专利名称：碳氢化合物抽取设施的通信系统的制作方法
碳氢化合物抽取设施的通信系统本发明涉及一种使碳氢化合物抽取设施(hydrocarbon extraction plant)的组 成部分之间的通信成为可能的方法，设施具有包括带有相关树的至少一个碳氢化合物抽取 ^WZKTii^Slb^^ttlX^B (underwater hydrocarbon extraction installation), ^ 且，本发明还涉及一种碳氢化合物抽取设施，该碳氢化合物抽取设施具有包括带有相关树 的至少一个碳氢化合物抽取井的水下碳氢化合物抽取装置。碳氢化合物抽取设施的上部设备(topside facility)和在设施的水下碳氢化合 物抽取装置处例如在与碳氢化合物抽取井相关的“圣诞树(Christmas tree) ”处的海底控 制模块(SCM)之间的通信，当前受到在脐带线(umbilical line)内使用铜或光学纤维电缆 的影响，该脐带线将上部通信器材连接到海底领域(subsea field)。同样，安装在海底圣诞 树、歧管或其他结构上的海底生产控制系统过程传感器，当前通过铜线被连接到海底控制 模块(SCM)。这些类型的连接都需要电飞线(Electrical Flying Lead) (EFL)。EFL的资 本、上部和海底的安装成本构成了器材的海底生产控制系统组的全部成本的相当大部分， 近似15%。因为接头的电_机械特性，连同对于用于恢复例如SCM和/或传感器的可湿式 配合(wet-mateable)的需要，EFL的可靠性从历史上看是差的。EFL还可能在遥控操作装 置(Remote Operation Vehicle) (ROV)的操作期间，例如在恢复失效的SCM或更新软件期 间导致问题。上部至SCM的脐带线典型地通过调制解调器输送控制和监测信号，但是SCM还向 传感器提供DC电源和现场总线串行通信(例如Profibus、Modbus, CANBus等等)，并且通 过脐带(umbilical)将传感器数据传递到上部器材。
图1示出了具有树传感器、SCM和上部(水面)设备之间的连接的传统圣诞树1。 电力、控制和监测信号从上部控制平台通过脐带3被提供到SCM 2，该SCM 2容纳海底电子 模块(SEM)，并且该SCM 2被安装在海底圣诞树1上。SCM 2经由EFL和接线盒5与树过程 传感器4通过接口连接。SCM还提供对于阀和其他设备的液压控制，在附图上未示出。本发明的目的为消除对于用于在碳氢化合物抽取设施内通信的EFL和它们相关 的昂贵的电接头的大部分的需要。此目的通过使用无线射频(RF)技术来实现。根据本发明的第一方面，提供了一种使碳氢化合物抽取设施的组成部分之间的通 信成为可能的方法，设施具有包括带有相关树的至少一个碳氢化合物抽取井的水下碳氢化 合物抽取装置，所述方法包括如下步骤a)在装置的各个组成部分处设置多个RF通信工具。根据本发明的第二方面，提供了一种具有包括带有相关树的至少一个碳氢化合物 抽取井的水下碳氢化合物抽取装置的碳氢化合物抽取设施，所述碳氢化合物抽取设施包括 设置在装置的各个组成部分处的多个RF通信工具。根据本发明的第三方面，提供了用于此类设施的包括RF通信工具的海底控制模 块。根据本发明的第四方面，提供了用于此类设施的包括RF通信工具的遥控操作装置。
根据本发明的第五方面，提供了用于此类设施的包括RF通信工具的传感器。根据本发明的第六方面，提供了用于此类设施的包括RF通信工具的歧管。根据本发明的第七方面，提供了用于此类设施的包括RF通信工具的阻塞门 (choke)ο根据本发明，可在例如上部平台和SCM之间、SCM和过程传感器之间、ROV和水下装 置之间，以及水下装置和井内设备(downhole device)之间使用无线RF连接。这样从系统 去除了相对不可靠的电-机械EFL元件，并且同样去除了在ROV操作期间潜在的障碍。当前，无线RF海底通信的性能是有限的，因为在增加范围的同时减小了数据速 率。典型地，当前在200米内的可实现的数据速率在50比特每秒和100比特每秒之间，而 在2米内为1兆比特每秒和10兆比特每秒之间。因此，当前技术满足了过程传感器和SCM 之间的需求，以及ROV和传感器或SCM之间的需要。当前基于串行通信的海底圣诞树/歧 管传感器操作在大约9. 6kb/s和38. 4kb/s之间。这些典型地包括压力、温度及组合的压力 和温度的传感器类型(多余的和不多余的形式)。当前技术允许在10和50米之间的通信 距离，并且因为典型的海底圣诞树在每个平面上具有大约5米的尺寸，所以无线RF通信是 可实现的。尽管淡水系统中的可比数据速率在两倍的海水的深度上是可实现的，但是在平台 和海底装置之间，当前直接的无线通信将受限于海水中的相对的浅水系统。然而，海底无线 通信技术的发展正在快速推进，并且操作深度在不久的将来期望进行实质上地增加。可选 的实施方式，克服了范围和数据速率限制，在平台和装置之间策略地使用放置的无线转发
οROV的一个功能为下载软件更新至SCM中放置的海底电子模块(SEM)或过程传感 器，或对它们进行改编。本发明使得将再编程器材连接到SCM的专用的电气连接线束能够 被省略。另外，数据速率可比当前所使用的相对慢的基于铜的通信系统更大。因为海底无线系统能够穿透海床，本发明可被扩大以包括与诸如阻塞门和传感器 的井内设备的无线RF通信。另外，其可提供与遍及领域的海床地震传感器的通信，以提供 领域生命地震信息。为了通过使用无线RF系统来消除EFL，必须提供用于海底装置上使用的无线RF通 信工具的本地电力供应。在简单的实施方式中，每个这样的通信工具可包括相关的电池。可 选地，各种RF通信工具可由水下电源供电，例如在共同待决的申请中所描述的。一些系统包括歧管，以将若干井的输出耦合至单一的流体抽取生产管道，并且此 类歧管可与过程传感器相适应，并且该此类歧管可远离圣诞树。这些过程传感器彼此之间 的，以及与设施的树或其他组成部分的通信还可由无线RF连接来实现。本发明提供了优于传统系统的如以上所描述的许多有利条件。这些包括可靠性-由于去除了与电飞线(EFL)有关的电-机械连接而导致的改善的可靠性；-去除了对于到传感器的湿式-配合的SCM和EFL连接的需要；以及-减少的电缆布线的量导致在ROV或其他干预器材操作期间相应减少的阻碍的机石。节省成本
-创新性的布置导致较少的ROV操作(即，没有SCM到树EFL的操作)；-这些为由于去除了不同的接头接口(例如，SCM、EFL和传感器接头)而导致的减 小的成本；以及-减少的接头和电缆布线导致减少的检测需求。减少的安装成本-对于主上部(maintopside)到海底的脐带的去除节省了相当大比例的项目成 本。时间节省-在安置或取回SCM和/或传感器期间需要较少的ROV操作(即，没有SCM到树传 感器EFL的操作)；-在不需要专家EFL的情况下通过传感器经由SCM通信是可能的；以及-如果上部到海底器材之间的范围证明是太大而不允许所需的数据速率，那么仍 然可比脐带更为快速且简单地使用转发器。其他益处-在展开之前可实现无线软件下载到传感器；-在展开之前可实现对于海底控制模块(SCM)中的海底电子模块(SEM)的快速再 编程。这去除了对于将再编程器材连接到SCM的专门的电气连接线束的需要，并且与相对 慢的基于铜的通信系统相比加速了 SEM再编程；-当安装在圣诞树上时，对于SCM中的SEM的快速再编程可通过ROV或者，与相对 慢的基于铜的通信系统相比可再次加速SEM再编程的其他合适的主机来实现；以及-当在安装生产控制系统之前，正在安装或操作海底圣诞树和/或歧管时，ROV SEM可与传感器通信。本发明使用的RF通信具有优于其他形式的无线通信尤其是声学通信的各种有利 条件。这些包括a)穿过水至空气的分界线的RF信号；b) RF信号不需要瞄准线到达它们的期望目的地；c) RF信号能够通过冰传播；d) RF信号能够通过海床传播；e) RF信号不受噪声影响；f) RF信号不受充气水和高浊度影响；g)产生RF信号与产生声信号相比消耗少的功率；以及h)当前不存在RF信号对海洋生物的已知影响。现在将参照附图通过实施例的方式来描述本发明，其中；图1示意性地示出了传统的圣诞树；以及图2示意性地示出了根据本发明的示例性碳氢化合物抽取设施。图2示出了本发明简单的实施方式，其具有在其中传统的通信EFL被无线RF连接 取代的碳氢化合物抽取设施。结果，不需要脐带电缆。类似于图1中示出的布置，提供圣诞 树1，该圣诞树1包括具有内部SEM的SCM 2。由海底电源通过电缆6将电力供应到SCM 2 和内部SEM。多个过程传感器7被安装在树上，同时每个传感器7由相关的电池8供电。在SCM 2和每个过程传感器7之间的接口由无线RF通信经由安装在SCM 2上的RF天线9和 安装在每个过程传感器7上的RF天线10来实现。示出的抽取设施包括上部设备，在此情 况下为水面船只或平台(surface vessel orplatform) 11，该水面船只或平台11还与RF天 线12相适合。在水面船只11和SCM 2之间的控制信号的发射和监测信号的返回由双向无 线RF连接通过天线12和安装在DCM 2上的天线9来实现。在示出的实施方式中，设置有 无线转发器15，以当船只11和SCM 2之间的距离太大而不能直接传输时，便于船只11和 SCM 2之间的传输。在船只11和树1之间设置线16，并且在大致期望的深度上将转发器15 固定到那里。示出的线16为小功率的，并且因此为低成本的电缆，以向来自平台或树的转 发器提供电力。在可选的实施方式中，转发器可以为由例如相关的电池自供电的，在此情况 下，固定线16可以是非传导的线。如船只11和树1之间的距离所要求的，可在线16上设 置另外的转发器15。示出的设施还包括ROV 13，ROV 13同样设置有无线RF天线14。对软件更新的传 输和/或对井的紧急情况的控制可由从ROV天线14到SCM 2或过程传感器7经由它们各 自的天线9和10的无线传输来实现。因为可靠近圣诞树1定位ROV 13，所以数据传输率可 比船只11和树1之间的高很多，使得允许比通过EFL传统实现的软件更新快的软件更新。尽管未示出在图2的实施方式中，但是设施可包括歧管，该歧管可远离任何的圣 诞树，以将若干井的输出耦合至单一流体抽取生产管道。这样的歧管可与过程传感器相适 合。这些过程传感器之间的，以及与设施的树或其他组成部分的通信还可由无线RF连接通 过设置具有RF天线的过程传感器来实现。本发明使得实现各自的通信连接的通道分离能够被实现。这可通过例如使用不同 的发射和接收载波频率、数字编码或扩频技术来实现。以上描述的实施方式只是示例性的，并且在权利要求的范围内的各种其他布置将 对本领域的技术人员是明显的。
权利要求
一种使碳氢化合物抽取设施的组成部分之间的通信成为可能的方法，所述设施具有水下碳氢化合物抽取装置，所述水下碳氢化合物抽取装置包括带有相关树的至少一个碳氢化合物抽取井，所述方法包括如下步骤a)在所述装置的各个组成部分处设置多个RF通信工具。
2.一种碳氢化合物抽取设施，具有水下碳氢化合物抽取装置，所述水下碳氢化合物抽 取装置包括带有相关树的至少一个碳氢化合物抽取井，所述碳氢化合物抽取设施包括设置 在所述装置的各个组成部分处的多个RF通信工具。
3.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设施，其中，所述组成部分中的 一个包括海底控制模块。
4.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述组成部分中的一个包括歧管。
5.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述组成部分中的一个包括位于 所述装置处的传感器。
6.根据权利要求5所述的方法或设施，其中，所述传感器位于井树处。
7.根据权利要求5所述的方法或设施，其中，所述传感器位于歧管处。
8.根据权利要求5所述的方法或设施，其中，所述传感器测量地震活动。
9.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述组成部分中的一个包括位于 井内的井内设备。
10.根据权利要求9所述的方法或设施，其中，所述井内设备包括传感器。
11.根据权利要求9所述的方法或设施，其中，所述井内设备包括阻塞门。
12.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述组成部分中的一个包括遥控操作装置。
13.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述组成部分中的一个包括上部设备。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括如下步骤b)在所述上部设备和所述装置之间设置转发器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤b)包括在所述上部设备和所述装置之 间设置线，并且在所述线上安装转发器。
16.根据权利要求13所述的设施，包括安装在位于所述上部设备和所述装置之间的线 上的转发器。
17.根据权利要求15所述的方法或根据权利要求16所述的设施，其中，所述转发器从 所述线上提取功率。
18.根据权利要求15所述的方法或根据权利要求16所述的设施，其中，所述转发器由 相关的电池供电。
19.根据任一上述权利要求所述的方法或设施，其中，所述RF通信工具或每个RF通信 工具包括相关的电池。
20.一种海底控制模块，用于根据权利要求3所述的设施，所述海底控制模块包括RF通信工具。
21.—种遥控操作装置，用于根据权利要求12所述的设施，所述遥控操作装置包括RF通信工具。
22.—种传感器，用于根据权利要求5-8或10中的任一项所述的设施，所述传感器包括 RF通信工具。
23.一种歧管，用于根据权利要求4所述的设施，所述歧管包括RF通信工具。
24.一种阻塞门，用于根据权利要求11所述的设施，所述阻塞门包括RF通信工具。
全文摘要
一种使碳氢化合物抽取设施的组成部分之间的通信成为可能的方法，设施具有包括带有相关树的至少一个碳氢化合物抽取井的水下碳氢化合物抽取装置，所述方法包括在装置的各个组成部分处设置多个RF通信工具。
文档编号E21B41/00GK101983275SQ200980111990
公开日2011年3月2日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年4月4日
发明者彼得·约翰·戴维, 斯蒂文·路易斯·查尔斯·辛普森 申请人:维特科格雷控制有限公司