Система подводной добычи углеводородов
Группа изобретений относится к подводной добыче углеводородов, в частности к системам для соединения основного промыслового объекта и подводных скважин. Система содержит: основной промысловый объект, множество подводных скважин, соединенных последовательно посредством множества углеводородных трубопроводов с основным промысловым объектом, множество подводных шлангокабелей для передачи электроэнергии, передачи данных, гидравлической текучей среды и рабочих текучих сред на подводную скважину, подводную трубопроводную сеть текучей среды, соединенную с каждой подводной скважиной, сеть электроснабжения и сеть передачи данных для передачи электроэнергии постоянного тока и данных, оперативно соединенные с каждой подводной скважиной для снабжения каждой подводной скважины службами электроснабжения и передачи данных. Сеть электроснабжения электроэнергии постоянного тока и сеть передачи данных отделены от подводной трубопроводной сети текучей среды и не предназначены для передачи текучей среды. Расширяются функциональные возможности за счет возможности передачи электроэнергии на расстояния, существенно превышающие те, которые доступны в настоящее время, повышается гибкость системы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к подводной добыче углеводородов и, в частности, к системам для соединения основного промыслового объекта и подводных скважин.
Уровень техники, к которой относится изобретение
В системах подводной добычи углеводородов основной промысловый объект, такой как береговая промысловая платформа или морская промысловая платформа, как правило, соединяют с одной или несколькими подводными скважинами. Промысловые трубопроводы соединяют каждую подводную скважину с основным промысловым объектом. Промысловые трубопроводы используют для передачи добытых углеводородов на основной промысловый объект. Помимо промысловых трубопроводов необходимо обеспечить каждую подводную скважину определенными вспомогательными устройствами. Они могут включать устройства для передачи электроснабжения, данных, рабочих текучих сред для гидравлических систем, обеспечивающие скважинный поток текучих сред, таких как химические добавки. Эти четыре вспомогательных устройства, как правило, содержит подводный шлангокабель.
Рассмотрим фиг.1 в настоящем документе, которая схематически иллюстрирует сеть подводных скважин, соединенную с основным промысловым объектом 1. Несколько подводных шлангокабелей 2, 3, 4, 5 соединены с основным промысловым объектом 1. Каждый шлангокабель соединяет несколько подводных скважин (показанных в виде кружков на фиг.1) и основной промысловый объект 1. Возьмем в качестве примера шлангокабель 5, который соединяет подводные скважины 7, 8 и 9 и основной промысловый объект 1. Следует отметить, что каждая подводная скважина, например подводная скважина 7, может включать несколько физических скважин. Помимо шлангокабелей передающие углеводороды трубопроводы также показаны в виде сплошных черных линий, которые проходят практически по тому же пути, как шлангокабели 2, 3, 4, 5.
Фиг.2 исключительно для иллюстративных целей представляет устройства, содержащиеся в шлангокабеле. Шлангокабель 2, как правило, включает несколько трубопроводов 10, передающих рабочие текучие среды для гидравлических систем (на фиг.2 представлены четыре из них), которые обеспечивают гидравлическую энергию для открытия и закрытия клапанов. Кроме того, шлангокабель, как правило, включает несколько трубопроводов 11 с обеспечивающей скважинный поток текучей средой (на фиг.2 представлены четыре из них), которые переносят обеспечивающие скважинный поток текучие среды, имеющие различные составы, в зависимости от состава скважинного потока и цели, обеспечивающей скважинный поток текучей среды. На фиг.2 показаны семь электрических кабелей 12, которые снабжают электроэнергией подводные модули управления. В свою очередь, подводные модули управления снабжают подводные скважины гидравлической энергией. Кроме того, на фиг.2 представлены четыре пучка кабелей 13 для передачи данных. Разумеется, данные числа приведены исключительно для иллюстративных целей, и различные шлангокабели могут содержать различное число трубопроводов 10, передающих рабочие текучие среды для гидравлических систем, трубопроводов 11 для обеспечивающих скважинный поток текучих сред, электрических кабелей 12 и кабелей 13 для передачи данных. Это зависит от разнообразных факторов, таких как число подводных скважин, обслуживаемых шлангокабелем, расстояние, которое должен пройти шлангокабель, и т.д. Кроме того, предусмотрена защитная оболочка 14.
Подводный шлангокабель 2 соединяет подводные скважины 7, 8, 9 и основной промысловый объект 1 последовательно, как правило, по шлейфу. Другими словами, чтобы обеспечивать передачу электроэнергии и данных между основным промысловым объектом и подводными скважинами, данные устройства должны проходить подводные скважины 7 и 8. Типичный подводный шлангокабель может обслуживать 12 или более подводных скважин, но существуют практические ограничения числа подводных скважин, которые может обслуживать подводный шлангокабель.
Поскольку системы управления для подводных скважин стали более усложненными, возрастают требования к передаче электроэнергии и данных для каждой подводной скважины. С течением времени это приведет к уменьшению числа подводных скважин, которые можно соединять с каждым подводным морским шлангокабелем, или потребует от подводных шлангокабелей большей мощности для передачи электроэнергии и данных. Это может значительно увеличивать стоимость подводных шлангокабелей.
Еще одна проблема существующих подводных шлангокабелей заключается в том, что стоимость удлинения подводного морского шлангокабеля к новой подводной скважине в новом периферийном объекте может оказаться запретительно высокой, особенно если подводная скважина должна быть соединена с основным объектом через новый шлангокабель.
Следующая проблема, связанная с существующими подводными шлангокабелями, заключается в том, что когда в подводном морском шлангокабеле возникает неисправность, она может повлиять на все подводные скважины, расположенные далее по потоку относительно данной неисправности, и, таким образом, ремонт и усовершенствования могут оказаться дорогостоящими с учетом потери производительности.
В существующих подводных шлангокабелях используют переменный ток. Каждая линия электропередачи в подводном морском шлангокабеле действует в качестве конденсатора, и, таким образом, при использовании переменного тока емкостные свойства проявляются параллельно электрической нагрузке. Это приводит к потерям при передаче электроэнергии, что ограничивает практическую длину подводного морского шлангокабеля на уровне около 150 км.
Сущность изобретения
Автор настоящего изобретения обнаружил, что существующая система обеспечения обслуживания подводных скважин с использованием подводных шлангокабелей имеет несколько проблем, которые описаны выше. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы смягчить некоторые из этих проблем и предложить улучшенную систему обеспечения передачи данных и электроэнергии для подводных скважин.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложена система подводной добычи нефти и/или газа. Данная система обеспечивает основной промысловый объект и множество подводных скважин. Предусмотрена транспортная сеть текучей среды, которая соединяет каждую подводную скважину и основной промысловый объект. Предусмотрена отдельная сеть электроснабжения и передачи данных для снабжения электроэнергией постоянного тока и данными в рабочем соединении с каждой подводной скважиной, чтобы обеспечивать каждую подводную скважину службами электроснабжения и передачи данных. Использование постоянного тока гарантирует, что сеть электроснабжения и передачи данных сможет передавать энергию на расстояния, значительно превышающие те, которые доступны в настоящее время, и использование отдельных сетей для передачи текучих сред и для передачи электроэнергии и данных делает систему значительно более гибкой.
Транспортная сеть текучей среды опционально предназначена для передачи любых текучих сред, скважинного потока рабочей текучей среды и добытых углеводородов. Предполагается, что широкое использование настоящего изобретения должно заменить шлангокабели, передающие скважинный поток рабочей текучей среды и гидравлические текучие среды, но данную систему можно также использовать в промысловых трубопроводах для передачи добытых углеводородов.
Помимо соединения с транспортной сетью текучей среды сеть электроснабжения и передачи данных опционально соединена дополнительно с любой из систем, таких как подводная обсерватория, автономные транспортные средства, четырехмерные сетки сейсмических профилей на морском дне, подводные обрабатывающие устройства, углеводородные трубопроводы и системы наблюдения. Это позволяет соединять ту же сеть электроснабжения и передачи данных с другими аспектами подводных исследований и добычи углеводородов. В качестве варианта, подводная сеть электроснабжения и передачи данных содержит волоконно-оптические соединения для передачи данных. Это обеспечивает высокую скорость передачи данных и отсутствие помех от источников электроэнергии.
Расстояние между подводной скважиной и основным промысловым объектом составляет необязательно более чем 150 км. Это становится возможным при использовании постоянного тока высокого напряжения.
Система подводной добычи углеводородов необязательно дополнительно включает распределитель, предназначенный для уменьшения напряжения постоянного тока, получаемого от основного промыслового объекта, перед направлением электроэнергии на каждую подводную скважину, причем распределитель также предназначен для передачи данных. Распределитель можно присоединять к другому распределителю, чтобы способствовать резервированию и балансу нагрузки.
Система подводной добычи углеводородов необязательно содержит, по меньшей мере, один блок разветвления между основным промысловым объектом и распределителем, причем распределитель предназначен для уменьшения напряжения электроэнергии, получаемой от блока разветвления, перед направлением электроэнергии на подводную скважину. Блок разветвления принимает энергетические и информационные кабели от основного промыслового объекта (или от другого блока разветвления) и направляет отдельные энергетические и информационные кабели к множеству распределителей. Это позволяет подавать высокое напряжение непосредственно от основного промыслового объекта к нескольким распределителям через один или несколько блоков разветвления перед уменьшением напряжения распределителями для использования в подводных скважинах.
Сеть электроснабжения и передачи данных опционально предназначена для передачи постоянного тока высокого напряжения между основным промысловым объектом и распределителем, причем распределитель предназначен для снижения напряжения перед направлением электроэнергии к множеству подводных скважин.
Транспортная сеть текучей среды может включать основание райзера между основным промысловым объектом и подводной скважиной. Основание райзера содержит множество соединений для подключения трубопроводов текучей среды между основанием райзера и, по меньшей мере, одной подводной скважиной.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен подводный узел (выше называется термином «распределитель») для использования в системе подводной добычи нефти и/или газа. Подводный узел включает устройства для передачи данных и электроэнергии множеству подводных скважин, причем подводные скважины обслуживают, по меньшей мере, две отдельные транспортные сети текучей среды, соединяющие подводные скважины и основной промысловый объект.
Подводный узел необязательно дополнительно включает устройства для передачи данных и электроэнергии любой из таких систем, как подводные обсерватории, автономные транспортные средства, четырехмерные сетки сейсмических профилей на морском дне, подводные обрабатывающие устройства, углеводородные трубопроводы и системы наблюдения.
В предпочтительном варианте осуществления устройство для передачи данных включает волоконно-оптические системы связи, которые гарантируют отсутствие помех от источников электроэнергии.
Подводный узел может дополнительно включать устройства для рабочего соединения подводного морского узла через устройства для передачи данных и электроэнергии и следующего подводного морского узла. Это позволяет соединять подводные узлы друг с другом для обеспечения резервирования, а также обеспечивает баланс нагрузки в сети электроснабжения и передачи данных.
Подводный узел необязательно включает устройства для уменьшения напряжения получаемой электроэнергии перед направлением электроэнергии при уменьшенном напряжении к множеству подводных скважин. Это позволяет получать постоянный ток высокого напряжения от основного промыслового объекта или узла разветвления, который можно передавать на большое расстояние, и затем снижать напряжение таким образом, что оно становится подходящим для использования подводными скважинами.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предложена система подводной добычи углеводородов, включающая основной промысловый объект, причем основной промысловый объект соединен с первой транспортной сетью текучей среды, соединяющей, по меньшей мере, одну подводную скважину и основной промысловый объект, и второй транспортной сетью текучей среды, соединяющей, по меньшей мере, еще одну подводную скважину и основной промысловый объект. Кроме того, предусмотрена отдельная подводная сеть электроснабжения и передачи данных для передачи электроэнергии постоянного тока и данных, причем сеть электроснабжения и передачи данных включает распределитель, где сеть присоединяет к распределителю основной промысловый объект и, по меньшей мере, две отдельные транспортные сети текучей среды.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематически иллюстрирует множество подводных скважин, присоединенных к основному промысловому объекту;
Фиг.2 схематически иллюстрирует вид поперечного сечения подводного морского шлангокабеля;
Фиг.3 схематически иллюстрирует множество подводных скважин, присоединенных к основному промысловому объекту согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 схематически иллюстрирует в виде блок-схемы подводный узел согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.5 схематически иллюстрирует вид поперечного сечения кабеля для электроснабжения и передачи данных.
Подробное описание изобретения
Автор настоящего изобретения обнаружил, что многие из проблем, связанных с предшествующим уровнем техники подводных шлангокабелей, можно смягчить путем разделения обслуживающих устройств. Согласно настоящему изобретению, подводные шлангокабели используют, главным образом, чтобы передавать гидравлическую текучую среду и скважинный поток рабочей текучей среды, и их не используют для передачи электроэнергии к подводным морским скважинам или для обмена данными между подводной скважиной и основным промысловым объектом. Предусмотрена отдельная сеть передачи электроэнергии и данных. В следующем описании вводится термин «подводный гидравлический трубопровод», который означает подводный трубопровод, который используют для передачи текучих сред, таких как гидравлические текучие среды и скважинный поток рабочей текучей среды, но его не используют для передачи электроэнергии или данных.
Рассмотрим фиг.3 в настоящем документе, которая схематически иллюстрирует множество подводных скважин, соединенных с основным промысловым объектом 15. Трубопроводы, передающие углеводороды, проиллюстрированы сплошными черными линиями. Подводные гидравлические трубопроводы проиллюстрированы штриховыми линиями, и отдельная сеть для передачи данных и электроэнергии проиллюстрирована пунктирными линиями. Отдельная сеть содержит кабели для передачи электроэнергии и данных, распределяемые различными способами. Сеть такого типа называется в настоящем документе термином «сеть DC/FO», поскольку она обеспечивает передачу электроэнергии постоянного тока (DC) и передачу данных путем использования волоконно-оптических (FO) кабелей.
Сеть DC/FO может, как правило, обеспечивать суммарную мощность системы, составляющую 100 кВт, и суммарную скорость передачи данных, составляющую 120 Гб/с, хотя предполагается, что можно использовать любую мощность и скорость передачи данных в пределах ограничений подводной среды. Сеть DC/FO в настоящем описании обслуживают распределители 16, 17 и 18, у каждого из которых, как правило, выходная мощность составляет 10 кВт, и скорость передачи данных составляет 1 Гб/с (ограничено подводной системой управления), хотя предполагается, что можно использовать любую мощность и скорость передачи данных в пределах ограничений подводной среды. Сеть DC/FO передает постоянный ток высокого напряжения от основного промыслового объекта 15 (или другого источника), и функция распределителя заключается в том, чтобы преобразовывать это напряжение в меньшее напряжение, пригодное для использования подводными скважинами 19, 20, 21 (как правило, необходимо преобразование от приблизительно 10000 В постоянного тока до менее чем 1000 В постоянного тока). В примере на фиг.3 распределитель 16 передает электроэнергию и данные подводным морским скважинам 19, 20 и 21, и он может быть также соединен с распределителем 17. Сеть DC/FO является отдельной от подводной трубопроводной сети текучей среды и необязательно проходит по такому же пути, как подводная трубопроводная сеть текучей среды.
Помимо распределителей сеть DC/FO в данном примере также содержит блоки разветвления 22, 24. Блок разветвления представляет собой эффективный кабельный разветвитель, где кабель высокого напряжения представляет собой вход, и два или более кабелей высокого напряжения представляют собой выход. Преимущество использования блоков разветвления заключается в том, что в случае неисправности или поломки отдельные части сети DC/FO можно изолировать, не влияя на остальные части сети DC/FO. Подводная скважина может получать электроэнергию от распределителя, но не прямо от блока разветвления, поскольку напряжение, подаваемое блоком разветвления, является чрезмерно высоким. В этом случае будет установлен подводный узел (распределитель), встроенный или находящийся вблизи подводной скважины. Этот распределитель не представлен на фиг.3 для сохранения возможности чтения.
Для удлинения сети один или более проводников кабеля (представлены в виде несоединенных пунктирных линий при блоках разветвления 22 и 24) выводят из блока разветвления, и сращивается новый кабель. Его затем присоединяют к новому распределителю, и его можно затем использовать для присоединения распределителя к новым подводным морским объектам, таким как подводные скважины. Затем осуществляют последующее распределение сети DC/FO к подводным морским скважинам или другим подводным морским объектам путем последовательного соединения кабеля DC/FO от другой подводной скважины. Например, расстояние между основным промысловым объектом 15 и распределителем 16 составляет более чем 150 км. Таким образом, в сети DC/FO используют источник постоянного тока высокого напряжения между основным промысловым объектом 15 и распределителем 16. Распределитель 16 снижает напряжение до уровня, который является пригодным для использования подводными скважинами, но ограничен длиной передачи, составляющей несколько километров. Подводные скважины 19 и 20 соединены непосредственно с распределителем, и подводная скважина 21 соединена последовательно с подводной скважиной 20.
Подводный конец райзера DC/FO или приближающегося к берегу кабеля 23 может включать несколько кабелей DC/FO, которые, как правило, присоединены к сети DC/FO одним из двух способов; подводные выводимые отрезки можно предусмотреть на морском дне или в виде свернутых кабелей в раме, где каждый отрезок кабеля выводят для дальнейшего удлинения сети DC/FO согласно потребности. В качестве альтернативы (или дополнения), подводный конец райзера DC/FO или приближающегося к берегу кабеля 23 снабжен устройствами для подводного соединения высокого напряжения, которые обеспечивают непосредственное соединение подводного кабеля DC/FO и райзера DC/FO или приближающегося к берегу кабеля 23.
Помимо соединения с сетью DC/FO подводная скважина должна быть соединена с подводным гидравлическим трубопроводом, чтобы получать рабочие текучие среды для гидравлических систем и обеспечивающие скважинный поток текучие среды. Предусмотрена сеть отдельных подводных гидравлических трубопроводов. Они могут следовать по пути трубопровода, как показывают подводные скважины 25, 26 и 27. Эти подводные скважины получают электроэнергию и данные, доставляемые от распределителя 18, и рабочие текучие среды для гидравлических систем и обеспечивающие скважинный поток текучие среды через трубопровод, который может следовать по пути трубопровода, соединяющего подводные скважины 25, 26, 27 и основной промысловый объект.
Однако подводные гидравлические трубопроводы можно предусмотреть в отдельной сети, которая не следует по пути трубопроводов между подводными скважинами и основным промысловым объектом. Один способ упрощения этого заключается в том, чтобы предусмотреть основания райзеров 28, 29. В данном случае подводный гидравлический трубопровод проходит от соединения с основным промысловым объектом 15 до основания райзера 28. Основание райзера 28 в данном примере содержит три выхода подводных гидравлических трубопроводов, что позволяет ему обслуживать несколько различных подводных скважин, которые не присоединены одним и тем же трубопроводом к основному промысловому объекту. Основание райзера 28 принимает рабочие текучие среды для гидравлических систем и обеспечивающие скважинный поток текучие среды от основного промыслового объекта 15 и предусматривает первый подводный гидравлический трубопровод, который обслуживает подводные скважины 30, 31, 32, второй подводный гидравлический трубопровод, который обслуживает подводные скважины 33, 34, и третий подводный гидравлический трубопровод, который обслуживает подводные скважины 19, 20 и 21. Если это необходимо, подводный гидравлический трубопровод можно удлинить от подводной скважины 21 к периферийному объекту 35 и передачу электроэнергии и данных к периферийному объекту 35 можно обеспечивать от распределителя 16. Предполагается, что можно разрабатывать периферийный объект 35, используя данные и электроэнергию, передаваемую от любого подходящего распределителя, и обеспечивать удлинение подводного гидравлического трубопровода от любой подходящей подводной скважины или непосредственно от основания райзера.
Основание райзера необязательно должно полностью использоваться, но оно может быть доступным для дальнейшего расширения. Например, показано основание райзера 29, содержащее один входной подводный гидравлический трубопровод и только один выходной подводный гидравлический трубопровод, но еще два подводных гидравлических трубопровода можно соединить с основанием райзера 29 в том случае, если потребуется будущее расширение. Аналогичным образом, блок разветвления 24 не разделяет передачу электроэнергии и данных в более чем одну ветвь, но его можно использовать для осуществления этого в будущем.
Следует отметить, что большинство подводных скважин проиллюстрировано в качестве получающих электроэнергию и данные, передаваемые непосредственно от распределителя. Однако это не всегда является необходимым. Подводная скважина 21 проиллюстрирована в качестве получающей электроэнергию и данные, передаваемые за счет удлинения от подводной скважины 20. Вследствие низкого напряжения это ограничивает допустимое расстояние между подводными скважинами 20 и 21, в отличие от кабеля между основным промысловым объектом и распределителем, который благодаря постоянному току высокого напряжения может иметь протяженность, составляющую более чем 150 км, без существенной потери электроэнергии. Однако преимущества соединения с передачей электроэнергии и данных к подводной скважине 21 от другой подводной скважины включают уменьшение числа требуемых распределителей, что сокращает стоимость. Кроме того, рекомендуется, чтобы при установке сетей DC/FO некоторые подводные скважины могли сохранять существующие шлангокабели, которые передают данные, электроэнергию и текучие среды, в то время как другие были присоединены к новой сети DC/FO и новой сети подводных гидравлических трубопроводов.
Наличие сети и, возможно, также взаимосвязанных распределителей и блоков разветвления на разрабатываемом месторождении обеспечивает значительно упрощенную разработку периферийных объектов, поскольку отдельная сеть DC/FO позволяет обеспечивать передачу электроэнергии и данных к подводным скважинам независимо от места их расположения. Значительно менее дорогостоящим является удлинение существующих подводных гидравлических трубопроводов, поскольку данные и электроэнергию не требуется передавать, используя подводный шлангокабель, как в способах предшествующего уровня техники, и их передачу можно осуществлять отдельно до каждой подводной скважины. Это делает более привлекательным удлинение подводных гидравлических трубопроводов до новой возможной подводной скважины, которая может стать периферийным объектом. Периферийный объект 35 можно легко обеспечивать электроэнергией и данными, передаваемыми через распределитель 16, если это требуется.
Следующее преимущество использования сети распределителей заключается в том, что передача электроэнергии и данных становится стандартизованной, приводя к снижению стоимости и повышению надежности. В настоящее время подводные шлангокабели, как правило, изготавливаются индивидуально, и подводные системы управления, как правило, используют собственные протоколы для передачи данных. Использование сети DC/FO позволяет упростить исследование и эксплуатацию периферийных объектов, как описано выше.
Настоящее изобретение можно также использовать на существующих рабочих месторождениях для замены неисправных или поврежденных шлангокабелей. Как правило, эта замена представляет собой дорогостоящий процесс, но его стоимость сокращается, если заменять существующие шлангокабели отдельными сетями DC/FO и подводными гидравлическими трубопроводами, в такой степени и тогда, когда это требуется (поскольку сеть гидравлических трубопроводов имеет более продолжительный ожидаемый срок службы). По мере окончания срока службы существующих шлангокабелей сети DC/FO и подводные гидравлические трубопроводы смогут заменять все эти шлангокабели.
Кроме того, обеспечение подводной сети DC/FO, содержащей распределители, может сократить стоимость и других аспектов подводной добычи углеводородов. Например, помимо обеспечения передачи электроэнергии и данных к подводным скважинам распределители способны обеспечивать передачу электроэнергии и данных для наблюдения за состоянием подводной промысловой системы, подводных обсерваторий для наблюдения за окружающей средой 36, автономных транспортных средств (AUV), четырехмерных сеток сейсмических профилей на морском дне и т.д. Автономные транспортные средства используют, как правило, для управления клапанами, проверки инфраструктуры и, в некоторых случаях, для обслуживания и ремонта инфраструктуры. В настоящее время срок службы AUV ограничен сроком службы батарей, но сооружение подводной сети DC/FO позволит повторно заряжать батареи AUV в подводной среде.
Кроме того, сеть DC/FO можно использовать для обеспечения передачи электроэнергии и данных к промысловым трубопроводам, которые используют для передачи углеводородов от подводной скважины на основной промысловый объект 15. Передача электроэнергии и данных может потребоваться, например, для наблюдения за потоком из скважины в ветви трубопровода, для наблюдения за состоянием промысловых трубопроводов, для наблюдения за положением клапанов, включением клапанов и т.д.
Сеть DC/FO и сеть подводных гидравлических трубопроводов можно также использовать, чтобы передавать электроэнергию и рабочие текучие среды для гидравлических систем к подводному обрабатывающему устройству 37. Примеры подводных обрабатывающих устройств включают устройства для поддержки скважинных потоков или устройства для разделения скважинных потоков (как правило, нефти, газа или воды).
Как описано выше, в предпочтительном варианте осуществления электроэнергия передается в виде постоянного тока. Преимущество использования постоянного тока заключается в том, что электроэнергию можно передавать на большие расстояния, чем при использовании переменного тока. Например, используя постоянный ток высокого напряжения (HVDC), можно сократить потери до приблизительно 20% на 1000 км, что делает постоянный ток более привлекательным для передачи электроэнергии к подводным скважинам от удаленного источника. Кроме того, использование постоянного тока сокращает капитальные расходы, поскольку можно использовать меньшее число проводников меньшей толщины по сравнению с передачей электроэнергии с использованием переменного тока. Это объясняется тем, что среднеквадратическое измеренное напряжение проводника переменного тока составляет лишь приблизительно 71% от максимального напряжения, которое определяет такие параметры, как толщина изоляции и минимальный диаметр проводника. Еще одно преимущество использования постоянного тока, а не переменного тока, заключается в том, что в распределенной электроэнергетической сети существует необходимость синхронизации источников переменного тока, и ее отсутствие позволяет дополнительно сокращать капитальные расходы. Использование постоянного тока позволяет передавать электроэнергию на расстояния, составляющие более чем 150 км.
Волоконно-оптические соединения являются предпочтительными для передачи данных, поскольку для них отсутствуют электромагнитные помехи от энергетической части кабеля постоянного тока, и они имеют более высокую скорость передачи данных, чем электрическая передача, и способны передавать данные на большие расстояния, чем электрическая передача, благодаря очень низким потерям.
Снова рассмотрим фиг.4, на которой схематически проиллюстрирован в виде блок-схемы пример подводного узла-распределителя 17. Распределитель 17 содержит блок 37 для получения электроэнергии и данных от внешнего источника. Процессор 38 используют для управления работой распределителя 17. Предусмотрен машиночитаемый носитель в форме запоминающего устройства 37, на котором содержится компьютерная программа 40. При выполнении процессором 38 программа 40 управляет работой распределителя 17. Запоминающее устройство 39 можно также использовать для хранения данных, таких как рабочий журнал распределителя 17. Предусмотрены блок 41 для обеспечения электроэнергии в сети и блок 42 для обеспечения передачи данных в сети. Следует предполагать, что данные блоки будут работать наиболее эффективно, если они будут физически объединены и будут включать множество соединительных устройств, причем каждое соединительное устройство будет иметь соединения, способные обеспечивать одновременную передачу данных и электроэнергии. Можно предусмотреть отдельные точки соединений для передачи электроэнергии и данных или гибридное соединительное устройство с точками соединений для передачи электроэнергии и точками соединений для передачи данных.
Фиг.5 иллюстрирует вид поперечного сечения кабеля 43 для электроснабжения и передачи данных. Кабель включает защитную оболочку 44, в которой проходят оптические волокна 45 для передачи данных, и электрические кабели 46 предусмотрены для передачи электроэнергии. Каждый конец кабеля 43 имеет один или два соединительных устройства, один конец для соединения с распределителем 17 и другой конец для соединения с подводной скважиной (как правило, через подводный модуль управления) или с другой подводной системой, для которой требуются данные и электроэнергия. Фиг.5 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее исключительно в качестве примера функциональные компоненты кабеля для электроснабжения и передачи данных. Типичный кабель содержит множество линий для передачи данных и одну или две линии для передачи электроэнергии, а также разнообразные защитные слои.
Настоящее изобретение эффективно разделяет функции подводных шлангокабелей предшествующего уровня техники на две отдельные сети: сеть электроснабжения и передачи данных и сеть подводных гидравлических трубопроводов, передающих рабочие текучие среды для гидравлических систем и обеспечивающие скважинный поток текучие среды к подводным скважинам. За счет создания отдельной сети передачи электроэнергии и данных снижается стоимость и значительно повышается гибкость, что обеспечивает упрощение эксплуатации периферийных объектов и передачу электроэнергии и данных к другим подводным системам, таким как четырехмерные сетки сейсмических профилей на морском дне, подводные обсерватории, автономные транспортные средства, системы наблюдения и промысловые трубопроводы.
Как сможет оценить специалист в данной области техники, можно осуществлять разнообразные модификации описанных выше вариантов осуществления без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Кроме того, оказывается возможным, что гидравлическая энергия для работы клапанов и т.д. может быть заменена электроэнергией, и в таком случае не потребуется передавать рабочую текучую среда для гидравлических систем на каждую подводную скважину.
1. Система подводной добычи нефти и/или газа, содержащая:
основной промысловый объект;
множество подводных скважин, соединенных последовательно посредством множества углеводородных трубопроводов с основным промысловым объектом;
множество подводных шлангокабелей для передачи электроэнергии, передачи данных, гидравлической текучей среды и рабочих текучих сред на подводную скважину;
подводную трубопроводную сеть текучей среды, соединенную с каждой подводной скважиной;
сеть электроснабжения и сеть передачи данных для передачи электроэнергии постоянного тока и данных, оперативно соединенные с каждой подводной скважиной для снабжения каждой подводной скважины службами электроснабжения и передачи данных, причем сеть электроснабжения электроэнергии постоянного тока и сеть передачи данных отделены от подводной трубопроводной сети текучей среды, и причем сеть электроснабжения электроэнергии постоянного тока и сеть передачи данных не предназначены для передачи текучей среды.
2. Система подводной добычи углеводородов по п. 1, в которой подводная трубопроводная сеть текучей среды предназначена для транспортировки любых гидравлических текучих сред, скважинного потока рабочей текучей среды.
3. Система подводной добычи углеводородов по п. 1 или 2, дополнительно содержит:
по меньшей мере один блок разветвления между основным промысловым объектом и разветвителем, причем разветвитель
предназначен для уменьшения напряжения электроэнергии, получаемой от блока разветвления перед передачей электроэнергии на подводную скважину, причем блок разветвления предназначен для приема энергетических и информационных кабелей от основного промыслового объекта и направления отдельных энергетических и информационных кабелей к множеству распределителей.
4. Способ замены/ремонта подводного шлангокабеля в системе подводной добычи углеводородов, состоящей из
основного промыслового объекта;
множества подводных скважин, соединенных последовательно посредством множества углеводородных трубопроводов с основным промысловым объектом;
множества подводных шлангокабелей, соединенных с множеством подводных скважин, причем способ заключается в том, что:
заменяют по меньшей мере один шлангокабель сетью электроснабжения электроэнергией постоянного тока и сетью передачи данных и подводной трубопроводной сетью текучей среды, причем подводная трубопроводная сеть текучей среды отделена от сети электроснабжения электроэнергии постоянного тока и сети передачи данных.
5. Способ по п. 4, в котором множество шлангокабелей передают электроэнергию, данные, гидравлическую текучую среду и скважинный поток рабочей текучей среды на подводную скважину.
6. Способ по п. 4 или 5, в котором подводная трубопроводная сеть текучей среды предназначена для передачи любой гидравлической текучей среды и скважинного потока рабочей текучей среды.
