碳氢化合物抽取设施的通信系统的制作方法
【专利说明】碳氢化合物抽取设施的通信系统
[0001]本发明涉及一种使碳氢化合物抽取设施(hydrocarbon extract1n 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井的水下碳氢化合物抽取装置(underwater hydrocarbon extract1n installat1n)，并且，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。
[0002]碳氢化合物抽取设施的上部设备(topsidefacility)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) AFL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 Operat1n 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。
[0003]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。
[0004]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I。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I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。
[0005]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。
[0006]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:
[0007]a)在装置的各个组成部分处设置多个RF通信工具。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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
[0014]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。
[0015]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I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。
[0016]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器。
[0017]ROV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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]—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。
[0021]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:
[0022]可靠性
[0023]-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；
[0024]-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
[0025]-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会。
[0026]节省成本
[0027]-创新性的布置导致较少的ROV操作(S卩，没有SCM到树EFL的操作)；
[0028]-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
[0029]-减少的接头和电缆布线导致减少的检测需求。
[0030]减少的安装成本
[0031]-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。
[0032]时间节省
[0033]-在安置或取回SCM和/或传感器期间需要较少的ROV操作(S卩，没有SCM到树传感器EFL的操作)；
[0034]-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
[0035]-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。
[0036]其他益处
[0037]-在展开之前可实现无线软件下载到传感器；
[0038]-在展开之前可实现对于