Система управления подводного добычного комплекса



E21B44/00 - Системы автоматического управления или регулирования процессом бурения, т.е. самоуправляемые системы, осуществляющие или изменяющие процесс бурения без участия оператора, например буровые системы, управляемые ЭВМ (неавтоматическое регулирование процесса бурения см. по виду процесса; автоматическая подача труб со стеллажа и соединение бурильных труб E21B 19/20; регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08); системы, специально предназначенные для регулирования различных параметров или условий бурового процесса (средства передачи сигналов измерения из буровой скважины на поверхность E21B 47/12)

Владельцы патента RU 2778080:

Акционерное общество "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (АО "НПЦАП") (RU)

Изобретение относится к подводной добыче углеводородов, в частности к системам управления добычи газа на скважинах подводного добычного комплекса. Система управления подводного добычного комплекса (СУ ПДК) содержит береговой комплекс, подводный модуль распределения, оптические и электрические разветвители, датчики на скважинах, соединенные между собой оптической и электрической связями. При этом подводный модуль распределения обеспечивает усиление и распределение оптического сигнала. СУ ПДК построена по топологии одноранговая звезда, имеет однократное горячее резервирование в виде двух независимых каналов, каждый из которых имеет канал передачи данных и канал энергоснабжения на основе переменного тока. Так же СУ ПДК содержит подводные модули управления, соединенные с подводным модулем распределения через разветвители. Техническим результатом СУ ПДК является повышение надежности, за счет однократного резервирования, повышение адаптивности к изменению конфигурации расположения добычных скважин за счет топологии одноранговой звезды, при одновременном упрощении системы энергообеспечения за счет использования переменного тока в линии электропередачи для питания подводных модулей управления. 8 ил.

 

Изобретение относится к подводной добыче углеводородов, в частности к системам управления добычей газа на скважинах подводного добычного комплекса.

Наиболее близким изобретением к заявленному является система подводной добычи углеводородов RU2553757 С2, в которой описываются различные способы соединений транспортной сети, сети электроснабжения и сети передачи данных между основным промысловым объектом и подводной скважиной. Сети электроснабжения и передачи данных через волоконно-оптическую линию могут быть применены на расстоянии более чем 150 км от промыслового объекта до скважины. Имеется возможность дополнительного соединения сети электроснабжения и сети передачи данных с любой из систем подводной добычи. В системе подводной добычи углеводородов используются распределители, предназначенные для уменьшения напряжения постоянного тока в сети энергообеспечения и передачи данных от основного промыслового объекта до подводной скважины, а также блоки разветвления, между основным промысловым объектом и распределителем, предназначенным для приема и направления электрических кабелей и кабелей данных на множество распределителей. Так же в системе подводной добычи углеводородов используется подводный узел-распределитель, содержащий средства для передачи данных и электроэнергии в виде постоянного тока множеству подводных скважин или любой другой системе подводной добычи.

Одним из недостатков аналога является сложность построения сети электропитания на постоянном токе и ее высокая стоимость. Другим недостатком аналога является отсутствие возможности адаптации к изменению конфигурации добычных скважин.

Задачей изобретения является создание системы управления подводным добычным комплексом (СУ ПДК) при одновременном повышении надежности, упрощении системы энергообеспечения и повышении адаптивности к изменению конфигурации расположения добычных скважин.

Сущность изобретения заключается в создании СУ ПДК, являющейся однократно резервированной электрогидравлической системой с оптическими линиями связи. СУ ПДК применяется для управления подводными добычными комплексами газовых месторождений, установленных на глубине до 500 метров и удаленных от наземной аппаратуры системы управления на расстояние до 80 км.

Изобретение содержит следующие элементы:

1 - оборудование берегового комплекса (БК);

2 - подводный модуль распределения (ПМР);

3-1 - 3-N/2 - электрические разветвители;

4-1 - 4-N/2 - оптические разветвители;

5-1 - 5-N - подводные модули управления (ПМУ);

6-1 - 6-N - датчики ПДК.

На фиг. 1 приведена структурная схема электрической, оптической и гидравлической связей СУ ПДК.

СУ ПДК работает следующим образом:

БК (1) непосредственно связан с ПМР (2) электрическими и оптическими связями. Электропитание подводной части СУ ПДК осуществляется однофазным переменным током с целью уменьшения электрических потерь. Сплошной линией на фигурах показаны линии электропитания 3000 В переменного тока, от оборудования БК (1) до ПМР (2) на расстоянии до 80 км, и линии электропитания 600 В переменного тока от ПМР (2) до ПМУ (5-1-5-N), расположенных от ПМР (2) на расстоянии до 12 км. От БК (1) гидравлические линии идут к ПМУ (5). Передача гидравлической энергии в системе происходит по гидравлическим линиям, указанным на схеме штрихпунктирной линией. От ПМР электрические линии и оптические линии идут к электрическим разветвителям (3-1 - 3-N/2) и оптическим разветвителям (4-1 - 4-N/2), соответственно. Передача данных в системе управления подводным добычным комплексом происходит по оптическим линиям связи. Оптические линии связи указаны на фигурах штрих линией. Оптические линии связи обеспечивают передачу всего объема необходимой информации за минимальное время. Электрические и оптические линии от разветвителей подключены к ПМУ (5-1 - 5-N). ПМУ в свою очередь соединены с датчиками ПДК (6-1 - 6-N) по электрическим линиям.

Применение переменного тока позволяет упростить преобразования передаваемой энергии и, следовательно, уменьшить стоимость системы.

Оптические линии, линии энергообеспечения и гидравлические линии расположены в шлангокабеле подводного исполнения.

Электрическая и оптическая связи системы управления подводного добычного комплекса имеют топологию системы одноранговая звезда и однократное горячее резервирование, реализованное за счет введения двух независимых каналов, каждый из которых имеет канал передачи данных и канал энергоснабжения. Применение топологии одноранговая звезда позволяет адаптировать систему к изменению конфигурации добычных скважин, а также уменьшить время опроса всех модулей управления береговым комплексом.

Береговой комплекс является аналогом промыслового объекта, указанного в патенте №2553757. Оборудование БК (1) обеспечивает управление и бесперебойное энергоснабжение, а также снабжение гидравлическим питанием исполнительных органов СУ ПДК.

На фиг. 2 приведена структурная схема электрической, оптической и гидравлической связей БК.

В состав БК СУ ПДК входят:

7 - наземный модуль обеспечения бесперебойного питания (НМОБП);

8 - наземный модуль обеспечения гидравлического питания (НМОГП;

9 - наземный модуль обеспечения электрического питания (НМОЭП);

10 - наземный модуль управления (НМУ);

11 - рабочая станция оператора (РСО).

БК работает следующим образом:

НМОБП (7) обеспечивает бесперебойное энергоснабжение СУ ПДК в течение определенного времени после отключения от центрального электропитания 380 В переменного тока, а также преобразует центральное электропитание в первичное напряжение 216 В для НМОЭП (9).

НМОГП (8) осуществляет гидравлическое питание исполнительных органов СУ ПДК, посредством подачи гидравлической энергии под требуемым давлением через гидравлические линии на ПМУ (5), который обеспечивает распределение гидравлических команд на исполнительные органы ПДК.

НМОЭП (9) обеспечивает преобразование первичного напряжения 216 В постоянного тока от НМОБП (7) в напряжение 3000 В переменного тока для дальнейшей передачи в подводную часть СУ ПДК на ПМР (2).

НМУ (10) является центром одноранговой звезды СУ ПДК по отношению подключения к ПМУ (5) и обеспечивает: информационный обмен с подводной частью СУ ПДК и оборудованием БК; последовательный опрос всех ПМУ, с выдачей команд на исполнительные органы и приемом информации со всех датчиков ПДК; двухсторонний обмен информации с РСО.

РСО (11) обеспечивает отображение оператору на экране монитора текущего состояния СУ ПДК в виде мнемосхем, выдачу команд на управление ПМУ (5), НМОБП (7), НМОГП (8), НМОЭП (9), выполнение диагностических работ оборудования СУ ПДК и предоставление оператору архивной информации.

На фиг. 3 приведена структурная схема электрических связей НМОБП (7).

В состав НМОБП входят:

12 - шкаф ввода;

13 - выпрямитель;

14 - аккумуляторная система;

15 - блок многофункциональный.

НМОБП работает следующим образом:

Шкаф ввода (12) обеспечивает распределение входного электропитания 380 В переменного тока на каналы электропитания 1 и 2. Позиции 13-15 на фигуре 3 дублируются для однократного резервирования НМОБП (7). Выпрямитель (13) преобразует входное напряжение 380 В переменного тока поступающее от шкафа ввода (12) в напряжение 216 В постоянного тока, которое блок многофункциональный (15) коммутирует на аккумуляторную систему (14) и электрическую нагрузку, подключенную к НМОБП (7). Аккумуляторная система (14) обеспечивает автономное электропитание подключенной к НМОБП (7) электрической нагрузки при отключении центрального электропитания. Организацию информационной связи с НМУ (10) и передачу диагностической информации в НМОБП по протоколу Modbus RTU RS485 обеспечивает блок многофункциональный (15).

На фиг. 4 приведена структурная схема электрической и гидравлической связей НМОГП.

В состав НМОГП входят:

16 - гидравлический бак;

17 - насос давления;

18 - блок автоматики и управления;

19 - преобразователь давления;

20 - гидроаккумулятор;

21 - фильтр;

22 - блок электромагнитных клапанов.

НМОГП работает следующим образом:

Блок автоматики и управления (18) по протоколу Modbus RTU RS485 принимает от НМУ (10) управляющие сигналы, формирует и передает на НМУ (10) сигналы состояния элементов НМОГП (8), распределяет входное электропитание 380 В переменного тока на насосы давления (17) и преобразует входное напряжение 220 В постоянного тока, поступающего от НМОБП (7) в напряжение 24 В постоянного тока питающее преобразователи давления (19).

Гидравлическая жидкость хранится в гидравлическом баке (16), который осуществляет функции накопления и приема гидравлической жидкости по обратной линии от ПМУ (5). Управление насосами (17) осуществляет блок автоматики и управления (19). Позиции 17, 19-22 на фигуре 4 дублируются для однократного резервирования НМОГП. Насосы (17) создают и поддерживают требуемое давление гидравлической жидкости в гидравлических линиях, поступающая от гидравлического бака (16). Преобразователи давления (19) определяют величину давления в гидравлических линиях НМОГП (8) и передают ее в виде данных в блок автоматики и управления (18) по протоколу Modbus RTU RS485. Для стабилизации и обеспечения требуемой величины давления в гидравлических линиях на время отключения насосов давления (17) в НМОГП используются гидроаккумуляторы (20). Для фильтрации гидравлической жидкости в гидравлических линиях используются фильтры (21).

Блок электромагнитных клапанов (22) управляется блоком автоматики и управления (18), он открывает или закрывает подачу гидравлической жидкости с требуемой величиной давления в гидравлическую линию в сторону ПМУ (5)

На фиг. 5 приведена структурная схема электрических связей НМОЭП (9).

В состав НМОЭП (9) входят:

23 - генератор;

24 - трансформатор.

Позиции 23, 24 на фиг. 5 дублируются для однократного резервирования НМОЭП.

Генератор (23) обеспечивает информационную связь НМОЭП (9) с НМУ (10) по протоколу Modbus RTU RS485, преобразует напряжение 216 В постоянного тока поступающее от НМОБП (7) в напряжение 128 В переменного тока для трансформатора (24). Трансформатор (24) преобразует напряжения 128 В переменного тока, поступающего от генератора в напряжение 3000 В переменного тока, предназначенного для электропитания ПМР (2).

На фигуре 6 приведена структурная схема электрической и оптической связей НМУ (10)

В состав НМУ (10) входят:

25 - сервер НМУ;

26 - рабочая станция инженера (РСИ).

Позиция 25 на фиг. 6 дублируется для однократного резервирования НМУ.

Сервер НМУ (25) обеспечивает: сбор и хранения информации о состоянии БК (1) и датчиков ПДК (6); передачу информации о текущем состоянии датчиков ПДК (6) по интерфейсу Ethernet на удаленные РСО (11); оперативный доступ к информации, собранной за заданный период времени; передачу команд управления сформированных оператором РСО (11) и РСИ (26) в НМОГП (8) по протоколу передачи данных Modbus RTU RS485.

РСИ (26) предназначена для:

- отображения на экране монитора информации о текущем состоянии диагностических параметров СУ ПДК;

- обеспечения оперативного доступа к информации, собранной за заданный период времени;

- обеспечения разграничения ролей доступа к органам управления и архивной информации обслуживающего персонала;

- формирования и передачи команд управления в ПМУ (5) по интерфейсу Ethernet;

- формирования и передачи команд управления в НМОГП (8) по протоколу передачи данных Modbus RTU RS485;

- настройки взаимодействия и работы всего оборудования СУ ПДК.

НМУ работает следующим образом:

ПМР (2) располагается на сборном манифольде ПДК и обеспечивает усиление и распределение оптического сигнала на линии, идущего к ПМУ (5) и БК(1). ПМР (2) осуществляет понижение входного напряжения 3000 В переменного тока до напряжения 600 В переменного тока и его распределение в линии энергообеспечения ПМУ. Единовременно к ПМР может подключаться n-ое количество ПМУ. Количество подключаемых ПМУ к ПМР ограничено мощностью НМОБП (7) и НМОЭП (9) и преобразователей ПМР. Конструктивно ПМР представляет собой герметичный сосуд цилиндрической формы, заполненный диэлектрической жидкостью.

На фиг. 7 приведена структурная схема электрической и оптической связей ПМР.

В состав ПМР входят:

27 - трансформатор 3000 В-600 В, предназначен для преобразования напряжения 3000 В переменного тока, поступающего от НМУ в напряжение 600 В переменного тока для ПМУ и напряжение 50 В переменного тока для питания контейнера электроники ПМР;

28 - контейнер электроники ПМР, предназначен для ретрансляции по двум каналам оптического сигнала, идущего от НМУ на ПМУ и в обратном направлении. Конструктивно представляет собой герметичный сосуд цилиндрической формы, заполненный инертным газом, рассчитанный на работу под высоким давлением.

Позиции 27 и 28 на фиг. 7 дублируются для однократного резервирования ПМР.

Электрические разветвители 3-1 - 3-N/2 и оптические разветвители 4-1 - 4-N/2 представляют собой пассивные устройства распределения электрического питания и оптических сигналов, соответственно. Оптический разветвитель разделяет оптический сигнал от ПМР на 4 линии, идущие к ПМУ. Электрические разветвители распределяют переменный ток, напряжением 600 В, на 4 ПМУ. Оптические и электрические разветвители устанавливаются на кустовых манифольдах, на расстоянии до 12 км от сборного манифольда.

Подводные модули управления (ПМУ) 5-1 - 5-N расположены на манифольдах, или фонтанных арматурах ПДК и обеспечивают распределение гидравлических команд на их задвижки, краны и дроссели, а также сбор и передачу данных с датчиков ПДК 6-1 - 6-N на береговой комплекс по оптической линии передачи данных (ВОЛС). Конструктивно ПМУ (2) представляет собой герметичный сосуд цилиндрической формы, заполненный диэлектрической жидкостью.

На фиг. 8 приведена структурная схема электрической, оптической и гидравлической связей подводного модуля управления.

В состав ПМУ входят:

29 - трансформатор 600 В-50 В;

30 - контейнер источника питания ПМУ (КИП ПМУ);

31 - контейнер электроники ПМУ (КЭ ПМУ;

32 - гидравлический блок.

Позиции 29-31 на фиг. 8 дублируются для однократного резервирования ПМУ.

ПМУ работают следующим образом:

От ПМР в трансформатор 600-50 (29) поступает 600 В переменного тока. Трансформатор 600-50 преобразует напряжение в 50 В переменного тока, которое поступает на КИП ПМУ (30). КИП ПМУ преобразует поступающее напряжение 50 В переменного тока в 24 В постоянного тока, для КЭ ПМУ (31) и датчиков ПДК (6).

КЭ ПМУ (31) принимает по оптической линии передачи данных от НМУ (10) управляющие сигналы на формирование команд гидравлического блока (32). Гидравлический блок (32) по команде, поступающей от контейнера электроники (32), коммутирует расположенные в нем электромагнитные клапаны, тем самым распределяет поступающую на входные гидравлические линии ПМУ (5) гидравлическую жидкость на выходные гидравлические линии, которые соединены с управляющими органами ПДК. КЭ ПМУ (31) производится распределение электропитания в виде напряжения 24 В постоянного тока на гидравлический блок (32), сбор данных с датчиков ПДК 6-1 - 6-N и гидравлического блока (32) и передача собранных данных на БК (1) по протоколам обмена данных RS485 и CAN.

Конструктивно КИП ПМУ (30) и КЭ ПМУ (31) представляют собой герметичный сосуд цилиндрической формы, заполненный инертным газом, рассчитанный на работу под высоким давлением.

Датчики ПДК (6) представляют собой измерительные преобразователи параметров подводного добычного комплекса в виде пакета данных стандартов RS485, CAN и др., размещенные в защищенном герметичном корпусе для применения в подводных условиях.

Оборудование представленной СУ ПДК было реализовано в рамках ОКР СУ ПДК, проведены испытания с положительным результатом.

Достигаемый технический результат СУ ПДК заключается в повышении надежности, за счет однократного резервирования и повышении адаптивности к изменению конфигурации расположения добычных скважин за счет топологии одноранговой звезды, при одновременном упрощении системы энергообеспечения за счет использования переменного тока в линии электропередачи для питания подводных модулей управления.

Таким образом заявлена СУ ПДК, содержащая береговой комплекс, подводный модуль распределения, оптические и электрические разветвители, датчики на скважинах, соединенные между собой оптической, электрической и гидравлической связями, при этом подводный модуль распределения обеспечивает усиление и распределение оптического сигнала. СУ ПДК построена по топологии одноранговая звезда, имеет однократное горячее резервирование в виде двух независимых каналов, каждый из которых имеет канал передачи данных и канал энергоснабжения на основе переменного тока, а также содержит подводные модули управления, соединенные с подводным модулем распределения через разветвители.

Литература

BS EN ISO 13628-Part 6.

Система управления подводного добычного комплекса (СУ ПДК), содержащая береговой комплекс, подводный модуль распределения, оптические и электрические разветвители, датчики на скважинах, соединенные между собой оптической и электрической связями, в которой подводный модуль распределения обеспечивает усиление и распределение оптического сигнала, отличающаяся тем, что СУ ПДК построена по топологии одноранговая звезда, имеет однократное горячее резервирование в виде двух независимых каналов, каждый из которых имеет канал передачи данных и канал энергоснабжения на основе переменного тока, а так же содержит подводные модули управления, соединенные с подводным модулем распределения через разветвители.



 

Похожие патенты:

Роторно-управляемая система (РУС) для бурения скважин с замкнутым циклом принятия решения предназначена для бурения преимущественно наклонно-направленных и горизонтальных участков скважин. РУС включает поверхностный привод, установленный в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) отклонитель с вращающимся шпинделем и корпусом и с невращающимся геостационарным корпусом, центратор отклонителя, долото, расположенное ниже отклонителя, забойный двигатель, установленный над отклонителем, забойные и поверхностные процессоры, соединенные между собой каналом связи, блоки поверхностных и забойных датчиков системы ориентации КНБК и регистрации и контроля параметров бурения и физических свойств окружающих пород, плашки отклонителя, установленные на геостационарном корпусе с возможностью выхода в радиальном направлении для упора о стенку ствола скважины с целью создания отклоняющей силы, метку-излучатель и датчик-приемник системы определения пространственного положения плашек, гидропривод плашек отклонителя, включающий гидравлические распределительные каналы, поршни и масляные насосы высокого давления с электроприводом, управляемые забойным процессором посредством контроллера гидропривода, внутренние и внешние уплотнительные элементы, размещенные в кольцевой щели между невращающимся геостационарном корпусом и вращающимся шпинделем для герметизации гидравлических распределительных каналов между собой и внешним пространством кольцевой щели.

Группа изобретений относится к операциям по закачке технических жидкостей в скважину. Для осуществления способа управления насосами насосной системы создают порядок запуска насосов насосной системы для выполнения операции по гидроразрыву подземного пласта и координируют распределение расходов по насосам.

Заявленная группа изобретений относится к системам и способам управления буровыми работами. Система управления буровыми работами включает главный компьютер и буровой станок, содержащий устройство сопряжения, бортовой компьютер, систему связи, датчик-инклинометр и сторожевой модуль.

Изобретение к области бурения скважин и может быть использовано при их капитальном ремонте методом глубокой перфорации разветвленными каналами со сверхмалыми диаметрами и радиусами кривизны в резкоизменяющихся геологических условиях. Способ включает сборку рабочих элементов с различными собственными частотами, размещенных в динамически возмущенном участке нагруженной части бурильной колонны.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения скважин. Буровая компоновка для бурения ствола скважины содержит скважинный привод для вращения бурового долота относительно бурильной трубы, вал, соединенный со скважинным приводом и буровым долотом, корпус, имеющий верхний участок и нижний участок, отдельный от верхнего участка, отклоняющее устройство, расположенное между верхним и нижним участками и соединяющее их с возможностью наклона нижнего участка относительно верхнего участка вокруг шарнирного элемента, когда бурильная труба является неподвижной относительно возможности вращения, чтобы обеспечить бурение криволинейного участка ствола скважины, при этом вращение бурильной трубы заставляет отклоняющее устройство уменьшать наклон для обеспечения бурения более прямого участка ствола скважины, датчик, обеспечивающий измерения, относящиеся к направлению буровой компоновки для бурения ствола скважины в требуемом направлении.

Изобретение относится к наклонно-направленному бурению. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для управления наклонно-направленным бурением, с обеспечением более точного контроля проводки наклонно-направленного ствола скважины.

Изобретение относится к нефтегазовой области и может быть использовано для прогнозирования прихватов колонны бурильных труб в процессе бурения нефтяных и газовых скважин с использованием нейросетевой модели. Технический результат изобретения - повышение достоверности прогнозирования и диагностирования состояния колонны бурильных труб на риск возникновении прихватов.

Группа изобретений относится к области бурения взрывных скважин. Система для оценки твердости породного массива во время работы первой промышленной машины содержит электронный процессор, выполненный с возможностью приема модели породного массива, включающей параметры, относящиеся к породному массиву, расположенному в заданной области, приема оперативной информации бурения с первой промышленной машины, обновления модели породного массива на основе оперативной информации бурения, оценки индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива, причем индекс бурения включает в себя свойства материала породного массива, установки параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения, приема оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины, выполненной с возможностью сбора взорванного материала породного массива, причем оперативные данные по загрузке включают в себя по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из полезной нагрузки, силы копания, энергии копания, движения через поверхность копания и обновления модели породного массива на основе оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Устройство для использования при бурении ствола скважины содержит раздробляющее устройство, содержащее устройство изменения наклона, выполненное с возможностью наклона раздробляющего устройства относительно устройства изменения наклона, и электромеханическое исполнительное устройство, содержащее по меньшей мере один элемент приложения силы, который переносит усилие на раздробляющее устройство для наклона раздробляющего устройства относительно устройства изменения наклона и вращающийся элемент, имеющий наклонную поверхность, соприкасающуюся по меньшей мере с одним элементом приложения силы, выполненным с возможностью вызывать возвратно-поступательное движение элемента приложения силы, чтобы перенести усилие на раздробляющее устройство.

Изобретение относится к области бурения инженерных и геологоразведочных скважин, в частности к системам мониторинга технологических параметров процесса бурения, а именно к системе мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки, и предназначено для контроля, регистрации, отображения, учета, хранения и передачи текущих параметров процесса бурения по средствам связи для управления процессом бурения.

Изобретение относится к добыче углеводородов из подводных формаций, более конкретно, к плавучей платформе и отсоединяемым узлам райзеров и соответствующим опорным конструкциям, используемым при такой добыче. Предложены плавучая система с плавучей надставкой и способ соединения и отсоединения плавучей морской платформы для добычи углеводородов от подводной плавучей надставки с райзерами, соединенными с ней с возможностью скольжения.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2022-09-01T13:06:24
Наверх