NO334615B1 - Kommunikasjonsanordning. - Google Patents

Abstract

Kommunikasjonsanordning for overføring av data i et styringssystem for en undersjøisk fluidbrønn, som omfatter en kommunikasjonsforbindelse (8) for plassering mellom første og andre installasjoner i brønnen, og utstyr for overføring av data fra den ene av installasjonene til den annen via kommunikasjonsforbindelsen fra både et modem (5) med forholdsvis høy hastighet og et modem (1) med forholdsvis lav hastighet.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder kommunikasjonsanordninger og nærmere bestemt kommunikasjonsanordninger for overføring av data i et styringssystem for en under-sjøisk fluidbrønn, slik som en brønn for utvinning av hydrokarboner.

Tradisjonelt har styringssystemer for undersjøisk hydrokarbonproduksjon basert seg på lave datahastigheter og ledningsbasert telemetri for kommunikasjon via navlestrenger (umbilicals) som kobler overflaten sammen med undersjøiske installasjoner. Denne velprøvde teknikk har vært mer enn adekvat for de beskjedne oppdaterings-rater som historisk har vært nødvendig. Bruken av "kommunikasjon på kraftkabler"

(COP - Communications On Power) ga nyttige besparelser med hensyn til omkostningene ved navlestrenger.

Nylig har det fremkommet mer krevende fordringer til styring og instrumentering for å optimalisere produksjonen, og intelligente brønnsystemer og undersjøisk behandling har ført til fordringer om høyere datahastigheter, noen ganger kombinert med over-føring over meget lange avstander.

Optisk telemetri kombinerer meget høye datahastigheter over lange forgreninger med fullstendig immunitet overfor støy fra høyspent kraftoverføring. Omkostningene er imidlertid høye og kan ikke alltid rettferdiggjøres for middels fordringer.

Nye tekniske fremskritt muliggjør nå en robust, ledningsbasert COP-løsning med mye høyere datahastighet (115 kbit/sek) over lange forgreningsavstander på typisk 50 km, slik som beskrevet i britisk patentsøknad nr. 0409862.0.

Følgende artikler: "KOS 200, the Subsea Control System for the Millennium", S. Corneliussen, FMC Kongsberg Subsea, sider 111-121; "Diplexer Design Notes", Rick Karlquist, 13. november 2002, tre sider; og "Application of High-Speed Modem Technology to Offshore Communication and Control", J.A. Sills, H.C. Blankenship, B.C. Brown, R.G. Fenske - OTC 8482, sider 443-450, samt følgende patent-publikasjoner: WO 2002/103944 A2, WO 2003/101047 A2, US 2002/0140572 A1, WO 2003/007020 A1 og US 5,467,083 A angir den fremtrukne kjente teknikk.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et styringssystem for toveis kommunikasjon for en undersjøisk fluidbrønn, hvor hovedtrekkene ved oppfinnelsen er angitt i det selvstendige krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en kommunikasjonsanordning for overføring av data i et styringssystem for en undersjøisk fluid brønn, som omfatter: - en kommunikasjonsforbindelse for plassering mellom første og andre installasjoner i brønnen, og - utstyr for å overføre data fra en av installasjonene til en annen via kommunikasjonsforbindelsen fra både et modem med forholdsvis høy hastighet og et modem med forholdsvis lav hastighet.

Fortrinnsvis er anordningen beregnet på toveisdrift, idet det finnes et første lavhastighetsmodem og et første høyhastighetsmodem ved en av installasjonene og et andre lavhastighetsmodem og et andre høyhastighetsmodem ved en annen av installasjonene.

En av nevnte installasjoner kan være en overflateinstallasjon, mens den andre er en undervannsinstallasjon.

Fortrinnsvis er det ene eller hvert lavhastighetsmodem koblet til kommunikasjonsforbindelsen via et respektivt lavpassfilter.

Kommunikasjonsforbindelsen er typisk en navlestreng for forbindelse mellom installasjonene.

Foreliggende oppfinnelse gjelder også et styringssystem for en undersjøisk fluid-brønn som omfatter anordningen i henhold til oppfinnelsen.

Brønnen kan være en utvinningsbrønn, slik som en hydrokarbonutvinningsbrønn.

Som eksempel skal den foreliggende oppfinnelse nå beskrives med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser skjematisk en utførelse av et styringssystem i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 2 og 3 viser koblingsskjemaet for henholdsvis et lavpassfilter og en diplekser, som er vist i fig. 1.

Den etterfølgende utførelse tillater toveis høyhastighetskommunikasjon ved typisk 115 kbit/sek og toveis lavhastighetskommunikasjon ved typisk 1,2 kbit/sek samtidig på de samme navlestrengledere, dvs. et tobåndssystem. Oppfinnelsen kan anvendes på både konvensjonelle totråds- og COP-systemer, og er særlig verdifull med hensyn til å forbedre eksisterende lavhastighetssystemer.

Med henvisning til fig. 1 er f.eks. et lavhastighets kobbermodem (LSC - Low Speed Copper) 1 ved en overflateinstallasjon i et styringssystem for en undersjøisk hydro-karbonutvinningsbrønn, forbundet med en navlestreng 2 via en lavhastighets kobber-modemdiplekser (LSCM - Low Speed Copper Modem) 3 og et lavpassfilter 4. Også et høyhastighets kobbermodem (HSC - High Speed Copper) 5 er forbundet med den samme navlestreng 2 via en høyhastighets diplekser 6. Modemet 1 arbeider typisk ved 1,2 kbit/sek, mens modemet 5 arbeider ved 115 kbit/sek. Denne konfigurasjon er gjentatt ved den annen ende av navlestrengen 2 ved f.eks. en undersjøisk installasjon, slik som et ventiltre , jfr. LSC-modemet 1 a, diplekseren 3a, lavpassfilteret 4a, HSC-modemet 5a og diplekseren 6a. Hensikten med diplekserne 6 og 6a er å separere / kombinere sende- og mottagningskanalene for hver av modemene 5 og 5a. Et lavhastighetsmodem og dets diplekser ville normalt presentere en lav impedans overfor høye hastigheter fra et høyhastighetsmodem, slik at avgivelsen fra høyhastighetsmodemet ville bli uakseptabelt dempet. Lavpassfiltrene 4 og 4a presenterer en lav impedans overfor navlestrengen 2 ved lave frekvenser fra LSC-modemene 1 og 1a, slik at deres overføringseffektivitet blir så stor som mulig, samtidig som de presenterer en høy impedans overfor høye frekvenser fra HSC-modemene 5 og 5a og derved ikke kveler deres avgivelser eller forringer deres ytelse.

Hvert av lavpassfiltrene 4 og 4a er typisk passivt og anvender kondensatorer og induktorer, slik som vist i fig. 2, med verdier som velges for å passe til arbeids-frekvensen for LSC-modemet 1 eller 1a. Høy/lav-frekvensisolasjonen forbedres ytterligere av hver diplekser 6 og 6a som har konfigurasjonen vist i fig. 3. Hver diplekser består typisk av en totrådet, viklet transformator som har en vikling koblet til navlestrengen 2 via to serie-kondensatorer og to viklinger koblet til hvert av HSC-modemene 5 og 5a, det ene for sending av data og det annet for mottagning av data. Passende valg av verdien på kondensatorene sikrer en lav impedans overfor frekvensen fra HSC-modemet, samtidig som den presenterer en høy impedans overfor frekvensen fra LSC-modemet og derved reduserer uønsket impedanslasting av modemene på det tobåndede system.

En hovedfordel ved dette system er muligheten til å arbeide på de samme ledere i navlestrengen 2 som en eksisterende installasjon for lavhastighetskommunikasjon. Derved kan mer fullstendig, moderne instrumentering etterinstalleres i en eksisterende infrastruktur med minimale omkostninger og innvirkning på driften. Det opprinnelige lavhastighetssystem forblir på plass (selv når det er anordnet av en annen leverandør) og kan fortsette å arbeide ved siden av høyhastighetssystemet. Dette har særlig verdi når en eksisterende undersjøisk brønnsammenstilling skal oppgraderes eller utvides til å innbefatte et nytt brønnfelt.

Det finnes en rekke konfigurasjonsvarianter av kommunikasjons- og kraft-arrangementer for mating langs navlestrengen 2. De innbefatter: 1) CAPS (Communications And Power): Denne utnytter typisk et system med fire ledere i en navlestreng 2, hvor det ene lederpar bærer kommunikasjonen, mens det andre par bærer effektforsyningen, hver for seg, 2) COPS (Communications On Power): Denne utnytter typisk to ledere i navlestrengen 2, idet kraft og kommunikasjon deler disse to ledere mellom seg. 3) Trefaset COPS og CAPS: Noen systemer mater trefaset vekselstrømeffekt nedover navlestrengen med COPS på to av tre ledere, dvs. et COPS-system med tre ledere. Noen systemer mater også den trefasede effekt nedover navlestrengen, men kommunikasjonen nedover et separat lederpar (CAPS), dvs. et system med fem ledere. Effektforsyningen kan ligge på en høy spenning for å muliggjøre effektiv kraft-overføring over lange avstander.

Oppfinnelsen er meget godt anvendelig på alle arrangementene ovenfor. Som et eksempel vil kommunikasjonskapasiteten på et eksisterende CAPS-system med fire tråder bli kraftig forbedret ved å legge til det tobåndede system i henhold til denne oppfinnelse anvendt som COPS i tillegg til den eksisterende kommunikasjon via det reserverte kommunikasjonstrådpar.

Claims (4)

1. Styringssystem for toveis kommunikasjon for en undersjøisk fluidbrønn, omfattende: første og andre installasjoner i en brønn, idet hver av de første og andre installasjonene omfatter et lavhastighetsmodem og et høyhastighetsmodem; en kommunikasjonsforbindelse som omfatter navlestrengledere som strekker seg mellom de første og andre installasjonene i brønnen, og utstyr for overføring av data samtidig via de samme navlestrengledere fra en av installasjonene til den andre via kommunikasjonsforbindelsen fra både et modem med forholdsvis høy hastighet og et modem med forholdsvis lav hastighet, hvor lavhastighetsmodemet er koplet til kommunikasjonsforbindelsen via et lavpassfilter og en lavhastighetsdiplekser, og høyhastighetsmodemet er koplet til kommunikasjonsforbindelsen via en høyhastighetsdiplekser, hvor navlestrenglederne bærer nevnte toveis kommunikasjon og effekt-forsyning, og hvor en av nevnte installasjoner er en overflateinstallasjon, og den andre av nevnte installasjoner er en undersjøisk fluidbrønninstallasjon.

2. Styringssystem ifølge krav 1, hvor brønnen er utvinningsbrønn.

3. Styringssystem ifølge krav 1, hvor brønnen er en hydrokarbonutvinningsbrønn.

4. Styringssystem ifølge krav 1, hvor modemet med forholdsvis høy hastighet arbeider ved omtrent 115 kbit/sek, og hvor modemet med forholdsvis lav hastighet arbeider ved omtrent 1,2 kbit/sek.