NO316034B1 - Aktiveringsmodul - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en aktivenngsmodul, og spesielt en ventil-aktivenngsmodul for å aktivere ventilelementer, slik som en sluseventilplate, nåle-spmdel, kuleventilkule eller en strupehylse eller plugg, på et undervannsbrønnhode, men kan likeledes anvendes for andre anordninger som krever operasjon i et under-vannsmiljø

Nåværende ervervet visdom er at undervannsbrønnhoder bør ha hydrauliske opererte ventiler som er anordnet med en feilsikker mekanisme i formen av en stor fjær anordnet for å skyve ventilelementet inn i en sikker posisjon ved tap av hydraulisk trykk Generelt er det mulig å benytte brønntrykket for å hjelpe til med denne bevegelse av ventilelementet For sikkerhetsgrunner er det imidlertid fremdeles nød-vendig å ha en fjær som er stor nok til å lukke ventilen uten hjelp fra brønntrykket eller i den motsatte situasjonen hvor utvendig trykk er høyere enn brønntrykk

Med den nåværende trend mot brønner på dypere vann, er det en økning i hydrostatisk trykk, men en mulig minskning i brønntrykk Således kan nettotrykkdiffe-rensialet arbeide mot feilsikre krefter på spindelen for å lukke ventilen I denne situasjonen må fjæren være konstruert stor nok til å overvinne friksjonen mellom ventilelementene, hustetningene, og å overvinne de hydrauliske kreftene for å utstøte det hydrauliske styrefluidet for å lukke ventilen mot det hydrostatiske trykket og lavt inn-vendig brønntrykk Det kan lett verdsettes fra dette at ved økende vanndybder, må størrelsen av fjæren i høy grad økes, og derved økes størrelsen og kostnaden av systemet Videre har størrelsen på kraften som fjæren avgir en ugunstig virkning på den høye kraften påkrevet for hver operasjon og på dens følsomhet

En alternativ tilnærming er omtalt f eks i US-A-4920811 og US-A-5195721 i hvilke ventilelementene er elektrisk styrt ved kraftige elektriske motorer som bruker betydelig elektrisk kraft Dette vil kreve umåtelig lagringskapasitet hvis ikke direkte tilført av navlestrengen fra den fjerne installasjonen I begge tilfeller, er en kopling fremskaffet for å frakople ventilelementet i tilfelle av krafttap, og derved tillate fjæren å bevege ventilen til en feilsikker posisjon I dette tilfelle, selv om det ikke lenger er nødvendig at fjæren overvinner hydrauliske styrefluidtrykk som er elektrisk, er en stor fjær nødvendig for å overvinne ventilfnksjonen og det hydrostatiske trykket Videre resulterer koplingsmekanismen, som er nødvendig for å frakople ventilelementet, i en unødvendig kostbar og komplisert konstruksjon

US 5 166 677 omhandler en aktivisenngsmodul for bruk i et undervanns-brønnhode Aktivisenngsmodulen består av en motor koplet til en roterende aktivator som brukes til å aktivisere en ventil Motoren aktiveres ved at et signal sendes fra overflaten

WO A1 97/23708 omtaler en pumpe for bruk i et undervannsbrønnhode Pumpen mottar kraft fra overflaten, men har i tillegg et reservesystem bestående av et batteri som er plassert i brønnhodet

Oppfinneren har innsett at problemene ovenfor kan overvinnes ved den revo-lusjonære nye tilnærmingen for operenng av anordningene, ikke ved en hydraulisk aktivator, med en feilsikker returfjær, men ved hjelp av en roterende aktivator drevet av en elektnsk motor som normalt er drevet fra en ytre kilde gjennom en navlestreng Den nødvendige feilsikkertilstanden er oppnådd ved å tilveiebnnge motoren med en lokal reservekraftkilde som, i tilfelle av tap av primærkraft, er tilstrekkelig til å drive motoren for å returnere anordningen til en sikker posisjon

I henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter derfor en aktivenngsmodul for aktivenng av en anordning i en undersjøisk brønnhodesammenstilhng et element som er flyttbar mellom en første sikker operasjonsposisjon og en andre operasjonsposisjon, modulen omfatter

et hus som inneholder en roterbar aktivator anordnet for å koples til en roterbar del av anordningen, hvorved, når aktuatoren er koplet til den roterbare delen (8) av anordningen, bevirker rotasjon av den roterbare delen ved hjelp av aktivatoren at elementet til anordningen flytter seg mellom de første og andre operasjonsposisjoner,

en elektnsk motor for rotermg av aktuatoren,

en inngang for å motta pnmærkraft fra en ekstern kilde for aktivering av motoren,

en sekundær reservekraftkilde, og

videre kjennetegnet ved en kontroller for å reagere på tap av pnmærkraft og således, når aktuatoren er koplet til den roterbare delen av anordningen, bevirker at motoren aktiveres fra den sekundære reservekraftkilden hvis elementet er i den and-

re operasjonsposisjonen, slik at motoren bevirker at elementet flytter seg til den førs-te operasjonspostsjonen,

hvon den primære kraftkilden er forbundet gjennom den sekundære reservekraftkilden for å opprettholde den sekundære reservekraftkilden fullstendig oppladet, og enhver overflødig kraft er tilgjengelig for å aktivere motoren

Med dette arrangementet er koplingen, som kun overfører rotasjonsbevegelse mellom aktivatoren og delen til anordningen, upåvirket av hydrostatisk trykk og en fjær er ikke påkrevet Den elektriske kraften for å drive anordningen er således meget redusert så vel som alt som er krevet er tilstrekkelig kraft for å overvinne fnksjonen mellom anordningselementet og hustetmngene Videre, fordi hver aktivator kan være anordnet med sin egen selvholdte reservekraftkilde, har hver anordning individuell feilsikker styring

Selv om modulen kan være et permanent fasttilbehør på brønnhodesammen-stillmgen, kan den fra tid til tid kreve utskiftning Av denne grunn er modulen fort-rinnsvis anordnet for å være koplet til, og frakoplet fra, brønnhodesammenstilhngen ved f eks en dykker eller ROV I dette tilfelle, vil koplingen mellom den roterende aktivator og den roterende delen av anordningen være et momentoverførende grensesnitt, slik som en splint eller kilekoplmg, som kan være tilkoplet og frakoplet ved relativ aksiell bevegelse

Den sekundære reservekraftkilden er på det enkleste et barten Primærkraft-kilden, forbundet til modulen gjennom en navlestreng, kan være forbundet gjennom reservekilden for å opprettholde denne fullt oppladet, og overflødig kraft er tilgjengelig for å forsyne motoren Dette sikrer at alltid når det er tap av pnmærkraft, vil reservekilden alltid være fullt oppladet for å dnve motoren

Kontrolleren kan være en enkel solenoidbryter eller for mer sofistikerte anven-delser, en intelligent programmert prosessor

Det kan være mer enn en aktivator og respektive motor- og sekundærreserve-kraftkilde, for å operere et antall av henholdsvis brønnhodesammenstillingsanord-ninger, i det samme huset Dette unngår at primærkraftnavlestrengen må ha passende dimensjonert kjerne for å føre kraften for hver aktivator, hvilket kunne gjøre denne meget kostbar og voluminøs Ved å tilveiebringe en lokal lagringsenhet og en lokal prosessor for allokering av kraft til de respektive aktivatorer, kan navlestrengen være redusert til en enkel kraftkjeme og en signallinje Signallinjen vil instruere prosessoren og kontrolleren om aktivatorer skal dnves Prosessoren må så være i stand til å detektere enten et tap av pnmærkraft eller tap av fjemsignal, og i begge tilfeller bevirke at den respektive aktivatoren drives for å bnnge den respektive anordningen til en sikker tilstand

Eksempler på ventilaktivenngsmoduler konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives med referanse til de vedføyde tegningene, i hvilke

Fig 1 er et skjematisk nss, delvis i vertikalsnitt, av en første modul sammen med et undersjøisk tre med sluseventiler og et brønnhode, Fig 2 er et mer detaljert riss av del av fig 1, som viser en av sluseventilene splittet i to i den helt åpne posisjonen og den andre halvdelen i den helt lukkede posisjonen, og Fig 3 er et skjematisk riss av en del av en modul for aktivenng av et kuleven-tilelement

Det skal bemerkes at selv om fig 1 er beskrevet på betingelse av en sluseventil, er oppfinnelsen anvendbar for enhver anordning hvor bevegelse av et element kan rotasjonsmessig oppnås Oppfinnelsen angår således f eks kuleventiler og spjeld eller innsatte strømningssammenstillinger som krever ytre dnvakseloperasjon uten å forstyrre dnvakseloperasjonssystemet Oppfinnelsen er beskrevet på et tre selv om den er anvendbar på enhver sammenstilling hvor strømnmgsstynng er påkrevet

Som vist i fig 1 og 2, er et brønnhode 1 anordnet med et ventiitre 2, som kan være et ventiitre eller et honsontaltre Ventilaktivatorer og tilhørende elementer er anordnet i en separat ventilaktivermgsmodul 3 som er flyttet på plass ved å benytte undersjøisk stynng, eller ved å benytte en ROV Aktivenngsmodul 3 er landet og så tverrgående engasjert i den passende posisjonen med hensyn til ventiltreet 2 I dette henseende, er anskaffelsen av en ventilaktivermgsmodul lik med systemet omtalt i US-A-5456313, og referanse er gjort til dette dokument spesielt med hensyn til midler for engasjenng av modulen med hensyn til treet, og til grensesnittet mellom modulen og treet

Alternativt kunne ventiltreefs 2 grensesnitt være vertikalt eller ved en vinkel som tillater at aktivenngsmodulen styres direkte i posisjon Fig 2 viser i mer detalj en bonng 4 i undervannstreet 2 som er vist å ha to identiske sluseventiler 5 med sluseplateelementer 5A Sluseventilelementene 5A er flyttet i en lineær retning i kraft av spindler 6 Spindlene 6 er anordnet med en skrue-kophng 7 til en utvendig fastkilet hylse 8 hvor rotasjonsbevegelse av denne således er overført til lineær bevegelse av spindelen 6 og sluseventilplater 5A Treet 2 er også anordnet med styre- og overvåkningsutstyr for hydrauliske og elektriske signaler via en forbindelsesplate 9 Fig 1 viser ventilaktivenngsmodulen 3 med to aktiveringssammenstillinger 10 en for hver av sluseventilene 5 Hver aktiveringssammenstilling er anordnet med kraft og signaler fra en utvendig signal- og kraftnavlestrengslmje 11 Kraft er overført via en generell systemkontroller 12, som kontrollerer andre elektriske aktivatorer og funksjoner 13, så vel som å tilveiebringe hydraulisk kraft via en hydraulisk krets 14 for forskjellige brønnhullsanvendelser, elektriske sensorer og tresensorer Den generelle systemkontrolleren 12 er anordnet med sin egen elektnske reservelagnngsenhet 15 som kan sørge for elektrisk kraft for hele systemet i tilfelle av krafttap gjennom hoved-navlestrenglinjen 11 og er således i stand til å operere treet hvis det er et ytre kraft-brudd Den generelle systemkontrolleren 12 er også anordnet med en akustisk mot-taker/sender 16, for å tillate fjernovervåkning og styring av de elektriske systemer i tilfelle av et fullstendig sammenbrudd i navlestrenglinje 11

Hver av aktivenngssammenstilltngene 10 er en forseglet enhet hvorfra en fastkilet kontakt 17 stikker frem, som under bruk kopler med kilen på hylsen 8 På innsi-den av hver aktivenngssammenstillmg er en motor 18 som, under normal dnft, er drevet av kraft fra linjen 11 til hvilken den er forbundet via kraftledning 19 og en feilsikker kontroller 20 Motoren 18 driver akselen til den fastkilte kontakten 17 gjennom en girboks 21 Hver aktivenngssammenstillmg har en elektrisk lagringsenhet 22 forbundet til den feilsikre kontrolleren 20

For å operere treet, er elektnske signaler og kraft tilført fra en fjernmstallasjon Den elektnske prosessoren og kontrolleren 12 vil tildele kraft til den elektriske reservelagnngsenheten 15 og til aktivatorsammenstilhngene for å lade opp deres elektns ke lagringsenheter 22 Den feilsikre kontrolleren 20 vil bekrefte når dens elektnske lagringsenhet 22 er helt oppladet Den elektriske prosessoren og kontrolleren vil bekrefte at alle feilsikre kontrollere 20 har deres elektriske lagringsenheter 22 helt opp-lagret før igangsetting av ethvert signal fra den fjerne installasjonen

For å operere en ventil, vil den elektnske prosessoren og kontrolleren 22 sen-de signal til den feilsikre kontrolleren 20, idet den forsynes med krafttilførsel fra nav-lestrenghnjen 11 Denne krafttilførselen kan være forsterket av kraften fremskaffet fra den elektriske reservelagnngsenheten 15 når flere aktivenngsoperasjoner er nødven-dig samtidig

Ved mottak av visse signaler fra fjermnstallasjonen, kan den elektriske prosessoren og kontrolleren 12 være programmert for å operere visse kontrollsekvenser på treet Samtidig, vil den overvåke tilstanden til treet, og i aktiveringsmodulen, og sikrer at det er tilstrekkelig kraft i den elektnske reservelagnngsenheten 15, for å lukke to ventiler

Den feilsikre kontrolleren 20 vil ved mottak av et operasjonssignal fra den elektnske prosessoren og kontrolleren 12 forsikre seg om at den elektriske lagnngsenheten 22 er helt oppladet før kraft benyttes fra linje 19, for å åpne, lukke eller å justere posisjonen av spindelen Kun ved et tap av signal i linje 19 vil en feiloperasjon igangsettes Den feilsikre kontrolleren 20 kan under dnft tilveiebringe data til den elektnske prosessoren og kontrolleren 12 vedrørende spindelposisjonen ved ethvert tidspunkt, momentet, antallet av omdreininger og hastigheten av operasjonen Den elektriske prosessoren og kontrolleren 12 kan få adgang til data fra aktivatorsam-menstillingene og bnnge den fullstendige status til treet videre til overflateisolasjonen

Den elektriske prosessoren og kontrolleren 12 vil detektere ethvert tap av kraft eller signal i navlestrenglmjen 11 Et tap av kraft kan være implementert av den elektriske reservelagnngsenheten 15 Et tap av signal i navlestrenglmjen 11 vil initiere en forhåndsinnstilt programmert lukning av treet, som først benytter kraft fra navlestrengen 11 hvis tilgjengelig For temporær kontroll av treet, kan den akustiske mot-takeren/senderen 16 benyttes

Et signalavbrudd gjennom linje 19 er detektert ved feilsikkerkontrolleren 20 som vil slå over ventilen som først benytter kraft fra linje 19

Et brudd på signalet og primærkreften gjennom linje 19 er detektert ved feilsikkerkontrolleren 20 som for det andre vil slå mn den elektnske nødlagnngsenheten 22 Feilsikkerkontrolleren er programmert med en forhåndsinnstilt feilposisjon av sluseventilen 5 og styrer motoren for å dnve sluseventilen mn i denne posisjonen Hver aktivenngssammenstillmg er anordnet med en akustisk mottaker/sender 23 som tillater full sekundær fjernovervåkning av en posisjon av hver sluseventil, og tillater også fjernstyring av posisjonen til sluseventilen hvis linje 19 har feilet

Posisjonen av sluseventilflaten er følt ved at enden av spindelen 6 støter mot en sensor 24

Fig 3 sørger for et mer detaljert riss av en aktiveringssammenstilling og omtaler operasjonsmidlene for en innsatt treventil (dvs kuleventil), som krever at spindelen 6 delvis trekkes tilbake for å tilrettelegge mnfønngen eller tilbaketrekkingen av kuleventilen I denne figuren er de samme referansenummerne benyttet for å angi de samme deler som i fig 1 og 2 Som vist i fig 3 er en sikkerhetsoppbygningsoverbe-lastnmgsclutch 25 anordnet mellom motoren 18 og girboksen 21 Videre er konven-sjonelle egenskaper slik som en oljeledning 26 til girboksen og nøytralgass (dvs nitrogen) rensing og eksoslmjer 27 til elektrisk lagnngsenhet og girboks fremskaffet For å redusere lengden av aktiveringssammenstillingene, kan den elektriske lagnngsenheten 22 være plassert ikke på den samme aksen som motoren Den elektriske lagnngsenheten 22 i sitt eget uavhengige hus er forbundet til den feilsikre kontrolleren 20 ved en elektrisk kraftpenetrator 28 Kilekontakten 17 er anordnet på et roter-bart parti med indre kilespor 29 og indre antimomentkilespor 30 på et stasjonært parti Enden av spindelen 6 av kuleventilen har ytre kilespor 31 som passer sammen

med indre kilespor 29 Ytre antimomentkilespor 32 passer sammen med indre antimomentkilespor 30 Det er også mulig å tilveiebnnge de sammenengasjerende ki-lesporene med nøkkelpartier for å sikre at det posisjonsmessige forholdet mellom den roterende kiiemekamsmen og kontakten 17 alltid er kjent, og derved tilrettelegge stynng av posisjonen til ventilen Også vist i fig 3 er en valgfri ROV-dnvenhet 33 fremskaffet med en drivaksel 34 som er vist brukket i fig 3 Dnvakselen 34 har et tanngir 35 som passer sammen med et tanngir 36 som er direkte forbundet til, og roterbar med, kontakten 39 som grenser til kile 40 Dette tillater lineær bevegelse for

spindelhylse 6A som inneholder spindelen 6 og tillater at den engasjeres eller frakop-es fra en indre sammenstilling, (dvs kulen til en kuleventil), med en ROV En lineærDosisjonssensor 37 er anordnet med en posisjonssonde 38 som kontakter enden av spindelen 6 Når benyttet med en sluseventil er en nøyaktig posisjon av sluseplaten 5A kjent ved ethvert tidspunkt Når benyttet med en kule, vil kuleposisjonssonde 38bekrefte om spindel 6 har blitt tilkoplet eller frakoplet

Claims (6)

1 Aktivenngsmodul for aktivenng av en anordning i en undersjøisk brønnhode-sammenstilling, anordningen omfatter et element (5A) som er flyttbar mellom en førs-te sikker operasjonsposisjon og en andre operasjonsposisjon, modulen omfatter et hus (10) som inneholder en roterbar aktivator (17) anordnet for å koples til en roterbar del (8) av anordningen, hvorved, når aktuatoren er koplet til den roterbare delen (8) av anordningen, bevirker rotasjon av den roterbare delen (8) ved hjelp av aktivatoren (17) at elementet (5A) til anordningen flytter seg mellom de første og andre operasjonsposisjoner, en elektnsk motor (18) for rotenng av aktuatoren, en inngang (11) for å motta pnmærkraft fra en ekstern kilde for aktivenng av motoren (18), en sekundær reservekraftkilde, og viderekarakterisert veden kontroller (20) for å reagere på tap av pnmærkraft og således, når aktuatoren er koplet til den roterbare delen (8) av anordningen, bevirker at motoren (18) aktiveres fra den sekundære reservekraftkilden hvis elementet (5A) er i den andre operasjonsposisjonen, slik at motoren (18) bevirker at elementet (5A) flytter seg til den første operasjonsposisjonen, hvori den primære kraftkilden er forbundet gjennom den sekundære reservekraftkilden for å opprettholde den sekundære reservekraftkilden fullstendig oppladet, og enhver overflødig kraft er tilgjengelig for å aktivere motoren (18)

2 Modul ifølge krav 1, karakterisert vedat den er anordnet for å være koplet til, og frakoplet fra, brønnhodesammenstillingen

3 Modul ifølge krav 2, karakterisert vedat koplingen mellom den roterbare aktivatoren (17) og den roterbare delen (8) av anordningen er et momentoverføringsgrensesnittet

4 Modul ifølge ifølge krav 3, karakterisert vedat momentoverfønngsgrensesnittet er valgt fra gruppen bestående av en kilekopling og en nøkkelkopling som kan være engasjert og frigjort ved relativ aksiell bevegelse

5 Modul ifølge krav 1, karakterisert vedat den sekundære reservekraftkilden er en elektrisk lagringsenhet (22)

6 Modul ifølge krav 1, karakterisert vedat kontrolleren (20) er en intelligent programmert prosessor