Testing av et styresystem inkluderende en ventil. Oppfinnelsens område Denne oppfinnelsen vedrører testing av et styresystem innbefattende en ventil.

Transkript

1 1 Testing av et styresystem inkluderende en ventil Oppfinnelsens område Denne oppfinnelsen vedrører testing av et styresystem innbefattende en ventil. Bakgrunn for oppfinnelsen Reguleringsventiler i styresystemer for undersjøiske fluidproduksjonsbrønner blir gjerne sjelden betjent (f.eks. hver 6. måned eller sjeldnere). Et problem er at det kan foreligge en feil i systemet som ikke vil bli synlig før brønnoperatøren forsøker å betjene ventilen. Oppdagelse av feilen i en krisesituasjon kan være katastrofalt. Systemer ifølge utførelsesformer av denne oppfinnelsen gjør at brønnoperatøren kan bli varslet på forhånd om en feil, og reduserer således i betydelig grad sannsynligheten for at en systemfeil ikke blir oppdaget før i en krisesituasjon. Systemer ifølge utførelsesformer av oppfinnelsen tester hyppig kommunikasjon, styrekretser, overvåkningskretser, ledninger til ventilen og en solenoidspole i en solenoid for betjening av ventilen, uten å faktisk betjene den. Dersom det er kjent at det foreligger et problem før det faktisk er behov for funksjonen, kan derfor påliteligheten økes ved å forberede en slik test under planmessig vedlikehold. WO 01/06162 viser en fremgangsmåte i samsvar med trekkene i ingressen til krav 1. US-A viser et styresystem for et undervanns hydrokarbonproduksjonssystem. 30 Oppsummering av oppfinnelsen Ifølge ett aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte ved testing av styresystem innbefattende kommunikasjon, styrekretser, kabler og en ventil som kan betjenes av en solenoid, fremgangsmåten omfattende å påtrykke en strøm gjennom en spole i solenoiden, der strømmen er for lav til å bevirke solenoiden til å betjene ventilen, og overvåke en respons fra systemet til strømmen, kjennetegnet ved at ventilen er en undervannsretningsventil i en undersjøisk fluidutvinningsbrønn som har et styrested på toppsiden og påtrykkingen av nevnte strøm gjennom spolen bevirkes fra styrestedet på toppsiden til fluidutvinningsbrønnen. 3 Nevnte respons kan overvåkes ved å overvåke strøm i systemet, for eksempel strøm gjennom spolen, eller ved å overvåke spenning over spolen.

2 2 Påtrykkingen av nevnte strøm gjennom nevnte spole bevirkes fortrinnsvis i intervaller. Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et styresystem innbefattende kommunikasjon, styrekretser, kabler og en ventil som kan betjenes av en solenoid, systemet omfattende midler for å påtrykke en strøm gjennom en spole i solenoiden, der strømmen er for lav til å bevirke solenoiden til å betjene ventilen, og midler for å overvåke en respons fra systemet til strømmen, kjennetegnet ved at ventilen er en undervannsretningsventil i et styresystem for en undersjøisk fluidutvinningsbrønn som har et styrested på toppsiden og stedet på toppsiden inkluderer midler for å bevirke til at nevnte strøm påtrykkes gjennom spolen. Nevnte overvåkningsmidler kan være tilpasset for å overvåke strøm i systemet, for eksempel strøm gjennom spolen, eller overvåke spenning over spolen. Systemet innbefatter typisk midler for å sammenlikne et resultat av overvåkning av nevnte respons med minst ett forventet resultat. Systemet kan innbefatte midler hvorved påtrykkingen av nevnte strøm gjennom nevnte spole skjer i intervaller. Utførelsesformer av oppfinnelsen demonstrerer pålitelig betjening av en undervannsventil ved å teste kommunikasjoner, styrekretser, overvåkningskretser, kabler og en solenoidspole med jevne mellomrom, i alminnelighet med en mye større hyppighet enn ventilen blir anvendt under drift. Dette oppnås ved å utnytte det faktum at strømmen nødvendig for å drive en solenoid for ventilbetjening bygger seg opp forholdsvis langsomt. Ved å aktivisere solenoidspolen kun i en kort tidsperiode, kan denne strømmen bli avfølt for å verifisere at alle de nødvendige elementene fungerer som de skal. Effekten til solenoidspolen koples ut før strømmen har bygget seg opp tilstrekkelig til å betjene ventilen Kort beskrivelse av tegningene Figur 1 er en graf av strøm som funksjon av tid for en typisk strømgang gjennom solenoidspolen i en retningsventil (DCV) i et undervanns styresystem når ventilen blir betjent, Figur 2 er et skjematisk diagram av et styresystem for en havbunnsbrønn som fungerer i samsvar med en første utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 3 viser detaljer ved strømavfølingsmidler i systemet i figur 2,

3 3 Figur 4 er et skjematisk diagram av et styresystem for en havbunnsbrønn som fungerer i samsvar med en andre utførelsesform av oppfinnelsen, og Figur viser detaljer ved spenningsavfølingsmidler i systemet i figur 4. Beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen Figur 1 er en graf av strøm som funksjon av tid for en typisk strømgang gjennom solenoidspolen i solenoiden i en retningsventil (DCV) på et tre i et styresystem for en undersjøisk fluidutvinningsbrønn når ventilen blir betjent. Som kan sees skjer ikke strømstigningen fra påtrykkingen av matespenningen til solenoidspolen momentant, som følge av solenoidspolens induktans, men bygger seg gradvis opp til punktet B på grafen, typisk på mellom 0 og 300 millisekunder, når solenoiden opererer mekanisk. Strømmen fortsetter å stige inntil den når et stasjonært nivå bestemt av ledningsmotstanden i solenoidspolen og matespenningen, som er høy nok til å sikre at solenoiden holdes i den "betjente" tilstanden. I utførelsesformer av oppfinnelsen tillates strømmen i DCV-solenoidspolen stige til nivå A, typisk etter til millisekunder, som er utilstrekkelig til å betjene solenoiden, men tilstrekkelig til å detekteres og gi tillit til at i det minste styrekommunikasjoner, kretser og kabler, inkludert selve DCV-solenoidspolen, fungerer korrekt. I en foretrukket utførelsesform blir strømmen i DCV-solenoidspolen detektert ved å overvåke spenningen over en liten motstand koblet i serie med solenoidspolen Betjening av DCV-ene i et brønnstyringssystem for en havbunnsbrønn styres normalt fra en plattform på overflaten via et komplekst kommunikasjonssystem, et typisk eksempel på et slikt (modifisert i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen) er illustrert i figur 2. Kommandosignalet for å betjene en DCV, som en brønndriftsfunksjon, blir generert på en overflateplattform 1 av en brønnkontroll- og overvåkningsanordning 2 og blir overført via et modem 3 på plattformen gjennom en "overflate-til-havbunnsbrønn"-kontrollkabel 4 til en undervanns styremodul (SCM), som huser en undervanns elektronikkmodul (SEM), som i sin tur inneholder et undervannsmodem og en ESB (Ethernet Switch Blade) 6 og ettkorts datamaskin (SBC Single Board Computer) 7. ESB 6 og SBC 7 er særtrekk ved moderne havbunnsbrønnskommunikasjon, og behandler styresignalene til de flere driverne for DCV-ene på brønnen. SBC 7 befinner seg i en retningsventil-støttemodul (DSM) inneholdende en kraftforsyning 8, effektstyring 9 og styrelogikk for å mate ut matespenning til solenoidspolene i DCV-ene i SCM-en via en H-bro 11 og koblinger og kabler 12. I systemdiagrammet i figur 2 er en DCV-solenoidspole 13 i bare én DCV vist for enkelhets skyld.

4 4 Testing av rutingen i styresystemet, omfattende kommunikasjoner, styrekretser, overvåkning, kabler og solenoidspole, med en strømgangavfølingsmetode bevirkes av brønnkontroll- og overvåkningsanordningen 2, som er programmert til å kommandere effektstyringsmodulen 9, via kommunikasjonsruten beskrevet over, til å mate ut en kraftforsyningspuls til solenoidspolen 13, i en begrenset varighet på typisk til millisekunder. Selv om ruten til kommandosignalet er den samme som den normale driftsruten, innbefatter testkommandomeldingen en testetikett i meldingen slik at SBC 7 kun genererer de nødvendige til ms strømgang gjennom DCVsolenoidspolen 13 heller enn den kontinuerlige DC-innmatingen til spolen under driftsforhold. Strømmen som går gjennom solenoidspolen går også, om enn en liten verdi, typisk 1% av spolens motstand, motstanden 14, som vist i figur 3, som er en utvidelse av strømavfølingsmidlene mellom broen 11 og koplingene og kablene 12. Den lille spenningen som genereres over motstanden 14 som følge av strømmen som går gjennom spolen 13 blir forsterket av en driftsforsterker 16, med forsterkningen satt av motstandene 17 og 18, for å forsyne et passende spenningsnivå til en analogtil-digital-omformer (A/D) 19. Den digitale utmatingen fra A/D 19 representerer strømgangen gjennom spolen 13 og blir matet til SBC 7, hvor den enten kan bli sendt tilbake til overflateplattformen via kommunikasjonssystemet for verifikasjon, eller kan bli sammenliknet, i SBC 7, med lagrede verdier for korrekte, forventede testverdier hvoretter en verifikasjons- eller annen melding blir sendt til overflateplattformen 1. Følgelig gis det tillit til at den kompliserte styresignalrutingen fungerer korrekt, og at solenoidspoledriveren og spolekontinuitet er korrekt. Kjøring av testrutinen kan bevirkes av brønnoperatøren og/eller automatisk med jevne mellomrom gjennom passende programmering av brønnkontroll- og overvåkningsanordningen 2 på overflateplattformen. 30 Strømavfølingsmidlene kan befinne seg andre steder enn som vist. For eksempel kan de befinne seg umiddelbart før solenoidspolen 13, etter spolen 13, før H-broen 11 eller et hvilket som helst passende sted i styresystemet. Som et alternativ til å overvåke strøm ved å overvåke spenningsfallet over en mostand, kan strømavfølingsmidler tilveiebringes med bruk av en Hall-effektanordning. 3 En alternativ metode for sikre tillit til at styringen av DCV-er via brønnkommunikasjonssystemet fungerer korrekt, uten å betjene en ventil, er å

5 overvåke spenningspulsen som dukker opp over spolen 13 når testpulsen påtrykkes. Dette er illustrert i figurene 4 og, der det er spenningsavfølingmidler 21 i figur 4 mellom broen 11 og koplingene og kablene 12. Spenningsavfølingsmidlene 21 er vist i detalj i figur, med spenningen over spolen 13 koblet til en A/D-omformer 22. Elementer i figur 4 som svarer til elementer i figur 2 er gitt de samme henvisningstall som i figur 2. Den digitale utmatingen 23 fra A/D-omformeren 22 representerer testspenningen over spolen 13 og blir matet til SBC 7, hvor den som over enten kan bli sendt til overflateplattformen for verifikasjon eller sammenliknet i SBC 7 med lagrede verdier for korrekte forventede testverdier hvoretter en verifikasjons- eller annen melding kan bli sendt til overflateplattformen. Denne metoden for å verifisere at DCV-spoledriveren fungerer korrekt har den ulempe sammenliknet med strømgangmetoden av den ikke tester kontinuiteten til selve solenoidspolen. Fordeler med bruk av oppfinnelsen Inntektene som genereres fra en oljebrønn kan være flere millioner US dollar om dagen, som vil gå tapt dersom produksjonen avbrytes på grunn av en defekt ventilkrets. Kostnaden for å fikse dette problemet kan være fra hundrevis til tusenvis av US dollar per dag til leie av båt/undervannsbåt for å trekke opp og erstatte det defekte utstyret fra havbunnen. Enda verre, dersom feilen oppstår utenfor et driftsvær-vindu (operational weather window), kan vedlikehold ikke være mulig på flere måneder, med tilhørende flere måneder av tapt produksjon. Denne oppfinnelsen muliggjør deteksjon av defekt utstyr tilknyttet brønnventilstyresystemet før det er behov for det, og gjør det således mulig å byte ut eventuelle detekterte defekte komponenter som en del av planmessig vedlikehold.

6 6 P a t e n t k r a v 1. Fremgangsmåte ved testing av et styresystem (2-13) innbefattende kommunikasjon, styrekretser, kabler og en ventil som kan betjenes av en solenoid, fremgangsmåten omfattende å påtrykke en strøm gjennom en spole (13) i solenoiden, der strømmen er for lav til å bevirke solenoiden til å betjene ventilen, og overvåke en respons fra systemet til strømmen, k a r a k t e r i s e r t v e d at ventilen er en undervanns retningsventil i en undersjøisk fluidutvinningsbrønn som har et styrested på toppsiden (1) og påtrykkingen av nevnte strøm gjennom spolen bevirkes fra styrestedet på toppsiden til fluidutvinningsbrønnen. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte respons overvåkes ved å overvåke strøm i systemet. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor nevnte respons overvåkes ved å overvåke strøm gjennom spolen (13). 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte respons overvåkes ved å overvåke spenning over spolen (13).. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, hvor et resultat av overvåkning av nevnte respons sammenliknes med minst ett forventet resultat. 6. Fremgangsmåte ifølge krav, hvor nevnte respons sammenliknes med minst ett forventet resultat under vann. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor et resultat av sammenlikningen sendes til stedet på toppsiden (1) Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til, hvor en angivelse av resultatet av overvåkningen sendes til stedet på toppsiden (1) Styresystem (2-13) innbefattende kommunikasjon, styrekretser, kabler og en ventil som kan betjenes av en solenoid, systemet omfattende midler for å påtrykke en strøm gjennom en spole (13) i solenoiden, der strømmen er for lav til å bevirke solenoiden til å betjene ventilen, og midler ( eller 21) for å overvåke en respons fra systemet til strømmen, k a r a k t e r i s e r t v e d at ventilen er en undervanns

7 7 retningsventil i et styresystem for en undersjøisk fluidutvinningsbrønn som har et styrested på toppsiden (1) og stedet på toppsiden inkluderer midler (2) for bevirke til at nevnte strøm blir påtrykket gjennom spolen.. System ifølge krav 9, hvor nevnte overvåkningsmidler () er tilpasset for å overvåke strøm i systemet. 11. System ifølge krav, hvor nevnte overvåkningsmidler () er tilpasset for å overvåke strøm gjennom spolen (13). 12. System ifølge krav 9, hvor nevnte overvåkningsmidler (21) er tilpasset for å overvåke spenning over spolen (13). 13. System ifølge ethvert av kravene 9 til 12, innbefattende midler for å sammenlikne et resultat fra overvåkning av nevnte respons med minst ett forventet resultat. 14. System ifølge krav 13, hvor nevnte sammenlikningsmidler (7) befinner seg under vann.. System ifølge krav 14, innbefattende midler for å sende et resultat fra sammenlikningen til stedet på toppsiden (1). 16. System ifølge ethvert av kravene 9 til 13, innbefattende midler for å sende en angivelse av overvåkningsresultatet til stedet på toppsiden (1).

8 8

9 9

10

11 11

12 12