elektrisk leding, og elektrisk kabel 94 i styrenavlestreng for satelitt W.X.T 22. Det vil også sees av figurene 8 og 9 at hvert lokale W.X.T 14 og S.T.M. 18 vil være forsynt med to trykktransdusere 96 og to utsidefølere for posisjon av strupeventiler 98, mens lokalt W.X.T 14 og satelitt W.X.T. 22 også kan forsynes med en transduser for borehulltrykk og temperatur (D.P.T.T.) 100. Figur 10 er et koblingsskjema over elektrisk fordelingsmodul 26 og viser navlestreng 102 for stasjonær produksjonsenhet, muffer 104, induksjonskoblingsorganer for elektrisk kraftforsyning 80, induksjonskoblingsorganer for elektriske signaler 82, mate- og fordelingsanordning 106, med dens beskyttelseskretser 108, og anordning og fordeling for signaler 110, med dens beskyttelseskretser 112.

Figurene 11 og 11A er et kobl ingsskj ema over undervanns-elektrisk fordeling og en forstørret detalj av E.D.M. 26, tatt fra figur 11, og viser brønnramme 10, manifold 12, E.D.M. 26, U.C.M.'er 24, og elektrisk navlestreng for V.E.P. 102 (figur 11), samt elektrisk navlestreng for V.E.P. 102, muffer for horisontal forbindelse 88, induksjonskoblingsorganer for elektrisk kraft 80, induksjonskoblingsorganer for elektrisk signal 82, beskyttelses- og fordelingskretser 114, og elektrisk koblingskabel 84 for fjernforbindelse for R.O.V.

Til sist er figur 12 et blokkskjema over foretrukket elektronikk for undervannsstyringsmodul 24, og viser koblingskabel for elektrisk fordelingsmodul 84, matende induksjonskoblingsorgan 116, signal-induksjonskoblingsorgan 118, kraftkilde 120, kommunikasjonstilpasning 122, mikro-prosessor 124, tilpasningsdrivenhet for solenoidventil 126, tilpasninger for S.P.D.T.-bryter 128, A/D omformer og multi-plekser 130, signalarrangør og tilpasning for D.P.T.T. 132, signalarrangør for trykktransduser 134, og signalarrangør og trykktransduser 134, samt signalarrangør og tilpasning for følere for struperposisjon 136.

Det bør påpekes at gjennom hele beskrivelsen av styresystemet er det tatt utgangspunkt i det undervannsproduksjonssystem som er knyttet til norsk patent nr. 302713. Dets hovedtrekk kan anses som de for andre undervannsproduksjons-systemer (brønnramme-manifold, manifold, neddykkede ventiltrær).

Claims (5)

1. Multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet for bruk i et undervannsproduksjonssystem for hydrokarboner, omfattende et flertall av undervannsstyremoduler (24), der hver er anordnet og tilpasset til å bli installert alene for hvert lokale, neddykkede ventiltre (14) og satelitt-ventiltremodul (18) på en undervannsbrønnramme (10), og der nevnte styreenhet er tilpasset til å knyttes opp til en stasjonær produksjonsenhet på overflaten ved hjelp av hydrauliske navlestrenger (42), elektriske navlestrenger (44), en elektrisk fordelingsmodul (26), og elektriske kabler (28) installert i en manifold (12) på brønnrammen (10),karakterisertved og at nevnte elektriske kabler (28) er koblet til nevnte elektriske fordelingsmodul (26) og til nevnte undervannsstyremodul (24) ved hjelp av elektriske forbindelser (28) av induksjonstypen, innbefattende et koblingselement (34) som kan manipuleres ved hjelp av en fjernstyrt farkost (30), idet nevnte kabler (28) danner en elektrisk koblingsforbindelse (84) mellom nevnte undervannsstyremodul (24) og nevnte elektriske fordelingsmodul (26).

2. Multiplekset, elektrisk styreenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat det omfatter et primært styremiddel av den multipleksede, elektrohydrauliske type, og også innbefatter et sekundært, hydraulisk middel som reserve for nevnte primære styremiddel.

3. Multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det hydrauliske fordelingsmidlet er koblet til den stasjonære produksjonsenheten ved hjelp av hydrauliske navlestrenger (42) som kommer direkte fra en manifold (12), og at den elektriske fordelingen er forsynt med en elektrisk for delingsmodul (26) som knytter slik fordeling til den elektriske navlestreng (44) på den stasjonære produksjonsenheten .

4. Multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat hver av nevnte navlestreng (42) består av en trykktilførselsledning for nevnte undervannsstyremodul (24), en trykkledning for sekundærstyring, og trykkledninger for sikkerhetsventiler.

5. Multiplekset, elektrohydraulisk styreenhet som angitt i et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat på nevnte undervannshydrauliske fordeling er hvert neddykkede ventiltre (20) eller satelitt-ventiltremodul (18) forsynt med styreledninger ved hjelp av dets forbindelse til manifolden (12), nemlig en ledning for hydraulisk mating av dets undervannsstyremodul (24), en ledning for å drive dets sekundærstyring, og en ledning for å drive dets sikkerhetsventil.