NO326874B1 - System og fremgangsmåte for overvåking av undersjøiske akkumulatorbanker - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår et system for overvåkning av ytelsen til undersjøisk utstyr, for eksempel i forbindelse med olje/gass-installasjoner, og særlig akkumulatorbanker forbundet med pumper.

I olje/gass-installasjoner er der flere eneheter plassert på havbunnen eller nede i olje-eller gass-brønner, som utfører nødvendige oppgaver for å kontrollere produksjonen eller transportere hydrokarboner fra brønnen til havoverflaten eller til land. Mange av disse enhetene inneholder utstyr som er utsatt for slitasje og derfor må repareres eller erstattes fra tid til annen. Disse intervallene avhenger av bruk og forholdene på stedet, og er derfor vanskelig å forutsi. Resultatet er tidvise nødstans i produksjonen.

I den spesielle typen undersjøiske pumpesystem som diskuteres her brukes en akkumulatortank av et antall hydrauliske akkumulatorer for å lagre energi for å vedlikeholde overtrykket i den undersjøiske pumpen under nedkjøling av systemet. Hvis for eksempel et toppsideanlegg plutselig stenges ned vil den undersjøiske pumpen stoppe og gradvis nedkjøles. Den dielektriske oljen inne i motoren trekker seg sammen og smøreoljeforsyningen representert ved akkumulatorbanken trengs dermed for å opprettholde et svakt overtrykk.

Smøreoljeforsyningen av en slik akkumulatorbank kan bli redusert under bruk, og akkumulatorene vil slutte å virke en etter en. Det er et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en løsning som gjør det mulig for operatøren å se hvor mange av akkumulatorene som fremdeles er operative, og vurdere om akkumulatorene må etterfylles eller om det er nødvendig med vedlikehold. IUS3732534 er det vist et system der man overvåker akkumulatortrykk og viser dette til en operatør, men det ligger ingen funksjonalitet der for å forutse om det er nødvendig med vedlikehold.

Det er et tilleggsformål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en estimert tid til service basert på målinger fremskaffet fra akkumulatorbanken for derved å redusere nedetiden for undersjøisk utstyr ved erstatning eller reparasjon av de undersjøiske akkumulatorene ved riktig tid.

Disse formålene er oppnådd med et system og en metode som beskrevet i de vedlagte selvstendige kravene.

Den foreliggende oppfinnelsen reduserer nedetiden for systemet ved å gi operatøren tilstrekkelig tid til å forberede vedlikehold før systemet fullstendig slutter å virke.

Oppfinnelsen vil bli i detalj beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Figur 1 illustrerer skjematisk installasjonen omfattende pumpen.

Figur 2 illustrerer en akkumulatorbank.

Figur 3 illustrerer trykkutviklingen i systemet med en eller flere fungerende

akkumulatorer.

Figur 1 illustrerer situasjonen i hvilken oppfinnelsen blir brukt, med en undersjøisk pumpe 1 og en navlestreng 2 mot en overvåkningsenhet 3 på land. Signalene fra sensorene plassert i pumpen sendes gjennom lederne i navlestrengen til en enhet på land. Figur 2 illustrerer en hydraulisk akkumulator 9 brukt som en lagringsenhet for energi, av en blære- eller stempel-type. Den hydrauliske akkumulatoren 9 i figur 2 inkluderer et kammer 5,7 i hvilke det er arrangert en fritt bevegelig stempel 6, som tetter mot kammerets vegger. På en side 5 av stempelet er det en gass (vanligvis nitrogen), og på den andre siden 7 er det et hydraulisk fluid. Når trykket i systemet øker blir fluidet presset inn i akkumulatoren, stempelet trykket oppover og gassen komprimert til et høyere trykk. Flere slike akkumulatorer er tilgjengelige, for eksempel fra Tobul Accumulator, Inc.

Hvis fluidet i systemet reduseres presser gassen nedover og det hydrauliske fluidet presses ut i systemet. Effekten er at akkumulatoren demper trykkfluktuasjoner i systemet. Mengden med dempning avhenger av mengden trykksatt gass, dvs volumet til akkumulatoren.

Ofte er et flertall mindre akkumulatorer koblet sammen for å gi større kapasitet enn det en enkelt akkumulator kan gi. Et slikt arrangement blir vanligvis kalt en akkumulatorbank.

Hvis en bestemt mengde fluid (f.eks 1 liter) plutselig blir trukket fra systemet vil trykket falle en bestemt mengde (f.eks 10 Bar). Hvor mye trykket faller når 1 liter fluid plutselig fjernes avhenger av størrelsen på akkumulatoren.

Over tid kan noe av gassen over stempelet ("oppladingen") lekke ut, hvilket reduserer effektiviteten til akkumulatoren (dvs at trykket vil reduseres mer når 1 liter av fluidet plutselig trekkes ut). Straks en gass begynner å lekke ut tar det vanligvis ikke lang tid før all gassen har forsvunnet ut i omgivelsene, og etter dette virker ikke lenger akkumulatoren som en akkumulator. For en bank av akkumulatorer vil de individuelle akkumulatorene vanligvis slutte å virke en om gangen, mer eller mindre tilfeldig.

I den spesielle typen undersjøiske pumpesystem vi diskuterer brukes en akkumulatorbank med et flertall hydrauliske akkumulatorer for å opprettholde overtrykket i en undersjøisk pumpe ved nedkjøling. I en typisk implementasjon brukes 8 20 liters akkumulatorer.

Hvis for eksempel et anlegg 3 plutselig stenges ned stopper pumpen 1 og kjøles gradvis ned. Den dielektriske oljen inne i motoren trekker seg sammen, og det blir dermed behov for forsyning av smøreolje for å opprettholde et visst overtrykk. Overtrykkeet kan kontrolleres via en mekanisk regulator.

Akkumulatorbanken for smøreolje inneholder et tilstrekkelig volum til å forsyne all olje som trengs for en fullstendig nedkjøling under verst tenkelige forhold. Det er også noe tilleggskapasitet slik at hvis noen få akkumulatorer svikter vil størrelsen på banken fremdeles være tilstrekkelig.

Over tid vil akkumulatorene slutte å virke en etter en. Når for eksempel tre har sluttet å virke kan ikke lenger akkumulatorbanken opprettholde overtrykk under verst tenkelige omstendigheter, og en utskiftning av pumpemodulen må vurderes.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan trykket ved akkumulatorbanken måles, og fra tid/trykk-kurven kan degraderingen i akkumulatorbanken bestemmes. Problemet er å bestemme hvor mange akkumulatorer i en bank av for eksempel 8 som fingerer fra trykk/tid-kurven under en nedkjølingshendelse. En variabel som er verd å legge merke til er at jo færre akkumulatorer som fungerer, jo dypere vil trykkfallet i systemet være under en nedkjøling.

Videre, basert på for eksempel når første og andre akkumulator sluttet å virke kan man anta når det er sannsynlig at den tredje vil slutte å virke, og planlegge vedlikehold/inngrep i forhold til det.

Ytelsen til en akkumulator eller akkumulatorbank kan deduseres fra trykkfallet når fluidet brukes, men inntil nå har ingen forutsigelse av tid til vedlikehold blitt laget for akkumulatorbanken. Den vanlige løsningen er å implementere en alarm når trykket faller for lavt. Dette er imidlertid ikke en optimal løsning.

Når alarmen går er status for akkumulatorbanken så ille at det er behov for service/vedlikehold/intervensjon med en gang. En enkel statisk alarm settes så lavt at den ikke setter i gang irriterende alarmer, hvilket betyr at når alarmen endelig utløses har tilstanden til akkumulatorbanken degradert mye. Den undersjøiske akkumulatorbanken etterfylles vanligvis via navlestrengen 2.

Forskjellen i trykkfall som avhenger av om alle 8 akkumulatorene virker, eller bare 7 av 8 er ikke mye, og er ikke lett å detektere.

Trykket i en undersjøisk akkumulatorbank overvåkes. Tidsvariasjonen i dette trykket blir også simulart, ved hjelp av en prosessmodell. Simuleringene utføres for et varierende antall aktive akkumulatorer, og ved sammenligning med den målte trykk-kurven estimeres antallet aktive akkumulatorer.

Den simulerte trykk/tid-kurven må kompenseres for temperatur ved tiden pumpen stoppet, så i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er en temperatursensor også plassert ved akkumulatorbanken. Det er en forskjell hvis pumpen var varm eller bare lunken ved tidspunktet da nedkjølingen starter siden mengden smøreoljen trekker seg sammen avhenger av deltatemperaturen, som i sin tur avhenger av den initielle temperaturen.

Prosessen kan modelleres på forskjellige måter. En enkel prosessmodell for dette systemet kan for eksempel uttrykkes som en differensialfunksjon, der trykket ved akkumulatortanken er derivert i forhold til tid:

Her er P trykket ved akkumulatorbanken, Qmer strømmen av smøringsolje inn i akkumulatorbanken, £?0H, er strømmen ut av akkumulatorbanken, N er antallet aktive akkumulatorer, og k er en konstant. Innstrømningen kommer fra navlestrengen, og en enkelt navlestrengmodell kan uttrykkes som følger:

der Plop er trykket ved toppsiden av navlestrenger, c0er det statiske trykkfallet på grunn av gravitasjonen, og /? er en konstant. Strømmen ut av akkumulatorene avhenger av kjølingen av pumpen, og ved å anta standard reaksjon under nedkjøling kan utstrømmen estimeres som

der T0er den initielle smøreoljetemperaturen i pumpen når pumpen stopper, Ta er temperaturen i vannet som omgir pumpen, og a og/er konstanter. Prosessmodellen er nå fullt beskrevet. I stedet for å kjøre denne modellen samtidig som analysen kan dette trinnet erstattes med tabulerte verdier.

Figur 3 viser de simulerte trykk/tid-kurvene for 1 til 8 fungerende akkumulatorer. Prikkene er de målte dataene. I dette tilfellet oppnås en beste tilpasningen mellom dataene og de simulerte kurvene ved 8 fungerende akkumulatorer. Som det fremgår fra figur 3 trenger ikke trykket i seg selv å bli brukt som en indikator for situasjonen i indikatorbanken, men den målte tidsutviklingen kan være detekterbar ved sammenligning med de simulerte kurvene.

Akkumulatorbanken har vanligvis en slik størrelse at 3 av 8 akkumulatorer kan være ute av funksjon, og de gjenværende 5 har da tilstrekkelig kapasitet til å opprettholde fluidtrykket under verst tenkelige forhold. Dette kan variere med implementasjonen, men disse verdiene er typiske for systemet beskrevet i dette eksempelet.

Ved å merke seg når akkumulator #1 og #2 sluttet å virke kan man dermed ekstrapolere når den tredje vil slutte å virke, og planlegge vedlikeholdet i forhold til dette. Man kan også adoptere den filosofien at når akkumulator #2 svikter så foretas inngrepet med en gang det er praktisk (for eksempel innen 1 måned) vel vitende om at systemet vil være fullt operasjonelt en god stund til.

For å oppsummere angår den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system som omfatter minst to akkumulatorer, for å estimere antallet aktive akkumulatorer i en undersjøisk akkumulatorbank omfattende: • En prosessmodell eller tabulerte verdier, for eksempel i en simulator som kjører flere scenarioer med varierende antall aktive akkumulatorer.

• Et datasett fra nedkjølingen inneholdende verdier for

• En undersjøisk trykksensor som overvåker akkumulatortrykk.

• En eller flere undersjøiske temperatursensorer som gir det initielle trykket før nedkjøling. • En velger som velger kurven fra modellen, tabulerte verdier eller simuleringer som passer best og dermed bestemmer hvor mange akkumulatorer som er i bruk.

Systemet og fremgangsmåten omfatter minst en sensor for deteksjon av en valgt parameter i akkumulatorbanken ved valgte tidsintervaller, og en registreringsenhet for registrering av de innhentede målte parametrene. Parameteren vil fortrinnsvis være trykk, men andre relaterte parametrer som temperatur kan også tenkes alene eller sammen med trykkinformasjonen.

En lagringsenhet i systemet inneholder karakteristisk informasjon relatert til trykkutviklingen i akkumulatorbanken under trykkreduksj onene ved innretningen og representerer forskjellige antall aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken. Denne informasjonen kan baseres på modeller, som nevnt over, eller tidligere samplede og statistisk forberedte data om systemet under lignende omstendigheter.

Beregningsmidlene for sammenligning av de målte parametrene med den lagrede karakteristiske informasjonen, og fra denne sammenligningen bestemmelse av antallet aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken, kan plasseres hvor som helst i systemet, for eksempel på land.

Datasettet og/eller de valgte kurvene er registret ved valgte tidsintervaller og gir en basis for ekstrapolasjon for derved å gjøre det mulig for systemet å forutsi den fremtidige utviklingen av situasjonen, og dermed gi en estimert tid før service. Dette kan gjøre det mulig for systemet å beregne tid før vedlikehold, som beskrevet mer i detalj i samtidig innleverte patentsøknad nr. 2006 4749.

Claims (10)

1. System for overvåkning av akkumulatorbanker (1) inkluderende minst to trykkakkumulatorer (9), der akkumulatorbanken er koblet til en innretning og innrettet til å tilveiebringe et trykksatt fluid til innretningen ved trykkreduksjoner i denne,karakterisert vedat overvåkningssystemet omfatter: minst en sensor for deteksjon av en valgt parameter i akkumulatorbanken ved valgte tidsintervaller, og en registreringsenhet (3) for registrering av innhentede målte parametere, der en av sensorene er en trykksensor for måling av trykket i akkumulatorbanken, en lagringsenhet for lagring av forutbestemt karakteristisk informasjon relatert til trykkutviklingen i akkumulatorbanken under trykkreduksj onene ved innretningen og som representerer forskjellige antall aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken, og beregningsmidler for sammenligning av de registrerte parameterne med den lagrede karakteristiske informasjonen, og bestemmelse fra denne sammen ligningen av antallet aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken.

2. System ifølge krav 1, der temperaturen i akkumulatorbanken også er inkorporert i den målte parameteren.

3. System ifølge krav 1, der den lagrede karakteristiske informasjonen er en forutbestemt matematisk modell som beskriver systemets reaksjoner på en trykkreduksj on med forskjellige antall akkumulatorer.

4. System ifølge krav 1, der den lagrede karakteristiske informasjonen er en statistisk representasjon av tidligere innhentet informasjon fra tilsvarende trykkreduksjoner i systemet.

5. System ifølge krav 1, der den registrerte parameteren blir lagret og beregningsmidlene er innrettet til å sammenligne den lagrede informasjonen og frembringe prediksjonsdata som indikerer den sannsynlige tiden for vedlikehold, definert av et minimumsantall av aktive akkumulatorer.

6. Fremgangsmåte for overvåkning av akkumulatorbanker inklusive minst to trykkakkumulatorer, der akkumulatorbanken er koblet til en innretning og innrettet til å forsyne et trykksatt fluid inn i innretningen ved trykkreduksjoner i innretningen, der overvåkningssystemet omfatter deteksjon av minst én valgt parameter ved valgte tidsintervaller og registrering av de innhentede målte parametrene,karakterisert vedat en av de valgte parametrene er trykket i - akkumulatorbanken, og der fremgangsmåten omfatter sammenligning av de registrerte parametrene med lagret karakteristisk informasjon, for bestemmelse fra antallet aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken, der den lagrede informasjonen er relatert til trykkutviklingen i akkumulatorbanken ved trykkreduksjoner i innretningen og representerer antallet aktive akkumulatorer i akkumulatorbanken.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der temperaturen i akkumulatorbanken også er inkorporert i den målte parameteren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der den lagrede karakteristiske informasjonen er en forutbestemt matematisk modell som beskriver systemets reaksjoner på en trykkreduksj on med forskjellige antall akkumulatorer.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der den lagrede karakteristiske informasjonen er en statistisk representasjon av tidligere innhentet informasjon fra tilsvarende trykkreduksjoner i systemet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der den registrerte parameteren blir lagret og beregningsmidlene er innrettet til å sammenligne den lagrede informasjonen og frembringe prediksjonsdata som indikerer den sannsynlige tiden for vedlikehold, definert av et minimumsantall av aktive akkumulatorer.