NO324863B1 - Styring av driften av hydrokarbonbronn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning beregnet på å brukes for å styre driften av en hydrokarbonproduksjonsbrønn.

Tradisjonelt har fluidproduksjonssystemer på undersjøiske hydrokarbonbrønner fått tilført kraft ved hjelp av hydraulikk matet fra en høytrykkskilde på et overflatefartøy eller en plattform via kostbare navlestrengrøranlegg. Den historiske grunn til dette er at hydraulikksystemer ble betraktet å være meget pålitelige sammenlignet med elektriske systemer, hovedsakelig fordi de nødvendige elektriske anordninger både for aktivering og styring, slik som motorer og releer, ble ansett å være mye mindre pålitelige enn deres hydrauliske ekvivalenter.

Med den senere utvikling innen elektromotorer og elektrisk drevne aktuatorer for under-sjøisk miljø og modenheten av strømbryteranordninger av faststoff-type, slik som faststoffreleer, er elektriske systemers enkelhet i ferd med å bli attraktiv for den undersjøiske fluidutvinningsvirksomhet, både ut fra et omkostnings- og et pålitelighets-synspunkt.

Bruk av elektrisk drevne teknikker for undersjøisk fluidutvinning er f.eks. beskrevet i publikasjonene GB 2 328 492, GB 2 332 220 og GB 2 350 659 og GB-patentsøknad nr. 0 128 924.8 og 0 131 115.8. 1 henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en anordning beregnet på å brukes for å styre driften av en hydrokarbonproduksjonsbrønn og som omfatter:

- forsyningsutstyr for å sørge for elektrisk strømforsyning,

- flere elektrisk drevne aktiveringsinnretninger,

- i det minste to driverutstyr som reagerer på strømforsyning med å avgi et driftssignal for innretningene, og - styringsutstyr som er tilpasset for å velge hvilket driverutstyrs driftssignal som via et flerkanalsystem skal tilføres aktiveringsinnretningene.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonene GB 2 332 220 (nevnt ovenfor og som tilsvarer NO 319 199 B1), NO 305 139 B1, FR 2 583 104 B1 og US 5 070 904, har da anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at styringsutstyret er innrettet for i tilfellet av feil å få driftssignalet fra et annet driverutstyr i stedet for det fra det valgte driverutstyr, til å bli tilført aktiveringsinnretningene via nevnte flerkanalsystem.

I henhold til oppfinnelsen kan forsyningsutstyret omfatte en elektrisk navlestrengkabel, mens strømforsyningen kan være av vekselstrømstype, fortrinnsvis av 3-faset veksel-strømstype.

Videre kan aktiveringsinnretningene være elektromotorer, mens styringsutstyret kan omfatte utstyr for overvåking av strømforsyningen. Styringsutstyret kan også overvåke hvert av driverutstyrene.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen kan med fordel være plassert ved et ventiltre for en hydrokarbonproduksjonsbrønn.

Oppfinnelsen skal nå beskrives som et eksempel med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er et blokkskjema av et eksempel på oppfinnelsen, som er et system for fordeling og styring av bruken av 3-faset elektrisk vekselstrøm ved en

undersjøisk hydrokarbonproduksjonsbrønn, og

fig. 2 er et blokkskjema av en avfølende enhet i systemet.

Med henvisning først til fig. 1 blir 3-faset (3<j>) elektrisk vekselstrøm med fast frekvens tilført anordningen via en forsyningslinje 1 som typisk er en elektrisk navlestrengkabel fra en plattform eller et fartøy til en undersjøisk styringsmodul (SCM - Subsea Control Module) 2 i anordningen montert på et brønnventiltre. SCM'en 2 rommer en undersjøisk elektronikkmodul (SEM - Subsea Electronics Module) 3 og en elektronisk aktuatormodul (AEM - Actuator Electronic Module) 4. Den tilførte vekselstrømseffekt mates via en tilkobling gjennom SCM'en 2 til SEM'en 3 for å gi i hovedsak lavspente forsyninger til elektronikkretsløpet i anordningen og til en inngangsavfølende enhet 5 i AEM'en 4.

Fig. 2 viser enheten 5 som inneholder innretninger 6 for spenningsavføling (V) på de respektive tre inngangsfaser og innretninger 7 for strømavføling (I) på de respektive tre inngangsfaser, for å muliggjøre måling av disse parametere som fordres av den digitale strømkrets som er installert i det elektroniske kretsløp som rommes i SEM'en 3, idet utgangene fra innretningene 6 og 7 er forbundet med SEM'en 3 for dette formål. Den inngangsavfølende enhet 5 har doble utganger (kanal A og B) som mater hver sin motordriverenhet 8 og 9. Siden bare den ene motordriverenhet er i drift om gangen, gir den annen motordriverenhet 100 % redundans i tilfellet av feil.

Motordriverenhetene 8 og 9 er elektroniske, høy effekts invertererenheter som begge gir både en varierbar spennings- og varierbar frekvensavgivelse under styring fra SEM'en 3. Utgangsspenningen og -strømmen fra hver motordriverenhet 8 og 9 (dvs. den påtrykte spenning (V) og strømmen (I) som trekkes av motoren forbundet med systemet på ved-kommende tidspunkt) avføles også og mates tilbake til SEM'en 3 for å muliggjøre måling av disse parametere for utnyttelse av den digitale strømkrets i SEM'en 3.

Det er sørget for ytterligere redundans dersom begge motordriverenheter i nødsfall skulle svikte, ved at de forbipasseres med høyeffekts faststoffreleer (SSR - Solid State Relay) 10 og 11.

Avgivelsen fra en valgt enhet blant motordriverenheten 8 (kanal A) og motordriverenheten 9 (kanal B) er tilgjengelig for driverinnretninger på brønnventiltreet og som i det viste eksempel er 3-fasede elektromotorer M1 - M10. Kanalvalget utføres av SEM'en 3 som via en utgang 36 slår på den passende ene av SSR 12 (for kanal A) eller SSR 13 (for kanal B), for således å tilføre strøm til en strømfordelingsskinne 34 (som mater motorvalg-SSR 14, 16, ... 32) eller en strømfordelingsskinne 35 (som mater motorvalg-SSR 15, 17, ... 33).

Den digitale strømkrets i SEM'en 3 avgjør valget mellom motordriverkanal A eller B. Innledningsvis er kanal A valgt med SSR 12 slått PA, mens SSR 13 er AV. De operasjon-elle nødvendigheter for brønnen mates til SEM'en 3, slik som hvilken motor som skal drives og i hvilken retning, idet driften av motorene skjer via flere kanaler fra utgangen 36 fra SEIvVen 3 og styringen i SSR'ene 14, 16, ... 32.

Oppstart av hver motor oppnås ved hjelp av motordriverenheten 8 som innledningsvis avgir en lavfrekvent lavspenning som øker i frekvens og spenning ettersom motoren øker hastigheten. Kjennetegnene ved det som kreves av hver motor for oppstart, lagres i en hukommelse i SEIvVen 3. Under driften av hver motor utnytter den digitale strøm-krets i SEIvVen 3 den overvåkede utgangsstrøm fra motordriverenheten og spenningsinformasjonen (dvs. motorbehovet) fra motordriverenheten 8 sammen med inngangs-strømmen og spenningsinformasjonen overvåket ved hjelp av den inngangsavfølende enhet 5, og mens det tas hensyn til motordriverenhetens hvilestrømfordringer, bedøm-mes det om det er en feil i enten motordriverenheten eller motoren.

Dersom det påvises at motordriverenheten 8 for kanal A har en feil, f.eks. når motoren M1 er i drift, vil SEM'en via utgangen 36 åpne SSR'ene 12 og 14, 16, ... 32, og lukke SSR'ene 13 og 15, 17, ... 33, for derved å svitsje til kanal B. Dersom SEIvVen 3 avføler en feil i motordriverenheten 9 for kanal B vil den slå av driveren for motordriverenheten 9 og lukke SSR 11 for å gå tilbake til den faste nødfrekvens og -spenning. Likeledes gjør en feil ved forsyningen i denne situasjon at SSR 10 lukkes, mens SSR 11 åpnes som en alternativ nødstrømvei.

Således er systemet et fullstendig automatisk, redundant system som ved bruk av et flerkanalsystem for avgivelsen fra en elektronisk motordriverenhet med variabel frekvens og variabel spenning, senker systemets samlede kompleksitet. Den generelle virkning er å oppnå god pålitelighet, gjøre konfigurasjonen ideell for det undersjøiske, fluidproduser-ende utvinningsmiljø, hvor utskiftingsomkostningene i tilfellet av en feil er prohibitive og tap av produksjon er uakseptabelt.

Claims (8)

1. Anordning beregnet på å brukes for å styre driften av en hydrokarbonproduksjons-brønn og som omfatter: - forsyningsutstyr (1) for å sørge for elektrisk strømforsyning, - flere elektrisk drevne aktiveringsinnretninger (M1, M2, ... M10), - i det minste to driverutstyr (8, 9) som reagerer på strømforsyning med å avgi et driftssignal for innretningene, og - styringsutstyr (3, 5, 8, 9; 12, 13; 14, ... 33) som er tilpasset for å velge hvilket driver utstyrs driftssignal som via et flerkanalsystem skal tilføres aktiveringsinnretningene,karakterisert vedat styringsutstyret er innrettet for i tilfellet av feil å få driftssignalet fra et annet driverutstyr i stedet for det fra det valgte driverutstyr, til å bli tilført aktiveringsinnretningene via nevnte flerkanalsystem.

2. Anordning som angitt i krav 1, og hvor forsyningsutstyret (1) omfatter en elektrisk navlestrengkabel.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, og hvor strømforsyningen er av veksel-strømstype.

4. Anordning som angitt i krav 3, og hvor strømforsyningen er 3-faset vekselstrøm.

5. Anordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor aktiveringsinnretningene er elektromotorer (M1, M2, ... M10).

6. Anordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor styringsutstyret omfatter utstyr (5) for overvåking av strømforsyningen.

7. Anordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor styringsutstyret overvåker hvert av driverutstyrene (8, 9).

8. Anordning som angitt i et av de foregående krav, og som er plassert ved et ventiltre for en hydrokarbonproduksjonsbrønn.