Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Verwendung bei der Steuerung einer Kohlenwasserstoff-Gewinnungsquelle.

Bei der unterseeischen Flüssigkeitsförderungsindustrie wird eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen einem Steuerungszentrum und Quellenköpfen, die auf dem Meeresgrund angeordnet sind, benötigt. Üblicherweise ist das Steuerungszentrum auf einer Plattform oder einem Schiff angeordnet, in relativ dichter Nähe zu dem Quellenkomplex. In einigen Fällen ist das Steuerungszentrum an Land angeordnet, wobei die Entfernung von dem Steuerungszentrum zu den Bohrlöchern sehr viel größer sein kann und üblicherweise 200 km beträgt. Kommunikationssysteme mit hoher Leistungsfähigkeit, üblicherweise unter Beteiligung optischer Fasern oder Glasfasern, gewähren die Möglichkeit wesentlich höherer Datenraten zwischen dem Meeresgrund und Oberflächeneinrichtungen, was wiederum Verfahren zur Verbindung unterseeischer Datenquellen, zum Beispiel Sensoren, ermöglicht, insbesondere solcher, die große Mengen an Daten erzeugen, wie mikroseismische Sensoren und TV-Kameras.

Eine übliche Herangehensweise ist es, einen Standardunterseebus an den Bohrlochenden eines Datenübertragungssystems zu verwenden, um verschiedene solcher unterseeischen Datenquellen zu verbinden. Das bedeutet, dass jeder andere Zulieferer, der Ausrüstungsgegenstände für das System bereitstellt, sich an den Bus anschließen muss und mit dessen Protokoll, Datenraten und Busstandards konform arbeitet. Weil verschiedene Hersteller Standardausrüstungen mit Schnittstellen für eine Vielzahl von Protokollen und Datenraten haben, sind erhebliche Kosten bei der Anpassung dieser Schnittstellen aufzubringen, damit sie zu dem Standardbus passen. Weiterhin sind die Datenraten ebenfalls begrenzt, weil diese Daten auf dem Bus zeitmultiplext sind, so dass einige wünschenswerte Datenübertragungen mit hoher Bandbreite, wie zum Beispiel digitale Videosignale, ökonomisch nicht übermittelt werden können.

1 zeigt ein herkömmliches System für die Datenkommunikation zwischen unterseeischen Quellenköpfen und einer Oberflächeneinrichtung. Auf jedem einer Anzahl unterseeischer Quellenköpfe (nicht dargestellt) ist ein unterseeisches Elektronikmodul (SEM) 1 mit einem SEM-Prozessor 2 montiert, der an einem Port 3 Daten wie Druck und Temperatur von herkömmlichen Kopfsensoren und an einem Port 4 Daten zur Steuerung von Vorrichtungen wie Ventilen und Fluidsteuerdrosseln handhabt; ein Port 5 für ein Standardinterface für Daten von anderen unterseeischen Datenquellen ist vorhanden. Der SEM-Prozessor 2 kommuniziert bidirektional mit einem Computersystem 6 einer Oberflächeneinrichtung ( zum Beispiel an der Küste oder auf einer Plattform) über ein Modem 7, das in der SEM 1 angeordnet ist. Eine Kommunikationsverbindung 8 und ein Modem 9 ist in einer Oberflächenmodemeinheit (SMU) 10 bei der Oberflächeneinrichtung untergebracht. Die Kommunikationsverbindung 8 ermöglicht eine Kommunikation mit den SEMs an anderen Quellenköpfen, und an einigen oder allen der Quellenköpfen ist eine Systemverdoppelung vorhanden, um die Systemverfügbarkeit zu verbessern - daher sind in der 1 zwei SEM (SEM A1 und SEM B1) für einen bestimmten Quellenkopf gezeigt, SEM A2 und SEM B2 stellen die doppelten SEMs für einen anderen Kopf dar.

Wenn der Oberflächencomputer 6 in einer beträchtlichen Entfernung angeordnet ist, wie zum Beispiel üblicherweise 200 km von dem Quellenkomplex entfernt, wird eine Faseroptikverbindung als eine Verbindung 8 verwendet, um Daten zwischen dem oder jedem SEM an einem Quellenkopf an den Oberflächencomputer 6 zu übermitteln. Nichtsdestotrotz müssen die Daten anderer Quellen an dem Port 5 an das Protokoll, Datenraten und andere Standards, die für die Kommunikation der Steuerinformationen und der Sensorinformationen verwendet werden, angepasst werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Verwendung bei der Steuerung einer Kohlenwasserstoff-Gewinnungsquelle bereitgestellt, mit:

• a) einem Rechnermittel an einem Steuerungsstandort, der entfernt von einem Quellenkopf einer Quelle liegt;
• b) einem Quellenkopfmittel mit:
  
  i) Verarbeitungsmitteln zur Übermittlung von Steuerungssignalen an und zum Empfang von Signalen von Vorrichtungen des Quellenkopfes; und
  
  ii) Mitteln zum Empfangen weiterer Signale, die dem Betreiben der Quelle zugeordnet sind;
  
  und
• c) einer bidirektionalen Kommunikationsverbindung zwischen dem Rechnermittel und dem Quellenkopfmittel, wobei das Quellenkopfmittel weiter umfasst:
  
  iii) einen Kommunikationsrouter, der mit dem Verarbeitungsmittel und dem Empfangsmittel verbunden ist, um die Signale von den Vorrichtungen des Quellenkopfes und weitere Signale auf die bidirektionale Verbindung zu multiplexen.

Die bidirektionale Verbindung kann eine Faseroptikverbindung aufweisen.

Es kann eine Vielzahl solcher Quellenkopfmittel an den jeweiligen Quellenköpfen vorhanden sein, wobei Verteilungsmittel zwischen der bidirektionalen Verbindung und den Quellenkopfmitteln zum Verteilen von Steuerungssignalen auf die Quellenkopfmittel und zum Empfangen multiplexter Signale von den Quellenkopfmitteln vorhanden sind.

Die Signale von den Vorrichtungen an den Bohrlöchern und weitere Signale können unterschiedliche Protokolle und unterschiedliche Datengeschwindigkeiten haben.

Die weiteren Signale können Videosignale beinhalten.

Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls eine Kombination eines erfindungsgemäßen Systems mit einem ersten Kommunikationskanal und einem weiteren solchen System, das einen zweiten Kommunikationskanal bereitstellt, der eingesetzt wird, falls der erste Kanal ausfällt.

Die vorliegende Erfindung wird im Rahmen eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden, in denen:

1 ein Diagramm einer bekannten Form eines Systems zur Verwendung bei der Steuerung einer Kohlenwasserstoff-Gewinnungsquelle ist;

2 ein Diagramm eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Systems ist;

3 ein Diagramm eines weiteren Beispiels der vorliegenden Erfindung ist; und

4 ein Diagramm ist, das einen Teil einer Alternative zu dem, was in der 3 dargestellt ist, zeigt.

2 (in der diejenigen Gegenstände, die mit denen in der 1 korrespondieren, das gleiche Bezugszeichen wie in der 1 aufweisen) stellt ein System gemäß eines Beispieles der Erfindung dar und zeigt die Verbindung eines Oberflächencomputers 6 mit einem Quellenkopf. Der Oberflächencomputer 6 in dem Steuerungszentrum (zum Beispiel an Land oder auf einer Plattform) sendet und empfängt Daten an und von einer Oberflächenmodemeinheit (SMU) 10, in der ein Modem 9 untergebracht ist. Dieses Modem 9 übermittelt und empfängt Daten über eine Kommunikationsverbindung 8. Das andere Ende der Kommunikationsverbindung 8 ist mit dem Bohrlochkopf verbunden, der ein unterseeisches Elektronikmodul (SEM) aufweist, in dem ein Modem 7 untergebracht ist, das eine ähnliche Vorrichtung wie das Modem 9 ist und die umgekehrte Funktion ausübt. Das Modem 7 hat einen elektrischen Ausgang/Eingang, der mit einem Kommunikationsprozessor 12 verbunden ist, der als ein Kommunikationsrouter (oder intelligenter Multiplexer) arbeitet und ebenfalls in dem SEM 11 untergebracht ist. Der Kommunikationsrouter 12 weist eine Vielzahl von Eingängen/Ausgängen auf, wobei eine Schnittstelle (Interface) mit einem herkömmlichen SEM-Prozessor 2 (mit Sensor-, Steuerungs- und Standardinterfaceports 3, 4 und 5) und ebenso Schnittstellen 13 vorhanden sind, an die andere "private" Standardinterfaces angeschlossen sind, die als virtuelle Verbindungen (virtual links) bekannt sind. Die Schnittstellen sind zweckmäßigerweise sternenförmig geschaltet, statt einer herkömmlichen Ringschaltung, und praktisch jedes Protokoll und jede Datenrate kann verarbeitet werden, begrenzt nur durch den Router 12, die Geschwindigkeit und die letzte Einschränkung der Bandbreite der Kommunikationsverbindung 8 und deren Modems 7 und 9. Üblicherweise kann die Verbindung 8 ungefähr 200 km lang sein, wobei die Daten üblicherweise mit 10 Mbits/sec. übertragen werden. Die Software in dem Router 12 ist flexibel und handhabt, durch Multiplexing, die Daten und das Protokoll der "privaten" Interfaces, wie sie für die Systemkonfiguration benötigt werden, um eine Hochgeschwindigkeitskommunikation mit und von dem Modem 7 zu ermöglichen, wodurch virtuelle Verbindungen zwischen der Oberflächen- und Unterseeeinrichtung bereitgestellt werden. Der SEM-Prozessor 2 handhabt die herkömmliche Steuerung der Unterseevorrichtungen, wie Ventile oder Drosseln, um den Fluidförderungsprozess zu steuern. Er handhabt ebenfalls die lokale Datenprotokollierung und das Verarbeiten der Daten von den Kopfsensoren. Seine Hauptaufgaben sind das Sammeln von Daten von den Sensoren und deren Umsetzung in ein Format, das an den Oberflächencomputer übermittelt werden kann, sowie die Ausgabe von Steuerungssignalen, zum Beispiel für Ventile und Fluidsteuerungsdrosseln.

Typisch für die oben erwähnten "privaten" Standardinterfaces sind das intelligente Quellensystem-Interface (IWS) (ein Ethernet-Interface) und andere, wie sie in der 2 gezeigt sind, die in der Industrie bekannt sind, ebenso wie Interfaces zu Vorrichtungen wie Füllstandsfühler, mikroseismische Sensoren und Fluidqualitätssensoren. Aufgrund der Tatsache, dass die Systemkonfiguration eine hohe Bandbreitenausnutzung der Kommunikationsverbindung 8, üblicherweise eine faseroptische Verbindung, ermöglicht, ist es möglich, komprimierte Videodaten zu übermitteln. Dies ermöglicht die Anbringung von Kameras an dem unterseeischen Bohrloch, um eine optische Inspektion des Kopfes ohne die Notwendigkeit für teure Tauchoperationen oder die Verwendung eines ferngesteuerten Operationsfahrzeuges (ROV) durchzuführen. Dies hat einen großen Nutzen für den Quellenbetreiber, der sich in der Vergangenheit auf Sensorinformationen verlassen musste, um den Einsatz von Tauchern oder einem ROV zu veranlassen, um eine visuelle Inspektion durchzuführen, heute jedoch auf eine kontinuierliche, optische Inspektionseinrichtung zurückgreifen kann.

3 (in der die Gegenstände, die mit denen in der 2 korrespondieren, die gleichen Bezugszeichen wie in 2 aufweisen) zeigt eine typische, vollständige Systemimplementation, um die Kommunikation zwischen einem Steuerungszentrum und einem unterseeischen Quellenkomplex zu handhaben und stellt eine hohe Verfügbarkeit aufgrund einer dualen Duplexredundanz bereit. Die Figur zeigt eine Highend-Anwendung mit einer großen Anzahl an Redundanzen und Fernabweichungen (long distance offsets) mit einer unterseeischen Zentralverteilungssystemanordnung, die zwischen einem Oberflächencomputer und Bohrlochsteuerungsmodulen angeordnet ist.

Zwei separate Kommunikationskanäle sind vorgesehen, A und B, um eine hundertprozentige Redundanz bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf Kanal A sendet und empfängt ein Oberflächencomputer 6 in dem Steuerungszentrum (zum Beispiel an Land oder auf einer Plattform) Daten an und von einer SMU 14, in der zwei bidirektionale optische Modems 15 und 16 untergebracht sind.

Die optischen Modems 15 und 16 sind mit einer entsprechenden der beiden optischen Fasern 17 und 18 verbunden, die nahe an einem Bohrlochkomplex an einem Kommunikationselektronikmodul (CEM) 19 enden, die üblicherweise auf dem Meeresgrund angeordnet sind. Typischerweise kann die Kommunikationsverbindung, die durch die optischen Fasern bereitgestellt wird, ungefähr 200 km lang sein, Daten werden darüber mit üblicherweise 10 Mbits/sec. übermittelt. Das CEM 19 ermöglicht eine Verbindung vieler Quellen an dem Standort mit den optischen Fasern 17 und 18. Die Verwendung von zwei optischen Fasern stellt eine weitere Redundanz und damit eine größere Verlässlichkeit der Kommunikation dar. Das CEM 19 beherbergt weitere zwei bidirektionale optische Modems 20 und 21, die mit den entsprechenden Fasern 17 und 18 verbunden sind und die elektrische Signale an einen Kommunikationsrouter 22 ausgeben. Der Kommunikationsrouter 22 ist mit elektrischen Modems verbunden, von denen drei (22, 23 und 24) als Beispiel gezeigt sind, jedes von diesen ist mit einem Modem auf einem SEM an einem Quellenkopf verbunden. Somit ist zum Beispiel das Modem 23 mit einem Modem 7 einer SEM 1 über eine Kommunikationsverbindung 26 und mit den Modems an anderen Köpfen innerhalb der Gruppe über eine Kommunikationsverbindung 27 verbunden und die Modems 25 und 26 sind mit Modems an anderen Gruppen von Köpfen über Kommunikationsverbindungen 28 und 29 verbunden.

3 zeigt ebenfalls einen verdoppelten, identischen Kanal B anstatt der Verwendung eines Kanals A für verbesserte Zuverlässigkeit. Für den Fall eines Versagens beider Kanäle ist eine rudimentäre Kommunikation über eine Verbindung 30 von einem Computer 6 eines jeden Kanals, ein Niedriggeschwindigkeitskommunikationsmodem (LSCM) 31, eine Sicherheitskommunikationsverbindung 32 (üblicherweise betrieben bei 1,2 kbits/sec.) und eine Verbindung 33 für jeden Kanal bereitgestellt, jede Verbindung ist durch ein LSCM 34 mit dem Kommunkationsrouter 32 des entsprechenden Kanals gekoppelt.

Es wird angemerkt, dass jedes der Modems 23, 24, 25 usw. und jedes der korrespondierenden Modems an den Quellenkopf-SEMs alternativ so ausgestaltet sein kann, dass sie über die elektrische Stromversorgung mit dem Quellenkopf kommunizieren können, d. h. dass sie als comms-on-power Bauart (COP) eines Modems ausgebildet sein können.

4 zeigt einen Teil einer Alternative zu dem System gemäß 3, wobei Gegenstände, die hier mit den Gegenständen in der 3 korrespondieren, die gleichen Bezugszeichen wie in 3 haben. Statt einer einzigen Sicherheitskommunikationsverbindung hat jeder Kanal seine eigene Sicherheitskommunikationsverbindung 35 (üblicherweise betrieben mit 1,2 kbits/sec.), die eine Verbindung ist, die unterseeische Energie von einer 3kV Drehstro-Versorgung bereitstellt, jeder Kanal hat ein entsprechendes LSCM 36 anstatt eines einzigen LSCM 31 wie in der 3. In der 4 sind die Modems 23, 24 und 25 COP-Modems.