BRPI1104860A2

BRPI1104860A2 - Método para testar um sistema de controle e sistema de controle

Info

Publication number: BRPI1104860A2
Application number: BRPI1104860-3A
Authority: BR
Inventors: Martin Stokes; Julian Richard Davis
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2015-09-01
Also published as: EP2447798B1; SG180111A1; CN102539128A; BRPI1104860A8; EP2447798A1; US9195229B2; AU2011239286B2; AU2011239286A1; US20120098546A1

Abstract

Método para testar um sistema de controle e sistema de controle. Trata-se de um método para testar um sistema de controle que inclui uma válvula que é operável por um solenóide, sendo que o método compreende aplicar uma corrente através de uma bobina (13) do solenóide, sendo que a corrente é insuficiente para fazer o solenóide operar a válvula, e monitorar uma resposta do sistema para a corrente.

Description

“MÉTODO PARA TESTAR UM SISTEMA DE CONTROLE E SISTEMA DE CONTROLE” Campo da Invenção Esta invenção se refere a testar um sistema de controle que inclui uma válvula.

Antecedentes da Invenção Válvulas de controle de sistemas de controle para poços de produção de fluido submarino são operadas normalmente com pouca frequência (por exemplo, a cada seis meses ou menos). Um problema é que pode haver uma falha no sistema que não seria aparente até que o operador do poço tentasse operar a válvula. Descobrir a falha em uma situação de emergência podería ser desastroso.

Sistemas de acordo com realizações da presente invenção permitem que o operador do poço tenha conhecimento a falha com antecedência, assim, é substancialmente reduzida a possibilidade de descoberta de uma falha no sistema apenas em uma situação de emergência. Sistemas de acordo com realizações da presente invenção frequentemente testam a comunicação, circuitos de controle, circuitos de monitoramento, fiação para a válvula e uma bobina solenoide de um solenoide para operar a válvula sem, na verdade, operá-la. Assim, se for sabido que há um problema antes que a função seja realmente necessária, a confiabilidade pode ser aumentada pela programação deste teste durante a manutenção programada.

Descrição resumida da Invenção A presente invenção é definida pelas reivindicações anexadas.

Mais particularmente, de acordo com um aspecto da presente invenção, proporciona-se um método para testar um sistema de controle que inclui uma válvula que é operável por um solenoide, o método compreende aplicar uma corrente através de uma sonda do solenoide, a corrente é insuficiente para fazer o solenoide operar a válvula, e monitorar uma resposta do sistema para a corrente. A dita resposta podería ser monitorada monitorando-se uma corrente no sistema, por exemplo, uma corrente através da bobina, ou monitorando-se uma tensão através da bobina.

Tipicamente, a válvula é uma válvula de controle direcional submarina de um poço de extração de fluido submarino, que tem um local de controle convés superior. Neste caso, a aplicação da dita corrente através da bobina podería ser feita do local de convés superior do poço de extração de fluido. A aplicação da dita corrente através da dita bobina é, de preferência, efetuada em intervalos.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, proporciona-se um sistema de controle que inclui uma válvula que é operada por um solenoide, o sistema compreende meios para aplicar uma corrente através da bobina do solenoide, a corrente é insuficiente para fazer o solenoide operar a válvula, e meios para monitorar uma resposta do sistema para a corrente. O dito meio de monitoramento poderia ser adaptado para monitorar uma corrente no sistema, por exemplo, uma corrente através da bobina, ou monitorar uma tensão através da bobina.

Tipicamente, a válvula é uma válvula de controle direcional submarina de um sistema de controle para um poço de extração de fluido submarino que tem um local de controle convés superior. Neste caso, o local de convés superior poderia incluir meios para aplicar a dita corrente através da bobina.

Tipicamente o sistema incluí meios para comparar um resultado de monitoramento da dita resposta com pelo menos um resultado esperado. O sistema podería inclui meios pelos quais a aplicação da dita corrente através da dita bobina é efetuada em intervalos.

Realizações da presente invenção provam a operação confiável de uma válvula submarina testando-se as comunicações, circuitos de controle, circuitos de monitoramento, fiação e uma bobina de solenoide em intervalos regulares, geralmente com uma frequência bem maior do que a válvula é usada em operação. Consegue-se isto tirando-se vantagem do fato de que a corrente necessária para conduzir um solenoide operado por válvula se eleva de modo relativamente lento. Acionando-se a bobina de solenoide por apenas um período curto de tempo, pode-se medir esta corrente para verificar que todos os elementos necessários estão funcionando corretamente. A energia para a bobina de solenoide é desligada antes que a corrente tenha se elevado o suficiente para operar a válvula.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é um gráfico de corrente contra o tempo para um fluxo de corrente típico através da bobina de solenoide de uma válvula de controle direcional (VCD) dentro de um sistema de controle submarino quando a válvula é operada; A figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema de controle para um poço submarino que opera de acordo com uma primeira realização da presente invenção; A figura 3 mostra detalhes do meio de detecção de corrente do sistema da figura 2; A figura 4 é um diagrama esquemático de um sistema de controle para um poço submarino que opera de acordo com uma segunda realização da presente invenção; e A figura 5 mostra detalhes do meio de monitoramento de tensão do sistema da figura 4.

Descricão Detalhada dos Desenhos A figura 1 é um gráfico de corrente contra o tempo para um fluxo de corrente típico através da bobina de solenoide do soíenoide de uma válvula de controle direcional (VCD) em uma árvore dentro de um sistema de controle para um poço de extração de fluido submarino quando a válvula é operada. Como se pode ver, a subida da corrente a partir da aplicação da tensão do suprimento para a bobina de solenoide não é instantânea, devido à indutância da bobina de solenoide, mas se eleva ao ponto B no gráfico, tipicamente, entre 50 e 300 milissegundos, quando o solenoide opera mecanicamente. A corrente sobe até que ela alcance um nível de estado estacionário determinado pela resistência da bobina de solenoide e da tensão do suprimento, que é alta o suficiente para assegurar que o solenoide seja mantido na condição de “operado”. Em realizações da presente invenção, permite-se que a corrente na bobina de solenoide de VCD suba para o nível A, tipicamente após 10 a 20 milissegundos, o que é insuficiente para operar o solenoide, mas suficiente para ser detectada para proporcionar confiança de que pelo menos as comunicações de controle, circuitos e fiação, incluindo a própria bobina de solenoide de VCD, estejam funcionando corretamente. Em uma realização preferida, detecta-se a corrente na bobina de solenoide de VCD pelo monitoramento da tensão através de um pequeno resistor conectado em série com a bobina de solenoide.

Controla-se a operação das VCDs de um sistema de controle de poço para um poço submarino normalmente a partir de uma plataforma de superfície, através de um sistema de comunicação complexo, um exemplo típico do que (modificado de acordo com uma realização da presente invenção) é ilustrado na figura 2. O sinal de comando para operar uma VCD, como uma função de operação de poço, é gerado em uma plataforma de superfície 1 por uma configuração de controle e monitoramento de poço 2 e é transmitido através de um modem 3 na plataforma através de um umbilical de poço submarino para superfície 4 para um módulo de controle submarino (SCM), que aloja um módulo eletrônico submarino (SEM), que, por sua vez, aloja um modem submarino 5 e um comutador Ethernet tipo lâmina (ESB) 6 e um computador de placa única (SBC) 7, O ESB 6 e o SBC 7 são partes de comunicações de poço submarino modernas e controlam os sinais de controle para a multiplicidade de acionadores para as VCDs no poço. O SBC 7 é localizado em um módulo de apoio de válvula de controle direcional (DSM) que contém um suprimento de energia 8, controle de energia 9 e lógica de controle 10 para enviar tensão de suprimento para as bobinas de solenoide das VCDs localizadas no SCM através de uma ponte H 11 e conectores e fiação 12. No diagrama de sistema da figura 2, uma bobina de solenoide de VCD 13 de apenas uma VCD é mostrada para simplificar. O teste do sistema de controle de roteamento que compreende as comunicações, circuitos de controle, monitoramento, fiação e bobina de solenoide por um método de monitoramento de fluxo de corrente é efetuado pela configuração de controle e monitoramento de poço 2, que é programada para comandar o módulo de controle de energia de comando 9, através da rota de comunicação descrita acima, para enviar um pulso de suprimento de energia para a bobina de solenoide 13, por uma duração limitada tipicamente de 10 a 20 milissegundos. Embora a rota do sinal de comando seja a mesma da rota operacional normal, a mensagem de comando de teste inclui uma “etiqueta de teste” na mensagem, de modo que o SBC 7 produz apenas os 10 a 20 ms necessários de transmissão de corrente através da bobina de solenoide de VCD 13 em vez da entrada de DC contínua para a bobina sob condições operacionais. A corrente que passa através da bobina de solenoide também passa por um volume pequeno, tipicamente 1% da resistência da bobina, resistor 14, como mostrado na figura 3 que é uma expansão do meio de detecção de corrente 15 entre a ponte 11 e conectores e fiação 12. A pequena tensão produzida através do resistor 14, devido ao fluxo de corrente através da bobina 13, é amplificada por um amplificador operacional 16, com o conjunto de ganho pelos resistores 17 e 18, para proporcionar um nível de tensão adequada para um conversor de analógico para digital (A/D) 19. A saída digital 20 do A/D 19 representa o fluxo de corrente através da bobina 13 e é alimentado para o SBC 7, em que tanto pode ser enviado de volta para a plataforma de superfície através do sistema de comunicação para verificação, ou pode ser comparado, no SBC 7, com valores armazenados de valores de teste corretos esperados e uma verificação ou, de outro modo, mensagem enviada para a plataforma de superfície 1. Assim, a confiança é proporcionada de que o roteamento do sinal de controle complexo está funcionando corretamente, e que a transmissão da bobina de solenoide e a continuidade da bobina estão corretas. A operação da rotina de teste pode ser efetuada pelo operador de poço e/ou automaticamente em intervalos regulares por programação adequada da configuração de controle e monitoramento de poço 2 na plataforma de superfície. O meio de detecção de corrente 15 poderia estar em um lugar diferente do mostrado. Por exemplo, ele poderia estar imediatamente antes da bobina de solenoide 13, após a bobina 13, antes da ponte H 11 ou em qualquer lugar adequado no sistema de controle.

Como uma alternativa para o monitoramento de corrente pelo monitoramento da queda de tensão através do resistor, o meio de detecção de corrente 15 poderia ser proporcionado com o uso de um dispositivo de efeito Hall.

Um método alternativo para assegurar a confiança de que o controle das VCDs através do sistema de comunicação de poço está funcionando corretamente, sem operar uma válvula, é monitorar o pulso de tensão que aparece através da bobina 13, quando o pulso de teste é aplicado. Isto é ilustrado nas figuras 4 e 5, onde está o meio de monitoramento de tensão 21 na figura 4, entre a ponte 11 e conectores e fiação 12. O meio de monitoramento de tensão 21 é detalhado na figura 5, a tensão através da bobina 13 é conectada a um conversor A/D 22. Os itens na figura 4 que correspondem a itens na figura 2 têm os mesmos numerais de referência da figura 2. A saída digital 23 do conversor A/D 22 representa a tensão de teste através da bobina 13 e é alimentada para SBG 7, em que novamente tanto pode ser enviada para a plataforma de superfície para verificação, ou comparada no SBC 7, com valores armazenados de valores de teste corretos esperados e uma verificação, ou de outro modo, mensagem enviada à plataforma de superfície. Este método de verificação do funcionamento correto da transmissão da bobina de VCD tem a desvantagem sobre o método de fluxo de corrente de não proporcionar confiança na continuidade da própria bobina de solenoide.

Vantagens do Uso da Presente Invenção O rendimento gerado a partir de um poço de petróleo pode ser de milhões de dólares americanos por dia, o que seria perdido se a produção cessasse por causa de um circuito de válvula defeituoso. O custo para resolver este problema pode ser de centenas de milhares de dólares por dia para o aluguel de barco/submarino para recuperar e recolocar o equipamento defeituoso do fundo do mar. Ainda pior é se o defeito ocorre fora de uma janela meteorologia operacional, então a manutenção pode não ser possível por vários meses com os vários meses correspondentes de produção perdida. Esta invenção permite a detecção de equipamento defeituoso envolvido com o sistema de controle de válvula de poço antes de ser necessária, assim, permite que qualquer componente defeituoso detectado seja trocado como parte de manutenção programada.

Claims

1. MÉTODO PARA TESTAR UM SISTEMA DE CONTROLE, que inclui uma válvula que é operável por um solenoide, sendo o método compreende aplicar uma corrente através de uma bobina do solenoide, sendo que a corrente é insuficiente para fazer o solenoide operar a válvula, e monitorar uma resposta do sistema para a corrente.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita resposta é monitorada mediante o monitoramento da corrente no sistema.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, em que a dita resposta é monitorada mediante o monitoramento da corrente através da bobina.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita resposta é monitorada mediante o monitoramento da tensão através da bobina.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a válvula é uma válvula de controle direcional submarina de um poço de extração de fluido submarino que tem um local de controle convés superior.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, em que a aplicação da dita corrente através da bobina é feita do local de convés superior do poço de extração de fluido.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que um resultado do monitoramento da dita resposta é comparado com pelo menos um resultado esperado.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7 e, conforme definido nas reivindicações tanto 5 quanto 6, em que a dita resposta é comparada com pelo menos um resultado submarino esperado.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, em que um resultado da comparação é enviado para o local de convés superior.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, em que uma indicação do resultado do monitoramento é enviada para o local de convés superior.

11. SISTEMA DE CONTROLE, que inclui uma válvula que é operável por um solenoide, sendo o sistema compreende meio para aplicar uma corrente através de uma bobina do solenoide, sendo que a corrente é insuficiente para fazer o solenoide operar a válvula, e meio para monitorar uma resposta do sistema para a corrente.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, em que o dito meio de monitoramento é adaptado para monitorar uma corrente no sistema.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 12, em que o dito meio de monitoramento é adaptado para monitorar a corrente através da bobina.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, em que o dito meio de monitoramento é adaptado para monitorar a tensão através da bobina.

15. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 14, em que a válvula é uma válvula de controle direcional submarina de um sistema de controle para um poço de extração de fluido submarino que tem um local de controle de convés superior.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, em que o local de convés superior inclui meio para aplicar a dita corrente através da bobina.

17. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 16, que inclui meio para comparar um resultado do monitoramento da dita resposta com pelo menos um resultado esperado.

18. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 17 e, conforme definido nas reivindicações tanto 15 quanto 16, em que o dito meio de comparação é localizado no fundo do mar.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, que inclui meio para enviar um resultado da comparação para o local de convés superior,

20. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, que inclui meio para enviar uma indicação de resultado do monitoramento para o local de convés superior.