NO336877B1 - Fremgangsmåte og system for distribuert styring av en oppkveilingsrørenhet - Google Patents

Abstract

Et distribuer-t styringssystem muliggjør lokal styring eller fjernstyring av utstyr. Det distribuerte styringssystemet tilveiebringer en kommunikasjonsbro gjennom et lokalstyringspanel mellom et ikke-sanntidsnett slik som et Ethernet, og et sanntidsnett slik som et styringsenhetnett. Både myke sanntids- og harde sanntidsnett er egnet, men harde sanntidsnett blir foretrukket. Systemet benytter flere distribuerte styringsenheter til å styre forskjellige utstyrskomponenter og er derfor velegnet for utvidelse. Det distribuerte styringssystemet kan anvendes på et hvilket som helst område. Når det anvendes på en transportanordningsmontert oppkveilingsrørenhet, reduserer det distribuerte styringssystemet mengden med hydrauliske slanger som er nødvendig, og gjør dermed montering og demontering kortere og mer økonomisk.

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører distribuert styring og automatisering av utstyr. I én anvendelse kan oppfinnelsen brukes til å styre en oppkveilingsrøren-het. Avhengig av styresystemutformingen kan utstyrshåndtering styres ved hjelp av en operatør som befinner seg på stedet eller på et fjerntliggende sted.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Sanntidskommunikasjonssystemer er ryggraden i distribuerte styrings-anvendelser. Betimeligheten av sanntidskommunikasjon er viktig i et komplekst, distribuert sanntidssystem. Bruk av et ikke-sanntids nett med et distribuert styringssystem som beror på sanntidskommunikasjoner, oppviser utfordringer som ikke er tatt hensyn til i teknikkens stand. I et distribuert styringssystem er det behov for å integrere og bygge bro over et ikke-sanntidsnett og et sanntidsnett for effektivt å styre utstyr, f.eks. på en arbeidsplattform. I kombinasjon muliggjør ikke-sanntidsnettet og sanntidsnettet både lokalstyring og fjernstyring av utstyr. Denne styringsarkitekturen kan lett utvides. Foreliggende oppfinnelse har mange forskjellige anvendelser, men den finner spesielt anvendelse i olje- og gassindustrien og spesielt i forbindelse med operasjoner med oppkveilingsrør.

Oppkveilingsrør øker i popularitet som en fremgangsmåte til boring av brøn-ner og utføre operasjoner i olje- eller gassbrønnhull. Oppkveilingsrør blir brukt som en kontinuerlig streng og er derfor lettere og hurtigere enn konvensjonelle rør i forbindelse med mange anvendelser, slik som boring av brønner, utplassering av opp-kveilede avslutninger, logging av borehull med sterkt avvikende vinkel og utplassering av behandlingsfluider. Oppkveilingsrør er spesielt nyttige i horisontale eller multilaterale brønner.

Oppkveilingsrørenheter eller rigger er blitt brukt i olje- og gassindustrien i mange år. De blir brukt både på land og til sjøs for forskjellige typer operasjoner. Én vanlig operasjon blir ofte referert til på området som "sandspyling". Under produksjon kan sand fra omgiende formasjoner delvis eller fullstendig tilstoppe en brønn. En oppkveilingsrørenhet vil bli brakt til brannstedet for å fjerne sanden fra brønnen. Oppkveilingsrøret blir kjørt inn i brønnen og fluid blir sirkulert ned gjennom oppkveilingsrøret inn i brønnen. Fluidet og sanden sirkulerer opp gjennom ringrommet og ut av brønnhodet hvor sanden blir fjernet. Denne prosessen setter ofte en brønn tilbake i produksjon eller forbedrer i det minste produksjonen. Som nevnt ovenfor blir oppkveilingsrørenheter brukt til forskjellige andre operasjoner innbefattende, men ikke begrenset til, matrikssyrebehandling og nitrogennød-stopp.

For de fleste offshore-operasjoner er oppkveilingsrørenheten blitt modulari-sert. Oppkveilingsrørenheten kan utplasseres fra et skip eller en plattform. Utstyrs-pakken for en oppkveilingsrørenhet består typisk av følgende deler: Injektorhode, slamskrape, oppkveilingsrørspole, kraftforsyningsenhet, styringskabin og utblåsingssikringen (BOP). Etter at alt dette utstyret er blitt levert til en offshoreplattform, må oppkveilingsrørenheten settes opp og mange hydrauliske slanger må tilkoples. Utstyr som settes opp og tas ned vil ofte ta flere timer i forbindelse med en offshore-brønn. Oppkveilingsrørjobben selv kan ta fra flere timer til flere dager. Det er behov for å redusere den tiden det tar å sette opp og rigge ned en oppkveilings-rørenhet på en offshore-brønn. Det er også behov for å redusere den totale vekt av oppkveilingsrørutstyrspakken som sendes til offshore-operasjoner.

For få lette transport til og fra en offshore-posisjon, blir hver av følgende komponenter vanligvis montert på en separat transportanordning: oppkveilingsrør-spolen, injektorhodet og slamskrapen, kraftforsyningsenheten og styringskabinen. Hovedkomponenten i oppkveilingsrørspolen innbefatter typisk følgende: en spole-trommel, et spoledrivsystem, en spolingsnivåenhet, en spolesvivel og manifold. Hovedkomponentene i kraftforsyningsanordningen innbefatter vanligvis følgende: en motor, en hydraulisk pumpe, trykkreguleringsventiler, et hydraulisk reservoar, filtre, siler, varmevekslere og hydraulisk fluid. Som nevnt er styringskabinen montert på en transportanordning selv om den også kan være inkorporert med kraftforsyningsenheten. Styringskabinen inneholder alle de nødvendige styringer og instru-menter for å gjøre det mulig å kjøre oppkveilingsrøroperasjonen ved hjelp av en operatør på stedet. Et gjennomsiktig vindu gjør det mulig for operatøren å se de andre komponentene under arbeidet. Hovedinjektorhodekomponentene innbefatter ofte følgende: hydrauliske motorer, drivkjeder, kjedestrammere, en svane-hals, en vektindikator, en slamskrape og en luftbrems. Forskjellige typer BOP'er kan brukes, men firekanals utblåsingssikringer blir ofte benyttet. Firekanals utblåsingssikringer innbefatter ofte blindventiler, kutteventiler, omslutningshoder, glide-ventiler og utjevningsventiler.

Oppkveilingsrørenhetene blir utplassert fra lastebiler eller trailere for landbaserte brønner. Et eksempel på en mobil oppkveilingsrørenhet er beskrevet i US-patent 6,273,188 som herved inkorporeres ved referanse. Oppkveilingsrørenheten innbefatter en trekkvogn og en tilhenger. Styrekabinen og kraftforsyningsenheten er montert på trekkvognen. Tilhengeren bærer oppkveilingsrørspolen, injektorhodet og en mast som kan heves under operasjoner eller senkes under transport. Masten understøtter injektorhodet over brønnen under operasjoner. BOP kan også transporteres på tilhengeren, eller den kan transporteres til brønnen ved en separat transport.

På både landbaserte og offshore-baserte oppkveilingsrørenheter løper mange hydrauliske slanger mellom de forskjellige utstyrskomponentene. Det er behov for å redusere antallet hydrauliske slanger, hydrauliske koplinger og antallet transportanordninger for oppkveilingsrørenheter. Generelt reduserer færre hydrauliske slanger og koplinger antallet oljelekkasjer, noe som er økonomisk gunstig ettersom vedlikeholdskostnader blir redusert. Færre oljelekkasjer er også gunstig for miljøet. Hvis antallet transportanordninger blir redusert, betyr det mindre utstyrs-kostnader for operasjonen.

US-patentene 6,264,128 og 6,457,534 beskriver også anordninger og frem-gangsmåter som kan brukes med oppkveilingsrørenheter, nemlig et oppkveilings-styresystem for oppkveilingsrørspolen og en fremgangsmåte for å redusere rørut-matting ved å eliminere korte bevegelser, og blir herved inkorporert ved referanse.

Artikkelen av Nobuyuki Yokokawa et al: "Distributed Digital Control System: The EX-5000 Series" Hitachi Review, vol. 42, No. 2, 1. april 1993, side 87-94 beskriver distribuerte digitale styringssystemer, EX-5000 serien.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for distribuert styring av en oppkveilingsrørenhet,

kjennetegnet ved :

å betjene en innmatingsanordning ved én styringsstasjon for å sende styringssignaler fra styringsstasjonen over et ikke-sanntidsnett til et lokalt styrepanel

(LCP);

å omforme og overføre styresignalene fra styringsstasjonen over et sanntidsnett til minst én distribuert styringsenhet (DCU), idet den minst ene DCU omfatter en kraftforsyningsenhet-DCU;

å overføre styresignalene fra den minst ene DCU til det minst ene elemen-tet i oppkveilingsrørenhetsutstyret;

å avføle sensordata fra minst ett element i oppkveilingsrørenhetsutstyret og overføre sensordataene over sanntidsnettet fra den minst ene DCU til LCP'en; og

å omforme og overføre sensordataene fra LCP'en over et ikke-sanntidsnett til minst én utmatingsanordning ved styringsstasjonen; hvori LCP'en bygger bro-kommunikasjon mellom ikke-sanntidsnettet og sanntidsnettet,

hvori den minst ene DCU omfatteren kraftforsyningsenhet-DCU, en opp-kveilingsrørspole-DCU og en injektorhode/BOP-DCU.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et system for distribuert styring av en oppkveilingsrørenhet, hvor oppkveilingsrørenheten innbefatter en kraftforsyningsenhet, en oppkveilingsrørspole, et injektorhode og en BOP, kjenntegnet ved : en hovedstyringsstasjon innbefattende minst én innmatingsanordning og minst én utmatingsanordning for å betjene oppkveilingsrørenheten;

et lokalt styrepanel (LCP);

en distribuert kraftforsyningsenhet (DCU) for å styre drift av kraftforsyningsenheten;

en oppkveilingsrørspole-DCU for å regulere drift av oppkveilingsrørspolen;

et injektorhode/BOP-DCU for å styre drift av injektorhodet, og BOP'en;

et ikke-sanntidsnett for å sende signaler mellom hovedstyringsstasjonen og LCP; og

et sanntidsnett for å sende signaler mellom LCP'en, kraftforsyningsenhet-DCU'en, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhode/BOP-DCU'en.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten og systemet i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives et utstyrsstyresystem bestående av et distribuert styresystem som virker i et sanntidsnett forbundet med et ikke-sanntidsnett og minst én styre-og/eller overvåkningsstasjon. En operatør er i stand til å styre utstyret fra en hovedstyringsstasjon. Hovedstyringsstasjonen og operatøren kan befinne seg i nærenhet av utstyret for å betrakte dets operasjon. "I nærheten" slik det brukes her, betyr at operatøren er nær nok til og kan foreta meningsfylte, direkte visuelle observasjoner av utstyret under drift slik at disse visuelle inntrykkene kan hjelpe operatøren til riktig drift av utstyret. Hvis f.eks. operatøren er i et kontrollrom med vinduer og operatøren har uhindret utsyn til utstyret, så er operatøren og styringsstasjonen i nærheten av utstyret. I den alternative utformingen kan hovedstyringsstasjonen og operatøren være plassert på et fjerntliggende sted. Uttrykket "fjerntliggende", slik det brukes her, er det motsatte av "i nærheten". Fjerntliggende, betyr i avstand fra utstyret, slik at operatøren ikke visuelt kan observere driften av utstyret uten hjelp av optiske anordninger, slik som et videokamera. Hvis f.eks. operatørens utsikt er hindret eller utstyret er for langt unna, eller operatørens sty-ringsrom mangler vinduer, så er operatøren og styringsstasjonen fjerntliggende. En operatør, plassert på land, vil videre ikke kunne observere visuelt driften på en offshore-plattform uten hjelp av et videokamera eller annen optisk apparatur, derfor blir operatøren ansett å være fjerntliggende. Når operatøren og hovedstyringsstasjonen er fjerntliggende plassert, kan det være ønskelig og i noen tilfeller uom-gjengelig nødvendig, å ha én eller flere videoinnmatingsanordninger (videokame-raer) plassert i nærheten av utstyret, og én eller flere elektroniske visningsanordninger (videomonitorer) plassert nær operatøren for å lette observasjon av utstyret. Lydinnmatingsanordninger, posisjonert i nærheten av utstyret, kan også lette overvåkning av operasjoner for en operatør som befinner seg på et fjerntliggende sted. Ett eller flere brønnsteder kan opereres fra en enkelt fjerntliggende styringsstasjon. Skjermdelingsteknologi kan brukes til å redusere antallet elektroniske fremvisninger som er nødvendige. Hjelpestyringsstasjoner kan brukes til å overvåke operasjoner. Styringsstasjonene har mulighet til å kople om funksjonalitet slik at en hjelpestyringsstasjon kan innta styringen av operasjonen og virke som hovedstyringsstasjon. Dette gir styringssystemet en ytterligere grad av fleksibilitet og sikkerhet. Denne omkoplingen blir regulert av en sikkerhetsprotokoll som sikrer at omkoplingen blir fullført uten komplikasjoner, slik som tap av styring og dobbelt styring av utstyret.

Hovedstyringsstasjonen er forbundet med et lokalt styringspanel (LCP) ved hjelp av Ethernet eller et annet ikke-sanntidsnett. LCP er koplet til et antall distribuerte styringsenheter (DCU) ved hjelp av et styringsenhetsnett eller et annet sann tidsnett. Både harde sanntids- og myke sanntidsnett er egnet i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Harde sanntidsnett blir imidlertid foretrukket. LCP tilveiebringer en bro mellom ikke-sanntidsnettet og sanntidsnettet. DClTene styrer for-skjellig utstyr og mekaniske komponenter i systemet. Styringsarkitekturen i foreliggende oppfinnelse kan lett utvides.

Hver DCU og/eller LCP kan ha styringsalgoritmer som tilveiebringer forskjellige styringsnivåer over utstyret. Det blir foretrukket at hver DCU og/eller LCP'en har styringsalgoritmer som automatiserer styringen av utstyret uten inngrep fra operatøren. I denne foretrukne utførelsesformen er hver DCU og/eller LCP'en programmert til å utføre en fullstendig oppgave uten inngrep fra operatøren. Når f.eks. en oppkveilingsrørenhet-operatør gir en kommando om å endre injektortrans-porttrykket fra 500 psi (35 kg/cm<2>) til 1000 psi (70 kg/cm<2>) eller øke injektorhastigheten fra 25 fot/minutt (7,6 meter/minutt) til 60 fot/minutt (18,3 meter/minutt), utfører DCU'en eller LCP'en denne oppgaven på en regulert måte uten ytterligere innmating fra operatøren. DCU'en og LCP'en kan bruke åpen sløyfe- og lukket sløyfestyring (modifisering av utgang basert på sensortilbakekopling til å manipulere utstyret). Det blir også foretrukket å programmere hver DCU og/eller LCP til å overvåke, forutsi og automatisk styre én eller et antall kritiske parametere slik at driftsgrenser (også kalt driftsomhyllingen) ikke vil bli overskredet.

I en anvendelse kan oppfinnelsen brukes for fjernstyring av en oppkveilings-rørenhet. Som tidligere diskutert består en oppkveilingsrørenhet typisk av følgende utstyr: injektorhode, slamskrape, oppkveilingsrørspole, kraftforsyningsenhet, styringskabin, og BOP. For på trykk måte å utføre en oppkveilingsrøroperasjon, må operatøren vanligvis koordinere operasjonen av disse forskjellige komponentene under forskjellige forhold under omhyggelig overvåkning av utstyret, spesielt opp-kveilingsrørspolen. Eksisterende automatiske styringssystemer for oppkveilingsrør-operasjoner er generelt programmerbare, logiske styringsenheter (PLS) -baserte, hvor hver enkelt PLS kommuniserer med sensorer og elektromekaniske anordninger for utstyret. Disse tidligere kjente styringssystemene har ikke mulighet til fjernstyring og deres sikkerhetsegenskaper er nokså begrenset. Foreliggende oppfinnelse beskriver et nytt styringssystem for automatiske oppkveilingsrøropera-sjoner som har en distribuert styringsarkitektur og mulighet til fjernstyring og fjern- overvåkning. Foreliggende oppfinnelse innbefatter sviktsikre egenskaper og utstyrsselvdiagnose.

Foreliggende oppfinnelse fjerner gjettingen fra operasjonen av en oppkveil-ingsrørenhet. Ved å stole på DClTene og LCP'en til å automatisere, overvåke, forutsi og styre operasjonen, øker oppfinnelsen sikkerheten ved operasjonen og reduserer det nødvendige dyktighetsnivået til operatøren. Forskjellige forutbestemte driftsparametere eller grenser, heretter kalt "en driftsomhylling" kan lastes inn i hovedstyringsstasjonen, én eller flere DClTer og/eller LCP'en. En sikker driftsomhylling kan utvikles basert på tidligere erfaringer for en rekke forskjellige funksjoner og forskjellige situasjoner. Uttrykket driftsomhylling kan referere til et enkelt sett med driftsparametere, flere sett med parametere og også beregnede verdier. Foreliggende oppfinnelse reduserer mengden med hydrauliske slanger og antallet koplinger, noe som gjør det lettere og hurtigere å sette det opp og ta det ned. Slangereduksjon gjør også systemet mer pålitelig på grunn av færre lekkasjer. Disse egenskapene gjør foreliggende oppfinnelse mer økonomisk å drive enn tidligere kjente enheter. I en transportanordningsmontert oppkveilingsrørenhet eliminerer foreliggende oppfinnelse videre behovet for en styringskabin. Dette reduserer totalvekten til utstyret som leveres til en offshore-plattform og sparer utstyrs-kostnader.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et blokkskjema over styringsarkitekturen for foreliggende distribuerte styringssystem; Fig. 2 er et blokkskjema over en oppkveilingsrørenhet og foreliggende distribuerte styringssystem; og Fig. 3 er et annet blokkskjema over foreliggende distribuerte styringssystem som opererer en oppkveilingsrørenhet, innbefattende de hydrauliske hovedledning-ene som brukes til å drive enheten.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 er et blokkskjema over styringsarkitekturen for foreliggende distribuerte styringssystem 10. Oppfinnelsen, som er vist på fig. 1, kan anvendes på et hvilket som helst automatiseringsområde og er ikke begrenset til olje- og gass- industrianvendelser. Det distribuerte styringssystemet 10 kan brukes til å styre én eller flere enhetslinjer på et plattformdekk eller annet utstyr som generelt er identifisert ved henvisningstall 12. Et antall sensorer, elektriske og/eller elektromekaniske anordninger, blir brukt til å styre, overvåke eller diagnostisere utstyret 12. Et antall DCU'er er ved utstyrsenden for å styre eller overvåke disse sensorene eller anordningene. Disse DCLTene kommuniserer med det lokale styringspanelet (LCP) 14 gjennom sanntidsnettet 8. Det skal bemerkes at LCP'en ikke behøver å være en fysisk anordning, men i stedet kan være et program. DCLTene kan også kommunisere med hverandre. Hovedstyringsstasjonen 16 er forbundet med LCP'en 14 gjennom ikke-sanntidsnettet 6. Hovedstyringsstasjonen 16 inntar fullstendig kontroll og overvåkningsevne over utstyret 12 og driften av dette. Operatø-ren benytter forskjellige innmatingsanordninger (slik som styrespaker, tastaturer, knapper, knotter og brytere) ved hovedstyringsstasjonen 16 og utsteder kommandoer mens DCLTene utfører disse kommandoene for å operere utstyret 12. Det kan være en liten forsinkelse mellom aktivering av en innmatingsanordning og ut-styrsrespons på grunn av grensesnittanordningen mellom ikke-sanntids- og sann-tidsnettene så vel som de iboende forsinkelsene i ikke-sanntidsnettet. Likeledes

kan det være en liten forsinkelse mellom sensordeteksjon av driftsdata og fremvis-ning av dataene på en utmatingsanordning ved hovedstyringsstasjonen 16. Et antall styringsstasjoner kan være koplet sammen lokalt, f.eks. ved plattformdekket for å muliggjøre sanntidsstyring og -overvåkning av driften, eller styringsstasjoner kan være anbrakt på avstand. Forskjellige sviktsikringsegenskaper kan være innbakt i styringssystemet som diskutert senere. Systemet kan også inneholde forskjellige typer egenskaper for utstyrsselvdiagnose som vil bli diskutert senere. Det skal bemerkes at enhver kombinasjon av de trekk som diskuteres her, er innenfor rammen av oppfinnelsen. For styringsformål behøver det ikke å være nødvendig at DCU-ene kommuniserer blant seg selv, men for sviktsikringstrekk og utstyrsselvdiagnose kan kommunikasjon mellom DCLTene være nødvendig.

På fig. 1, er operatøren lokalisert i nærheten av hovedstyringsstasjonen 16 som befinner seg nær utstyret som skal styres 12. Denne fysiske nærheten gjør det mulig for operatøren å observere utstyret 12 visuelt. I alternative utførelsesfor-mer kan operatøren og hovedstyringsstasjonen 16 befinne seg i avstand fra utstyret 12. I den fjernstyrte utførelsesformen kan det være ønskelig, og i noen tilfeller nødvendig, å ha minst én videoinnmatingsanordning i nærheten av utstyret 12 som sender en direkte videomating av omgivelsene tilbake til i det minste én elektronisk visningsanordning som kan betraktes av operatøren. I de fjernstyrte utførel-sesformene kan det også være ønskelig å ha minst én lydinnmatingsanordning i nærheten av utstyret 12 for å sende lydsignaler fra utstyret til minst én lydutmatingsanordning slik at utstyrsstøyen kan høres av en operatør som befinner seg på et annet sted. Lydinnmatingsanordningene kan innbefatte, men er ikke begrenset til, mikrofoner (piezoelektriske, karbon-mikrofoner, bånd-mikrofoner, dynamiske mikrofoner og kondensator-mikrofoner), transdusere, lydnivåmåler og dosimetere. Lydutmatingsanordninger kan innbefatte, men er ikke begrenset til, høyttalere, transdusere og vibrerende membraner.

På fig. 1 er hjelpestyringsstasjoner 18 og 20 plassert i avstand fra posisjo-nen til hovedstyringsstasjonen 16. Under drift kan bare én styringsstasjon om gan-gen virkelig styre det distribuerte styringssystemet 10. I dette eksempelet har styringsstasjonen 16 blitt utpekt som "hovedstyringsstasjon". Men i andre situasjoner kan styringsstasjonen 18 eller styringsstasjonen 20 også være "hovedstyringsstasjon". I utførelsesformen på fig. 1, er hjelpestyringsstasjonene 18 og 20 for fjern-overvåkning av operasjoner. Minst én videoinnmatingsanordning kan være lokalisert i nærheten av utstyret 12 for å sende levende videomating av omgivelsene tilbake til minst én elektronisk visningsanordning plassert i nærheten av styringsstasjonene 18 og 20. Dette gjør det mulig for fjernobservatører ved styringsstasjonene 18 og 20 å få mulighet til å se på utstyret 12 under drift, og om det er nødven-dig, å sende kommentarer tilbake til operatøren ved hovedstyringsstasjonen 16. Minst én lydinnmatingsanordning kan være lokalisert in nærheten av utstyret 12 for å sende lyder og støy fra utstyret 12 tilbake til minst én lydutmatingsanordning posisjonert i nærheten av styringsstasjonene 18 og 20. Dette gjør det mulig for fjernobservatører ved styringsstasjonene 18 og 20 å få en mulighet til å høre utstyret 12 under drift, og om nødvendig å sende kommentarer tilbake til operatøren ved hovedstyringsstasjonen 16. Dette lydovervåkningssystemet er valgfritt.

Hovedstyringsstasjonen 16 er forbundet med en konsentrator 22 og LCP'en 14 ved hjelp av et ikke-sanntidsnett generelt identifisert ved hjelp av henvisningstall 6, slik som et Ethernet. Andre ikke-sanntidsnett, slik som en token-ring, et ARCNet og MAP, er også egnet for denne anvendelsen. LCP'en 14 er koplet til et antall distribuerte styringsenheter, betegnet som DCU1, DCU2, DCU3, DCU4 og DCUn ved hjelp av et sanntidsnett, generelt identifisert ved henvisningstall 8, slik som et styringsenhetsnett (CAN). CAN er en serieprotokoll som effektivt understøt-ter distribuert sanntidsstyring med et meget høyt sikkerhetsnivå. Andre sanntidsnett eller protokoller, slik som FireWire er også egnet for denne forbindelsen. DCU1 blir brukt til å styre og overvåke anordningen 24. DCU2 blir brukt til å styre og overvåke anordningen 26. DCU3 blir brukt til å styre og overvåke anordningen 28. DCU4 blir brukt til å styre og overvåke anordningen 30. DCUn blir brukt til å styre og overvåke anordningen 32. Ytterligere DCU'er kan tilføyes opp til nettets maksimum. Det er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse at én eller et antall DCU'er styrer en enkelt utstyrsenhet. Det er også innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse at én eller flere utstyrsenheter blir styrt av en eneste DCU.

Et sensornett blir brukt til å overvåke og sende forskjellige typer sensordata fra utstyret 12 tilbake til styringsstasjonene. Sensordataene blir vist på forskjellige

utmatingsanordninger, slik som målere, lys eller dataskjermer. Forskjellige sensornett kan brukes, slik som Smart Distributed System (SDS), PROFIBUS, CANopen eller DeviceNet. I denne utførelsesformen er imidlertid SDS det foretrukne sensor-nettet som brukes i forbindelse med sanntidsnettet CAN. For enkelhets skyld vil denne kombinasjonen heretter kalles SDS/CAN. LCP'en 14 er lokalisert i nærheten av utstyret 12, f.eks. på et plattformdekk eller ved et brønnsted. LCP 14 inneholder én eller flere sentralenheter (CPU'er) og virker som en bro mellom ikke-sanntidsnettet og sanntidsnettet. Hver DCU har også én eller flere CPU'er. CPU'en i LCP'en kan være eller behøver ikke å brukes til å lagre og/eller beregne sviktsikre parametere, til å overføre styresignaler, til å lagre og akkumulere sensordata som innebærer utførelse i en lagringsanordning, eller til å generere vedlikeholdsmerknader. CPU'ene i de forskjellige DCU'er kan være eller behøver ikke å være brukt til å lagre og/eller beregne sviktsikringsparametere, til å sende styresignaler, til å lagre og akkumulere sensordata som innebærer ytelse, eller til å generere vedlikeholdsmerknader.

I en foretrukket utførelsesform kan hver DCU eller LCP'en 14 ha styringsalgoritmer som gir forskjellige styringsnivåer over utstyret. Det blir foretrukket at hver DCU eller LCP'en 14 har styringsalgoritmer som automatiserer driften av utstyret 12 uten inngrep fra operatøren. I denne foretrukne utførelsesformen er hver DCU eller LCP'en 14 programmert for å utføre en komplisert oppgave uten inngrep fra operatøren. Det blir også foretrukket å programmere hver DCU eller LCP'en 14 til å overvåke, forutsi og automatisk styre én eller et antall kritiske parametere slik at driftsomhyllingen ikke blir overskredet.

Som vist på fig. 1 er hjelpestyringsstasjonen 18 forbundet til en konsentrator 34 og gjennom internett til konsentratoren 22. Hjelpestyringsstasjonen 20 er likeledes koplet til en konsentrator 36 og gjennom internett til konsentratoren 34 og til konsentratoren 22. På denne måten kan observatørene på de fjerntliggende hjelpestyringsstasjonene 18 og 20 overvåke aktivitetene til operatøren, instrumentene og sensoravlesningene som kommer til syne på forskjellige utmatingsanordninger ved hovedstyringsstasjonen 16 som kan ses av operatøren. Avhengig av nettytelsen, tilgjengelig maskinvare så vel som inngående avstander, kan kommunikasjon mellom konsentratoren 22 og konsentratorene 34 og 36 være ledningsført eller trådløs. Satellittkommunikasjoner 38 kan også være egnet.

Denne styringsarkitekturen gir et utstyrsnøytralt styringssystem. Styringsarkitekturen kan anvendes på et hvilket som helst utstyr uansett dets kraftforsyn-ing. Utstyret kan være drevet av elektrisk, hydraulisk eller andre former for energi. Arkitekturen er meget utvidbar både ved utstyrsenden og operatørenden. Den tilveiebringer plattformen for fjernstyring. Den tilveiebringer også plattformen for automatisk drift av utstyr, koordinerte operasjoner for å sikre sviktsikker drift og utstyrsselvdiagnose.

Fig. 2 er et blokkskjema over en konvensjonell oppkveilingsrørenhet og foreliggende distribuerte styringssystem. Oppkveilingsrørenheten er generelt identifisert ved hjelp av henvisningstall 50 og kan være montert på en sleide eller en lastebil. Forskjellige komponenter innbefatter injektoren 52, stripperen 82, kraftforsyningsenheten 54, utblåsningssikringen (BOP) 56, oppkveilingsrørspolen 58 og annet utstyr 60.

Styringsarkitekturen består av to kommunikasjonsnett. Ved utstyrsenden, generelt referert til ved hjelp av henvisningstall 62, er kommunikasjonen basert på et sanntidsnett 8, slik som SDS/CAN. Ved operatørenden, generelt identifisert ved hjelp av henvisningstall 64, er kommunikasjonen basert på et ikke-sanntidsnett 6, slik som Ethernet. LCP 14, som er plassert ved utstyrsenden 62, tjener som en bro mellom disse to nettene.

Et antall sensorer, elektriske og/eller elektromekaniske anordninger, blir brukt til å styre, overvåke og diagnostisere utstyret. Et antall DCU'er er ved utstyrsenden 62 for å styre eller overvåke disse sensorene eller anordningene. Disse DCLTene kan kommunisere med hverandre og med LCP'en 14 gjennom sanntidsnettet, slik som SDS/CAN. Ytterligere DCLTer kan lett tilføyes eller subtra-heres fra SCS/CAN-bussen for å gjøre det til et meget utvidbart system som kan romme annet utstyr eller styringstrekk. Som en valgmulighet kan hver enkelt DCU ha sine egne, uavhengige styringsegenskaper og kan foreta uavhengige beslutnin-ger uten operatørinnmating. Som en valgmulig kan DCU'ene kommunisere med hverandre slik at koordinerte operasjoner blant dem kan utføres uten operatørinn-grep. Disse trekkene muliggjør sviktsikker automatisering av utstyr, som diskutert mer detaljert i forbindelse med fig. 3.

En hovedstyringsstasjon 16 er koplet til LCP 14 gjennom et ikke-sanntidsnett 6, slik som Ethernet. Hovedstyringsstasjonen 16 innehar fullstendig kontroll og overvåkningsevne over oppkveilingsrørenheten 50. Styrekommandoer, utstedt fra hovedstyringsstasjonen 16, blir sendt gjennom ikke-sanntidsnettet 6 til LCP 14, konvertert til sanntidsnett-kommandoer, slik som SDS/CAN-busskommandoer og levert til de riktige DCU'ene.

Et antall andre styringsstasjoner kan være koplet lokalt eller fjerntliggende for å muliggjøre sanntidsovervåkning av operasjonen. Når flere styringsstasjoner blir brukt, innehar bare én styringsstasjon rollen til å utstede styringskommandoer og blir her kalt "hovedstyringsstasjonen". Alle andre styringsstasjoner kan bare brukes til å overvåke driften. Avhengig av nettytelsen, tilgjengelig maskinvare så vel som avstanden mellom utstyrsenden 62 og operatørenden 64, kan kommuni-kasjoner være ledningsførte eller trådløse.

Fig. 3 er et annet blokkskjema over foreliggende distribuerte styringssystem 10 som betjener en oppkveilingsrørenhet 50 innbefattende de hydrauliske hoved-ledningene som brukes til å energisere oppkveilingsrørenheten. I dette eksempelet blir oppkveilingsrørenheten 50 brukt til å utføre arbeid på en produserende offshore-brønn 100.

Det distribuerte styringssystemet 10 innbefatter et antall sensorer, elektriske og/eller elektromekaniske anordninger, tre DCU'er, identifisert som DCUA, DCUB og DCUC, en LCP 14, en hovedstyringsstasjon 16, et ikke-sanntidsnett 6 og et sanntidsnett 8. Selv om bare én styringsstasjon er vist, kan andre styringsstasjoner være koplet til systemet for overvåkningsformål. I dette eksempelet er hovedstyringsstasjonen 16 lokalisert lokalt på offshore-plattformen, og operatøren kan visuelt observere oppkveilingsrørenheten 50 når den befinner seg ved hovedstyringsstasjonen 16.

I alternative utførelsesformer kan imidlertid hovedstyringsstasjonen 16 og operatøren være plassert på et annet sted, f.eks. i et landanlegg. Når operatøren og hovedstyringsstasjonen 16 befinner seg fjernt fra oppkveilingsrørenheten 50, vil det være nødvendig for et antall videoinnmatingsanordninger å være lokalisert ved utstyrsenden 62 for å sende levende videobilder av operasjonene tilbake til én eller flere elektroniske visningsanordninger lokalisert i nærheten av operatøren, slik at operatøren visuelt kan observere operasjonene ved utstyrsenden 62. De elektroniske visningsanordningene kan innbefatte katodestrålerør, plasmaskjer-mer, flytende krystalldiodeskjermer og andre typer fremvisningsanordninger for å observere videosignaler. I dette eksempelet er videoinnmatingsanordningen 1 posisjonert for å sende levende videosignaler av oppkveilingsrørspolen 58. Videoinnmatingsanordningen 2 er posisjonert for å sende levende videosignaler av injektorhodet 52, og videoinnmatingsanordningen 3 er posisjonert for å sende levende videosignaler av stripperen 82, BOP 56 og brønnhodet. Andre videoinnmatingsanordninger kan være lokalisert ved utstyrsenden 62 for bedre å observere observasjoner fra et fjerntliggende sted. Disse ytterligere videoinnmatingsanord-ningene kan være fiksert i orientering eller de kan være justerbare fra den fjerntliggende operatøren. Lydinnmatingsanordningen 4 er anbrakt nær injektorhodet 52. Lyder fra injektorhodet 52 og annet utstyr blir sendt tilbake til lydutmatingsan-ordningene i nærheten av hovedstyringsstasjonen 16 for å gjøre det mulig for en operatør å høre de lydene som genereres ved utstyrsenden 62. Flere lydinnmatingsanordninger kan brukes ved utstyrsenden 62 for å lette operasjonene.

Hovedstyringsstasjonen 16 har minst to grensesnittanordninger for operatø-rer til å avgi styringskommandoer. Maskinvaregrensesnittet håret antall innmatingsanordninger (slik som knapper, styrespaker, tastaturer) som gir operatøren hurtig og enkel adgang til styringstrekk slik som injektorhastighet/ retningsstyring, spoleviklingsoverstyring, BOP-aktivering eller nødutkopling. Programvaregrense-snittet gjør det mulig for operatøren å styre de andre trekkene, slik som motorhas- tighet, spoletilbakeføringsstrekk, osv. I tillegg tilveiebringer programvaregrensesnit-tet også parametere for programovervåkningsformål. Sammen gjør maskinvare- og programvaregrensesnittene i hovedstyringsstasjonen 16 det mulig for operatøren å ha fullstendig styring og overvåkning av oppkveilingsrør-operasjonen.

LCP 14 betjener et antall funksjoner. Internt tjener den til å bygge bro mellom de forskjellige kommunikasjonsnettene. I dette eksempelet bygger den bro over ikke-sanntids-Ethernettet og sanntids-SDS/CAN. LCP 14 er en programmer-bar nettprotokollomformings-, styrings- og data-innsamlingsanordning. LCP 14 kan utføre to-kanals, to-veis SDS/CAN (Smart Distributed System/Controller Area Network) omforming til Ethernet. Dn gjør det mulig for fjerntliggende vertsdatama-skiner å bli koplet til SDS/CAN-bussen. Dette gjør det mulig for ikke-sanntidssystemer å utføre sanntidsstyring ved å overlevere sanntidsrespons-funksjonene til LCP. Som en valgmulighet kan LCP 14 overvåke nettytelsen til SDS/CAN-bussen og Ethernet og iverksette en sviktsikringsstatus i tilfelle av nett-svikt. LCP 14 kan også overvåke, forutsi og styre ytelsen til en operasjon meget lik hver enkelt DCU. Endelig kan LCP 14 tjene som et sekundært brukergrensesnitt. Den kan tillate operatører å avgi kritiske kommandoer, slik som nødnedkopling, og til å betrakte systemnøkkelparametere slik som brønnhodetrykk.

Tre DCU'er, DCUA, DCUB og DCUC, blir brukt til å kommunisere med sensorer, og elektriske og/eller elektromekaniske anordninger. Selv om det nøyaktige antallet og det nøyaktige arrangementet av DCU'ene kan varieres på grunn av flek-sibiliteten til styringssystemet, vil den følgende beskrivelse ta seg av det spesielle tilfelle som er presentert på fig. 3. Hver DCU er programmert for å utføre en fullstendig oppgave uten inngrep fra operatøren. Når f.eks. en oppkveilingsrørenhet-operatør utsteder en kommando ved hovedstyringsstasjonen 16 om å endre in-jektortrykket fra 500 psi (35 kg/cm<2>) til 1000 psi (70 kg/cm<2>) eller øke injektorhastigheten fra 25 fot/minutt (7,5 meter/minutt) til 60 fot/minutt (18,3 meter/minutt), utfører DCU denne oppgaven på en kontrollert måte uten ytterligere innmating fra operatøren. DCU kan bruke åpen sløyfe- og lukket sløyfe-styring (modifisere utgangen basert på sensortilbakekopling) til å manipulere utstyret. Hver DCU er også programmert for å overvåke, forutsi og automatisk styre én eller et antall kritiske parametere slik at driftsgrensene ikke blir overskredet. For å utføre en fullstendig oppgave, kan en DCU måtte kommunisere og koordinere med andre DCU'er. DCUA styrer driften av oppkveilingsrørspolen 58 og tilhørende komponenter gjennom sensorer og elektriske og/eller elektromekaniske anordninger. DCUB styrer driften av kraftforsyningsanordningen 54 og tilhørende komponenter, innbefattende hydraulisk trykk levert til alle oppkveilingsrørkomponenter, gjennom sensorer og elektriske og/eller elektromekaniske anordninger. DCUC styrer operasjonen til injektorhodet 52 og tilhørende komponenter innbefattende stripperen 82 og BOP 56 gjennom sensorer og elektriske og/eller elektromekaniske anordninger.

Konvensjonelle oppkveilingsrørenheter blir drevet hydraulisk. Styringskabinen for en konvensjonell oppkveilingsrørenhet har hydrauliske slanger som løper til og fra kraftforsyningsenheten, og andre driftskomponenter som innbefatter opp-kveilingsrørspolen, injektorhodet og utblåsingssikringen (BOP). I foreliggende oppfinnelse er styrekabinen til den konvensjonelle oppkveilingsrørenheten fullstendig eliminert. I foreliggende oppfinnelse er det videre ingen hydrauliske slanger som løper fra hovedstyringsstasjonen 16 til noen annen komponent i oppkveilingsrøren-heten. Dette eliminerer mer en 20% av de hydrauliske slangene som brukes i konvensjonelle sleidemonterte oppkveilingsrørenheter. Hovedstyringsstasjonen 16 kommuniserer med det lokale styringspanelet 14 over et ikke-sanntidsnett, slik som Ethernet. De signalene som utveksles mellom hovedstyringsstasjonen 16 og det lokale styringspanelet 14, blir sendt over ledere eller de kan være trådløse. Uansett hvordan de utveksles, er det ikke noe behov for en styringskabin som i konvensjonelle oppkveilingsrørenheter, og det er ingen hydrauliske slanger som løper til hovedstyringspanelet 16 ifølge foreliggende oppfinnelse. Dette gjør opp-kveilingsrørenhetene enklere og hurtigere å sette opp og ta ned. Til slutt gjør dette foreliggende oppfinnelse mer økonomisk å ha i drift. Det gjør den også mer pålitelig fordi det vil være færre lekkasjer.

Det lokale styringspanelet 14 kommuniserer med DCUA, DCUB og DCUC gjennom et sanntidsnett, slik som SDS/CAN. Disse kommandosignalene blir ut-vekslet over ledere. Hydrauliske slanger 70 er koplet mellom kraftforsyningsenheten 54 og oppkveilingsrørspolen 58 som tillater fluidkommunikasjon mellom disse komponentene. Hydrauliske slanger 72 er koplet mellom kraftforsyningsenheten 54 og injektorhodet 52 for å muliggjøre fluidkommunikasjon mellom disse komponentene. Hydrauliske slanger 74 er koplet mellom kraftforsyningsenheten 54 og injektor/BOP-slangespolen 76 som også tillater fluidkommunikasjon mellom disse komponentene. De hydrauliske slangene 70, 72 og 74 tillater trykksatt, hydraulisk fluid fra den hydrauliske pumpen (ikke vist) å strømme til de andre komponentene i oppkveilingsrørenheten 50 for å levere nødvendig energi til å operere de forskjellige hydrauliske motorene og annet utstyr som er velkjent for fagkyndige på området.

Ytterligere hydrauliske slanger 78 er koplet mellom slangespolen 76 og BOP-56 for å muliggjøre fluidkommunikasjon mellom kraftforsyningsenheten 54, slangespolen 76 og BOP 56. andre hydrauliske slanger 80 er koplet mellom slangespolen 76 og stripperen 82 for å muliggjøre fluidkommunikasjon mellom kraftforsyningsenheten 54, slangespolen 76 og stripperen 82. Hydrauliske slanger 84 er koplet mellom slangespolen 76 og injektorhodet 52 for å tillate fluidkommunikasjon mellom kraftpakken 54, slangespolen 76 og injektorhodet 52. De hydrauliske slangene 78, 80 og 84 gjør det mulig for trykksatt hydraulisk fluid å strømme fra den hydrauliske pumpen (ikke vist) på kraftforsyningsenheten 54 gjennom slangespolen 76 til BOP 56, stripperen 82 og injektorhodet 52.

Injektorhodet 52 kan være montert på et stativ 90 som noen ganger kalles et "jackstativ" på området. Alternativt kan injektorhodet 52 være opphengt fra en kran eller en mast. BOP 56 er koplet til brønnhodet på en måte som er velkjent for fagkyndige på området.

DCLTene er riktig programmert for å utføre styringssignaler utstedt fra hovedstyringsstasjonen 16 og oversendt over det lokale styringspanelet 14. Når en DCU mottar en kommando (styringssignal), har den fullstendig behandlingskraft til å utføre kommandoen med å utstede relevante kommandoer.

Mange automatiserings- og sviktsikrings-egenskaper som innbefatter driftsgrenser, kan være innebygd i det distribuerte styringssystemet 10 ved å anvende behandlingskraften i hver enkelt DCU og/eller LCP'en 14, så vel som DCU-enes evne til å kommunisere med hverandre. En hvilken som helst eller alle disse automatiserings- og sviktsikrings-egenskapene er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. Én av automatiseringsegenskapene er den automatiske kjøringen av oppkveilingsrøret 91 inn i og ut av brønnen 100. Dette blir utført ved å programmere DCU'en som er ansvarlig for injektorhastigheten til å kjøre injektoren i henhold til en hastighetsprofil som funksjon av brønndybden. Et annet automatisert trekk er den automatiske trekktesten av oppkveilingsrøret hvor den DCU som er ansvarlig for injektorhastigheten, blir programmert til å stoppe injektoren, kjøre injektoren i motsatt retning (ut av hullet) over en forut bestemt avstand, stoppe injektoren på nytt og så fortsette å kjøre injektoren i innhullsretningen. Nok en annen automatisert egenskap er den automatiske spolespenningsstyringen. Denne blir utført ved å programmere vedkommende DCU som er ansvarlig for spolestrekk til automatisk å justere spolemotortrykket for å opprettholde et bestemt spolestrekk. Et annet automatisk trekk er automatisk trykkregulering. Dette blir utført ved programmering av den DCU som er ansvarlig for et spesielt trykk, slik som sleidetrykket, for automatisk å justere åpningen og lukkingen av den tilsvarende trykkreguleringsventilen for å opprettholde et forutbestemt trykk, egenskaps-trykkene kan f.eks. være sleidetrykk, kjettingstrekktrykk, eller strippertrykk. Nok en annen automatisk egenskap er kraftforsyningsenhetens motorhastighetsstyring, hvor den DCU, som er ansvarlig for motoren i kraftforsyningsenheten er programmert til å justere motorreguleringsanordningen til å opprettholde en fastsatt motor-hastighet. Det skal bemerkes at for å oppnå disse styringsegenskapene, kan det være nødvendig med kommunikasjon og samvirke mellom DCU'ene og/eller LCP 14.

Sviktsikringsegenskapene for styringssystemet tar seg av kommunikasjons-, utstyrs- og driftssvikt. Kommunikasjonssvikt kan inntreffe mellom hovedstyringsstasjonen 16 og LCP 14, slik som tap av Ethernet-signal. Hvis det skjer, vil LCP 14 være i stand til å detektere en slik svikt og sette styringssystemet i en normal trygg tilstand og varsle personellet, som programmert, uten inngrep fra operatøren. Hovedstyringsstasjonen 16 er også i stand til å detektere en slik svikt og varsle operatøren. Kommunikasjonssvikt kan også inntreffe ved SDS/CAN-bussen 8. Dette innbefatter fullstendig tap av kommunikasjonssignal på bussen 8, eller tap av et spesielt signal, slik som et vektsignal eller et dybdesignal. DCU'ene er programmert for å detektere en slik signalsvikt, og er i stand til å handle ved en slik svikt for å sette styringssystemet i en normalsikringstilstand uten inngrep fra operatøren. LCP 14 vil også detektere svikten og varsle operatø-ren. Utstyrssvikt kan inntreffe som et resultat av komponentsvikt som fører til tap av hydraulisk trykk, f.eks., tap av sleidetrykk, osv. I dette tilfelle er den DCU som er ansvarlig for et slikt trekk, programmert for å detektere en slik svikt, varsle ope- ratøren og forsøke å korrigere en slik svikt automatisk uten inngrep fra operatøren. I tilfelle med tap av sleidetrykk blir DClTen programmert for å detektere lekkasje-kilden og isolere lekkasjen slik at normal drift kan fortsette. I tilfelle av hydraulisk fluidtrykk kan det minste driftstrykket være lastet inn i DCLTene og LCP'en 14. Avhengig av alvorlighetsgraden av trykktapet, kan nedkopling av operasjonen innle-des av DCLTene uten inngrep fra operatøren. En svikt i reguleringssløyfen mellom en DCU og en utstyrskomponent (innbefatter DCU/utgangsfeil, elektrisk lednings-skade mellom DCU og utstyret, feil på utstyrsutmatingsanordningen og sensor-svikt) vil resultere i et tilsynelatende tap av kontroll. I dette tilfelle vil operatøren bli varslet om denne styringssvikten, og DCU'ene vil plassere styringssystemet i en normal sikringstilstand uten inngrep fra operatøren.

DCU'ene i det foreliggende styringssystemet kan være programmert for å detektere, korrigere og hindre mange potensielt kostbare utstyrs- og driftssvikt. En felles sviktmodus i aktuelle oppkveilingsrøroperasjoner er den fullstendige svikten (kollapsen) av injektorsvanehalsen, og eventuelt kollapsen av injektoren og spolen, som et resultat av en høy spoletilbakesending sammen med et høyt sleidetrykk og positiv injektorhastighet (i retning mot hullet). Denne type svikt skyldes mangel på koordinering under manuell drift av forskjellige komponenter i oppkvei-lingsrørenheten, nemlig spoletilbakestrekket, sleidetrykket og injektorhastighetsre-guleringen. En slik sviktmodus kan lett hindres i foreliggende styringssystem. Foreliggende styringssystem har DCU'ene programmert til å koordinere driften av alle disse forskjellige komponentene slik at riktig spolespenning blir opprettholdt hele tiden mens injektorkjeden beveger seg. Hvis spolebremsen av en eller annen grunn er satt på, vil DCU'ene automatisk hindre bevegelse av injektorkjeden. En annen sviktsikringsegenskap er å hindre driftssvikt på grunn av brønnhullsobstruk-sjoner. Når et bevegelig oppkveilingsrør treffer en hindring nede i et brønnhull, er en betimelig respons nødvendig for å hindre en fullstendig driftssvikt slik som knek-king (korketrekker) og etterfølgende brudd i oppkveilingsrøret. Menneskelig respons er imidlertid ikke hurtig nok til å hindre en slik svikt. I foreliggende styringssystem er DCU'ene programmert til å detektere forekomsten av brønnhullsob-struksjon ved hjelp av forskjellige midler, slik som vektendringen pr. tidsintervall, eller vektendring pr. dybdeintervall. Når DCU'ene detekterer brønnhullsobstruksjo-nen, vil de automatisk stoppe bevegelsen av oppkveilingsrøret og dermed hindre driftssvikt. En annen viktig sviktsikringsegenskap i foreliggende styringssystem er den automatiske deteksjonen og korreksjonen av oppkveilingsrørrusing som diskutert nedenfor.

Oppkveilingsrørrusing er en driftsmessig sikkerhetsoppgave og kan forårsake skade på brønnen og utstyret. Bestemmelse av trygge driftsgrenser og lasting av slike data inn i systemet kan bidra til å redusere forekomsten av oppkvei-lingsrørrusing. Automatisk deteksjon og korreksjon av oppkveilingsrørrusing blir oppnådd ved vekselvirkning mellom LCP 14, DCUA, DCUB og DCUC og tilhør-ende utstyr. DCUC detekterer en glidetilstand hvor oppkveilingsrørhastigheten er høyere enn injektorkjøringshastigheten og forsøker å korrigere dette ved å øke glidestykketrykketfor å tilpasse injektorkjedehastigheten til oppkveilingsrørhastig-heten. Glidestykket, også kalfinnsidekjedestrekkanordning", leverer kraft for å gripe oppkveilingsrøret slik at når injektorkjeden beveger seg, beveger også opp-kveilingsrøret seg tilsvarende i retning inn i og ut av hullet. Når et slikt forsøk svik-ter og oppkveilingsrørhastigheten overskrider den forutbestemte rusingshastighe-ten, f.eks. 300 fot/minutt (91,4 meter/minutt), sender DCUC automatisk nødstyr-ingssignaler for å påføre nødglidestykketrykk og maksimalt strippertrykk. Hvis en slik forhåndsregel bringer oppkveilingsrørhastigheten under kontroll, så har rusingen blitt korrigert og DCUB reduserer langsomt injektorhodehastigheten til å stoppe. Hvis oppkveilingsrørhastigheten ikke kan kontrolleres, så pågår rusingen inntil oppkveilingsrøret treffer bunnen av brønnen. I dette tilfelle blir injektorhastigheten og glidestykketrykket redusert til et minimum for å hindre brudd i oppkvei-lingsrøret, slik som bend ("korketrekker") som et resultat av at oppkveilingsrøret presses etter at det treffer bunnen av brønnen.

Nok et annet sviktsikringstrekk er den automatisk bruddstyrkestyringen til oppkveilingsrøret. Bestemmelse av sikre driftsgrenser og lasting av slike data inn i systemet kan bidra til å redusere forekomsten av brukne oppkveilingsrør. DCU'ene og/eller LCP'en 14 blir programmert for periodisk å forutsi økningen av oppkvei-lingsrørets aksiale spenning og brønnhullstrykket for det nærmeste tidsrom. Hvis den kombinerte spenningen til den aksiale forutsagte spenningen og spenningen som skyldes brønnhullstrykk på oppkveilingsrøret, overskrider virkegrensen for oppkveilingsrøret, så kan nødstyringssignaler avgis av LCP 14 og/eller én eller flere DCU'er for å forårsake automatisk nedkopling.

Det foreliggende styresystemet kan videre brukes til utstyrsselvdiagnose. For dette formål kan et antall diagnosesensorer være installert på oppkveilingsrør-enheten 50 og forbundet med DCLTene. Disse sensorene kan brukes til å måle et antall utstyrsytelsesindikatorer, innbefattet slitasje, deformasjon, trykksyklus og oljelekkasje. Disse sensorene kan også spore drift av utstyret og varsle operatør-ene om at vedlikehold er på tide eller om manglende, planlagt vedlikehold. Disse sensorene kan spesielt brukes til å overvåke og akkumulere spenningssyklusen, trykksyklusen, driftstiden og utkjøringslengden av oppkveilingsrøret for injektorhodet, spolen og andre utstyrskomponenter og deres tilhørende trykkledninger, slik som slanger og fittingen I tillegg kan sensorene brukes til å overvåke motordriftstid og hastighet på kraftforsyningsenheten 54. Én eller flere DCLTer og/eller LCP'en 14 kan sende vedlikeholdsmeldinger og/eller varsler til hovedstyringsstasjonen 16. Alarmer kan også utløses når vedlikehold bør utføres, og slike alarmsignaler kan sendes til fjerntliggende styringsstasjoner som kan overvåke operasjoner. Det skal bemerkes at enhver kombinasjon av automatiserings-, sviktsikringsegenskapene og utstyrsselvdiagnose-egenskapene som er diskutert her, er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for distribuert styring av en oppkveilingsrørenhet,karakterisert ved: å betjene en innmatingsanordning ved én styringsstasjon for å sende styringssignaler fra styringsstasjonen over et ikke-sanntidsnett til et lokalt styrepanel (LCP); å omforme og overføre styresignalene fra styringsstasjonen over et sanntidsnett til minst én distribuert styringsenhet (DCU), idet den minst ene DCU omfatter en kraftforsyningsenhet-DCU; å overføre styresignalene fra den minst ene DCU til det minst ene elemen-tet i oppkveilingsrørenhetsutstyret; å avføle sensordata fra minst ett element i oppkveilingsrørenhetsutstyret og overføre sensordataene over sanntidsnettet fra den minst ene DCU til LCP'en; og å omforme og overføre sensordataene fra LCP'en over et ikke-sanntidsnett til minst én utmatingsanordning ved styringsstasjonen; hvori LCP'en bygger bro-kommunikasjon mellom ikke-sanntidsnettet og sanntidsnettet, hvori den minst ene DCU omfatteren kraftforsyningsenhet-DCU, en opp-kveilingsrørspole-DCU og en injektorhode/BOP-DCU.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å avføle signalsvikt i et ikke-sanntidsnett; og å overføre styresignaler til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCU'en, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhode/BOP-DCU'en når signalsvikten i ikke-sanntidsnettet blir avfølt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å avføle en signalsvikt i et sanntidsnett; og å sende styresignaler til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCU'en, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhode/BOP-DCU'en når signalsvikten i sanntidsnettet blir avfølt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å avføle en sensordatasignal-svikt; og å sende styresignaler til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhode/BOP-DCU'en når signalsvikten for sensordataene blir avfølt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor oppkveilingsrørenheten omfatter en kraftforsyningsenhet for å levere kraft til andre komponenter i oppkveilingsrørenhe-ten, en oppkveilingsrørspole, et injektorhode, en stripper og en BOP, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å omforme og overføre styresignalene fra styrestasjonen over et sanntidsnett til én eller flere av kraftforsynings-DCU'en for å styre driften av kraftforsyningsenheten, oppkveilingsrørspole-DClTen for å styre driften av oppkveilingsrørspolen, og injektorhode/BOP-DCU'en for å regulere driften av injektorhodet, stripperen og BOP; og å avføle sensordata og sende sensordataene over sanntidsnettet fra én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCU'en, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhodet/BOP-DCU'en til LCP.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å overføre og dele sensordataene blant én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen, injektorhode/BOP-DCLTen, og LCP'en; og å beregne sviktsikringsparametere og sammenligne dem med forhåndsbe-stemte driftsgrenser og automatisk sende styresignaler fra LCP'en til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCL<T>en og injektorhode/BOP-DCL<T>en når de forhåndsinnlastede driftsgrensene blir overskredet.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å overføre og dele sensordataene blant én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCL<T>en, injektorhode/BOP-DCLTen og LCP'en; og å beregne sviktsikringsparametere og sammenligne dem mot forhåndsinnlastede driftsgrenser og automatisk sende styresignaler fra én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTene, oppkveilingrørspole-DCU'en og injektorhodet/BOP-DCLTen til andre DCLTer på sanntidsnettet og så LCP når de forhåndsinnlastede driftsgrensene blir overskredet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å lagre sensordata fra én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen injektorhode/BOP-DCL<T>en og LCP'en i en lagringsanordning; og å beregne sviktsikringsparametere basert på de lagrede sensordataene og sammenligning med en forhåndsinnlastet driftsgrense, og automatisk å sende styresignaler til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen og injektorhode/BOP-DCL<T>en når den forhåndsinnlastede driftsgrensen blir overskredet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, idet fremgangsmåten videre omfatter: å laste driftsgrenser inn i LCP'en; å sende og dele sensordataene blant én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen, injektorhode/BOP-DCL<T>en og LCP'en; og å sende styresignaler fra LCP til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen og injektorhode/BOP-DCL<T>en når driftsgrensene blir overskredet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å laste inn driftsgrenser i en lagringsanordning; å overføre og dele sensordata blant én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen, injektorhode/BOP-DCL<T>en, og LCP'en; og å overføre styresignaler til én eller flere av kraftforsyningsenhet-DCLTen, oppkveilingsrørspole-DCLTen og injektorhode/BOP-DCL<T>en når driftsgrensene overskrides.

11. System for distribuert styring av en oppkveilingsrørenhet, hvor oppkveilings-rørenheten innbefatter en kraftforsyningsenhet, en oppkveilingsrørspole, et injektorhode og en BOP, karakterisert ved: en hovedstyringsstasjon innbefattende minst én innmatingsanordning og minst én utmatingsanordning for å betjene oppkveilingsrørenheten; et lokalt styrepanel (LCP); en distribuert kraftforsyningsenhet (DCU) for å styre drift av kraftforsyningsenheten; en oppkveilingsrørspole-DCU for å regulere drift av oppkveilingsrørspolen; et injektorhode/BOP-DCU for å styre drift av injektorhodet, og BOP'en; et ikke-sanntidsnett for å sende signaler mellom hovedstyringsstasjonen og LCP; og et sanntidsnett for å sende signaler mellom LCP'en, kraftforsyningsenhet-DCU'en, oppkveilingsrørspole-DCU'en og injektorhode/BOP-DCU'en.

12. System ifølge krav 11, hvor ikke-sanntidsnettet er et Ethernet kablet nettverk.

13. System ifølge krav 11, hvor ikke-sanntidsnettet er en token-ring.

14. System ifølge krav 11, hvor sanntidsnettet er et styringsenhetnett (CAN).

15. System ifølge krav 11, hvor sanntidsnettet også bruker et sensornett til å sende sensorsignalet fra sensorer til LCP.

16. System ifølge krav 11, hvor hovedstyringsstasjonen er plassert i nærheten av oppkveilingsrørenheten.

17. System ifølge krav 16, videre omfattende minst én videoinnmatingsanordning posisjonert i nærheten av oppkveilingsrørenheten for å sende videosignaler til minst én elektronisk visningsanordning plassert i nærheten av hovedstyringsstasjonen.

18. System ifølge krav 16, videre omfattende minst én lydinnmatingsanordning i nærheten av oppkveilingsrørenheten for å overføre lydsignaler fra oppkveilingsrør-enheten til minst én lydutmatingsanordning i nærheten av hovedstyringsstasjonen.

19. System ifølge krav 11, videre omfattende en hjelpestyringsstasjon for å overvåke drift av oppkveilingsrørenheten.

20. System ifølge krav 11, hvor hovedstyringsstasjonen befinner seg i avstand fra oppkveilingsrørenheten.

21. System ifølge krav 20, videre omfattende minst én videoinnmatingsanordning posisjonert i nærheten av oppkveilingsrørenheten for å sende videosignaler til minst én elektronisk visningsanordning plassert i nærheten av styringsstasjonen.

22. System ifølge krav 20, videre omfattende minst én lydinnmatingsanordning i nærheten av oppkveilingsrørenheten for å overføre lydsignaler fra oppkveilingsrør-enheten til minst én lydutmatingsanordning i nærheten av hovedstyringsstasjonen.