NO319199B1 - Undersjoisk produksjonssystem for hydrokarboner - Google Patents

Abstract

Et produksjonssystem for hydrokarboner omfatter en overflateinstallasjon som over en styrekabel (3) er forbundet med en undersjøisk fordelerenhet (4) som i sin tur er forbundet med ventiltrær (8, 9 og 10) ved hjelp av respektive forbindelsesledninger (11, 12 og 13). Hvert ventiltre kan omfatte en eller flere elektriske aktuatorer (14), strupeinnretninger (16) for regulering av strømningsrate, trykk- og/eller temperaturtransdusere (18), måletransdusere (18A) nede i hullet og/eller en sikkerhetsventil (21) nede i hullet. Elektrisk kraft overføres til enheten (4) ved hjelp av en høyspent transmisjonskabel som utgjør en del av styrekabelen (3). En transformator som utgjør en del av enheten (4) transformerer ned spenningen overført over styrekabelen (3) til et nivå som egner seg for bruk av de elektriske innretninger (14, 16 og 21). Effekttilførsel og styring av innretningene (14, 16, 18, 18A, 21) utføres ved hjelp av en undersjøisk regulator (5, 6, 7) forbundet med hvert sitt ventiltre (8, 9, 10). Styre- og måledata kan utveksles mellom overflatestasjonen (2) og ventiltrærne (8, 9, 10) ved hjelp av kommunikasjonssignaler som moduleres på den høyspente transmisjonkabel, en lavspent kommunikasjonsledning eller en kommunikasjonslinje for dette formål og som utgjør en del av styrekabelen (3). I andre utførelsesformer benyttes en eller flere feltbusser for å kommunisere data og formidle effekt til innretningene (14, 16, 18, 18A og 21) og den undersjøiske regulator (5), og/eller mellom enheten (4) og flere undersjøiske regulatorer.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder undersjøiske produksjonssystemer for hydrokarboner.

Ved produksjon av hydrokarbonprodukter fra et reservoar som befinner seg nedenunder havbunnen, er det vanlig, så snart en brønn er blitt boret, å føre inn et produksjonsrør ned i reservoaret og anordne et ventiltre (Christmas Tree) som inneholder et antall strømningsregulerende ventiler ved munningen av borehullet på havbunnen.

Det er kjent at hvert ventiltre, av hvilke det vil befinne seg ett pr. brønn, omfatter et antall sluseventiler som hver har en tilhørende hydraulisk aktuator. Ventiltreet vil vanligvis også ha en eller flere temperatur- og/eller trykktransdusere. Det er også vanlig å sette inn en sikkerhetsventil nede i hullet sammen med sin tilhørende hydrauliske aktuator i en avstand nedenunder ventiltreet i produksjonsrøret. Det forventes at et ventiltre arbeider med et minimum av vedlikehold i f.eks. 20 år.

I konvensjonelle systemer vil hvert ventiltre være forbundet med et overstell som omfatter en hydraulisk kraftenhet og et styresystem som er brukerstyrt ved hjelp av en kombi-nert elektrisk/hydraulisk "navlestreng" (umbilical) som heretter betegnes en styrekabel. Styrekabelen inneholder en eller flere hydrauliske kraftledninger som ender i en eller flere elektrisk styrbare hydrauliske ventiler som ved mottagelse av styresignaler fra styresystemet på overflaten forbinder den hydrauliske kraft med de aktuelle hydrauliske aktuatorer. Styrekabelen vil også inneholde en eller flere tilleggsledninger, slik som elektriske ledere, for overføring av styresignaler fra styresystemet på overflaten og av måledata fra undersjøiske måletransdusere, ventilstatusinformasjon, o.l., til styresystemet og kan også inneholde væskestrømningsledninger for å transportere kjemikalier fra installasjonen på overflaten for injeksjon i en produksjonsstrømlinje eller ned i brønnen. Ettersom styrekabelen kan være titalls kilometer lang kan den være meget kostbar å produsere og med sin høye vekt kan den være vanskelig og/eller kostbar å installere.

Ekspempler på produksjonssystemer av denne art er kjent fra bl.a. publikasjonene

GB 2 299 108 and EP 0 027 025.

Skjønt sådanne hydrauliske systemer er tilbøyelige til å være meget pålitelige, har de også ulemper. Ved en stans eller avstengning i nødsfall kan det for det første være nødvendig å tappe hydraulisk fluid tilbake til den hydrauliske kraftledning i styrekabelen inntil trykket har sunket til en verdi hvor undersjøisk ventilering kan skje. I et system hvor et stort antall brønner mates ved hjelp av et lite antall hydrauliske ledninger, kan denne uttømming ta betraktelig tid. For det andre er den hydrauliske kraftenhet som fordres i installasjonen på overflaten både dyr og omfangsrik. Dersom overflateinstallasjonen er en fast eller flytende oljeproduksjonsenhet hvor plassen er meget kostbar, kan de faktiske omkostninger ved å vedlikeholde en hydraulisk kraftenhet bli betraktelig.

Hydrauliske systemer av denne type har dessuten ulemper ved at hydrauliske aktuatorer vanligvis ventileres til sjøen og at splittede eller hullede kabelledninger også kan føre til at store mengder hydraulisk fluid lekker ut i sjøen.

Dagens oljeleting gjør det nødvendig å bore undersjøiske brønner ved stadig økende havdyp med tilhørende tekniske problemer. For eksempel blir bruk av hydrauliske systemer mindre attraktivt ettersom de må modifiseres for å være i stand til på pålitelig måte å mestre den økende trykkhøyde av hydraulisk fluid som foreligger i de hydrauliske kraftledninger i styrekabelen. Konvensjonelle hydrauliske systemer er også begrenset med hensyn til den høyeste temperatur hvor de vil arbeide på pålitelig måte, hvilket gjør deres bruk som sikkerhetsventil-aktuatorer nede i produksjonsbrønner med høy temperatur, problematisk.

For å unngå problemene med tidligere kjent teknikk er det med foreliggende oppfinnelse fremskaffet et undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner, som omfatter i det minste en elektrisk drevet undersjøisk anordning, en fjernt plassert operatørstasjon for å avgi et styresignal for regulerung av den i det minste ene elektrisk drevne undersjøiske anordning og en høyspent kraftoverføringskabel, og som i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at det videre omfatter: - en transformator anordnet i en undersjøisk enhet, for å omdanne høyspennings-effekten fra kraftoverføringskabelen til elektrisk effekt med lavere spenning, og - en undersjøisk styreinnretning for å regulere forbindelsen av den lavspente elektriske effekt til den elektrisk drevne undersjøiske anordning som reaksjon på nevnte styresignal.

Et undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner i henhold til foreliggende oppfinnelse kan tillate en mer fleksibel systemarkitektur enn konvensjonelle systemer, noe som som gjør det mulig å sørge for forskjellige anvendelser uten kostbar ombygging av systemet. Videre kan de undersjøiske komponenter i systemet ha mindre vekt enn dem i konvensjonelle systemer, hvilket tillater en enklere og billigere installasjon samt gjen-vinning av disse komponenter. Ettersom færre eller ingen hydrauliske komponenter fordres i dette system, kan særlig systemets samlede pris bli vesentlig mindre enn den for et konvensjonelt system. Ved å utnytte foreliggende oppfinnelse behøver det ikke være nødvendig å anordne en hydraulisk kraftenhet i installasjonen på overflaten, hvilket kan gi betraktelige innsparinger. Foreliggende oppfinnelse kan også overvinne noen eller alle ulempene knyttet til hydraulisk kraftoverføring og/eller regulering av hydrauliske anordninger. Fortrinnsvis befinner operatørstasjonen seg på overflaten.

En eller flere av de undersjøiske anordninger kan omfatte en elektrisk drevet aktuator og i så fall kan vedkommende aktuator(er) være en elektrohydraulisk aktuator.

Den undersjøiske anordning kan ha en tilkyttet laveffektssperre, idet styreinnretningen også omfatter utstyr for regulering av sperren og som kan drives til å regulere forbindelsen av en sperrende elektrisitetsforsyning til laveffektssperren. Dette kan tillate bruk av sviktsikrede aktuatorer o.l. som forblir aktivert ved bare lavt effektforbruk. Den elektriske lavspenningseffekt kan i dette tilfelle bli koblet bort fra den undersjøiske anordning når den tilhørende laveffektssperre er aktivisert. Dette tillater at den sperrende elektrisitetsforsyning utledes fra den elektriske lavspenningseffekt frembragt ved hjelp av transformatoren, hvilket gjør at styrekabelen kan inneholde bare et lite antall elektriske ledere. Alternativt kan den sperrende elektrisitetsforsyning frembringes fra operatørstasjonen på en laveffekts transmisjonskabel adskilt fra høyspenningsoverføringskabelen og fra den lavspente elektrisitetsforsyning. Dette vil tillate at stans eller avstengning av et ventiltre i nødsfall oppnås fra operatørstasjonen uten å trekke inn det undersjøiske reguleringsutstyr.

Videre kan overflateinstallasjonen hvor operatørstasjonen befinner seg, omfatte en elektrisk høyspent effektforsyning for å gi effekt til den høyspente effekttransmisjonskabel. Dette vil tillate de undersjøiske komponenter i systemet å bli fullt ut understøttet ved hjelp av en eneste sty reka bel fra operatørstasjonen. Alternativt kan en høyspent, undersjøisk elektrisitetsforsyning benyttes til å gi effekt til den høyspente effekttransmisjonskabel. Med det sistnevnte alternativ kan nærværet av en undersjøisk elektrisitetsforsyning beregnet på annet undersjøisk elektrisk kraftutstyr eller en annenunder-sjøisk, høy effekts transmisjonskabel utnyttes for å utgjøre en elektrisitetsforsyning som er spesifikk for et undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner unødvendig og/eller for å minske antallet ledere som fra operatørstasjonen føres under vann gjennom styrekabelen.

Styresignalet kan bæres på den høyspente transmisjonskabel og dette kan minske antallet elektriske ledere som fordres i styrekabelen. Alternativt kan i stedet styresignalet bæres på en laveffekts transmisjonskabel, hvilket kan gi mer pålitelig kommunikasjon og/eller kommunikasjon med høyere datahastighet, enn i det tilfelle hvor styresignalet bæres på den høyspente transmisjonskabel. Dette kommer av at det er mindre sann-synlig at transiente signaler vil være tilstede på laveffektskabelen, idet sådanne signaler kan påvirke de største datahastigheter på negativ måte.

Alternativt kan styresignalet bæres på en optisk fiber. Nærværet av en optisk fiber i styrekabelen kan tillate kommunikasjon med høye datahastigheter både til og fra operatørstasjonen.

Reguleringsutstyret kan drives til å styre forbindelsen av nevnte lavspente elektriske effekt til en elektrisk drevet undersjøisk anordning ved å frembringe et adressesignal som tilsvarer adressen for vedkommende undersjøiske anordning, på en feltbuss knyttet til i det minste en annen elektrisk drevet undersjøisk anordning.

Reguleringsutstyret kan videre omfatte måleutstyr eller liknende for å overvåke strøm-flyten til den undersjøiske anordning. Her kan måleutstyret være i stand til å påvise av-vik fra det normale i den overvåkede strøm, for derved å tillate at det utføres overvåking av tilstanden av de elektrisk drevne anordninger.

Systemet kan også omfatte elektrisk beskyttelsesutstyr som ved påvisning av en elektrisk feil i en komponent utenfor reguleringsutstyret, kan drives til elektrisk å frakoble vedkommende komponent fra reguleringsutstyret. Her kan det elektriske beskyttelsesutstyr omfatte utstyr som på en tilleggsutgang avgir et signal som angir nevnte påvisning. Fortrinnsvis er flere sådanne beskyttelsesutstyr forbundet med reguleringsutstyret, og tilleggsutgangen fra hvert beskyttelsesutstyr er tilkoblet for å styre hver sin svitsjende anordning i et kjedenettverk-arrangement.

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet bare som eksempel, med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser et produksjonssystem for hydrokarboner i samsvar med foreliggende

oppfinnelse,

fig. 2 viser et følerarrangement som benyttes i systemet vist i fig. 1,

fig. 3 viser en del av et produksjonssystem for hydrokarboner i samsvar med

foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 viser en del av et produksjonssystem for hydrokarboner i samsvar med

foreliggende oppfinnelse, og

fig. 5 viser et overvåkningsarrangement som er egnet for bruk i et produksjonssystem

for hydrokarboner i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til fig. 1 omfatter produksjonssystemet 1 for hydrokarboner vanligvis en overflateinstallasjon 2 som kan befinne seg på en fast eller flytende plattform, ombord et skip eller på land, og som med en styrekabel (umbilical) 3 er forbundet med en under-sjøisk fordelerenhet 4. Første, andre og n-te undersjøiske regulatorer 5, 6 og 7 montert på eller inntil hver sin av et første, andre og n-te ventiltre 8, 9 og 10 er forbundet med den undersjøiske fordelerenhet 4 ved hjelp av hver sin ledningsforbindelse 11, 12 og 13.

Hvert ventiltre, f.eks. ventiltreet 8, har flere ventiler som alle er forbundet med hver sin elektrisk drevne aktuator, av hvilke én er vist ved henvisningstallet 14. Aktuatoren 14 er elektrisk forbundet med den undersjøiske regulator 5 ved hjelp av en flerlederkabel 15. De øvrige aktuatorer (ikke vist) er likeledes forbundet med regulatoren 5. Ventiltreet 8 omfatter også en eller flere elektrisk drevne aktuatorer som hver er forbundet med en strupeinnretning for regulering av strømningsrate og av hvilke én er vist ved henvisningstallet 16 og som er forbundet med den undersjøiske regulator 5 via respektive flerlederkabler, idet den kabel som er forbundet med strupeinnretningen 16 er angitt ved henvisningstallet 17.

På visse steder i ventiltreet 8 er det anordnet et antall trykk- og/eller temperaturtransdusere, av hvilke én er angitt ved henvisningstallet 18, og som kontinuerlig sender målesignaler til regulatoren 5 på deres respektive elektriske flerlederkabel, idet den kabel som tilsvarer transduseren 18 er angitt ved henvisningstallet 19. Et antall måletransdusere plassert nede i hullet og av hvilke én er vist ved henvisningstallet 18A, er likeledes forbundet med regulatoren ved hjelp av respektive flerlederkabler, slik som kabelen 19A.

Ved hjelp av en flerlederkabel 20 er regulatoren 5 elektrisk forbundet også med en elektrisk drevet sikkerhetsventil nede i hullet samt en tilknyttet aktuator 21 plassert nede i produksjonsrøret (ikke vist) nedenunder ventiltreet 8. Således er regulatoren 5 forbundet med hver av de elektrisk drevne undersjøiske reguleringsanordninger, av hvilke aktuatoren 14, strupeinnretningen 16 og sikkerhetsventil-aktuatoren 21 nede i borehullet er vist, og med hver måletransduser, av hvilke transduserene 18 og 18A er vist, og som er forbundet med ventiltreet 8. Denne forbindelse gjøres slik at anordningene 14, 16 og 21 ikke er forbundet med hverandre, men bare med regulatoren 5. Dette kan betegnes som en "stjerne"-kobling.

Overflateinstallasjonen 2 omfatter en opptransformator 22 som er anordnet for å omdanne en lokal elektrisitetsforsyning til typisk en trefaset vekselstrøms-elektrisitetsforsyning på 3000 V som overføres på en høyspent effekttransmisjonskabel som utgjør en del av styrekabelen 3. Overflateinstallasjonen omfatter også en operatørstasjon 23 som har en datamaskin og et brukergrensesnitt ved hjelp av hvilke en operatør både ser informa-sjonen frembragt av måletransduserene 18 og 18A tilknyttet hvert av ventiltrærne 8, 9 og 10, samt inngir styrekommandoer når operatøren ønsker å regulere en av aktuatorene 14, strupeinnretningen 19 og sikkerhetsventil-aktuatoren 21 nede i hullet. Alternativt kan operatørstasjonen 23 være en automatisk, datamaskinstyrt stasjon hvor måleinforma-sjonen tilføres en algoritme eller en logikkanordning og styrekommandoene genereres tilsvarende. I begge tilfeller genereres en eller flere styresignaler av operatørstasjonen ut fra styrekommandoene og som sendes over styrekabelen 3 på en eller tiere kommunikasjonslinjer ved hjelp av et eller flere modem 24.

Skjønt dette spesielle eksempel utnytter en spenning på 3000 V, skal det forstås at stør-relsen på spenningen som overføres via den høyspente transmisjonskabel for veksels-strømseffekt velges i samsvar med den spesielle realisering av oppfinnelsen. Den valgte spenning vil særlig avhenge av sådanne faktorer som diameteren av lederen i effekttransmisjonskabelen, lengden av effekttransmisjonskabelen og den effekt som fordres av den undersjøiske transformator.

Styrekabelen 3 kan ha en av mange forskjellige utforminger, idet den mest egnede ut-forming for et spesielt system i hovedsak er avhengig av avstanden mellom overflateinstallasjonen 2 og fordelerenheten 4 eller regulatorerene 5, 6, 7 samt den nødvendige datakommunikasjonshastighet fra operatørstasjonen 23 og om redundans er nødvendig, og i så fall, hvor mye.

Den undersjøiske fordelerenhet 4 har en undersjøisk nedtransformator (ikke vist) anordnet for å motta den elektriske kraft overført via den høyspente effekttransmisjonskabel i styrekabelen 3 og omdanne den til en trefaset elektrisk effektforsyning med lavere spenninng, som så fordeles på hver av regulatorene 5, 6, 7 ved hjelp av elektriske effektledere som utgjør en del av de forskjellige forbindelsesledninger 11, 12, 13.

Den lavspente trefasede elektrisitetsforsyning kan være på 140 V eller 415 V, skjønt spenningen i stor grad kan avhenge av de undersjøiske anordninger som benyttes i systemet 1. Denne forsyning er fortrinnsvis en effektforsyning av mellomspenningstype, som kan ligge i området 1-10 kW.

Fordelerenheten 4 har også en beskyttelseskrets (ikke vist) mot kortslutning som tjener til å påvise en kortsluttningstilstand på en av de elektriske effektledere eller på en vikling i nedtransformatoren, for å frembringe passende bortkobling der og når det er nød-vendig. Når en sådan påvisning gjøres, kan beskyttelseskretsen mot kortslutning sende til operatørstasjonen 23 angivende datasignaler som kan inneholde data som angir identiteten for den elektriske effektleder eller transformatorvikling som er blitt koblet ut.

Ved å koble ut elektriske komponenter beheftet med feil, beskytter beskyttelseskretsen mot kortslutning andre systemkomponenter fra å svikte, hvilket kunne blitt resultatet på grunn av vedkommende feilbefengte komponent.

Fordelerenheten 4 mottar styresignaler fra operatørstasjonen 23 og sender disse signaler videre til regulatorene 5, 6 og 7 på en eller flere kommunikasjonslinjer som utgjør en del av de enkelte forbindelsesledninger 11, 12 og 13.

Videreformidlingstrinnet kan innbefatte dekoding eller demodulering, særlig dersom kommunikasjonsforbindelsen mellom operatørstasjonen 23 og fordelerenheten 4 er en optisk forbindelse eller er en hvor datasignaler er lagt oppå den høyspente effekttransmisjonskabel.

Siden regulatorene 5, 6 og 7 i hovedsak er lik hverandre, vil bare regulator 5 bli beskrevet. Regulatoren 5 mottar den trefasede lavspente elektriske kraft og kommunikasjonen nedover avgitt av fordelerenheten 4 på de enkelte kraftledere og kommunikasjonslinjen eller -linjene som utgjør en del av forbindelsen 11.

Regulatoren 5 har også en undersjøisk styreenhet eller -modul (ikke vist) fortrinnsvis en prosessor som er innrettet for å motta styresignaler fra fordelerenheten 4 og i samsvar med disse regulere tilkoblingen av den trefasede lavspente elektriske kraft til regulator-ens effektutgangsklemmer (ikke vist) som via de respektive flerlederkabler 15, 17 og 20 er elektrisk forbundet med aktuatoren 14, strupeinnretningen 16 for regulering av strøm-ningsrate og sikkerhetsventil-aktuatoren 21 nede i hullet. På denne måte kan aktuatoren 14, strupeinnretningen 16 og sikkerhetsventil-aktuatoren 21 nede i hullet og som alle er elektrisk drevne undersjøiske anordninger, reguleres ved hjelp av operatørstasjonen 23 for nærmest samtidig å utføre deres effektdrevne funksjon.

Styremodulen har to ytterligere kretser eller prosessorfunksjoner. For det første er en sperrestyrekrets eller -prosessor (ikke vist) innrettet for å koble en sperrende elektrisitetsforsyning som kan utledes fra den lavspente elektriske effektforsyning, til en laveffektssperre (latch) tilknyttet hver av de undersjøiske innretninger 14, 16, 21 når vedkommende undersjøiske innretning har fullført sin effektd revne funksjon. På denne måte kan sviktsikrede undersjøiske innretninger utnyttes uten at den lavspente elektriske effektforsyning blir kontinuerlig tilført innretningen når en effektdreven funksjon er blitt fullført. For å unngå tvil er en effektdrevet funksjon i tilfellet av en elektrisk aktuator, en elektrisk aktivering som kan gjøres mot kraften fra en sviktsikret returfjær. Det vil forstås av fagfolk på området hva som menes med uttrykket effektdrevet funksjon (powered function) med hensyn til andre typer elektrisk drevne undersjøiske styreinnretninger.

Alternativt kan den sperrende elektrisitetsforsyning tilføres direkte av operatørstasjonen 23 adskilt fra den lavspente effektforsyning for på passende måte å bli fordelt ved hjelp av en egnet krets i det undersjøiske reguleringsutstyr.

For det andre er en transduserlesekrets eller -prosessorfunksjon (ikke vist) innrettet for å påvise signaler fra måietransduserene 18, 18A og generere måledata som representerer en eller flere måleparametre. Avhengig av arten av måietransduserene 18, 18A kan regulatoren 5 også inneholde et transduser-effektforsyningsutstyr (ikke vist) for å tilføre energi til transduserene 18, 18A eller for å avgi et elektrisk signal som påvirker transduserene 18, 18A avhengig av en målbar parameter. Ved mottagelse av utspørrings- eller anmodningssignaler fra operatørstasjonen blir måledataene overført som målesignaler til operatørstasjonen 23 via fordelerenheten 4. Det er en fordel at spørresignalene over-føres sammen med styresignalene på kommunikasjonslinjen fra operatørstasjonen 23 til fordelerenheten 4. For å unngå unødvendig kompleksitet i fordelerenheten 4 kan disse spørresignaler bli videresendt direkte av fordelerenheten 4 til alle regulatorene 5, 6 og 7. Regulatorene eller reguleringsutstyret i disse, er alle i stand til å avgjøre om spørre-signalene er ment for den, eller ikke, og så utføre de nødvendige tiltak. Fordelerenheten 4 har også en innretning for kommunikasjon oppover og som er innrettet for å motta målesignaler fra regulatorene 5, 6 og 7, og sende dem til operatørstasjonen over kommunikasjonslinjen eller -linjene som utgjør en del av styrekabalen 3.

Ettersom vedlikehold og/eller utskifting av komponenter i et undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner kan være kostbar, særlig ved betraktelige sjødybder, vil det være ønskelig med tilstandsovervåkning av sådanne komponenter, skjønt dette ikke er lett å oppnå for komponenter slik som hydrauliske aktuatorer. I samsvar med et fore-trukket aspekt av foreliggende oppfinnelse, har de undersjøiske regulatorer 5, 6, 7 en overvåkningskrets eller -prosessor (ikke vist) for de elektrisk drevne undersjøiske anordninger. I tilfellet av undersjøiske anordninger som har elektriske moduler o.l., overvåker overvåkningskretsen eller -prosessoren fortrinnsvis strømflyten i flerlederkablene mellom regulatorene, f.eks. regulatoren 5, og undervannsanordningen, f.eks. aktuatoren 14. Fortrinnsvis kan overvåkning av ytelsen oppnås ved å overvåke eller måle den drivende strøm som er tilknyttet det dreiemoment som genereres av en elektrisk motor.

Særlig kan overvåkningskretsen eller -prosessoren drives til å ta punktprøver ved høy hastighet av signalet som frembringes av en strømsløyfeføler knyttet til hver leder i fler-lederkabelen. Overvåkningskretsen eller -prosessoren kan da overvåke strømflytens profil eller sammenligne profilen med en forventet profil lagret i en hukommelse og identifisere uregelmessigheter, vanligvis uventede topper, som angir friksjon eller delvis fastkjøring (part-seizure) i den mekaniske drift av aktuatoren. Fullstendig blokkering av den mekaniske drift kan også påvises på denne måte.

Regulatoren 5 kan sende data som tilsvarer all den innhentede punktprøve-informasjon til operatørstasjonen 23 eller fortrinnsvis sende bare informasjon som er relevant for en undersjøisk innretning som ikke virker riktig. Overvåkningskretsen eller -prosessoren behøver selvsagt bare arbeide når en undersjøisk innretning tilføres effekt, dvs. mellom tidspunktene hvor den slås på og slås av.

I systemer hvor på et gitt tidspunkt bare en av de undersjøiske anordninger tilknyttet en regulator 5, 6, 7 tilføres elektrisk effekt enten ved hjelp av en egnet regulator eller ut fra systemets arrangement, kan sløyfefølerene og flerlederkablene tilknyttet de elektrisk drevne undersjøiske innretninger anordnes slik som vist i fig. 2.

Med henvisning til fig. 2 omfatter følerarrangementet 25 røde, gule og blå faseledere R,

Y, B for hver av de første til fjerde flerlederkabler 26 - 29 som strekker seg fra regulatoren 5 via røde, gule og blå fasesløyfefølere 34 - 36 til de første til fjerde elektriske aktuatorer 30 - 33. Hver røde faseleder R passerer bare igjennom den røde fases sløyfeføler 34 og av fig. 2 kan det særlig sees at de gule og blå faseledere 35, 36 er tilkoblet på tilsvarende måte. Siden bare en av aktuatorene 30 - 33 blir tilført effekt på et tidspunkt vil bare en tråd R, Y, B gjennom hver føler føre strøm på ethvert tidspunkt, hvilket således utvetydig kan påvises ved hjelp av sløyfefølerene 34 - 36. Dette følerarrangement 25 gjør både antallet sløyfefølere og antallet sløyfefølerinnganger til den overvåkende krets eller prosessor så lite som mulig.

I stedet for at de undersjøiske innretninger 14, 16, 21 og transduserene 18, 18A er stjernekoblet til deres tilhørende regulator 5, 6, 7, kan tilkoblingen av disse komponenter oppnås ved hjelp av en feltbuss. De undersjøiske komponenter i et undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner og som omfatter en sådan tilkobling er vist i fig. 3, hvor styrekabelen 3 forbinder fordelerenheten 4 med overflateinstallasjonen (ikke vist), slik som i fig. 1. Første til femte undersjøiske regulatorer 5, 6, 7, 7A og 7B er forbundet med fordelerenheten 4 ved hjelp av hver sin mellomkobling 11, 12, 13, 13A og 13B på samme måte som den vist i fig. 1. Hver regulator, slik som regulatoren 5, er forbundet med en aktuator 14, en strupeinnretning 16 for å regulere strømningsraten, en aktuator 21 for å aktivere en sikkerhetsventil nede i hullet og måletransdusere 18 og 18A på en buss 37. Bussen 37 har et antall elektriske ledere (ikke vist) innbefattet trefasede, lavspente elektriske kraftledere, ledere for likestrømseffekt og ledere for multiplekset toveis-kommunikasjon. Bussen 37 strekker seg fra en utgangsklemme på regulatoren 5 til en inngangsklemme på hver av de undersjøiske innretninger 14, 16, 21 og måletransduserene 18, 18A. Bussen 37 kan drives av den ene eller annen, men ikke begge, utgangsklemmene fra regulatoren 5, og bussen 37 kan da betegnes som en sløyfekoblet buss. Dette system kan beskrives som en stjerne/sløyfe-kobling med to nivåer.

Bruken av bussen 37 reduserer antallet lavspente elektriske effektdrivere som fordres i regulatoren 5. Hver av de undersjøiske innretninger 14, 16, 21 og måletransduserene 18, 18A har en lokal styremodul for å påvise når de blir adressert av regulatoren 5 for derved å utføre sin respektive funksjon. I tilfellet av elektrisk drevne undersjøiske innretninger 14, 16, 21, får den korrekte adresse innretningen 14, 16, 21 til å aktivere en forbindelseskrets (ikke vist) for å forbinde den lavspente elektrisitetsforsyning fra kraft-lederene i bussen 37 til å gi elektrisk kraft til innretningen 14, 16, 21. I tilfellet av måletransdusere 18, 18A, får påvisning av korrekt adresse den lokale styremodul til å kommunisere målesignalet over kommunikasjonlinjene i bussen 37.

Som med utførelsen vist i fig. 1, er utførelsen vist i fig. 3 egnet for bruk på oljefelt hvor ventiltrær i en gruppe har en innbyrdes avstand på noen på kilometer på hav- eller sjøbunnen. Den elektriske kraftoverføring over styrekabelen 3 er med fordel høyspent for å minske omkostningene og vekten av ledere med stor diameter og som det ville vært behov for ved lavspent overføring over store avstander. Den lavspente kraftover-føring over mellomkoblingene 11 -13 er ikke problematisk, ettersom det resulterende spenningsfall ikke er vesentlig. Når ventiltrærne i en gruppe imidlertid befinner seg tilstrekkelig nær hverandre, kan hydrokarbon-produksjonssystemet vist i fig. 4 være å foretrekke fremfor systemene i følge fig. 1 og 3.

Med henvisning til fig. 4 er det vist et system med en styrekabel 3 fra en overflateinstallasjon (ikke vist) forbundet med en undersjøisk fordeler- og styreinnretning 38, som kombinerer hovedtrekkene ved fordelerenheten 4 og regulatorene 5, 6, 7, 7A og 7B i fig. 3. Fordeler- og styreinnretningen 38 har forbindelser til første til femte feltbusser 39, som hver er forbundet med hvert sitt ventiltre. Ved å kombinere fordelerenheten og regulatorene 5, 6, 7, 7A og 7B på denne måte, kan maskinvaremengden reduseres.

Skjønt utførelsesformene så langt er blitt beskrevet med henvisning til elektriske aktuatorer og elektriske strupeinnretninger for styring av strømningsrate, kan oppfinnelsen også anvendes på elektrohydrauliske aktuatorer o.l. En sådan aktuator omfatter et hydraulisk aktiveringssystem og en tilhørende elektrisk drevet hydraulisk kraftenhet. Ved mottagelse av et styresignal kan regulatorene på denne måte bevirke aktivering ved å tilføre energi til den passende hydrauliske kraftenhet. Her er den elektriske drevne funksjon en hydraulisk aktivering. Et sådant system kan betegnes som et fordelt elektrohydraulisk aktiveringssystem.

Videre kan regulatoren 5 styres til å forbinde elektrisk kraft med en undersjøisk hydraulisk kraftenhet (ikke vist) som er forbundet med henholdsvis aktuatoren 14 og strupeinnretningen 16 for å styre strømningsrate og som er forbundet med ventiltreet 8 med hver sin hydrauliske ledning (ikke vist). Her kan den elektriske styring av en ventil satt inn i en hydraulisk ledning få kraftfunksjonen for den tilhørende hydrauliske innretning til å bli fullført uten behov for et stort antall effektdriverkretser i regulatoren 5. For elektrisk regulering av ventilene i de hydrauliske ledninger fordres det bare laveffekts elektriske drivere i regulatoren 5.

Dette system kan være fordelaktig ved at den undersjøiske hydrauliske kraftenhet kan lagre en betraktelig mengde energi i form av hydraulisk trykk, hvilket kan tillate mer fleksibilitet i fordelingen og tilordningen av den elektriske kraft som er tilgjengelig over den høyspente kraftforsyningskabel i styrekabelen 3. Dette system anses å gjøre det lettere å utnytte foreliggende oppfinnelse for modifikasjon av eksisterende hydrauliske undersjøiske produksjonssystemer for hydrokarboner og kan betegnes som sentralisert elektrohydraulisk aktivering. Bruk av et sådant system kan minske toppkraftbehovene og har således en positiv innvirkning på systemoptimaliseringen.

De elektriske effektutgangsklemmer fra regulatoren er beskyttet mot både kortslutning og tilstander med åpen krets ved at det er anordnet et elektrisk beskyttelsesutstyr for hver gruppe av utgangsklemmer. En utgangsklemmegruppe henføres her til de tre ledere for en trefaset elektrisk kraftutgang.

Hvert elektrisk beskyttelsesutstyr kan drives til å frakoble utgangsklemmene fra deres drivende elektrisitetsforsyning ved påvisning av en feil i kraftkabelen eller i en elektrisk drevet innretning som derved drives, og som er forbundet med vedkommende utgangsklemme.

Det elektriske beskyttelsesutstyr har med fordel en hjelpe- eller tilleggsutgangsklemme på hvilken det avgis et logisk 1 -utgangssignai dersom beskyttelsesutstyret arbeider og et logisk O-utgangssignal i andre tilfeller. Ut fra det signal som påvises på denne klemme, kan styremodulen i en regulator 5 - 7B eller i fordeler- eller styreinnretningen 38 drives til å bestemme beskyttelsesinnretningens status. Statusinformasjonen overføres fortrinnsvis til operatørstasjonen 23 for tilstandsovervåkning i denne.

Overvåkningsarrangementet vist i fig. 5 kan med fordel benyttes for å gjøre antallet overvåkningsklemmer som fordres for å forbinde et antall elektriske beskyttelsesutstyr med styremodulen, så lite som mulig.

Med henvisning til fig. 5 omfatter overvåkningsarrangementet 40 en overvåkningskrets 41, første, andre, tredje og n-te elektriske beskyttelsesutstyr 42, 43, 44 og 45, som hver har trefaseinnganger 42A, 43A, 44A og 45A, trefaseutgangsklemmer 42B, 43B, 44B og 45B og en tilleggsutgangsklemme 42C, 43C, 44C og 45C, første, andre, tredje og n-te motstander 46, 47, 48 og 49 samt første, andre, tredje og n-te svitsjeinnretninger 50, 51, 52 og 53. Arrangementet av motstandene 46, 47, 48 og 49 og svitsjeinnretningene 50, 51, 52 og 53 kan betegnes som et kjedenettverk.

Overvåkningskretsen 41 kan drives til periodisk å aktivere en resistiv strømkilde 54 som så forsøker å drive en strøm fra en spenningsforsyningsskinne 55 gjennom motstanden 46. Dersom ingen av beskyttelsesutstyrne 42, 43, 44 og 45 har arbeidet, vil alle ti I— leggsutgangsklemmene 42C, 43C, 44C og 45C befinne seg ved logisk 0 og derved vil hver av svitsjeinnretningene 50, 51, 52 og 53 være ikke-ledende. I dette tilfelle vil ingen strøm flyte og spenningen over en målemotstand 56 vil således være lik null. Overvåkningskretsen 41 vil ved påvisning av denne tilstand bestemme at ingen av beskyttelses-utstyrane 42, 43, 44 og 45 har arbeidet.

Når et beskyttelsesutstyr 42, 43, 44, 45 arbeider, vil dets tilhørende svitsjeinnretning 50, 51, 52, 53 lede og det vil således bli dannet en resistiv krets mellom Vcc og jordings-potiensialet. Ettersom hver av motstandene 46 - 49 har den samme motstand R, vil motstanden i denne krets være lik motstanden i strømkilden 54 med tillegg av motstanden i målemotstanden 56 og et heltalls multiplum av R. Når for eksempel beskyttelsesutstyret 43 er virksomt, vil det få innretningen 51 til å lede og ved aktivering av strøm-kilden 54 vil overvåkningskretsen påvise en spenning over målemotstanden som har en verdi som er entydig med, og således en angivelse av, vedkommende beskyttelsesutstyr 43. Ved hjelp av en passende kalkulasjon kan overvåkningskretsen 41 avgjøre hvilket av beskyttelsesutstyrene 42, 43, 44 og 45 som er aktivt ved å utnytte kjennskapet til verdien av R, motstanden i målemotstanden 56 og strømkilden 54 samt den målte spenning, eller den kan sammenligne den målte spenning med forutbestemte verdier lagret i en oppslagstabell (ikke vist)

I et system hvor bare én av beskyttelsesinnretningene 42, 43, 44 og 45 aktiveres av gangen, slik som når bare en elektrisk drevet innretning bringes til å arbeide av gangen, vil overvåkningskretsen 41 utvetydig påvise hvilken beskyttelsesinnretning 42, 43, 44, 45 som har arbeidet og derved den krets hvor en feil foreligger, ved å sammenlikne spenningen målt over målemotstanden med verdier lagret i oppslagstabellen, eller ved hjelp av den ovenfor nevnte kombinasjon.

Når en elektrisk motor eller lignende innretning slås på, genereres visse transiente strømmer. Under vanlige forhold er disse strømmer ikke problematiske . Når den drivende elektriske kraft overføres over en høyspent krafttransmisjonkabel med en lengde på titalls kilometer og med ledere som har lite tverrsnittsareal, kan imidlertid transiente strømmer forårsake vesentlige problemer. Det er således ønskelig å optimalisere overflatetransformatoren 22 og den undersjøiske transformator ved å tilpasse deres karakteristikker til impedansen for lederene i den høyspente elektriske kraftkabel og til belastningene, dvs. de elektrisk drevne undersjøiske anordninger.

For å oppnå dette er det nødvendig å analysere de elektriske kretser eller ekvivalent-kretsene av de elektrisk drevne innretninger og av lederene i den høyspente elektriske kraftkabel under både statiske og transiente betingelser, fortrinnsvis ved å utnytte en modellerende programvare for en datamaskin, for således å velge de optimale trans-formatorkarakteristikker i samsvar med dette.

I hver av de overfor beskrevne utførelsesformer er fordelerenheten 4 og regulatorene 5, 6, 7, eventuelt fordeler- og styreenheten 38, forseglet fra deres ytre miljø. Den undersjø-iske transformator inneholdes i et oljefylt trykkompensert hus, idet de innkommende og utgående kabler er forbundet med viklingen ved hjelp av elektriske kontakter gjennom huset. De elektriske kretser og bryterutstyr i enhetene 4 - 7 og 38 inneholdes alle i isolerende hus (ikke vist) med 1 atmosfæres trykk, skjønt trykkompenserte hus eller hybride hus like gjerne kan anvendes.

Skjønt beskrivelsen ovenfor er gjort med henvisning i hovedsak til et simpleks-system kan dessuten redundante komponenter anvendes når det er passende, for å redusere vedlikeholdsintervallene.

Claims (13)

1. Undersjøisk produksjonssystem for hydrokarboner, som omfatter i det minste en elektrisk drevet undersjøisk anordning (14, 16, 21), en fjernt plassert operatørstasjon (23) for å avgi et styresignal for regulerung av den i det minste ene elektrisk drevne undersjøiske anordning, og en høyspent kraftoverføringskabel (3) for vekselstrøm, karakterisert ved at systemet videre omfatter: - en transformator anordnet i en undersjøisk enhet (4), for å omdanne høyspennings-effekten fra kraftoverføringskabelen til elektrisk effekt med lavere spenning, og - en undersjøisk styreinnretning (5, 6, 7; 38) for å regulere forbindelsen av den lavspente elektriske effekt til den elektrisk drevne undersjøiske anordning som reaksjon på nevnte styresignal.

2. System som angitt i krav 1, og hvor den undersjøiske anordning (14, 16, 21) har en tilkyttet laveffektssperre, idet styreinnretningen (5, 6, 7; 38) også omfatter utstyr for regulering av sperren og som kan drives til å regulere forbindelsen av en sperrende elektrisitetsforsyning til laveffektssperren.

3. System som angitt i krav 1 eller 2, og hvor operatørstasjonen (23) er en del av en overflateinstallasjon (2) som også omfatter en høyspent elektrisk kraftforsyning (22) for å gi energi til den høyspente kraftoverføringskabel (3).

4. System som angitt i krav 1 eller 2, og hvor en høyspent undersjøisk elektrisitetsforsyning utnyttes for å gi energi til den høyspente kraftoverføringskabel (3).

5. System som angitt i et av de forutgående krav, og hvor styreinnretningen (5, 6, 7;

38) kan drives til å regulere forbindelsen av nevnte lavspente elektriske kraft til en elektrisk drevet undersjøisk anordning (14, 16, 21) ved å avgi et adressesignal som samsvarer med adressen til den undersjøiske anordning på en feltbuss (37; 39) forbundet med i det minste en annen elektrisk drevet undersjøisk anordning.

6. System som angitt i et av de forutgående krav, og som omfatter i det minste to undersjøiske styreinnretninger (5, 6, 7) som hver befinner seg i nærheten av i det minste en tilhørende undersjøisk anordning (14, 16, 21), idet de undersjøiske styreinnretninger ved hjelp av respektive lavspente elektriske kraftoverføringskabler (11, 12, 13) er forbundet med et elektrisk effektfordelerutstyr (4) knyttet til transformatoren.

7. System som angitt i et av de forutgående krav, og hvor styreinnretningen (5, 6, 7;

38) også omfatter overvåkningsutstyr (40, 41) for å overvåke eller måle strømflyten til en eller flere enn nevnte ene undersjøiske anordning.

8. System som angitt i krav 7, og som også omfatter elektrisk beskyttelsesutstyr (42, 43, 44, 45) som ved påvisning av en elektrisk feil i en komponent utenfor styreinnretningen (5, 6, 7; 38), kan drives til elektrisk å frakoble vedkommende komponent fra styreinnretningen.

9. System som angitt i krav 8, og hvor det elektriske beskyttelsesutstyr omfatter utstyr som på en tilleggsutgang (42C, 43C, 44C, 45C) fra dette, avgir et signal som angir nevnte påvisning.

10. System som angitt i krav 8, og hvor flere av nevnte beskyttelsesutstyr er forbundet med styreinnretningen mens tilleggsutgangen for hvert beskyttelsesutstyr er koblet for å regulere en respektiv svitsjeinnretning i et kjedenettverksarrangement (46, 47, 48, 49;

50, 51, 52, 53).

11. System som angitt i et av kravene 7 -10, og som har flere undersjøiske anordninger (14, 16, 21) som er anordnet for hver for seg å bli elektrisk drevet ved hjelp av hver sin kraftkabel (26, 27, 28, 29) som hver omfatter første og andre ledere (R, Y), og som videre omfatter et følerarrangement (25) med en første strømføler (34) som omgir hver første leder (R) i nevnte kraftkabler.

12. System som angitt i krav 11, og som også omfatter en andre strømføler (35) som omgir hver andre leder (Y) i kraftkablene.

13. System som angitt i krav 11 eller 12, og hvor de elektrisk drevne anordninger (14, 16, 21) er trefaseinnretninger, idet systemet også omfatter en tredje strømføler (36) som omgir hver tredje leder (B) i kraftkablene.