NO309696B1 - Anordning ved fjernstyring av organer, for eksempel ventiler, ved hydraulisk påvirkning i undervannsmiljö - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved fjernstyring av organer, for eksempel ventiler ved hydraulisk påvirkning i et undersjøisk miljø, spesielt ventiler for et brønnhode for et undersjøisk oljereservoar.

Et brønnhode for et undersjøisk oljereservoar er utstyrt med en konstruksjon, som er plassert på havbunnen, betegnet "juletre", og som omfatter flere ventiler som kan påvirkes hydraulisk.

I forbindelse med konvensjonelle systemer vil manøvreringen av ventilene finne sted ved hjelp av en sentralenhet som er forbundet med de hydrauliske aktuatorer, som er knyttet til hver sin ventil via fleksible slanger.

Idet disse systemer er beheftet med den ulempe at de er tunge og dyre, er det allerede foreslått å erstatte sent-ralenheten med flere autonome moduler, betegnet fjernstyreenheter for ventiler, som styres innbyrdes individuelt.

Disse autonome fjernstyreenheter for ventiler synes å være den løsning som er mest anvendt hva angår vedlikehold av brønnhodene, i den grad at feilfunksjon ved en isolert fjernstyreenhet ikke vil medføre at hele brønnhodet blir satt ut av drift, slik dette forekommer i tilfelle sentral-enheten svikter.

Imidlertid må. hver fjernstyreenhet for ventilen måtte tilkobles individuelt til en styresentral, idet et slikt arrangement innebærer et stort antall forbindelser.

Det er allerede foreslått å konstruere et nett, hvor man knytter sammen alle fjernstyreenhetene for ventilene for et brønnhode, som for eksempel tillater reduksjon av antall nødvendige koblinger.

Denne løsning, som i utgangspunktet er tilfredsstillende når det gjelder reduksjonen av antall forbindelser, innebæ rer imidlertid det problem som vedrører et slikt netts funksjonspålitelighet, idet man til stadighet er bekymret hva angår det å sikre seg mot risiko for passivisering av hele brønnhodet.

I virkeligheten vil nettdriften av fjernstyreenhetene for ventiler ikke kunne gjenopptas ved en enkel avgrening av sistnevnte via en eneste elektrisk krets, på grunn av det forhold at de forskjellige fjernstyreenheter for ventiler skal utføre flere oppgaver.

Således vil man finne fjernstyreenheter for ventiler som funksjonerer på måter som er innbyrdes radikalt forskjellige på det samme brønnhode, idet noen blant annet samler inn forskjellig informasjon som mottas av givere plassert på brønnhodet.

Følgelig er det på den ene side nødvendig at fjernstyreenhetene for ventiler alle kan være koblet til ett og samme nett, og på den annen side kunne påta seg forskjellige oppgaver på brønnhodet med hensyn til funksjonen for den ventil som de styrer.

De organer, som tillater at man oppnår et slikt mål, bør blant annet være kompatible med de betingelser som forekommer der de er ment å operere, hvilket innebærer et undersjøisk miljø, og eventuelt på store dyp.

GB søknad nr. 2 264 737 beskriver elektroniske kretser, som generelt styrer elektroventiler, og behandler og analyserer signalene og målingene. Funksjonsprinsippet og teknologien bak kretsene er imidlertid ikke beskrevet.

US patent 4,639,852 beskriver et sentralisert system for prosesstyring, som benytter distribuerte styringsanordninger.

Dette systemet omfatter en datamaskin (3) for overvåkning og en rekke styringsanordninger (1), som er tilknyttet datamaskinen (3) via transmisjonslinjer (2). Som beskrevet i dokumentet, kan dette system benyttes i industrielle prosesser, som for eksempel til å kontrollere temperaturen i en smelteovn. Systemet beskrevet i dette dokument er imidlertid ikke innrettet til å styre hydraulisk aktiverte ventiler ved brønnhoder i marint miljø. Anordningen i US-patentet omfatter blant annet kontrollkretser, som man kjenner til krever periodisk vedlikehold over tid. Videre har systemet en oppbygning, jamfør figur 1, som ikke er så kompakt at den kan gi mulighet for intervensjon ved behov av dykker eller ROV.

Den foreliggende oppfinnelse gir anvisning på en anordning ved fjernstyring, som spesielt er tilpasset faste undersjø-iske installasjoner, spesielt ventiler på et brønnhode som tilfredsstiller disse krav, spesielt vedrørende pålitelighet .

Den foreliggende oppfinnelse gir anvisning på en anordning ved fjernstyring av hydraulisk påvirkelige ventiler på et brønnhode for et undersjøisk oljereservoar, omfattende flere moduler som er forbundet i nett, idet hver modul er assosiert med én av de hydraulisk påvirkelige ventiler, hvor hver modul omfatter en mikroprosessor, et grensesnitt for sin forbindelse med nettet, et første ikke-flyktige lager som kan programmeres og slettes på elektrisk vis, et andre programmerbart lager til drift av mikroprosessoren og utgangsportene, som er innrettet til å være forbundet med en aktuator for styring av den hydraulisk påvirkede ventilen, idet et program for start og innlesing er skrevet inn i det første ikke-flyktige lager og innrettet til automatisk å utføres av mikroprosessoren, når modulen settes under spenning, og utføre innlastingen i det første ikke-flyktige lager fra en spesiell programvare mottatt via grensesnittet.

Anordningen ved fjernstyring i henhold til oppfinnelsen gir den fordel at hver modul kan tilpasses nøyaktig til spesifikke oppgaver som man ønsker utført, uten at det er nød-vendig å forstyrre dennes materielle struktur, og likevel med gode betingelser for pålitelighet.

I henhold til oppfinnelsen skaffer anordningen ved fjernstyring med andre ord samtidig en anordning som kan reali-seres, som skreddersydd, spesielt tilpasset den aktuelle bruk, og de fordeler som vedrører en anordning som kan fremstilles i store serier.

Fordi den er tilpasset til sin spesielle bruk på en rent logikkoppbygget måte, vil hver modul ved den fjernstyrte anordning ifølge oppfinnelsen kunne bli lukket inne i en vanntett beholder allerede ved levering fra fabrikk , idet grensesnittet og utgangsporten bare er tilgjengelig fra utsiden av beholderen.

Dette innebærer en vesentlig fordel innenfor den foreliggende oppfinnelses område, det være seg utstyr for under-sjøiske installasjoner, fordi det nivå av pålitelighet, som kreves innenfor dette området, er meget høyt, spesielt av den grunn at avbrudd ved vedlikehold er kostbart.

I virkeligheten, enten det dreier seg om en liten dybde, hvor en dykker kan gripe inn, eller en stor dybde, hvor en robot er nødvendig, vil det gjøre utslag i økonomien med et inngrep under de ti til femten år som medfølger utstyret for installasjonen.

Det forhold å kunne innelukke hver modul i en vanntett beholder gjør dessuten at anordningen ifølge oppfinnelsen blir veldig kompakt og er forholdsvis enkel å reparere, når dette likevel måtte være nødvendig. De midler som tas i bruk for denne reparasjon, kan likevel være temmelig enkle.

Ved en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen omfatter modulen blant annet inngangsporter, som er innrettet til for eksempel å kunne kobles til giverne, for trykk eller temperatur, som avleverer måleresultater, som kan bearbei-des videre av kretsens mikroprosessor og/eller sendes videre via nettet til destinasjonen for en fjernstyrings-sentral.

I henhold til oppfinnelsen kan hver modul i anordningen være konfigurert, hvilket innebærer at det første ikke-flyktige lager kan omfatte en programvare, før den settes på plass og installeres i nettet eller etter dette, via nettet.

I virkeligheten vil den første programvare med hensyn til automatisk innlasting i det første ikke-flyktige lager i modulen ved hjelp av mikroprosessoren som utfører programmet for oppstarting og innlasting, kunne finne sted under bruken av anordningen, idet modulen ville kunne konfigureres på nytt via nettet.

I en viss utstrekning kan denne programvare likeledes tenkes utført, slik at noen av parametrene kan gjeninntas daglig via nettet.

Med det formål å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen, vil det nå bli beskrevet en'utførelsesform gitt som et ikke-begrensende eksempel under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Figur 1 viser skjematisk et undersjøisk oljebrønnhode utstyrt med styrte ventiler i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 2 viser funksjonelt forskjellige moduler forbundet i et nett i henhold til anordningen vist på figur 1. Figur 3 viser skjematisk den hybride krets for én av modulene ifølge figur 2.

På figur 1 er det vist et brønnhode utstyrt med et juletre som bærer flere ventiler (2), som kan påvirkes hydraulisk.

Til hver ventil (2) er det assosiert en hydraulisk aktuator (3) .

En autonom modul (4), eller en fjernstyrer for ventil, er forbundet med hver hydraulisk aktuator (3) ved hjelp av en koblingsbeholder (5).

De forskjellige moduler er bundet sammen i et nett (6) og koblet til et navlestrenghode (7).

På figur 2 har man skjematisk vist tre av modulene (4) ifølge figur 1, som hver er lukket inne i en vanntett beholder, som er innrettet til å holde et trykk som er lik det ytre omgivelsestrykk.

Disse moduler (4) er nettkoblet ved hjelp av en forbindelse (6) som er vist skjematisk med stiplede linjer på denne figur 2.

Hver modul (4) omfatter spesielt en elektroventil (8) og en elektronisk krets (9).

Elektroventilen (8) blir matet med trykkfluidum via en ledning (10) som hver modul er koblet til, og fører dette til aktuatoren (3) for den tilhørende ventil (2).

Hver modul (4) blir elektrisk matet ved hjelp av strømmate-krets (11).

To av modulene (4), som er vist øverst på figur 2, er blant annet forbundet med en giver (12), som fremskaffer målingene på brønnhodet.

På figur 3 har man vist den elektroniske krets (9) for en modul (4).

Ved en slik krets vil forbindelsene være redusert så mye som mulig, noe som bidrar til modulens pålitelighet og kompakthet.

Kretsen omfatter en mikroprosessor (13), for eksempel av den type som selges under betegnelsen 68302 av selskapet Motorola, idet den er forbundet med en giverbuss (14) og en adressebuss (15) til et første ikke-flyktig programmerbart lager, som kan slettes elektrisk (17), og til et andre skrivelager (16) .

Et programmerbart logikknett (18) er likeledes forbundet med mikroprosessoren (13) ved hjelp av giverbussen (14), adressebussen (15) og en styrebuss (19), som tillater nevnte konfigurasjon av det programmerbare logikknett (18) ved hjelp av mikroprosessoren (13).

Det programmerbare logikknett (18) er forbundet med fire trinn for analoge innsamlere (20) og åtte porter for inn-/- utgang (21).

Første grensesnitt (22), av typen RS 232, er forbundet med mikroprosessoren (13), og et andre grensesnitt (23), av typen Manchester 422, er forbundet med det programmerbare logikknett (18) .

Mikroprosessoren (13) er likeledes forbundet med to kraft-transistorer (24), som styrer den strøm som tilføres elektroventilen (8) for den tilsvarende aktuator (3).

Elektroventilen (8) er fortrinnsvis bistabil, idet to sole-noider er nødvendige for styring av samme.

Av sikkerhetsmessige grunner er spolene dessuten for-doblet, hvilket tillater å benytte en andre spole i tilfelle av spolesvikt.

Strømmen som går i spolene blir målt, og verdien blir kommunisert til mikroprosessoren (13), som således kan styre den funksjonelle side ved spolene.

Av de fire trinn av analoge innsamlere (20), kan to (20a og 20b) bli benyttet til innsamling av de målinger som frem-skaffes av giverne, ikke vist, men som for eksempel er plassert på juletreet, mens en tredje (20c) for å tegne opp utgangstrykket fra modulen (4) på en slik måte at det verifiseres, når man betjener elektroventilen (8), om denne trer i virksomhet, hvilket gir seg uttrykk som en stigning i trykket i ventilens aktuatororgan.

Det fjerde trinn for analog innsamling (20d), så vel som de åtte porter for inn-/utgang (21), står til disposisjon for diverse utnyttelser som ikke vil bli beskrevet her.

Det programmerbare logikknett (18) er på den ene side konfigurert for å sikre den binære koding, som er nødven-dig for kommunikasjonen via nettet ved hjelp av grensesnittet Manchester 23, og på den annen side for omforming til numerisk informasjon, som kan utnyttes av mikroprosessoren (13), de signaler som avgis fra trinnene for analog innsamling (20) .

I henhold til oppfinnelsen vil det første ikke-flyktige lager (17) til å begynne med omfatte et program for oppstarting og innlasting, som blir automatisk utført av mikroprosessoren (13), når modulen (4) for første gang settes under spenning.

Programmet for oppstarting og innlasting er likt for alle modulene.

Under utførelsen vil dette program tillate innskriving i det første ikke-flyktige lager (17), som kan programmeres elektrisk av en spesiell programvare som blir mottatt via grensesnittet (RS 232 22), en programvare som mikropro sessoren (13) vil utføre mens modulen vil bli satt på plass på brønnhodet.

Grensesnittet RS 232 22 vil således være innrettet til bare å brukes en gang, og da under den første konfigurasjon av den elektroniske krets.

Signalene vil altså bli overført til kretsen via et bruks-nett (25), som er forbundet med grensesnittet (22) .

Ved én variant vil spesielt den elektroniske krets bare omfatte ett eneste grensesnitt (23), som kommer til virksomhet ved første fjernmating av en spesifikk programvare og ved tilkobling til nettet (6).

Med fordel vil programvaren, således fjernmates, omfatte de parametre, som kan bringes frem via nettet (6), som er koblet til grensesnittet (Manchester 23).

Ved en variant kan hele det spesifikke dataprogram kunne slettes, idet et nytt spesifikt dataprogram kan fjernmates nok en gang via nevnte nett.

Fordelen ved en krets av den type som er beskrevet, går ut på det at den kan fremstilles i store serier, idet spesial-trekkene ved hvert eksemplar endelig kan føres inn ved fjernmating av et spesielt dataprogram til hver modul.

Denne logikktilpasning av kretsen har dessuten den fordel at man kan isolere modulen inne i en vanntett beholder, som er motstandsdyktig mot dybdetrykket, for eksempel ved hjelp av et inert dielektrisk fluidum som opptar hele det indre volum av beholderen.

Det forhold at aksess til det indre av modulen er umulig, vil dessuten bidra til å øke påliteligheten for sistnevnte, idet man unngår skadelige forstyrrelser på de elementer som modulen inneholder.

Det skal vel forstås at den utførelsesform, som er beskrevet, bare er å forstå som begrensende, og at den kan omfatte alle ønskelige modifikasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens omfang.

Claims (3)

1. Anordning ved fjernstyring av hydraulisk påvirkelige ventiler på et brønnhode for et undersjøisk oljereservoar, omfattende flere moduler som er forbundet i nett, idet hver modul er assosiert med én av de hydraulisk påvirkelige ventiler, karakterisert vedat hver modul (4) omfatter en mikroprosessor (13), et grensesnitt (23) for sin forbindelse med nettet (6), et første ikke-flyktig lager som kan programmeres og slettes på elektrisk vis (17), et andre programmerbart lager (16) til drift av mikroprosessoren (13) og utgangsportene (24), som er innrettet til å være forbundet med en aktuator (3) for styring av den hydraulisk påvirkede ventilen (2), idet et program for start og innlesing er skrevet inn i det første ikke-flyktige lager (17) og innrettet til automatisk å utføres av mikroprosessoren (13), når modulen (4) settes under spenning, og utføre innlastingen i det første ikke-flyktige lager (17) fra en spesiell programvare mottatt via grensesnittet (23) .

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat modulen (4) dessuten omfatter inngangsporter (20 og 21), som er innrettet til for eksempel å føre trykk eller temperatur videre til giverne.

3. Anordning som angitt i ett av kravene 1 og 2,karakterisert vedat grensesnittet (23) dessuten kan motta et nytt spesifikt dataprogram via nettet (6), som kan skrives inn i det første ikke-flyktige lager (17) i stedet for et spesifikt dataprogram, som tidligere er fjerninnmatet.