Система энергоснабжения (варианты)

Система энергоснабжения (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Электрическая система управления и питания содержит узел питания и управления в первом пункте, и управляющий и исполнительный узел в удаленном пункте, связанном с удаленным устройством. Кабель проходит между узлом питания и управления и управляющим и исполнительным узлом и соединяет их для подачи постоянного напряжения к управляющему и исполнительному узлу. Электрическая система управления и питания может быть использована, например, при добыче нефти и газа, и может быть использована как с наземными скважинами, так и с морскими скважинами. При использовании с морскими скважинами узел питания и управления расположен на платформе или судне на поверхности моря, а управляющий и исполнительный узел расположен в удаленном пункте под водой, например, на морском дне. Кабель уходит под воду от узла питания и управления, подводя постоянное напряжение к удаленному подводному управляющему и исполнительному узлу. Подводный управляющий и исполнительный узел соединен с различными электрическими устройствами, например двигателями, электрическими приводами и аналогичным оборудованием, посредством соответствующих соединительных линий.

Уровень техники

Как правило, подводное оборудование (например, управляющие и исполнительные системы) имеет гидравлические управление и исполнительные механизмы. Однако гидравлические питающие линии громоздки и дороги. Кроме того, гидравлическое оборудование, например насосы на поверхности, из-за своих габаритов занимает много места на платформе или судне. Одним из способов решения проблем, возникающих в связи с гидравлическим оборудованием, является использование подводного инструмента с электрическим приводом. Таким образом, существует необходимость в создании электрических систем управления и питания для подводного инструмента.

Существующие электрические системы управления и питания включают систему энергоснабжения на поверхности, которая передает переменное напряжение по подводному кабелю на дно. Амплитуда и частота переменного напряжения выбирается таким образом, чтобы, например, подводный инструмент, подключенный к подводному кабелю, получал для своей работы подходящее напряжение. Каждый подводный инструмент подключен к отдельному подводному кабелю. Кроме того, по отдельным подводным кабелям производится передача данных между поверхностью и морским дном.

На Фиг.1(А) показана известная система 1 управления и питания, в которой устройство 3 подачи напряжения и управления, имеющее соответствующее устройство 7 с источником напряжения и мультиплексором, установлено над поверхностью 4 моря. Источник 3 напряжения передает переменное напряжение по подводному кабелю 5 непосредственно на управляющее и исполнительное устройство 6, установленное ниже уровня моря. Управляющее и исполнительное устройство 6 соединено по соединительным линиям 8 с соответствующими электрическими устройствами 2 или электрическими блоками 9. Электрический блок 9 может быть образован группой электрических устройств 2, которые, например, размещены в виде древовидной структуры и имеют общее управление и исполнительные механизмы.

Для передачи данных и сигналов управления между устройством 3 питания и управления и управляющим и исполнительным устройством 6 используется кабель 10 передачи данных. В предпочтительном варианте, кабель 10 передачи данных выполняется в виде коаксиальных кабелей.

Обычно по подводному кабелю 5 передается напряжение переменного тока максимальной величины 600 В. Для питания соответствующих электрических устройств переменным напряжением 240 В с соответствующей мощностью потребления, в подводном кабеле требуются провода с площадью сечения по крайней мере 175 мм², при длине кабеля, составляющей, например, 50 км. Управляющее и исполнительное устройство 6 включает, по крайней мере, одно исполнительное устройство 11 с двигателем и систему 12 управления. Различные двигатели, в качестве электрических устройств 2, могут быть использованы для приведения в действие клапанов, противовыбросовых устройств и аналогичного оборудования, используемого при добыче нефти или газа на морском дне.

Одним из недостатков существующих систем управления и питания, например, показанной на Фиг.1(А), является потребность в дорогом подводном кабеле. Например, для питания подводного электрического устройства переменным напряжением 240 В по подводному кабелю длиной от 30 до 50 км с морской поверхности к подводному электрическому устройству, подводный кабель должен иметь площадь сечения от 100 до 200 мм². Кроме того, требуются линии передачи данных, поэтому подводный кабель может иметь значительный диаметр и иметь большую стоимость.

В приведенном примере предполагалось, что переменного напряжения 240 В достаточно для подводных электрических устройств. Было, однако, установлено, что требуются и более высокие напряжения, например, для приведения в действие некоторых подводных электрических устройств, например, серводвигателей, потребляющих большую мощность, используемых, например, для закрывания клапанов в процессе добычи нефти и газа за время не более одной минуты. Если для питания таких устройств требуется большее напряжение, то это влечет дальнейшее увеличение сечения подводного кабеля.

Кроме того, практика показала, что при включении серводвигателя как электрического устройства, и, особенно, серводвигателя большой мощности, даже при замедлении процесса пуска, по подводному кабелю на устройство питания и управления на поверхности поступает сигнал обратной связи, который процесс включения серводвигателя представляет как короткое замыкание на конце кабеля. Это ведет к отключению любых систем, автоматически защищаемых от короткого замыкания.

Кроме того, в описанных выше известных системах питания и управления, общий коэффициент полезного действия системы по выходной мощности достигает только 27%.

Другая известная система управления и питания с передачей переменного напряжения по подводному кабелю 5 показана на Фиг.1(В). В этом случае, однако, передается переменное напряжение до 10000 В, которое, перед подачей на управляющее и исполнительное устройство 6, понижается соответствующим трансформатором 13 до напряжения требующейся для электрических устройств величины. Далее, в этой известной системе используется отдельный проводник 10 для передачи данных в виде коаксиального кабеля или аналогичного кабеля. Для управляющего и исполнительного устройства 6, в соответствии с Фиг.1(В), требуются дорогие силовые конденсаторы 14 для сглаживания пониженного переменного напряжения нужным образом. Кроме того, в этой известной системе, так же, как и в системе, показанной на Фиг.1(А), требуются устройства для улучшения коэффициента мощности для снижения кажущейся мощности системы для достижения приемлемой общей эффективности системы. Подобные устройства очень сложны и, как правило, довольно дороги и состоят из конденсаторов и подобных компонентов.

В известной системе согласно Фиг.1(В) и для соответствующих значений напряжений и мощности подводных электрических устройств площади сечения проводов в подводном кабеле достигают, например, по крайней мере 75 мм² для длины 50 км или, при использовании коррекции коэффициента мощности, по крайней мере 26 мм² для 50 км длины кабеля. Однако даже в полностью оборудованных известных системах, описанных выше, коэффициент полезного действия обычно менее 70%, а площади сечения проводов в подводном кабеле составляет приблизительно 16 или 25 мм² при длине кабеля 30 км или 50 км, соответственно.

Для преобразования высокого напряжения (постоянного или переменного тока) в более низкое напряжение (постоянного или переменного тока) используются преобразующие устройства. Если на вход подается высокое напряжение, соответствующее преобразование в другое напряжение обычно затруднено, поскольку соответствующие компоненты преобразующего устройства не обладают достаточной электрической прочностью. Кроме того, при передаче высокой мощности в преобразующем устройстве может выделяться много тепла, даже если потери мощности составляют всего 10-20%. Для отвода тепла, выделившегося при потере мощности, необходимы соответствующие средства охлаждения. Это делает преобразующее устройство более дорогим и громоздким за счет наличия дополнительных средств охлаждения. Компоненты, обладающие электрической прочностью более 1000 В, например 3000 В или 6000 В, однако, либо отсутствуют, либо сложны для технической реализации. Если же подобный преобразователь подходит для работы с такими высокими постоянными напряжениями, вся система выйдет из строя, если работа преобразователя будет нарушена. Кроме того, даже если эффективность сравнительно высока, преобразующее устройство будет иметь мощность рассеяния, которая приведет к выделению значительного количества тепла в достаточно небольшом объеме. Это тепло может повредить некоторые компоненты преобразующего устройства. Для того чтобы избежать этого, необходимы сложные системы охлаждения, что влечет высокие затраты.

В настоящем изобретении недостатки известных устройств преодолены.

Раскрытие изобретения

Электрическая система управления и питания содержит узел питания и управления в первом пункте и управляющий и исполнительный узел в удаленном пункте, связанный с одним или более удаленных электрических устройств. Между ними проходит кабель, который соединяет узел питания и управления с управляющим и исполнительным узлом для подачи напряжения к управляющему и исполнительному узлу. Узел питания и управления в первом пункте включает источник переменного напряжения, подсоединенный к преобразователю переменного напряжения в постоянное напряжение. Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение преобразует переменное напряжение от источника переменного напряжения в выходное высокое постоянное напряжение в первом пункте. Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение содержит несколько компонентов преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, которые на его входном конце включены параллельно источнику переменного напряжения и которые, на его выходном конце, включены последовательно с кабелем. Кабель проходит к управляющему и исполнительному узлу и связанным с ним электрическим устройствам на удаленном пункте. В предпочтительном варианте выполнения, управляющий и исполнительный узел включают преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, хотя может быть использован и преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение включает несколько компонентов преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение, входы которых включены последовательно с кабелем, а выходы выдают пониженное постоянное напряжение к одному или более удаленных электрических устройств. Длина кабеля обычно составляет, по крайней мере, один километр.

Электрическая система управления и питания может дополнительно включать узел передачи данных для передачи сигналов данных по кабелю. Узел передачи данных может включать первое сопрягающее устройство передачи данных, соединенное с кабелем и обеспечивающее связь с удаленными электрическими устройствами по кабелю посредством сигналов, связанных с первым частотным диапазоном, при одновременной передаче по кабелю мощности питания к электрическим устройствам. Тактовые частоты работы одного или более компонентов преобразователей переменного напряжения в постоянное могут быть сдвинуты по фазе друг относительно друга для переноса помехи тактовых импульсов из первого частотного диапазона во второй частотный диапазон. Кроме того, управляющий и исполнительный узел может дополнительно включать узел передачи данных для передачи сигналов данных по кабелю. Узел передачи данных может включать второе сопрягающее устройство передачи данных, соединенное с кабелем и обеспечивающее связь с узлом управления и питания по кабелю посредством сигналов, связанных с первым частотным диапазоном, при одновременной передаче по кабелю мощности питания к электрическим устройствам. В предпочтительном варианте выполнения, тактовые частоты работы одного или более компонентов преобразователей постоянного напряжения в постоянное напряжение могут быть сдвинуты по фазе друг относительно друга для переноса помехи тактовых импульсов из первого частотного диапазона во второй частотный диапазон. Могут быть использованы фильтры в первом пункте и в удаленном пункте для подавления помехи, передаваемой по кабелю. В предпочтительном варианте выполнения, помеха, связанная со вторым частотным диапазоном, снижается или устраняется фильтрами.

Электрическая система управления и питания также включает первый контроллер, соединенный с преобразователем переменного напряжения в постоянное напряжение, обеспечивающий управление одной или более функциями преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, и второй контроллер, соединенный с преобразователем постоянного напряжения в постоянное напряжение, обеспечивающий управление одной или более функциями преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение. Первое устройство ввода/вывода данных подключено к первому контроллеру, позволяя первому контроллеру вводить данные в кабель и получать данные из кабеля, а второе устройство ввода/вывода данных подключено ко второму контроллеру, позволяя второму контроллеру вводить данные в кабель и получать данные из кабеля.

Управляющий и исполнительный узел электрически подключен к одному или более электрических устройств для питания, в предпочтительном варианте выполнения, напряжением постоянного тока. Электрическое устройство одного типа может содержать исполнительный механизм для клапанов, заслонок и других запорных элементов. Исполнительный механизм содержит электрический двигатель, запитанный вторым постоянным напряжением на удаленном пункте. С электрическим двигателем соединен вращающийся ходовой винт, а исполнительный элемент может перемещаться вдоль оси в направлении подачи вращающимся ходовым винтом, направление вращения которого соответствует направлению подачи. Электрический двигатель, вращающийся ходовой винт и исполнительный элемент закрыты кожухом. С вращающимся ходовым винтом и кожухом соединена первая цилиндрическая пружина таким образом, что первая цилиндрическая пружина предотвращает движение вращающегося ходового винта в направлении, противоположном направлению подачи. Исполнительный механизм также включает систему, которая при подаче электрического питания освобождает первую цилиндрическую пружину, чтобы дать возможность вращающемуся ходовому винту перемещаться в направлении, противоположном вращению в направлении подачи. Система также включает узел экстренного отключения, используемый для перемещения исполнительного элемента в направлении, противоположном направлению подачи, при прерывании постоянного напряжения.

Исполнительный механизм также включает датчик положения, используемый для определения осевого положения исполнительного элемента. Для обеспечения резервирования к вращающемуся ходовому винту могут быть подключены два электродвигателя.

В предпочтительных вариантах выполнения изобретения, подводный кабель имеет значительно сниженные размер (площадь сечения) и стоимость. По крайней мере, в некоторых вариантах выполнения, передача по подводному кабелю постоянного напряжения питания вместо переменного напряжения питания позволяет снизить размер и стоимость провода в кабеле. Далее, предпочтительные варианты выполнения изобретения дают возможность подводить высокое напряжение и большую мощность к подводным электрическим устройствам, обеспечивая стабильность электроснабжения.

Электрическая система управления и питания обладает рядом преимуществ, например, обеспечение электроснабжения на больших расстояниях без увеличения размера провода в соединительном кабеле, большая эффективность передачи мощности, обеспечение резервирования, выигрыш в стоимости.

Система в соответствии с изобретением, таким образом, отличается простотой и более высокой эффективностью (по крайней мере, 70%), при этом достигается значительное сокращение стоимости только за счет существенного сокращения сечения проводов в подводном кабеле.

Настоящая система не требует отдельного кабеля для передачи данных между электрическим узлом питания и управления и управляющим и исполнительным узлом, как в известных системах.

В соответствии с изобретением, имеются и другие преимущества, связанные с тем, что при передаче по кабелю постоянного напряжения модуляция частот для передачи данных осуществляется более просто. Это может выражаться, в частности, в том, что и в электрическом узле питания и управления, и в управляющем и исполнительном узле может использоваться одно модулирующее устройство для передачи данных. По крайней мере, в некоторых вариантах выполнения, устройства модуляции для передачи данных, используемые в управляющем и исполнительном узле, могут быть включены после компонентов преобразователей постоянного напряжения в постоянное напряжение и постоянного напряжения в переменное напряжение.

Таким образом, система обладает рядом преимуществ, например быстродействием, исключением гидравлических текучих сред, отсутствием просачивания текучей среды в море (экологическая безопасность) и возможностью диагностирования исполнительных механизмов, клапанов и заслонок в реальном масштабе времени. Исключается необходимость в использовании в надводном оборудовании гидравлической силовой установки, а надводное оборудование в целом получается более компактным. Цель настоящего изобретения, таким образом, состоит в улучшении системы энергоснабжения с тем, чтобы обеспечить надежную подачу высокого и стабильного напряжения, даже при высоком энергопотреблении, с умеренными затратами, без использования дополнительных компонентов, например для необходимого охлаждения. Цель настоящего изобретения состоит в создании системы энергоснабжения удаленных (например, подводных) электрических устройств с тем, чтобы гарантировать подачу мощности к удаленному электрическому устройству на большом расстоянии с малыми усложнениями конструкции и при низкой стоимости. Кроме того, система энергоснабжения обладает стабильностью, эффективностью и имеет резервирование.

Следует отметить, что благодаря подаче на электрические устройства постоянного напряжения, возможно использование тонких проводов в кабеле (с малым сечением), особенно при использовании в кабеле коаксиального провода; такие кабели с тонкими проводами обеспечивают значительное снижение в стоимости кабельного соединения. В частности, когда расстояния до электрических устройств измеряются километрами (например, 50 км) и когда коаксиальный кабель одновременно может быть использован также и для передачи данных, достигается значительное сокращение расходов.

Больше нет необходимости в использовании дорогостоящих конденсаторов, например, электролитических конденсаторов для фильтров сглаживания постоянного напряжения на выходе. Кроме того, коррекция коэффициента мощности может выполняться непосредственно в месте установки управляющего и исполнительного узла. Например, требуемые средства для выполнения этой коррекции могут быть включены в компоненты преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение или постоянного напряжения в переменное напряжение, либо в его интегральную схему. Более того, высокая тактовая частота компонентов преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение или постоянного напряжения в переменное напряжение одновременно гарантирует, что выборка постоянного напряжения на входе производится без пропусков, чем обеспечивается высокая эффективность.

Другие цели и преимущества изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания.

Краткое описание чертежей

Для подробного описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения, используются ссылки на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1(А)-(В) представляют схематические диаграммы различных известных систем управления и питания;

Фиг.1(С) представляет схему электрической системы управления и питания, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет блок-схему системы управления и питания, в соответствии с вариантами выполнения изобретения согласно Фиг.1(С);

Фиг.3 схематически представляет вариант выполнения узла питания и управления;

Фиг.4 представляет схему варианта выполнения высоковольтного преобразователя с прерыванием на входе, используемого в качестве компонента преобразователя;

Фиг.5 представляет блок-схему варианта выполнения преобразователя постоянного напряжения в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения;

Фиг.6 представляет схему двухтактного преобразователя для использования в качестве импульсного источника питания силовой сети;

Фиг.7 представляет схему двухтактного преобразователя с полномостовым прерывателем;

Фиг.8 представляет схему двухтактного преобразователя с полумостовым прерывателем;

Фиг.9 представляет продольное сечение исполнительного механизма, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, подключенного к устройству управления, например, запорному клапану;

Фиг.10 представляет продольное сечение исполнительного механизма, показанного на Фиг.9, по линиям II-II на Фиг.11;

Фиг.11 представляет вид спереди исполнительного механизма, показанного на Фиг.10;

Фиг.12 представляет вид сечения по линии IV-IV на Фиг.11;

Фиг.13 представляет вырез по линиям А-С на Фиг.14;

Фиг.14 представляет вид спереди исполнительного механизма согласно вариантам выполнения настоящего изобретения;

Фиг.15 представляет продольное сечение части линейного управляющего устройства с встроенным узлом измерения перемещений;

Фиг.16 представляет увеличенное изображение детали "X";

Фиг.17 представляет увеличенное изображение детали "У";

Фиг.18 представляет схему;

Фиг.19 представляет обобщенное изображение исполнительного устройства в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения с двумя отдельными электрическими двигателями и соответствующим устройством управления;

Фиг.20 представляет вид спереди корпуса исполнительного устройства в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения;

Фиг.21 представляет сечение по линии IV-IV на Фиг.20;

Фиг.22 представляет вид сверху на первый вариант выполнения изолирующего устройства;

Фиг.23 представляет сечение по линии II-II на Фиг.22 с частично показанным инжекционным клапаном;

Фиг.24 представляет сечение по линии III-III на Фиг.22 или Фиг.23, соответственно;

Фиг.25 представляет продольное сечение конкретной клапанной системы в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, включающей клапан и связанное с ним электрохимическое исполнительное устройство;

Фиг.26 представляет вид продольного сечения вращающегося регулирующего устройства в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, которое может устанавливаться на исполнительное устройство и сниматься с него;

Фиг.27 представляет увеличенное изображение примера выполнения вращающегося регулирующего устройства, показанного на Фиг.26, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения;

Фиг.28 представляет продольное сечение исполнительного устройства в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, содержащее дроссельное устройство со стороны входа текучей среды;

Фиг.29 представляет сечение по линии III-III на Фиг.31;

Фиг.30 представляет продольное сечение насосного устройства;

Фиг.31 представляет вид варианта выполнения системы подводной добычи, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.32 схематически представляет вариант выполнения надводного электрического оборудования системы подводной добычи, показанной на Фиг.31;

Фиг.33 схематически представляет вариант выполнения подводного электрического оборудования системы подводной добычи, показанной на Фиг.31; и

Фиг.34 схематически представляет вариант выполнения подводного оборудования управления потоком системы подводной добычи, показанной на Фиг.31.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к способам, узлам и системам, используемым в электроснабжении и управлении удаленных электрических устройств, в частности при добыче нефти и газа. Настоящее изобретение может быть выполнено в различных формах. Имеется в виду, что приведенные в настоящем раскрытии чертежи и подробное описание конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения предназначены для иллюстрации принципов изобретения и не могут ограничивать изобретение показанными и описанными здесь примерами.

В частности, различные варианты выполнения настоящего изобретения представляют ряд различных конструкций и способов работы электрической системы управления и питания, каждый из которых может быть использован при бурении и окончания бурения скважины, ведения добычи и ремонте нефтяной и газовой скважины. Варианты выполнения настоящего изобретения также представляют ряд способов использования электрической системы управления и питания в соответствии с настоящим изобретением. Следует отчетливо представлять, что различные описания приведенных ниже вариантов выполнения могут быть использованы независимо либо в любой подходящей комбинации для получения требуемых результатов. Описанные ниже исполнительные элементы с электрическим приводом могут быть использованы вместо любых исполнительных элементов с гидравлическим приводом, применяемых в оборудовании разведки и добычи нефти и газа. В приведенном ниже описании одинаковые элементы по всему описанию и на всех чертежах имеют, соответственно, одинаковые цифровые обозначения. Изображения на чертежах могут быть выполнены без соблюдения масштаба. Некоторые признаки изобретения могут быть представлены в преувеличенном масштабе или в схематическом виде, а некоторые детали обычных элементов могут быть не показаны для ясности или краткости изложения.

Один вариант выполнения электрических систем 20 управления и питания может быть создан в соответствии с патентной заявкой США Сер. №10/415510, поданной 29 апреля 2003 г., под названием "Система управления и питания", которая претендует на привилегии Заявки РСТ РСТ/ЕР01/12547, поданной 31 октября 2001 г., которая претендует на приоритет заявки DE 200 18 560.8, поданной 30 октября 2000 г. (1600-08400; ОТЕ-030339), каждая из которых полностью включена в настоящее описание.

Вначале рассмотрим Фиг.1(С), где изображена электрическая система 20 управления и питания, включающая электрический узел 30 питания и управления в первом пункте 42, кабель 44, проходящий ко второму удаленному пункту 50 и соединяющий электрический узел 30 питания и управления с управляющим и исполнительным узлом 40, связанным с удаленным узлом 25 на удаленном пункте 50. В отличие от известных систем, электрическая система 20 управления и питания, вместо переменного напряжения, передает постоянное напряжение по кабелю 44 к управляющему и исполнительному узлу 40. Управляющий и исполнительный узел 40 соединен посредством соединительных линий 26 с соответствующими электрическими устройствами 46 или электрическими блоками 24 на удаленном узле 25. Электрический блок 24 может быть образован группой электрических устройств 46, например исполнительных устройств, датчиков и систем управления, расположенных подводой, как это будет описано ниже. Электрическое устройство 30 питания и управления в первом пункте 42 включает, по крайней мере, один преобразователь 48 переменного напряжения в постоянное напряжение, который преобразует подходящее переменное напряжение от источника 32 переменного напряжения в постоянное напряжение. В удаленном пункте 50 управляющего и исполнительного устройства 40 преобразователь 34 постоянного напряжения в постоянное напряжение или постоянного напряжения в переменное напряжение используется аналогичным образом для преобразования постоянного напряжения в постоянное или переменное напряжение согласно требованиям электрических устройств 46 или электрических блоков 24. В предпочтительном варианте выполнения, преобразователь 34 представляет собой преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение для питания постоянным напряжением удаленного узла 25.

Простой источник напряжения для системы 20, который также может быть использован для других применений, может быть таким образом, что источник 32 переменного напряжения соединяется с узлом 30 питания и управления, для получения, в предпочтительном варианте, трехфазного переменного напряжения.

При использовании преобразователя 34 в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение, преобразование высокого постоянного напряжения, передаваемого по кабелю 44, происходит, соответственно, в постоянные напряжения, требующиеся для питания соответствующих устройств удаленного узла 25 в удаленном пункте 50. Здесь следует отметить, что при подаче постоянного напряжения от первого пункта 42 к устройствам 46, 24 удаленного узла 25 на удаленном пункте 50, упрощается обмен данными с этими устройствами, поскольку соответствующие сигналы данных могут быть достаточно просто переданы модуляцией сигнала постоянного напряжения.

Благодаря преобразователю 34 постоянного напряжения в постоянное напряжение или постоянного напряжения в переменное напряжение, расположенному в удаленном пункте 50 в управляющем и исполнительном устройстве 40, производится преобразование постоянного напряжения в постоянное или переменное напряжение требуемых величин, например, 240 В или 300 В соответствующей частоты, для электрических устройств 46, например двигателей, исполнительных устройств и аналогичного оборудования узла 25.

Электрическая система 20 управления и питания позволяет передавать постоянное напряжение по длинному подводному кабелю 44, при этом преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение или, наоборот, из постоянного напряжения в переменное напряжение производится только на концах кабеля 44. При использовании постоянного напряжения и, соответственно, постоянного тока по кабелю 44 передается только активная мощность, а не кажущаяся мощность. Это означает, что коэффициент мощности равен 1. Благодаря тому, что по кабелю передается постоянное напряжение, даже в случае высоких напряжений, имеются только незначительные потери по сравнению с передачей переменного напряжения в известных системах.

Кроме того, при передаче постоянного напряжения, для кабеля 44 требуются проводники с малым сечением, составляющим одну десятую долю или даже меньше сечения, необходимого для передачи переменного напряжения.

Поскольку согласно изобретению по кабелю 44 передается постоянное напряжение, то не происходит передачи высокочастотных напряжений, поэтому сигналы для данных могут достаточно просто передаваться модуляцией постоянного напряжения. Передача данных может осуществляться через устройство 52 уплотнения и соответствующий кабельный соединитель 54. Устройство 52 уплотнения может подключать различные информационные каналы к кабельному соединителю 54. Например, каждый информационный канал может быть связан с компьютером отдельного пользователя. Поэтому пользователи различных компьютеров могут передавать команды, данные и пр. в управляющий и исполнительный узел 40 через устройство 52 уплотнения. Демодуляция данных производится соответствующим образом в удаленной зоне 50 в управляющем и исполнительном узле 40.

Электрическая система 20 управления и питания может быть использована, например, при бурении, окончании бурения, при добыче и ремонте нефтяных и газовых скважин, и может быть использована на наземных или морских скважинах. Электрическая система дает особенно заметные преимущества, когда узел устья скважины удален от источника электроснабжения 32, например, когда узел устья скважины находится во многих километрах от источника 32 энергоснабжения. Особенно выгодно использование электрической системы 20 управления и питания в случае морской скважины из-за более жестких условий работы на морском дне. Хотя приведенные ниже примеры вариантов выполнения описаны применительно к морской скважине, следует иметь ввиду, что электрическая система управления и питания в соответствии с настоящим изобретением также может быть использована в наземной скважине. По крайней мере, один вариант выполнения электрической системы 20 управления и питания и управляющего и исполнительного узла 40, описанный ниже, относится к системе подводной добычи.

На Фиг.36 показана система 3000 подводной добычи в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения. Система 3000 подводной добычи выполнена таким образом, что обеспечивает управляемую добычу материалов, например газа и нефти с морского дна. В силу расположения морских платформ и системы 3000 подводной добычи, надежность особенно важна. Стоимость простоя системы 3000 подводной добычи составляет значительные суммы (до миллионов долларов) за время службы системы 3000. Как показано здесь, конструкция системы 3000 подводной добычи должна обеспечивать высокую надежность, которая позволяет работать системе 3000 подводной добычи на большой глубине и больших удалениях. По крайней мере, в некоторых вариантах выполнения, система 3000 подводной добычи содержит клапан 3002 эксплуатационной задвижки с электрическим приводом и заслонку 3006 с электрическим приводом. Система 3000 подводной добычи также содержит клапан 3004 затрубной задвижки с электрическим приводом и химический инжекционный клапан 3008 с электрическим приводом. Система 3000 подводной добычи также содержит электрический подводный модуль 3010 управления и модуль 3012 регулировки и связи. По крайней мере, в некоторых вариантах выполнения, компоненты системы 3000 подводной добычи соответствуют управляющему и исполнительному узлу 40, представленному на Фиг.1(С).

Клапан 3002 эксплуатационной задвижки с электрическим приводом открывается и закрывается, обеспечивая управляемое прохождение газа или жидкости через систему 3000 подводной добычи. Кроме того, заслонка 3006 с электрическим приводом управляет расходом газа или жидкости через систему 3000 подводной добычи посредством регулирования потока через заслонку. Клапан 3004 затрубной задвижки с электрическим приводом открывается и закрывается, обеспечивая прохождение газа или жидкости через затрубное пространство в системе 3000 подводной добычи. Химический инжекционный клапан 3008 с электрическим приводом открывается и закрывается, обеспечивая инжекцию химических препаратов в пласт под системой 3000 подводной добычи.

Электрический подводный модуль 3010 управления служит в качестве промежуточного звена между электрическими компонентами и компонентами связи, например модемами, системы 3000 подводной добычи. Например, электрический подводный модуль 3010 управления может получать команды с поверхности через модуль 3012 регулировки мощности и связи (например, может быть использован протокол Ethernet для связи между электрическим подводным модулем 3010 управления и другими компонентами системы 3000 подводной добычи). Электрический подводный модуль 3010 управления может использовать одну или более схемных плат, для осуществления функций управления для двигателей и других электрических устройств. Схемные платы могут содержать процессор, который получает данные (например, данные о мощности, поступающей с поверхности) и управляет двигателями и другими электрическими устройствами. По крайней мере, в некоторых вариантах выполнения, электрический подводный модуль 3010 управления использует твердотельные устройства и не имеет движущихся компонентов, например соленоидов. Электрический подводный мо