NO324061B1 - System for toveis kommunikasjon mellom en undersjoisk produksjonbronn og et overflate-styringssenter - Google Patents

Abstract

Et system for bruk ved styring av en hydrokarbonproduserende brønn omfatter beregningsutstyr (6) på et styringssted fjernt fra brønnens ventiltre, brønntreutstyr (11, 3, 4, 5,13) som omfatter behandlingsutstyr (2) for å avgi styringssignaler til og motta signaler fra brønntreets utstyrsenheter, og utstyr (13) for å motta ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, samt en toveis kommunikasjonsforbindelse (8) mellom beregningsutstyret og brønntreutstyret. Brønntreutstyret omfatter også en kommunikasjonsruter (12) koblet til behandlingsutstyret og det mottagende utstyr for multipleksing av signalene fra utstyrsenhetene ved brønnhodet og de ytterligere signaler på toveisforbindelsen.

Description

SYSTEM FOR TOVEIS KOMMUNIKASJON MELLOM EN UNDERSJØISK PRODUK-SJONSBRØNN OG ET OVERFLATE STYRINGSSENTER

Foreliggende oppfinnelse gjelder et system for bruk under styring av en hydrokarbonproduksjonsbrønn.

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 i et fartøy forholds-vis nær brønnanlegget. 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 dem på overflaten, hvilket også muliggjør metoder for å oppnå forbindelse med undersjøiske datakilder (f.eks. følere), særlig sådannesom genererer store mengder data, slik som mikroseismiske følere og fjernsynskameraer.

En konvensjonell løsning er å bruke et datatransmisjonssystem med en standard undersjøisk buss ved brønnhodeendené for å skape forbindelse med sådanne ulike undersjøiske 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 forskjelli-ge produsenter har standardutstyr med grensesnitt mot en mengde, protokoller og datahastigheter, medfører det betrakte-lige 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 ønskelige, bredbåndede datasendinger, slik som digitale videosignaler, ikke kan overføres økonomisk.

US-patent 5959547 omhandler en flerhet av nedihulls styresy-stemer som er koplet i et nettverk som inkluderer en server for overvåkning og styring av nettverkskommunikasjonen.

WO-dokument 00/29717 beskriver et system for bruk i en brønn hvor det er kompletteringssoner, og hvor systemet omfatter en overflatenode og en flerhet av nedihullsnoder som er posisjo-nert i kompletteringssonene.

Fig. 1 på de vedføyde tegninger viser et konvensjonelt system for kommunikasjon av data mellom undersjøiske brønntrær og utstyr på overflaten. På hvert av et antall undersjøiske, brønntraer (ikke vist) er det montert en undersjøisk elektronikkmodul (SEM - Subsea Electonics Module) som har en SEM-prosessor 2 som ved en port 3 håndterer data fra konvensjo-nelle 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 kommunika-sjonssamband 8. og et modem 9 plassert i en modemenhet på overflaten (SMU - Surface Modem Unit):10 ved anlegget på-overflaten. Kommunikasjonssambandet .8 muliggjør kommunikasjon med SEM'er ved andre brønntraer og véd noen av eller alle

. brønntraerne er systemet duplisert for å forbedre systemtil-gjengeligheten, slik som i fig. 1, hvor det'er vist to SEM'er

(SEM Al og SEM Bl) for et bestemt.brønnventiltre, mens SEM A2 og SEM B2 representerer dupliserte SEM'er for et annet ven- .. tiltre.■

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

I henhold til foreliggende oppfinnelse er dét fremskaffet et system for bruk under styring av en hydrokarbonproduksjons-brønn, som omfatter: å) beregningsutstyr på et sted fjernt fra en brønns ventiltre,

b) brønntreutstyr som omfatter:

i) behandlingsutstyr for å anvende styringssignaler på og motta signaler fra brønntreets innretninger, og ;ii) utstyr for mottagning av ytterligere signaler knyttet til driften av brønnen, og c) en toveis kommunikasjonsforbindelse mellom nevnte beregningsutstyr og brønntreutstyr, idet brønntreutstyret også omfatter: iii) en kommunikasjonsruter tilkoblet nevnte behandlingsutstyr og mottagende utstyr for multipleksing av nevnte signaler fra innretninger ved brønnhodet og nevnte ytterligere signaler på nevnte toveisforbindelse.

Toveisforbindelsen kan 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.

Signalene fra innretningene ved brønnhodet og nevnte ytterligere signaler kan ha ulike protokoller og ulike datahastigheter.

De ytterligere signaler kan innbefatte videosignaler.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også 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 vedføyde 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 ét diagram av et annet eksempel på foreliggende oppfinnelse, og

fig. 4- viser et diagram som viser en del av et alter-nativ 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 og til et brønntre. Overflatedatama-skinen 6 i styringssenteret (f.eks. i land eller på en platt-, form) 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 brønn- . hodetreét som bærer en undersjøisk elektronikkmodul (SEM) 11 som inneholder et modem.7 som er en utstyrsenhet tilsvarende modemet 9 og som utfører den omvendte funksjon. Modemét 7 har en elektrisk utgang/inngang som er forbundet med en kommuni-kasjonsprosesser 12 som virker som en kommunikasjonsruter (eller intelligent multiplekser) som også er plassert i. SEM.1 en 11. Kommunikasjonsruteren 12 har en mengde inngang-er/utganger og det finnes et grensesnitt til en konvensjonell SEM-prosessor 2 (som har føler-, styrings- og standard, gren-sesnittporter 3,4 og 5) og også grensesnitt 13 som danner grensesnitt til andre "private" standardgrensesnitt kjent som

■virtuelle samband eller forbindelser. I praksis er grense-snittene "stjernekoblet" heller enn konvensjonelt "motorvei-koblet" 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 2.00 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 høy-hastighetskommunikasjon til og fra modemet 7, og derved opp-rette virtuelle forbindelser mellom utstyret på overflaten og det undersjøiske utstyr. SEM-prosessoren 2 håndterer den kon-vensjonelle styring av de undersjøiske utstyrsenheter, slik som ventiler og.spjeld, for å regulere den fluidutvinnende prosess, ben håndterer også lokal loggbokføring og behandling av data fra.tre følere, idet dens hovedfunksjon er å innhente data f ira følerene og sette dem sammen til et format, som kan overføres til datamaskinen på overflaten, og f.eks. avgi sty-

ringssignaler. til ventiler og fluidregulerende spjeld.-

De ovenfor nevnte private standardgrensesnitt er typisk;det intelligente brønnsystemgrensesnitt (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 nivåfølere, mikroseismiske følere og fluidkvalitéts-følere. 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 plassering av kameraer på det under-sjøiske brønnhodet for å muliggjøre visuell inspeksjon av treet uten behov for kostbare dykkeoperasjoner eller bruk av en fjernstyrt arbéidsfarkost (ROV - Remote Operation Ve- . hicle). Dette vil være en stor fordel for brønnoperatøren som tidligere måtte stole på følerinformasjon for å sette igang 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 realise-. ring 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, dup-leks redundans. Figuren viser en "high end"-anvendelse méd en stor mengde redundans og.langdistanseforskyvning med et un-dersjøisk, sentralt distribusjonssystemarrangement 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 brønnhodean-1egg ved en elektronisk kommunikasjonsmodul (CEM - Communica-tion Electronics Module) 19 som typisk befinner seg. på sjø- , bunnen. 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 kommunikasjonspålitelighet. 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, 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 kommunikas jonsforbindelse 26 og med modemene ved andre trær annen gruppen via en kommunikasjonsforbindelse 27, mens modemene 24 og 25 har grensesnitt til modemer i andre grupper av trær via kommunikasjbnsforbindelsene 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 lavhastighets kommunikasjonsmodém.(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 kommunikas jonsruteren 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. alter-nativt, 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 reservekommu-: nikasjonsforbindelse, 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 tre, som er den eneste LSCM 31, slik som i fig. 3.1 fig. 4 er modemene 23, 24. og 25 COP-modemer.

Claims (8)

1. System for toveis kommunikasjon mellom en undersjøisk produksjonsbrønn og.et overflate styringssentef, ka-' rakterisert ved at det omfatter: a) et beregningsutstyr (6) på et sted på overflaten fjernt fra brønnens ventiltre, b) et ventiltreutstyr (11) som omfatter: i) et elektronisk beregningsutstyr (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 brøn-nen, hvor nevnte signal fra. ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulik protokoll, og c) én toveis kommunikasjonsforbindelse (8) mellom nevnte, elektroniske beregningsutstyr (6) og ventiltreutstyr (11), idet ventiltreutstyret (11) også omfatter:. iii) en kommunikasjonsruter (12) tilkoblet nevnte elektroniske beregningsutstyr (2) og nevnte grensesnittutstyr (13) for multipleksing av nevnte signaler fra innretninger ved ventiltreet og nevnte ytterligere signaler og overføring av de nevnte multipleksede. signaler på nevnte to veisforbindelse (8).

2.. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte toveisforbindelse (8) omfatter en fiber-, optisk forbindelse..

3. '- System som.angitt i krav 1 eller 2,. k a r a k t e r i s, e. r' t' 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 tre-, utstyret (11)... '

4.. System som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte signaler fra ventiltreets innretninger og nevnte ytterligere signaler har ulike datahastigheter.

5. System, som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de ytterligere signaler innbefatter videosignaler.

6. Kombinasjon av system som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at systemet tilveiebringer en første kommunikasjonskanal (A), og et ytterligere sådant system som tilveiebringer en andre kommunikasjonskanal (B) for bruk om den første ka nal svikter.

7. System som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det ene eller hvert system har et eget, reserve kommunikasjonsarrange-ment (30, 31, 32, 33, 34) mellom sitt elektroniske beregningsutstyr (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom systemet svikter.

8. System som angitt i krav 6, karakterisert ved at systemet har et reserve kommunikasjonsarrange- '■'. ment (35) mellom hver kanals beregningsutstyr (6) og det ene eller hvert treutstyr (11) for bruk dersom hver'av kanalene svikter.