NO336511B1 - Hydraulisk styringssystem - Google Patents

Abstract

Et hydraulisk styringssystem for regulering av en ekstern anordning (4) ved en brønninstallasjon omfatter en styremodul (2) for å generere elektriske og/eller optiske styresignaler, og en styreboks (8) for å motta nevnte styresignaler, idet styreboksen omfatter reguleringsutstyr for å styre den eksterne anordning og en hydraulisk ledning (10) for å knytte reguleringsutstyret sammen med nevnte eksterne anordning (4), for regulering av denne.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder et hydraulisk styringssystem og en brønninstallasjon hvor styringssystemet er innebygget.

I brønninstallasjoner for utvinning av fluider er det hyppig en nødvendighet å regulere et lite antall undersjøiske hydrauliske anordninger, typisk f.eks. ventiler på en manifold eller andre strukturer, fra et brønnhodetre som typisk er plassert 100 m borte fra manifolden/strukturen. Den tradisjonell måte å realisere dette på er å installere en hydraulisk forbindelsesledning (jumper) mellom treet og manifoldens/strukturens hydrauliske anordninger og så bruke en "undersjøisk styringsmodul" (SCM - Subsea Control Module) ved treet for å styre disse anordninger.

Kort beskrivelse av de vedføyde tegninger:

Fig. 1 viser et tradisjonelt arrangement ved styring av hydraulisk utstyr; Fig. 2 viser et tradisjonelt arrangement ved styring av hydraulisk utstyr nede i brønnhull; Fig. 3 illustrerer en første utførelse av oppfinnelsen som gjelder regulering av ventiler; Fig. 4 illustrerer en andre utførelse av oppfinnelsen som gjelder styring av ventiler nede i brønnhull. Fig. 1 på de vedføyde tegninger viser et tradisjonelt arrangement ved styring av hydraulisk utstyr som i dette eksempel er ventiler på en fjern manifold. Et tre 1 rommer en SCM 2 som er forbundet med manifolden 3. Hver ventil 4 på manifolden 3 mates via en hydraulisk reguleringsledning 5 slik at en retningsbestemt reguleringsventil (DCV - Directional Control Valve) i SCM'en 2 styrer driften av en ventil 4. Hvert tre omkring manifolden vil på tilsvarende måte være tilkoblet et respektivt sett på tre ventiler. Historisk sett er det blitt brukt forbindelsesledninger 5 av slangetype for å knytte den hydrauliske styring fra SCM'en til manifoldens ventiler. Med dagens utvikling hvor undersjøiske brønner befinner seg på større dyp, spesifiserer imidlertid selskaper som installerer fluidbrønner forbindelsesledninger i form av stålrør som er ytterst kostbare både å kjøpe og installere.

Nødvendigheten av eller behovet for å drive hydrauliske anordninger fjernt fra brønnhodet betyr at ytterligere DCVer må integreres inn i SCM'en. SCM'er blir generelt konstruert og produsert som "felles" ustyr ved at de inneholder tilstrekkelige DCVer til å tilfredsstille en typisk brønns fordringer. Når ytterligere fjerne utstyrsenheter må kunne betjenes, må imidlertid en slik "felles" SCM modifiseres, hvilket medfører betraktelige konstruksjons-omkostninger. Dersom den "felles" SCM på den annen side er konstruert for å ta hånd om ytterligere fjerne anordninger vil den overskytende kapasitet i mange "enkle" anvendelser gjøre SCM'en dyrere.

Intelligente systemer nede i brønnhull blir mer vanlig og fordrer generelt tre hydrauliske funksjoner som arbeider ved høyt trykk (typisk ca. 700 - 1055 kp/cm<2>(10 -15 kpsi)) inne i SCM'en.

Ikke alle brønner behøver intelligent komplettering. Det er vanlig å ha en "felles" konstruk-sjon av SCM'er, slik at i mange tilfeller forblir disse tre funksjoner ubenyttet. Et intelligent brønnsystem vil typisk også behøve en ytterligere høytrykksakkumulator (HP - High Pressure) for å sikre at driften av den intelligente brønn ikke på negativ måte påvirker "den overflatestyrte sikkerhetsventil for strukturen under overflaten" (SCSSV - Surface Controlled Sub-surface Safety Valve) som også befinner seg på høytrykksforsyningen, og omvendt.

Fig. 2 anskueliggjør et tradisjonelt arrangement ved styring av hydraulisk utstyr nede i brønnhull og som i dette tilfelle er ventiler 6. Treet 1 bærer en SCM 2 som er forbundet med ventilene 6 nede i brønnhullet via hydrauliske mateledninger 7.

Det skal bemerkes at sådanne systemer ikke er de eneste systemer som er tilgjengelig og f.eks. beskriver britisk patentsøknad nr. GB 0319622.7 et desentralisert styringssystem som ikke bruker en SCM. Likeledes angir systemet beskrevet i britisk patent GB 2 264 737 et ytterligere system hvor SCM'en er erstattet med en mengde integrerte elektroniske og hydrauliske funksjoner i moduler, slik som mindre og funksjonstilpassede elektronikk-enheter og hydraulikkenheter. Skjønt foreliggende oppfinnelse også anvender moduler som inneholder elektrisk drevne hydrauliske funksjoner og kanskje elektroniske funksjoner i noen utførelser, står disse i motsetning til de to beskrevne systemer, under styring fra en

SCM.

US 2004/0216884 A1 omhandler et undervanns choke-kontrollsystem.

Et siktemål for foreliggende oppfinnelse er å unngå behovet for forbindelsesledninger i form av stålrør samt gjøre det mulig å anvende standardiserte minimums-SCM'er når det er nød-vendig å arbeide med ytterligere fjerne hydrauliske anordninger.

Dette oppnås ved å fjerne de hydrauliske styringer for de fjerne hydrauliske anordninger, f.eks. DCVene fra den tremonterte SCM, og i stedet plassere dem i en separat "styreboks"

(pod) (styremekanisme for ventiltre) som så plasseres eksternt i forhold til SCM'en og i noen anvendelser nær de fjerne anordninger.

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av det selvstendige krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

I henhold til et første aspekt av foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet et hydraulisk styringssystem for regulering av en ekstern anordning i en brønninstallasjon, som omfatter en styremodul for å generere elektriske og/eller optiske styresignaler, og en styreboks for å motta nevnte styresignaler, idet styreboksen omfatter reguleringsutstyr for å styre den eksterne anordning og en hydraulikk- eller hydraulisk ledning for å knytte reguleringsutstyret sammen med nevnte eksterne anordning for styring av denne.

Styresignalene kan sendes fra modulen til boksen via en elektrisk ledende kobling, f.eks. via en seriell dataforbindelse eller via optisk fiber.

En mengde reguleringsutstyr kan anordnes tilknyttet respektive eksterne anordninger ved hjelp av respektive hydraulikk- eller hydraulisk ledninger.

Det ene eller hvert styringsutstyr kan være en ventil, f.eks. en retningsbestemt styreventil.

Fortrinnsvis er styreboksen tilpasset for å motta hydraulisk fluid fra en forsyning.

I henhold til et andre aspekt av foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en brønn-installasjon for plassering under vann og som omfatter et ventiltre, en brønn, en ekstern anordning og hydraulisk reguleringsutstyr i henhold til det første aspekt av oppfinnelsen, og hvor styremodulen er plassert ved treet.

Styreboksen kan være plassert ved en struktur fjernt fra treet, f.eks. en manifold. Den eksterne anordning kan også befinne seg ved strukturen. Boksen kan videre motta hydraulikkfluid ved lavt trykk fra en forsyning eller et forråd plassert ved strukturen.

Alternativt kan styreboksen være plassert ved treet. Boksen kan motta hydraulikkfluid fra en høytrykksforsyning via styremodulen.

Som et tredje alternativ kan styreboksen være montert ved eller inne i brønnen.

Den eksterne anordning kan befinne seg inne i brønnen.

Den eksterne anordning kan være en ventil.

Fig. 3 anskueliggjør en første utførelse av oppfinnelsen, som gjelder regulering av ventiler på en fjern manifold/struktur. I denne utførelse oppnås erstatning av de hydrauliske styreledninger fra treet med en elektrisk eller fiberoptisk kabel slik at behovet for å modifisere eller utvide en "felles" minimums-SCM, fjernes. En SCM 2 er plassert i et hus på treet 1 og er enten elektrisk eller optisk forbundet via en kabel 9 med en boks 8 som er montert på den fjerne manifold/struktur 3. Hver ventil på manifolden/strukturen 3 mates via en hydraulisk styreledning 10 fra boksen 8. Elektriske eller optiske signaler fra SCM'en 2 driver DCVene i boksen 8, som i sin tur regulerer den hydrauliske kraft fra en lokal kilde betegnet LT (lavtrykksforsyning) i fig. 3, til hver ventil 4 via hydrauliske mateledninger 10 inne i manifolden/strukturen 3. Således spares prisen på en hydraulisk stålrørledning fra SCM'en til manifolden/strukturen, og behovet for å supplere SCM'en med ytterligere DCVer bort-faller. Fig. 4 viser en andre utførelse av oppfinnelsen som gjelder styring av ventiler nede i brønn-hull. I denne utførelse kan en boks plasseres på treet, men eksternt i forhold til SCM'en, for således å unngå behovet for å modifisere eller utvide en standard minimums-SCM. En SCM 2 er plassert i et hus på treet 1 og er enten elektrisk eller optisk forbundet via en kabel 9 med boksen 8.1 denne utførelse er boksen 8 også montert på treet 1. Boksen 8 mater ventiler 4 nede i hullet via respektive hydrauliske styreledninger 7. Elektriske eller optiske signaler fra SCM'en 2 driver DCVene i boksen 8, som i sin tur regulerer den hydrauliske kraft fra SCM'en, her betegnet HT (høytrykksforsyning) i fig. 4, til hver ventil 4, via de hydrauliske styreledninger 7. Derved unngås behovet for å supplere SCM'en med ytterligere DCVer.

Som en alternativ form av denne utførelse kan en boks plasseres nede i et brønnhull og de hydrauliske mateledninger som kan være mange kilometer lange, erstattes med en mye billigere elektrisk eller fiberoptisk kabel tilsvarende arrangementet benyttet i den første utførelse vist i fig. 3.

I alle disse utførelser inneholder boksen som et minimum elektrisk drevne DCVer for å gi hydraulisk drift av de hydrauliske anordninger på stedet og som får effekt fra en lokal hydraulisk kilde. Når det skal arbeides med mer enn en anordning kan det være kostnads-effektivt å erstatte enkelttrådene som gir elektrisk styring over hver DCV med en seriell dataforbindelse for dataoverføring på sine egne separate tråd pa r, eventuelt lagt oppnå den elektriske kraft, med dekodende elektronikk innebygget i boksen. Alternativt kan den digitale melding sendes til boksen via en optisk fiber sammen med et enkelt trådpar for gi elektrisk effekt.

Det vil være tydelig at de beskrevne systemer gir de etterfølgende fordeler i forhold til tidligere kjente systemer: 1) Fjerner både behovet for lange, dyre hydraulikk-rørledninger av stål for bruk mellom et tre og en fjern manifold/struktur og omkostningene ved installasjon, som er høye på grunn av behovet for spesialverktøy på fjernstyrte farkoster (ROVs - Remotely Operated Vehicles), og letter systemets installasjon. 2) Fjerner behovet for å modifisere en "felles" SCM når en sådan brukes for å styre hydrauliske anordninger fjernt fra treet. Normalt vil boksen være festet bare til trær som trenger den. Skjønt følgen av dette er at alle trær fortsatt vil behøve en monteringsplate som den kan plugges inn i, er disse forholdsvis billige. 3) Muliggjør utskifting av den fjerne, hydrauliske utstyrsstyring, dvs. en boks (slik som ved hjelp av en ROV), uten å avbryte driften av SCM'en. 4) Ved anvendelse på intelligente brønner gis muligheten av å ha bare en boks som settes ut når det er behov og så tas inn igjen etterpå, siden en intelligent brønnoperasjon ofte bare behøves bare noen få ganger i et systems omtrentlige levetid på 25 år. 5) For å styre hydrauliske anordninger nede i et brønnhull gir boksen muligheten av å montere en liten, hydraulisk tilleggsakkumulator inne i boksen, skjønt den likesåvel vil måtte sitte på en sentreringshjelpeplate (stab plate). En sådan anvendelse kan sørge for isolasjon av SCM'ens hydraulikkfluid fra det hydrauliske styringssystem nede i brønnhullet, hvilket er attraktivt for brønninstallatører med hensyn til å forhindre fluidforurensning av SCM'ens hydraulikk fra hydraulikken nede i hullet.

Claims (10)

1. Hydraulisk styringssystem for regulering av en ekstern anordning (4) ved en brønn-installasjon, omfattende en styremodul (2) for å generere elektriske og/eller optiske styresignaler, en styreboks (8) for å motta nevnte styresignaler og for å styre den eksterne anordning, og en hydraulikk- eller hydraulisk ledning (7, 10) for å knytte styreboksen (8) sammen med nevnte eksterne anordning (4) for regulering av denne,karakterisert vedat brønninstallasjonen er egnet for plassering under vann og omfatter et ventiltre (1), en brønn og en ekstern anordning (4), hvor styremodulen (2) er plassert ved treet (1), og hvor styreboksen (8) er plassert ved en struktur (3) fjernt fra treet (1) og mottar hydraulisk fluid fra en lokal forsyning plassert ved strukturen (3) uten en hydraulisk ledning mellom treet (1) og strukturen (3) for styring eller regulering av den eksterne anordning (4).

2. Styringssystem som angitt i krav 1, hvor styresignalene sendes fra modulen (3) til styreboksen (8) via en elektrisk ledende kobling (9).

3. Styringssystem som angitt i krav 2, hvor styresignalene overføres fra modulen (3) til styreboksen (8) via en seriell dataforbindelse.

4. Styringssystem som angitt i krav 1, hvor styresignalene overføres fra modulen (3) til styreboksen (8) via optisk fiber (9).

5. Styringssystem som angitt i et av de foregående krav, hvor styreboksen (8) er knyttet til flere eksterne anordninger (4) ved hjelp av respektive hydrauliske ledninger (7, 10).

6. Styringssystem som angitt i et av de foregående krav, hvor styreboksen (8) inneholder en ventil knyttet til den eksterne anordning (4) ved hjelp av den hydrauliske ledning (7, 10).

7. Styringssystem som angitt i krav 6, hvor styreboksen (8) inneholder en retningsbestemt reguleringsventil knyttet til den eksterne anordning (4) ved hjelp av den hydrauliske ledning (7, 10).

8. Styringssystem som angitt i et av de foregående krav, hvor strukturen (3) omfatter en manifold.

9. Styringssystem som angitt i et av de foregående krav, hvor den eksterne anordning (4) er plassert ved strukturen (3).

10. Styringssystem som angitt i et av de foregående krav, hvor den eksterne anordning omfatter en ventil (4).