NO340968B1 - System for betjening av en eller flere undersjøiske, hydrauliske aktuatorer via en navlestreng - Google Patents

Description

SYSTEM FOR BETJENING AV EN ELLER FLERE UNDERSJØISKE, HYDRAULISKE AKTUATORER VIA EN NAVLESTRENG

System for betjening av en eller flere undersjøisk hydraulisk aktuatorer som på trykkfluidkommuniserende vis er forbundet med en hydraulisk kraftenhet anordnet på en overflateinstallasjon via respektive ledninger som er anordnet i en navlestreng som i det minste delvis er kveilet opp på en spole anbrakt ved nevnte hydrauliske kraftenhet på overflateinstallasjonen, og hvor trykkfluid-strømmer mellom den hydrauliske kraftenheten og de hydrauliske aktuatorene er styrt av respektive hydraulikkventiler.

Ved ulike undervannsoperasjoner med tilhørende installasjon, vedlikehold og trekking av under-vannsutstyr fra overflateinstallasjoner/-innretninger er det behov for å styre mange ulike type av undersjøiske systemer. Noen systemer er konfigurert for flere ulike operasjoner, mens andre er beregnet på mer begrenset anvendelse. Systemene omfatter aktuatorer av ulikt slag, f.eks. ventiler betjenes ved hjelp av lineær- eller rotasjonsaktuatorer, typisk i form av hydrauliske sylindre eller motorer. Aktuatorene og andre komponenter må tilføres energi, for eksempel i form av elektrisk strøm og/eller et hydraulisk fluid under trykk. Energitilførselen kan skje fra energiakkumulatorer nær det undersjøiske systemet, for eksempel elektriske batterier eller gassakkumulatorer, eller via navlestreng med hydrauliske ledninger og kabelforbindelser fra en hydraulisk kraftenhet og et strømforsyningssystem anordnet på en overflateinstallasjon. Overflateplassering av kontrollventiler og hydraulisk operasjon via ledninger i navlestrengen anvendes i stor utstrekning når systemene som skal styres, befinner seg mindre enn 500 meter under vannoverflaten.

En hydraulisk kraftenhet for styring av et undersjøisk hydraulisk system fra overflaten omfatter typisk en eller flere av komponenter som reservoar, pumpe, filter, akkumulator og trykkregulator for akkumulator. Kraftenheten er tilkoplet én eller flere hydraulikkventiler som ved behov tilfører en tilknyttet forbruker, dvs. en hydraulisk aktuator, hydraulisk trykksatt fluid, eventuelt blør av hydraulisk fluid fra forbrukeren. En hydraulikkventil er typisk fjernbetjent, for eksempel ved hjelp av én eller flere magnetspoler, eller den kan være betjent manuelt av en operatør.

Forbindelsen mellom hydraulikkventilene og de undersjøiske forbrukerne er tildannet av samlinger av ledninger som strekker seg gjennom et hydraulisk overflatedistribusjonssystem, en navlestreng og et undervanns hydraulisk distribusjonssystem som er tilpasset undervannsutstyret og operasjo-nen som skal utføres. Navlestrengen er kveilet opp på en navlestrengspole som mater ut en til- strekkelig navlestrengslengde etter behov. De hydrauliske kontrollventilene er normalt anbrakt i den hydrauliske kraftenheten. En samling av hydraulikkledninger med en lengde på typisk 50-120m forbinder kontrollventilene en tilkopling på navlestrengspolen. På navlestrengspolen er det anordnet ledningskoplinger, vanligvis hurtigkoplinger, slik at forbindelsen mellom ledningene i navlestrengen og de respektive portene i hydraulikkventilene kan brytes når navlestrengspolen skal roteres for å kjøre ut eller hale inn navlestrengen. Ledningsforbindelser som må opprettholdes også når navlestrengspolen skal roteres, kan være permanent tilkoplet hydraulikkventiler! og kraftenheten via svivelkoplinger i spolens nav.

En navlestrengforbindelse av denne art kan gjerne omfatte over 20 hydrauliske ledninger. Kopling-ene og ledningene mellom hydraulikkventilene og navlestrengspolen representerer en betydelig kostnad, krever betydelig innsats ved til- og fråkopling og er sårbare både på grunn av sitt omfang og sin plassering mellom navlestrengspolen og hydraulikkventilene.

US2013103208 beskriver et kontrollsystem for kompletterings-, intervensjons- og testaktiviteter på en undersjøisk lokasjon. Kontrollsystemet er tilknyttet en navlestreng som er lagret og blir transpor-tert på en spole.

US2014374114 A1, US2013003496 A1, US8061644 B1 og US6223675 B1 viser eksempler på systemer for betjening av én eller flere hydrauliske aktuatorer som på trykkfluidkommuniserende

vis og via ledninger i en navlestreng oppkveilbar på en spole er forbundet med en hydraulisk kraftenhet anordnet på en overflateinstallasjon, hvor spolen er anordnet ved kraftenheten og hvor trykk-fluidstrømmer mellom kraftenheten og de hydrauliske aktuatorene er styrt av respektive hydraulikkventiler.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende pa-tentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer et system for betjening av en eller flere undersjøiske, hydrauliske aktuatorer som på trykkfluidkommuniserende vis er forbundet med en hydraulisk kraftenhet anordnet på en overflateinstallasjon via respektive ledninger som er anordnet i en navlestreng som i det minste delvis er kveilet opp på en spole anbrakt ved nevnte hydrauliske kraftenhet på overflateinstallasjonen, og hvor trykkfluidstrømmer mellom den hydrauliske kraftenheten og de hydrauliske aktuatorene er styrt av respektive hydraulikkventiler. Hydraulikkventilene er anordnet i spolen og er tilknyttet et første styringssystem som er anordnet i spolen og er innrettet til signalkommunikasjon med et andre styringssystem anordnet i en avstand fra spolen. Hydraulikkventilene er fortrinnsvis koplet til den hydrauliske kraftenheten med ett sett av trykk- og returledninger, eventuelt via en fordeler anordnet i spolen. Nevnte trykk- og returledninger kan være frakoplbare, for eksempel ved hjelp av i og for seg kjente hurtigkoplinger, slik at nevnte trykk- og returledningssett kan koples fra spolen når navlestrengen skal mates ut eller spoles inn. Dersom det er behov for å kunne betjene én eller flere av de hydrauliske aktuatorene mens navlestrengen mates ut av eller trekkes inn på spolen, kan forbindelsen mellom manifolden og den hydrauliske kraftenheten omfatte hydrauliske svivelforbin-delser i spolens nav, slik at hydraulikkventilene alltid er forbundet med den hydrauliske kraftenheten.

Tilførsel av elektrisk strøm til hydraulikkventilene i spolen og eventuelle andre forbrukere tilknyttet navlestrengen kan anordnes på tilsvarende vis, dvs. enten ved en frakoplbar ledningsforbindelse mellom spolen og et strømforsyningssystem, eller ved at forbindelsen er permanent og går via sleperinger eller lignende roterbare overføringsanordninger som opprettholder forsyningen også når spolen roterer. I tillegg kan elektriske akkumulatorer være anordnet i spolen for å forsyne hydraulikkventilene, det første styringssystemet og eventuelle andre forbrukere som er tilknyttet navlestrengen, med elektrisk strøm i en eventuell nødssituasjon hvor tilførselen av elektrisk strøm til spolen har sviktet.

Signalkommunikasjonen mellom det første styringssystemet anordnet i spolen og det andre styringssystemet anordnet i en avstand fra spolen kan gå gjennom frakoplbare signalledninger, signalledninger som er permanent forbundet med styringssystemene via sleperinger eller lignende roterbare overføringsanordninger som opprettholder forsyningen når spolen roterer, eller signalkommunikasjonen kan være trådløs. Signalkommunikasjonen kan gå gjennom strømtilfør-selsledningene.

Det første styringssystemet er fordelaktig innrettet til automatisk å kunne utføre programmerte nø-doperasjoner dersom strømtilførselen og forbindelsen med det andre styringssystemet svikte. Det er også en fordel om det første styringssystemet er innrettet til å kunne lagre mottatt informasjon fra tilknyttede sensorer i perioder når forbindelsen med det andre styringssystemet er brutt.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt et system for betjening av en eller flere undersjøisk hydraulisk aktuatorer som på trykkfluidkommuniserende vis er forbundet med en hydraulisk kraftenhet anordnet på en overflateinstallasjon via respektive ledninger som er anordnet i en navlestreng som i det minste delvis er kveilet opp på en spole anbrakt ved nevnte hydrauliske kraftenhet på overflateinstallasjonen, og hvor trykkfluidstrømmer mellom den hydrauliske kraftenheten og de hydrauliske aktuatorene er styrt av respektive hydraulikkventiler, kjennetegnet ved at hydraulikkventilene er anordnet i navlestrengspolen og er tilknyttet et første styringssystem som er anordnet i navlestrengspolen og er innrettet til signalkommunikasjon med et andre styringssystem anordnet i en avstand fra navlestrengspolen.

Hydraulikkventilene kan være koplet til den hydrauliske kraftenheten med et frakoplbart trykk- og returledningssett.

Alternativt kan hydraulikkventilene være permanent koplet til den hydrauliske kraftenheten med trykk- og returledningssettet via roterbare overføringsanordninger anordnet i navlestrengspolens nav. Fordelen med dette er at hydraulikkfunksjonene kan anvendes også mens navlestrengen mates ut eller spoles inn.

Det første styringssystemet kan via roterbare overføringsanordninger anordnet i navlestrengspolens nav koplet til et strømforsyningssystem anordnet i en avstand fra navlestrengspolen. Dermed kan systemets funksjoner opprettholdes også mens navlestrengen mates ut eller spoles inn.

En elektrisk akkumulator som er anordnet i navlestrengspolen, kan være tilkoplet det første styringssystemet. Dermed er det etablert en reserveløsning for strømtilførsel til tilknyttede komponenter dersom det blir brudd i strømforsyningen fra det tilknyttede strømforsyningsnettet.

Det første styringssystemet kan via navlestrengen være innrettet til mottak av signaler fra en eller flere sensorer tilknyttet den hydrauliske aktuatoren.

Det første styringssystemet og det andre styringssystemet kan være forsynt med et trådløst sender-/mottakersystem. Dermed kan overføringen av styringssignaler etc. foregå uavhengig av eventuelle brudd i ledningsforbindelser mellom spolen og omgivelsene.

Det første styringssystemet kan være innrettet til automatisk å kunne generere styringssignaler for hydraulikkventilene og/eller å regulere strømtilførselen til andre tilknyttede forbrukere basert på mottak av signaler fra tilknyttede sensorer i en situasjon hvor kommunikasjonen med det andre styringssystemet er brutt. Dermed kan eventuelle nødprosedyrer iverksettes automatisk ved alvor-lig svikt i systemets normalfunksjoner.

Det første styringssystemet kan omfatte midler for lagring av informasjon mottatt fra de tilknyttede sensorene. En fordel med dette er at informasjon som mottas fra tilknyttede sensorer etc. i perioder med brudd i forbindelsen mellom det første og det andre styringssystemet, kan tas vare på og overføres til det andre styringssystemet straks forbindelsen er gjenopprettet.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et perspektivriss av en navlestrengspole med et betjeningsarrange-ment for fjerntliggende forbrukere tilknyttet til en navlestreng, idet betjeningsarrang-ementet står i forbindelse med en hydraulisk kraftenhet og et strømforsyningssystem via frakoplbare ledninger; Fig. 2 viser en variant hvor forbindelsen opprettholdes via roterbare koplinger som hydrauliske svivel- og elektriske sleperingforbindelser eller lignende i navlestrengspolens nav; og Fig. 3 viser i mindre målestokk en oversikt over en undersjøisk installasjon forbundet med en overflateinstallasjon via en navlestreng delvis kveilet opp på en spole ifølge oppfinnelsen.

På figurene angir henvisningstallet 1 en navlestreng som på i og for seg kjent vis omfatter en samling av ledninger som strekker seg fra en overflateinstallasjon 10 og til en undersjøisk forbruker 11 (se figur 3), for eksempel en ventilaktuator på et verktøysystem tilknyttet et ventiltre på et undersjø-isk brønnhode. Navlestrengen 1 er delvis kveilet opp på en navlestrengspole 2 som ved hjelp av en spoledrivenhet 22 kan mate ut eller spole opp navlestrengen 1. Navlestrengen 1 rommer blant annet hydrauliske ledninger, for eksempel en trykkledning 231 og en returledning 232 som er koplet til hydrauliske hydraulikkventiler 23 (se særlig figurene 1 og 2). Flere hydraulikkventiler 23 er samlet i ei ventilblokk 23' anordnet i navlestrengspolen 2. Det er innlysende for en fagperson at hydraulikkventilene 23 kan forekomme både som enkeltvirkende ventiler forbundet med hver sin forbruker med bare én hydraulisk ledning, eller som dobbeltvirkende ventiler som vist på figurene, forbundet med hver sin forbruker med to hydrauliske ledninger.

Ventilblokka 23' står i fluidkommuniserende forbindelse med en i og for seg kjent hydraulisk kraftenhet 3 anordnet i en avstand fra navlestrengspolen 2 via et trykk- og returledningssett 6. Den hydrauliske kraftenheten 3 omfatter nødvendige komponenter for å kunne opprettholde et foreskre-vet fluidtrykk i en hydraulisk krets.

Navlestrengen 1 kan også omfatte én eller flere ledninger 27, for eksempel for framføring av elektrisk strøm fra et strømforsyningssystem 4 til undersjøiske forbrukere (ikke vist) eller for signalover-føring mellom sensorer 12 (se figur 3) og et første styringssystem 24. Den elektriske generatoren 4 er anordnet i en avstand fra navlestrengspolen 2 og er tilkoplet et koplingsgrensesnitt (beskrives mer detaljert nedenfor) på navlestrengspolen 2 ved hjelp av en tilførselsledning 7 for strøm.

Det første styringssystemet 24 er anordnet i navlestrengspolen 2 og står i styresignalkommunise-rende forbindelse med hydraulikkventilene 23 via en eller flere signalledninger 241, for eksempel i form av elektrisk sty rest røm til elektromagneter (ikke vist) på hydraulikkventilene 23. Det første styringssystemet 24 står også i signalkommuniserende forbindelse med et andre styringssystem 5 anordnet i en avstand fra navlestrengspolen 2.1 utførelsen vist på figur 1 er denne forbindelsen tilveiebrakt via en signalledning 8 som er løsgjørbart tilkoplet navlestrengspolen 2 via nevnte koplingsgrensesnitt. I utførelsen vist på figur 2 er forbindelsen tilveiebrakt ved hjelp av et trådløst sender-/mottakersystem 9.

Fra det andre styringssystemet 5 avleses returnerte signaler fra sensorene 12 som er koplet til det første styringssystemet 24, og hydraulikkventilene 23 fjernbetjenes når det er behov for å operere de undersjøiske aktuatorene 11.

Det første styringssystemet 24 kan omfatte midler for automatisk generering av styringssignaler for hydraulikkventilene 23 og/eller automatisk regulering av strømtilførselen til andre tilknyttede forbrukere basert på mottak av signaler fra tilknyttede sensorer 12 i en situasjon hvor kommunikasjonen med det andre styringssystemet 5 er brutt. Det første styringssystemet 24 omfatter også midler for lagring av informasjon mottatt fra de tilknyttede sensorene 12.

På figur 1 er det skjematisk vist et koplingsgrensesnitt på navlestrengspolen 2 i form av et kop-lingspanel 26 omfattende egnede koplinger 261 for tilførsel og retur av hydraulikkfluid, elektrisk strøm og signaloverføring ved at trykk- og returledningssettet 6, tilførselsledningen 7 for strøm og signalledningen 8 kan koples til sine respektive systemer på navlestrengspolen 2 når navlestrengspolen 2 ikke roterer.

På figur 2 er det vist et andre utførelseseksempel, hvor hydraulikkfluid og strøm overføres til de respektive systemene på navlestrengspolen 2 via roterbare overføringsanordninger 211 i navlestrengspolens nav 21. De roterbare overføringsanordningene kan være av typene hydrauliske svivler og elektriske sleperinger. Signalkommunikasjonen mellom det første styringssystemet 24 og det andre styringssystemet 5 er her vist som et trådløst sender-/mottakersystem 9.1 denne utførel-sen kan navlestrengspolen 2 rotere mens det tilføres hydraulikkfluid og strøm samtidig som en har fordelen av å kunne opprettholde en kontinuerlig signalkommunikasjon både med systemene i navlestrengspolen 2 og med de tilkoplede undersjøiske sensorene 12 via navlestrengen 1.

På figur 1 er det også vist en elektrisk akkumulator 25 anordnet i navlestrengspolen 2. Akkumulatoren 25 lades av strømforsyningssystemet 4 via tilførselsledningen 7. Akkumulatoren 25 vil kunne forsyne tilknyttede forbrukere med elektrisk strøm når leveransen fra strømforsyningssystemet 4 opphører, enten dette skyldes at tilførselsledningen 7 er koplet fra når navlestrengspolen 2 roteres for å mate ut eller spole opp navlestrengen 1, eller det er feil i strømforsyningssystemet 4.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende. Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former, ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims (9)

1. System for betjening av en eller flere undersjøiske, hydrauliske aktuatorer (11) som på trykkfluidkommuniserende vis er forbundet med en hydraulisk kraftenhet (3) anordnet på en overflateinstallasjon (10) via respektive ledninger som er anordnet i en navlestreng (1) som i det minste delvis er kveilet opp på en spole (2) anbrakt ved nevnte hydrauliske kraftenhet (3) på overflateinstallasjonen (10), og hvor trykkfluidstrømmer mellom den hydrauliske kraftenheten (3) og de hydrauliske aktuatorene (11) er styrt av respektive hydraulikkventiler (23),karakterisert vedat hydraulikkventilene (23) er anordnet i navlestrengspolen (2) og er tilknyttet et første styringssystem (24) som er anordnet i navlestrengspolen (2) og er innrettet til signalkommunikasjon med et andre styringssystem (5) anordnet i en avstand fra navlestrengspolen (2).

2. System i henhold til krav 1, hvor hydraulikkventilene (23) er koplet til den hydrauliske kraftenheten (3) med et frakoplbart trykk- og returledningssett (6).

3. System i henhold til krav 1, hvor hydraulikkventilene (23) er via roterbare overføringsan-ordninger (211) anordnet i navlestrengspolens (2) nav (21) koplet til den hydrauliske kraftenheten (3) med et trykk- og returledningssett (6).

4. System i henhold til krav 1, hvor det første styringssystemet (24) er via roterbare overfø-ringsanordninger (211) anordnet i navlestrengspolens (2) nav (21) koplet til et strømfor-syningssystem (4) anordnet i en avstand fra navlestrengspolen (2).

5. System i henhold til krav 1, hvor en elektrisk akkumulator (25) som er anordnet i navlestrengspolen (2), er tilkoplet det første styringssystemet (24).

6. System i henhold til krav 1, hvor det første styringssystemet (24) via navlestrengen (1) er innrettet til mottak av signaler fra en eller flere sensorer (12) tilknyttet den hydraulisk aktuatoren (11).

7. System i henhold til krav 1, hvor det første styringssystemet (24) og det andre styringssystemet (5) er forsynt med et trådløst sender-/mottakersystem (9).

8. System i henhold til krav 1, hvor det første styringssystemet (24) er innrettet til automatisk å kunne generere styringssignaler for hydraulikkventilene (23) og/eller å regulere strømtil-førselen til andre tilknyttede forbrukere basert på mottak av signaler fra tilknyttede sensorer (12) i en situasjon hvor kommunikasjonen med det andre styringssystemet (5) er brutt.

9. System i henhold til krav 1, hvor det første styringssystemet (24) omfatter midler for lagring av informasjon mottatt fra de tilknyttede sensorene (12).