Подводный инвертор с питанием на постоянном токе

Авторы патента:


Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе
Подводный инвертор с питанием на постоянном токе

 


Владельцы патента RU 2539046:

УанСабси ЛЛС (US)

Предложены система и способ для приведения в действие подводных потребляющих энергию устройств, запитываемых переменным током. Система содержит поверхностное судно, подводный инвертор и поверхностные компоненты, расположенные на поверхностном судне. Инвертор выполнен с возможностью расположения под водой и приема энергии постоянного тока, передаваемого от поверхностного судна. Инвертор выполнен с возможностью преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства. Инвертор соединен с катодом. Поверхностные компоненты соединены с анодом, выполненным с возможностью расположения под водой. Анод и катод образуют канал обратного тока через морскую воду. Инвертор выполнен с возможностью обеспечения энергии трехфазного переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства на управляемых частотах, основанных на управляющих воздействиях подводного управляющего модуля. Изобретение обеспечивает повышение эффективности технологии питания и управления подводными потребляющими энергию устройствами. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящей заявкой заявлен приоритет согласно предварительной заявке на патент США №61/164,304, озаглавленной «Подводный инвертор с питанием на постоянном токе», поданной 27 марта 2007 г., которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение по сути относится к системам для подводной добычи. В частности, настоящее изобретение относится к конфигурации частотно-регулируемого привода, выполненного с возможностью использования в системе подводной добычи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Данный раздел предназначен для ознакомления с различными аспектами области техники, которые могут относиться к различным аспектам настоящего изобретения, описанным и/или заявленным ниже. Предполагается, что эта информация полезна и обеспечивает справочную информацию для улучшения понимания различных аспектов данного изобретения. Соответственно, необходимо понимать, что эти утверждения следует рассматривать в этом ключе, а не в качестве признания предыдущего уровня техники.

[0004] Природные ресурсы, такие как нефть и газ, являются обычными источниками топлива для различных применений, например, для отопления домов, в качестве источника энергии транспортных средств, а также для выработки электроэнергии, если называть лишь некоторые из них. Когда желаемые ресурсы обнаружены под поверхностью земли, для доступа, извлечения и иных способов добычи обычно используют системы бурения и добычи. Эти системы могут быть расположены как на суше, так и в море в зависимости от местоположения искомых ресурсов. Когда ресурсы расположены в море (например, под водой), для извлечения ресурсов могут быть использованы системы для подводной добычи. Такие системы для подводной добычи могут содержать компоненты, расположенные на поверхностном судне, таком как плавучая буровая установка или платформа, а также компоненты, расположенные удаленно от поверхностного судна и в подводном положении, как правило, внутри или около подземного пласта (например, скважины), в котором находятся ресурсы. Например, система для подводной добычи может использовать по меньшей мере одно подводное оборудование устья скважины и фонтанное устьевое оборудование для управления потоком ресурсов в скважину или из нее.

[0005] Кроме того, система для подводной добычи может использовать по меньшей мере одно подводное потребляющее энергию устройство, приводимое в действие энергией переменного тока, такое как насос, двигатель или компрессор, для облегчения извлечения ресурсов из скважины. Например, по мере постепенного извлечения ресурсов из скважины с течением времени, природное давление внутри скважины может снизиться. Вследствие этого в какой-то момент в течение срока эксплуатации скважины, для облегчения извлечения ресурсов из скважины на поверхностное судно может быть использован подводный насос. Такие потребляющие энергию устройства (например, насосы, компрессоры и электродвигатели) обычно питаются с использованием переменного тока, как правило, порядка сотен киловатт или даже мегаватт, подаваемого источником энергии переменного тока, расположенным на поверхности. Как правило, совместно с источником энергии переменного тока может быть предусмотрен частотно-регулируемый привод для обеспечения работы подводных потребляющих энергию устройств на разных скоростях. Например, частотно-регулируемый привод может содержать инвертор, который обеспечивает подачу энергии переменного тока с управляемой частотой для подводного потребляющего энергию устройства, что обеспечивает регулируемое управление этим подводным потребляющим энергию устройством. Как можно понять, это может обеспечить пуск подводных насосов и компрессоров на более низких частотах, а затем постепенно раскручиваться до желаемой рабочей скорости.

[0006] В обычных подводных системах для добычи, частотно-регулируемый привод, как правило, расположен на поверхностном судне (по существу около поверхностного источника энергии переменного тока) или под водой (по существу около подводного потребляющего энергию устройства). Например, когда подводное потребляющее энергию устройство расположено относительно близко к поверхностному судну (например, примерно в 15 километрах или меньше), частотно-регулируемый привод может находиться на поверхностном судне, как правило, в непосредственной близости от источника переменного тока. В процессе работы выходная мощность переменного тока поверхностного частотно-регулируемого привода передается подводному потребляющему энергию устройству с использованием по меньшей мере одного силового проводника, расположенного в кабеле с электроразрывным соединителем. В качестве примера, где энергия трехфазного переменного тока передается от поверхностного частотно-регулируемого привода к подводному потребляющему энергию устройству, кабель с электроразрывным соединителем может содержать три силовых линии электропередачи переменного тока для передачи энергии трехфазного переменного тока (например, в том числе 15 Гц, 30 Гц и 60 Гц переменного тока).

[0007] Когда подводное потребляющее энергию устройство расположено дальше от поверхностного судна (например, больше 15 километров), может быть нежелательно иметь частотно-регулируемый привод, расположенный на поверхностном судне, из-за по меньшей мере частично нежелательных гармоник и отраженных сигналов, которые могут проявиться из-за особенностей передачи переменного тока на дальние расстояния. В таких случаях может оказаться целесообразным использовать частотно-регулируемый привод, расположенный под водой и далеко от поверхностного судна (например, расположенный обычно в непосредственной близости от подводного потребляющего энергию устройства). В этой конфигурации переменный ток от источника переменного тока на поверхностном судне может быть передан с использованием вышеупомянутого кабеля с электроразрывным соединителем к подводному частотно-регулируемому приводу для подачи питания для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства с различными скоростями.

[0008] К сожалению, передача переменного тока, особенно на большие расстояния за пределы разведанной площади, не всегда эффективна. В целях повышения кпд передачи энергии переменного тока, одной из технологий, которая применялась, является повышение напряжения переменного тока, передаваемого через провод энергии переменного тока, за счет использования подводных и/или надводных компонентов трансформатора. Однако такие компоненты, как правило, дорогостоящие и могут добавиться к общей стоимости добычи ресурсов. Другой технологией, которая применялась для повышения кпд передачи энергии переменного тока, является передача переменного тока на более низкой частоте. Однако даже с помощью таких мер передача переменного тока на относительно низкой частоте 15 Гц все еще может привести к снижению кпд приблизительно до 20% на каждые 200 километров расстояния за пределами разведанной площади. Кроме того, относительно высокая стоимость использования кабеля с электроразрывным соединителем, имеющего достаточный диаметр для передачи переменного тока (в частности, многофазного переменного тока) на большие расстояния, часто обременительна и добавляется к общей стоимости добычи ресурсов. Кроме того, передача переменного тока на большие расстояния может дополнительно привести к потенциально нежелательным гармоникам и отраженным сигналам, генерируемым вблизи чувствительного подводного электронного оборудования. Более того, в системах, в которых частотно-регулируемый привод расположен под водой для работы с подводными потребляющими энергию устройствами переменного тока, эксплуатация, ремонт и/или обслуживание частотно-регулируемого привода могут быть непрактичными и/или трудными.

[0009] В свете вышеупомянутых недостатков, в частности, может быть желательным обеспечение более эффективной технологии питания и управления подводными потребляющими энергию устройствами переменного тока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Различные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые обозначения представляют одни и те же элементы на всех фигурах.

[0011] Фиг.1 представляет собой упрощенную блок-схему системы подводной добычи в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

[0012] Фиг.2 представляет собой упрощенную блок-схему частотно-регулируемого привода, который может быть реализован в системе подводной добычи, показанной на фиг.1.

[0013] Фиг.3 представляет собой схему приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства, запитываемого переменным током, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

[0014] Фиг.4A-4C изображают упрощенные схемы приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства, запитываемого переменным током, в соответствии с дополнительными вариантами реализации настоящего изобретения.

[0015] Фиг.5 представляет собой вид в разрезе кабеля с электроразрывным соединителем для передачи энергии трехфазного переменного тока.

[0016] Фиг.6A-6D представляют собой вид в разрезе кабеля с электроразрывным соединителем для передачи постоянного тока к подводному инвертору в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.

[0017] Фиг.7 представляет собой график сравнения кпд передачи энергии переменного тока и кпд передачи энергия постоянного тока при сравнимом напряжении на различные расстояния за пределами разведанной площади.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

[0018] По меньшей мере один конкретный вариант реализации настоящего изобретения будет описан ниже. Эти описываемые варианты реализации служат лишь примерами настоящего изобретения. Кроме того, при попытке подробного описания этих примерных вариантов реализации, все возможности фактической реализации не могут быть раскрыты в описании. Следует отметить, что при разработке любой такой фактической реализации, как и в любом инженерном или конструкторском проекте, для достижения конкретных целей проектировщиков должны быть приняты многочисленные решения, специфические для конкретной реализации, такие как соответствие ограничениям, относящиеся к техническим и финансовым требованиям, которые могут варьироваться от одной реализации к другой. Кроме того, следует учитывать, что такие работы проектировщиков могут быть сложными и времяемкими, но тем не менее будут обычными при проектировании, конструировании и изготовлении для средних специалистов, ознакомленных с преимуществами этого описания.

[0019] При описании элементов различных вариантов реализации настоящего изобретения термины "некий", "некоторый", "этот", "указанный" и тому подобное должны пониматься как указывающие на то, что существуют по меньшей мере один элемент. Термины "включающий", "содержащий", "имеющий", и т.п. во всех случаях должны пониматься как включающие или указывающие на то, что могут существовать дополнительные элементы, кроме перечисленных. Использование терминов "верх", "низ", "выше", "ниже" и их вариантов сделано для удобства и не требует какой-либо конкретной ориентации компонентов.

[0020] Некоторые примерные варианты реализации настоящего изобретения содержат системы и способы для приведения в действие подводных потребляющих энергию устройств, запитываемых переменным током, таких как насос, двигатель, компрессор или их комбинация. В частности, некоторые варианты предусматривают "разделение" частотно-регулируемого привода, который может содержать выпрямитель и фильтр постоянного тока, расположенные на поверхностном судне морской подводной добывающей системы и инвертор, расположенный под водой удаленно, например, рядом с подводным потребляющим энергию устройством переменного тока. В процессе работы источник переменного тока, расположенный на поверхности морской подводной добывающей системы, подает переменный ток к выпрямителю. Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, который затем фильтруется фильтром постоянного тока. Отфильтрованный постоянный ток затем передается от поверхностного судна к подводному инвертору через линию постоянного тока, заключенную в подводный кабель с электроразрывным соединителем. Подводный инвертор преобразует переданную энергию постоянного тока обратно в энергию переменного тока, которая затем используется для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения подводный инвертор может быть соединен с катодом, образую через морскую воду канал обратного тока к аноду, соединенному с поверхностными компонентами разделенного частотно-регулируемого привода.

[0021] Обратимся первоначально к фиг.1, где в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения показан пример подводной системы добычи, который далее обозначен номером 10. Подводная система добычи 10 может быть системой добычи полезных ископаемых, расположенной в море, и может содержать поверхностное судно 12, которым может быть плавучая буровая установка или платформа, как правило, расположенная на морской поверхности 14. Подводная система добычи 10 может содержать подземные пласты или скважины, расположенные под дном моря в месте морской добычи. Следует иметь в виду, что в контексте подводной добычи ресурсов, такие скважины могут быть расположены на такой глубине или расстоянии, которые, как правило, называют "расстоянием за пределами разведанной площади" от поверхностного судна 12.

[0022] Каждая скважина может содержать устье скважины (не показано), каждое из которых может находиться под контролем соответствующего фонтанного устьевого оборудования 16. Фонтанное устьевое оборудование 16 обычно управляет добычей таких ресурсов, как углеводороды (например, нефть, газ и т.д.) из скважины. В изображенном варианте реализации настоящего изобретения фонтанное устьевое оборудование 16 может находиться под управлением контроллера 18, который может получать сигналы управления от поверхностного судна 12 по управляющей линии 20. Например, контроллер 18 может управляться удаленно оператором с поверхностного судна 12. Управляющие сигналы, полученные контроллером 18, могут быть доведены до фонтанного устьевого оборудования 16 в виде управляющих воздействий 22.

[0023] Каждое фонтанное устьевое оборудование 16 может содержать добывающие отводы 24, обеспечивающие канал, по которому добываемые жидкости, извлеченные из скважины, могут поступать к общему коллектору 26. Работающий на переменном токе подводный насос 28 может быть использован, чтобы облегчить перекачку добываемых жидкостей, принимаемых в коллекторе 26 до поверхностного судна 12. Например, в данном иллюстрируемом варианте реализации настоящего изобретения подводный насос 28 может принимать добываемые жидкости от коллектора 26 через трубопровод 30 и далее перекачивать принятые жидкости до поверхностного судна 12 через различные обсадные и/или восходящие конструкции, обозначенные здесь номером 32.

[0024] В соответствии с особенностями данной технологии, подводный насос 28 может работать с использованием "разделенного" частотно-регулируемого привода, который содержит как компоненты, расположенные на поверхности 14 (поверхностные компоненты 36), так и компоненты, расположенные под водой. Поверхностные компоненты 36 частотно-регулируемого привода могут содержать выпрямитель 38 и фильтр 40 постоянного тока. Выпрямитель 38 может принимать энергию от источника 34 переменного тока, также расположенного на поверхностном судне 12. Например, источник 34 переменного тока может работать в качестве основного источника энергии для поверхностного судна 12. В процессе работы выпрямитель 38 преобразует принятый переменный ток в постоянный ток. Кроме того, в качестве примера, выпрямитель 38 может иметь по меньшей мере один диод, биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) или тиристор (также известных как кремниевый триодный тиристор (КТТ)), или другой транзистор подходящего типа. Постоянный ток подают от выпрямителя 38, затем фильтруют с помощью фильтра 40 постоянного тока. Это делается для того, чтобы сгладить постоянный ток перед его передачей, обеспечивая тем самым более чистую форму выходного сигнала переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства 28.

[0025] Подводный компонент "разделенного" частотно-регулируемого привода содержит инвертор 44. То есть инвертор 44 как компонент показанного частотно-регулируемого привода находится удаленно от поверхностных компонентов 36 (выпрямитель 38 и фильтр 40 постоянного тока). Фильтрованный постоянный ток может быть передан от поверхностных компонентов 36 к подводному инвертору 44 через проводник постоянного тока, размещенный внутри кабеля 42 с электроразрывным соединителем. Подводный инвертор 44, после приема постоянного тока через кабель 42, преобразует полученный постоянный ток обратно в переменный ток, который может быть использован для приведения в действие подводного насоса 28. На практике подводный инвертор 44 может управляться контроллером 18 (с помощью управляющих сигналов 22) так, что результирующий переменный ток, подающийся на подводный насос 28, является управляемым. То есть работа подводного насоса 28 может регулироваться путем управления частотой и/или напряжением электроэнергии, подаваемой через инвертор 44.

[0026] Обратимся теперь к фиг.2, показывающей упрощенную блок-схему частотно-регулируемого привода, который может быть реализован в системе 10 подводной добычи, показанной на фиг.1, и который далее для общих ссылок обозначен номером 50. Как упоминалось выше, частотно-регулируемый привод 50 может содержать поверхностные компоненты 36 и подводный инвертор 44. Поверхностные компоненты 36 обычно могут размещаться на поверхностном судне 12 и могут содержать выпрямитель 38 и фильтр 40 постоянного тока. Выпрямитель 38 может принимать энергию от источника 34 переменного тока, также расположенного на поверхностном судне 12. В рассматриваемом варианте реализации настоящего изобретения переменный ток 52, поставляемый источником 34 переменного тока, может быть трехфазным. В дополнительных вариантах реализации настоящего изобретения, однако, источник 34 переменного тока может подавать однофазный переменный ток.

[0027] Выпрямитель 38 преобразует переменный ток 52, поставляемый источником 34 переменного тока в постоянный ток, что обозначено ссылочной позицией 54. Как будет понятно, выпрямитель 38 может содержать по меньшей мере один диод, биполярный транзистор с изолированным затвором, или тиристор, надлежащим образом настроенный для преобразования переменного тока в постоянный ток. К примеру, в одном варианте реализации настоящего изобретения выпрямитель 38 может содержать шесть диодов, соединенных в электрическую мостовую схему для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный ток. Выпрямленный постоянный ток 54 далее фильтруется фильтром 40 постоянного тока. Как говорилось выше, процесс фильтрации может сгладить постоянный ток 54, что может обеспечить подачу чистого переменного тока (например, 60) от частотно-регулируемого привода 50.

[0028] Затем фильтрованный постоянный ток передают от поверхностного судна 12 к подводному инвертору 44. Передача постоянного тока может быть осуществлена по линии постоянного тока, обозначенной здесь номером 56. Линия постоянного тока может быть заключена в кабель 42, показанный на фиг.1. Таким образом, по сравнению с традиционной подводной системой добычи, в которой передача переменного тока, в частности трехфазного переменного тока (например, от поверхностного источника переменного тока к подводному частотно-регулируемому приводу или от поверхностного частотно-регулируемого привода к подводному потребляющему энергию устройству), требует кабель с электроразрывным соединителем, имеющий три отдельные линии переменного тока, предложенный иллюстрируемый вариант реализации настоящего изобретения может обеспечить адекватное питание подводного потребляющего энергию устройства с использованием кабеля 42, который содержит только одну линию 56 постоянного тока.

[0029] Кроме того, как будет показано более подробно ниже, линия постоянного тока, как правило, меньше в диаметре по сравнению с проводником переменного тока, рассчитанным для передачи сопоставимого напряжения. Только для примера, обычная линия переменного тока для передачи около 10 киловольт (кВ) для приведения в действие подводного насоса 28 может быть примерно от 2,54 до 3,81 сантиметров (от 1 до 1,5 дюймов) в диаметре. Линии переменного тока требуют дополнительной изоляции (например, примерно в 2,54 см (1 дюйм) изолирующего материала вокруг каждого проводника), в частности, когда несколько проводников размещены в одном кабеле с электроразрывным соединителем. Для передачи трехфазного переменного тока по кабелю с электроразрывным соединителем, имеющему три таких проводника переменного тока, каждый из них требует соответствующего изоляционного покрытия. Таким образом, диаметр обычного кабеля с электроразрывным соединителем для передачи трехфазного переменного тока, с учетом внешнего изолирующего покрытия, которое окружает три линии переменного тока и их соответствующие изоляционные слои, может достигать 30,48 или более сантиметров (12 и более дюймов).

[0030] В противоречие этому, кабель 42 в соответствии с аспектами описываемых вариантов реализации изобретения, может обеспечивать передачу постоянного тока к подводному инвертору 42 с использованием одной линии постоянного тока. Как правило, линия постоянного тока, подходящая для передачи конкретного напряжения, тоньше, чем линия переменного тока, рассчитанная на такое же напряжение. Только для примера, линия постоянного тока (например, 56) для передачи около 10 кВ может быть примерно от 1,27 до 1,9 сантиметров (от 0,5 до 0,75 дюймов) в диаметре и также может требовать меньше изоляции по сравнению с линией переменного тока. Иными словами, кабель 42 и тоньше, и менее сложный, чем сопоставимый кабель с электроразрывным соединителем, используемый для передачи переменного тока в традиционных подводных системах добычи. Как будет понятно, этот рациональный подход может предоставить более экономически эффективный кабель 42, тем самым уменьшая общие материально-производственные затраты на энергоснабжение подводного потребляющего энергию устройства 28. Кроме того, кабель 42, по сравнению с традиционными кабелями с электроразрывным соединителем переменного тока, в целом может быть тоньше и легче, вследствие чего требует меньше несущих конструкций для поддержки линии постоянного тока. Как будет понятно, это может вызвать уменьшение нагрузки на поверхностное судно. Кроме того, из-за в целом меньшего размера кабеля 42, при транспортировке и перед развертыванием требуется меньше места.

[0031] Продолжим описание подводного инвертора 44, показанного на фиг.2. При приеме энергии постоянного тока, переданной по силовой линии 56 постоянного тока (в подводном кабеле 42), подводный инвертор 44 преобразует постоянный ток обратно в трехфазный переменный ток 60, который затем может быть использован для приведения в действие переменным током подводного потребляющего энергию устройства 28. Хотя подводное потребляющее энергию устройство 28 переменного тока, приведенное в данном варианте реализации изобретения, может быть подводным насосом, следует отметить, что различными подводными потребляющими энергию устройствами можно управлять с использованием показанного частотно-регулируемого привода. Так, например, подводным потребляющим энергию устройством также может быть асинхронный двигатель, компрессор, насосный двигатель нагнетания морской воды, насосный двигатель системы сепарации и так далее. Кроме того, раскрытые варианты реализации частотно-регулируемого привода могут быть использованы для управления многочисленными компонентами с электроприводом (например, для контроля открытия и закрытия клапанов, приводов и других компонентов) в различных типах оборудования, в том числе в фонтанном устьевом оборудовании (например, 16), коллекторах, двигателях, насосах и так далее.

[0032] Кроме того, подводный инвертор 44 может быть помещен в подводный защитный корпус 58, который может служить для защиты подводного инвертора 44 от подводной среды. Подводный корпус 58 в некоторых вариантах реализации изобретения может содержать интерфейс, с помощью которого подводный инвертор 44 и соответствующий его корпус 58 может быть извлечен из подводного положения для проведения осмотра, технического обслуживания и/или ремонта. По сравнению с традиционной подводной системой добычи, в которой компоненты частотно-регулируемого привода (выпрямитель, фильтр постоянного тока и инвертор) расположены или полностью под водой или полностью на поверхности, раскрытые варианты реализации настоящего изобретения размещают под водой только инвертор 44. Как будет понятно, это уменьшает количество электронных компонентов, и, таким образом, общий размер той части частотно-регулируемого привода 50, которая находится под водой. К примеру, раскрытый вариант реализации настоящего изобретения может обеспечить, по меньшей мере, 66%-ное снижение общего размера подводной части частотно-регулируемого привода (например, только инвертор 44). Другие варианты реализации настоящего изобретения могут обеспечить, по меньшей мере, 50%, 60%, 70%, или 80%-ное снижение в отношении размера подводной части частотно-регулируемого привода.

[0033] На фиг.3 показана схема 70 для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28 в соответствии с аспектами варианта реализации настоящего изобретения. Как видно, схема 70 может содержать источник 34 переменного тока, частотно-регулируемый привод 50 (содержащий поверхностные компоненты 36 и подводный инвертор 44), как обсуждалось выше на фиг.2. Как объяснялось выше, источник 34 переменного тока может подавать энергию 52 трехфазного переменного тока к поверхностным компонентам 36 частотно-регулируемого привода 50. Поверхностные компоненты 36, которые, как правило, могут быть расположены на поверхности 14 подводной системы 10 добычи, содержат выпрямитель 38 и фильтр 40 постоянного тока. Выпрямитель 38 может преобразовывать энергию 52 переменного тока, подаваемую источником 34 переменного тока, в постоянный ток 54. Постоянный ток 54 на выходе из выпрямителя 38 затем фильтруется фильтром 40 постоянного тока для сглаживания постоянного тока перед передачей к подводному инвертору 44 по линии 56 постоянного тока.

[0034] Линия 56 постоянного тока может содержать один проводник постоянного тока для передачи фильтрованного постоянного тока к подводному инвертору 44. В условиях подводной системы добычи линия 56 постоянного тока может быть заключена в кабель 42 (как показано на фиг.1) для связи поверхностных компонентов 36 с подводным инвертором 44. Кабель 42 может обеспечить изоляцию и защиту силовой линии 56 постоянного тока. В настоящем варианте реализации изобретения кабель 42 может содержать один проводник постоянного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства. В дополнительных вариантах реализации изобретения, как будет описано более подробно ниже, кабель 42 может содержать одну силовую линию постоянного тока для приведения в действие нескольких потребляющих энергию устройств или может содержать несколько силовых линий постоянного тока для приведения в действие нескольких потребляющих энергию устройств, причем каждая силовая линия постоянного тока обеспечивает приведение в действие соответствующего потребляющего энергию устройства. Силовая линия 56 постоянного тока может быть выполнена для передачи напряжения подходящей величины для приведения в действие потребляющего энергию устройства 28. Лишь в качестве примера в одном варианте реализации изобретения силовая линия 56 постоянного тока может передавать напряжение приблизительно от 7 до 10 киловольт. В дополнительных вариантах реализации изобретения силовая линия 56 постоянного тока может передавать напряжение от 1 до 10 киловольт. Еще в дополнительных вариантах реализации изобретения силовая линия 56 постоянного тока может передавать напряжение больше чем 10 киловольт.

[0035] Подводный инвертор 44 может преобразовывать энергию постоянного тока, принятую по силовой линии 56 постоянного тока, обратно в энергию переменного тока, которая может быть использована для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28. Например, в показанной схеме 70, подводный инвертор 44 преобразует энергию постоянного тока, переданную по силовой линии 56 постоянного тока, в энергию 60 трехфазного переменного тока, которая может быть использована для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28, которое может быть насосом, двигателем или компрессором, как описано выше. В одном из вариантов реализации изобретения подводный инвертор 44 может быть спроектирован для предоставления энергии переменного тока мощностью в диапазоне приблизительно от 2 до 4 мегаватт. В дополнительных вариантах реализации изобретения подводный инвертор может обеспечить энергию переменного тока мощностью в диапазоне приблизительно от 1 до 5 мегаватт.

[0036] Кроме того, в приведенном варианте реализации изобретения схема 70 может содержать канал обратного тока через морскую воду. Например, подводный инвертор 44 может быть электрически соединен с катодом 72, а поверхностные компоненты 36, расположенные на поверхностном судне 12, могут быть электрически соединены с анодом 74. Катод 72 и анод 74 могут образовывать подводный канал 76 обратного тока через морскую воду. Кроме того, следует понимать, что подводный инвертор 44 может обеспечить энергию 60 трехфазного переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства 28 на управляемых частотах, основанных на управляющих воздействиях контроллера 18, как обсуждалось выше со ссылкой на фиг.1. Например, когда подводное потребляющее энергию устройство 28 является асинхронным трехфазным двигателем, двигатель может быть запущен медленно и с постепенным увеличением до желаемой скорости работы. Как будет понятно, это может позволить подводному потребляющему энергию устройству 28 начать работать с полным номинальным крутящим моментом без чрезмерного расхода тока.

[0037] Каждая из фиг.4А-4С показывает еще одни варианты схем, которые могут быть использованы для приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства, запитываемого переменным током, в соответствии с предложенными описанными способами. Рассмотрим сначала показанную на фиг.4А схему 77, где источник 34 энергии переменного тока может подавать энергию 52 трехфазного переменного тока к поверхностным компонентам 36 частотно-регулируемого привода 50. Как говорилось выше, поверхностные компоненты 36 могут содержать выпрямитель 38 для преобразования энергии 52 трехфазного переменного тока в постоянный ток. Поверхностные компоненты 36 могут дополнительно содержать фильтр 40 постоянного тока для фильтрации выходного постоянного тока от выпрямителя 38 перед передачей постоянного тока к подводному инвертору 44.

[0038] Как отмечалось выше, передача постоянного тока от фильтра 40 постоянного тока к подводному инвертору 44 может быть обеспечена по линии 56 постоянного тока, которая может быть заключена в кабель 42, схематически показанный здесь пунктирной линией, которая окружает линию 56 постоянного тока. Подводный инвертор 44, после получения постоянного тока, переданного по линии 56 постоянного тока, преобразует постоянный ток обратно в трехфазный переменный ток 60, который затем может быть использован для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28. Здесь, вместо использования канала 76 обратного тока через морскую воду с использованием катода 72 и анода 74, как показано на фиг.3, применена дополнительная линия 80 обратного тока, соединяющая подводный инвертор 44 с поверхностными компонентами 36 частотно-регулируемого привода 50, замыкающая таким образом схему. Здесь линия 80 обратного тока также заключена в кабель 42 вместе с силовой линией 56 постоянного тока. Иными словами, кабель 42, в варианте, показанном на фиг.4А, может содержать одну линию 56 постоянного тока для приведения в действие одного потребляющего энергию устройства 28 переменного тока, а также одну линию 80 обратного тока.

[0039] Фиг.4B иллюстрирует другой вариант реализации схемы 78, которая может быть использован для питания и приведения в действие нескольких подводных потребляющих энергию устройств переменного тока, показанных здесь ссылками 28а и 28b. Схема 78 может содержать источник 34 переменного тока для подачи энергии 52 трехфазного переменного тока к поверхностным компонентам 36 частотно-регулируемого привода 50. Как говорилось выше, поверхностные компоненты могут содержать выпрямитель 38 для преобразования энергии 52 трехфазного переменного тока в энергию постоянного тока и фильтр 40 постоянного тока для фильтрации выходного постоянного тока от выпрямителя 38. Фильтрованный постоянный ток может быть передан от поверхностных компонентов 36 к подводному инвертору 44 по линии 56 постоянного тока, которая может быть заключена в кабель 42.

[0040] Подводный инвертор 44, после приема постоянного тока, переданного по линии 56 постоянного тока, преобразует энергию постоянного тока в энергию 60 трехфазного переменного тока. Чтобы приведения в действие обоих подводных потребляющих энергию устройств 28а и 28b переменного тока, энергия 60 трехфазного переменного тока, поданная от подводного инвертора 44, может быть принята системой 82 распределения питания. Система 82 распределения питания может быть выполнена с возможностью подачи соответствующего количества энергии переменного тока для приведения в действие каждого из потребляющих энергию устройств 28а и 28b переменного тока. Например, в показанном варианте реализации изобретения система 82 распределения питания может подавать энергию 84 трехфазного переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28а и может подавать энергию 84 трехфазного переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28b. То есть в данном варианте реализации изобретения кабель 42 может содержать одну силовую линию 56 постоянного тока для передачи постоянного тока, который может быть использован подводным инвертором 44 и системой 82 распределения питания для приведения в действие множества потребляющих энергию устройств 28а и 28b переменного тока.

[0041] В то время как предложенный вариант реализации изобретения показывает только два подводных потребляющих энергию устройств 28а и 28b, подсоединенных к системе 82 распределения питания, следует понимать, что в зависимости от возможностей системы 82 по доставке питания могут также быть приведены в действие дополнительные потребляющие энергию устройства переменного тока, с использованием предложенной конфигурации. Схема 78 также использует канал 76 обратного тока через морскую воду, описанный выше со ссылкой на фиг.3. То есть катод 72 может быть соединен с подводным инвертором 44, а анод 74 может быть соединен с поверхностными компонентами 36 для образования канала 76 обратного тока через морскую воду.

[0042] Обратимся к фиг.4С, показывающей следующий вариант схемы 79 для приведения в действие множества подводных потребляющих энергию устройств 28а и 28b переменного тока. Цепь 79 по сути содержит два частотно-регулируемого привода 50, каждый из которых получает энергию 52 трехфазного переменного тока от общего источника 34 переменного тока. К примеру, источник 34 переменного тока подает энергию 52 трехфазного переменного тока на поверхностные компоненты 36а и 36b соответственно первого и второго частотно-регулируемых приводов. Каждый из поверхностных компонентов 36а и 36b может содержать соответствующие выпрямитель и фильтрующие компоненты, как в целом говорилось выше. Таким образом, каждый из поверхностных компонентов 36а и 36b может выдавать фильтрованный постоянный ток по соответственно подсоединенным линиям 56а и 56b постоянного тока.

[0043] В предложенном описанном варианте реализации изобретения линии 56а и 56b постоянного тока могут быть заключены в один кабель 42. Постоянный ток, передаваемый по каждой из линий 56а и 56b постоянного тока, может быть получен подводными инверторами 44а и 44b соответственно. Подводный инвертор 44а может преобразовывать энергию постоянного тока, переданную по линии 56а постоянного тока, в энергию 60А трехфазного переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28а. Точно так же подводный инвертор 44b может преобразовывать энергию постоянного тока, переданную по линии 56b постоянного тока в энергию 60b трехфазного переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства 28b. Иными словами, в схеме 79, показанной на фиг.4C, кабель 42 может содержать линию постоянного тока (56а и 56b) для каждого подводного потребляющего энергию устройства (28а и 28b) подводной системы 10 добычи. Кроме того, подводные инверторы 44а и 44b могут быть соединены с общим катодом 72. Катод 72 может обеспечивать канал 76а обратного тока через морскую воду к аноду 74а, соединенному с поверхностным компонентом 36а. Катод 72 может также обеспечивать канал 76b обратного тока через морскую воду к аноду 74b, соединенному с поверхностным компонентом 36b.

[0044] Как можно понять, определенные аспекты раскрытых сейчас способов обеспечивают передачу постоянного тока к подводному инвертору 44 по одному проводу электропитания постоянного тока. Как будет показано ниже, передача постоянного тока, как правило, более эффективна по сравнению с передачей переменного тока на одинаковые большие расстояния, такие, как сто и более километров. Кроме того, кабель 42 с одним проводником для питания подводного потребляющего энергию устройства переменного тока, как правило, меньше по размерам, менее сложный и, следовательно, более экономичный по сравнению с кабелем с электроразрывным соединителем, используемым в традиционных подводных системах добычи, обеспечивающим непосредственную передачу переменного тока от поверхностного частотно-регулируемого привода к подводному потребляющему энергию устройству, или от поверхностного источника переменного тока к подводному частотно-регулируемому приводу. К примеру, как отмечалось выше, в обычном кабеле с электроразрывным соединителем для передачи трехфазного переменного тока могут быть необходимыми три отдельные линий проводников переменного тока.

[0045] Обратимся теперь к фиг.5, где показан вид в разрезе такого кабеля с электроразрывным соединителем для передачи трехфазного переменного тока, обозначенный позицией 90. Как видно, кабель 90 может содержать внешний изолирующий слой 92. Внешний изолирующий слой 92 может служить защитным средством, изоляцией и местом расположения для трех проводников переменного тока 94, 96 и 98, каждый из которых выполнен с возможностью передачи трехфазного переменного тока от поверхностного источника энергии (не показан). К примеру, три фазы переменного тока могут иметь частоты 15 Гц, 30 Гц, и 60 Гц соответственно. Кроме того, каждый из проводников энергии переменного тока 94, 96 и 98 может содержать соответствующие изолирующие слои 100, 102, и 104. Как говорилось выше, размер проводника переменного тока 94, 96 и 98 может зависеть от передаваемого напряжения. Например, линия для передачи переменного тока номинальной мощностью 10 киловольт (кВ) может быть примерно от 2,54 до 3,81 сантиметров (от 1 до 1,5 дюймов) дюймов в диаметре. Линия переменного тока (94, 96, 98) может быть из меди, алюминия или любого другого проводящего материала подходящего типа.

[0046] Невыгодно, когда требуется несколько проводников переменного тока для передачи трехфазного переменного тока к подводному частотно-регулируемому приводу, так как кабель 90 значительно увеличивается в размере, тем самым существенно увеличивая стоимость передачи электроэнергии в традиционных подводных системах добычи. Далее, как уже упоминалось выше, передача переменного тока на большие расстояния за пределы разведанной площади может привести к образованию потенциально нежелательных гармоник и отраженных сигналов, генерируемых вблизи чувствительного подводного оборудования, такого, как обычный подводный частотно-регулируемый привод, подводное потребляющее энергию устройство, фонтанное устьевое оборудование и/или оборудование устья скважины, и/или вблизи поверхности (например, вблизи поверхностного судна).

[0047] Соответственно, определенные аспекты раскрытого в настоящее время способа предусматривают "разделение" частотно-регулируемого привода (например, 50), который обеспечивает подачу постоянного тока на поверхностном судне и передает его прямо на подводный инвертор (например, 44), который затем преобразует постоянный ток обратно в переменный ток для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства переменного тока, такого, как, например, насос, компрессор или двигатель. Передаче постоянного тока может содействовать кабель (например, 42) с электроразрывным соединителем, имеющий единственный проводник постоянного тока. Это значительно уменьшает размер кабеля с электроразрывным соединителем и, следовательно, стоимость питания подводного оборудования по сравнению с традиционными подводными системами добычи, использующими кабель 90 трехфазного переменного тока (фиг.5) для приведения в действие и питания подводного оборудования переменного тока. Кроме того, поскольку подводный частотно-регулируемый привод 44 расположен относительно близко от подводного потребляющего энергию устройства 28 переменного тока, то переменный ток, передаваемый от подводного инвертора 44 до потребляющего энергию устройства 28, передают на относительно короткое расстояние и, следовательно, потенциально нежелательные гармоники и отраженные сигналы, обычно связанные с передачей переменного тока на большие расстояния, уменьшены или устранены полностью.

[0048] Прежде чем продолжить, следует отметить, что в соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия предмета изобретения, существующий кабель 90 трехфазного переменного тока может быть модифицирован для использования по меньшей мере с одним разделенным частотно-регулируемым приводом 50. Например, три силовых провода в кабеле 90 могут быть переключены для соединения с по меньшей мере одним поверхностным источником постоянного тока, таком, как выпрямитель 38 и фильтр 40 постоянного тока. Так, например, проводники 94, 96 и 98 могут быть модернизированы таким образом, чтобы на каждый подавался постоянный тока от соответствующего компонента поверхностного фильтра 40 постоянного тока. Каждый из проводников 94, 96 и 98 может быть дополнительно модернизирован для соединения с соответствующим подводным инвертором 44 и быть выполнен с возможностью передачи постоянного тока к каждому соответствующему подводному инвертору 44. Иными словами, если подводная система добычи или система добычи полезных ископаемых уже оборудована кабелем 90 трехфазного переменного тока, то по меньшей мере один разделенный частотно-регулируемый привод 50 обеспечит замену обычного частотно-регулируемого привода, который может быть расположен исключительно под водой или полностью на поверхностном судне, как описано выше. Затем, используя существующие три проводника в кабеле 90, моно передать постоянный ток уже к трем подводным инверторам 44 способом, подобным показанному на фиг.4С варианту реализации настоящего изобретения.

[0049] Обратимся теперь к фиг.6А, где показан вариант реализации кабеля 42 в соответствии с особенностями данного изобретения, показан вид в разрезе. Кабель 42 может быть использован в подводной системе 10 добычи, показанной на фиг.1, и может содержать линию 56 постоянного тока. Как отмечалось выше, линия 56 постоянного тока может быть предназначена для передачи постоянного тока от фильтра 40 постоянного тока к подводному инвертору 44. Подводный инвертор 44 может затем преобразовать постоянный ток, переданный по силовой линии 56 постоянного тока в переменный ток (например, 60), который может быть использован для приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства (например, 28) переменного тока. Далее, как уже упоминалось выше, линия 56 постоянного тока, рассчитанная на передачу конкретного напряжения, обычно тоньше, чем аналогичная линия передачи переменного тока. Например, если линия 56 постоянного тока рассчитана на передачу 10 кВ, то линия 56 постоянного тока может быть приблизительно от 1,27 до 1,9 сантиметров (0,5 до 0,75 дюйма) в диаметре и может также требовать меньше изоляции по сравнению с сопоставимой линией передачи переменного тока, например, линии передачи переменного тока 94, 96 и 98, показанными на фиг.5. В показанном варианте, линия 56 постоянного тока может быть расположена в изолирующем слое 108. Вместе линия 56 постоянного тока и соответствующий изолирующий слой 108 могут быть заключены во внешний изолирующей слой 110 кабеля 42. В другом варианте реализации изобретения, изолирующий слой 108 может не присутствовать, и, вместо этого, линия 56 постоянного тока может быть изолирована исключительно за счет внешнего изолирующего слоя 110 кабеля 42. Как говорилось выше о линиях переменного тока 94, 96 и 98, линия 56 постоянного тока может быть из меди, алюминия или любого другого проводящего материала подходящего типа.

[0050] Фиг.6B показывает вид в разрезе, иллюстрирующий альтернативный вариант реализации кабеля 42. В частности, фиг.6B иллюстрирует кабель 42, который может быть использован в схеме 77, описанной выше со ссылкой на фиг.4А. Так, например, кабель 42 может содержать линию 56 постоянного тока и линию 80 обратного тока. Как линия 56 постоянного тока, так и линия 80 обратного тока могут иметь соответствующие изолирующие слои 108 и 112. Линия 56 постоянного тока, линия 80 обратного тока и их соответствующие изолирующие слои 108 и 112 могут быть заключены во внешний изолирующий слой 110 кабеля 42.

[0051] Фиг.6C иллюстрирует другой вариант реализации изобретения, в котором линия 56 постоянного тока и управляющая линия 20, как говорилось выше на фиг.1, заключены в кабель 42. Как упоминалось выше, управляющая линия 20 может быть предусмотрена для передачи сигналов управления к подводному контроллеру или блоку управления 18, который может быть использован для управления несколькими подводными компонентами, например, фонтанным устьевым оборудованием 16 и подводным инвертором 44. В частности, управление подводным инвертором 44 через контроллер 18 может предусматривать регулируемое управление подводным потребляющим энергию устройством 28 переменного тока. Например, когда подводное потребляющее энергию устройство 28 переменного тока является трехфазным асинхронным двигателем, оно может быть запущено медленно и с постепенным увеличением до желаемой скорости работы. Кроме того, следует отметить, что линия управления обычно выполнена с возможностью передачи напряжений, которые существенно ниже, чем те, которые передаются по силовой линии 56 постоянного тока. Например, управляющая линия 20 может передавать напряжения примерно в 10-30 вольт постоянного тока. В одном из вариантов реализации изобретения управляющая линия 20 может передавать напряжение около 24 вольт постоянного тока. В отличие от этого линия постоянного тока может быть выполнена с возможностью передачи напряжения порядка сотен вольт или даже киловольт, такого, как примерно в 10 киловольт. Как видно, и линия 56 постоянного тока, и управляющая линия 20 могут быть заключены в соответствующие изолирующие слой 108 и 114, и они могут быть дополнительно заключены во внешний изолирующий слой 110 кабеля 42. Управляющая линия 20 может включать, например, медный, алюминиевый или волоконно-оптический кабель. Кроме того, хотя это и не показано в настоящем варианте реализации изобретения, должно быть понятно, что кабель 42 может также содержать дополнительные неэлектрические линии, такие как гидравлические линии и химические линии. Например, раскрытый вариант реализации кабеля с электроразрывным соединителем, показанный на фиг.6С, может содержать любое количество линий передачи энергии постоянного тока, цепей замыкания, гидравлических линий, линий управления, линий закачки химических продуктов и т.д. К примеру, варианты реализации кабеля 42 могут предусматривать наличие 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или большего количества каждой из линий передачи постоянного тока, цепей замыкания, гидравлических линий, управляющих линий или линий закачки химических продуктов, или их комбинацию.

[0052] Фиг.6D иллюстрирует еще другой вариант воплощения кабеля 42, в соответствии с особенностями данной технологии. В частности, кабель 42, показанный на фиг.6D, может быть использован в схеме 79, изображенной на фиг.4C. Иллюстрируемый кабель 42 имеет внешний изолирующий слой 110, который может заключать в себе силовые линии 56а и 56b. Каждая из линий 56а и 56b передачи постоянного тока может содержать соответствующие изолирующие слои 108а и 108b. Как описано выше со ссылкой на фиг.4С, силовые линии 56а и 56b могут быть предназначены для передачи постоянного тока от соответствующих поверхностных компонентов 36а и 36b. Поверхностные компоненты 36а и 36b могут быть частью первого и второго частотно-регулируемого привода, соответственно. Постоянный ток, переданный по силовым линиям 56а и 56b, может быть получен подводными инверторами 44а и 44b, соответственно, и преобразуется в переменный ток для приведения в действие соответствующих подводных потребляющих энергию устройств 28а и 28b. Таким образом, вариант реализации изобретения, показанный на фиг.6D, предназначен для иллюстрации реализации, в которой кабель 42 содержит одну силовую линию питания на постоянном токе для каждого подводного потребляющего энергию устройства, запитываемого переменным током, в подводной системе 10 для добычи.

[0053] Как упоминалось выше, одно из преимуществ настоящего изобретения относится к более высокому кпд передачи энергии постоянного тока по сравнению с передачей энергии переменного тока. В частности, кпд передачи энергии переменного тока, как правило, уменьшается по мере увеличения расстояния передачи. Таким образом, в подводных применениях, где энергия передается на относительно большие расстояния, например на сотни километров, передача энергии переменного тока часто находится в неблагоприятном положении, в связи с высоким процентом потерь в линии.

[0054] В отличие от этого, передача постоянного тока, как правило, более эффективна из-за отсутствия комплексного сопротивления, связанного с передачей энергии переменного тока и, в особенности, энергии многофазного переменного тока. Для примера обратимся к фиг.7, где показан график 120 сравнения кпд передачи энергии постоянного тока по сравнению с передачей энергии переменного тока при сопоставимых напряжениях. Обратимся сначала к кривым 122, 124 и 126, эти кривые могут представлять кпд передачи питания трехфазного переменного тока, передающегося на частотах 15 Гц, 30 Гц и 60 Гц соответственно, в диапазоне расстояний от 0 до 700 км (ось X графика 120) от основного источника энергии переменного тока на поверхности (например, источника 34 на поверхностном судне 12). Как уже говорилось выше, снижение частоты энергии переменного тока может до некоторой степени незначительно улучшить кпд передачи. Например, как показано на графике 120, передача энергии переменного тока при 15 Гц (кривая 122) является более эффективной в сравнении с передачей энергии переменного тока при 30 Гц (кривая 124) и при 60 Гц (кривая 126). Однако, по сравнению с передачей постоянного тока (кривая 128) при сопоставимых напряжениях, кпд передачи (например, ось Y графика 120) для каждой из кривых переменного тока 122, 124 и 126 значительно уменьшается с увеличением расстояния от поверхностного источника 34 энергии переменного тока. Например, в интервале расстояния приблизительно от 100 до 300 километров, кпд передачи энергии трехфазного переменного тока снижается примерно до 60 процентов или меньше. Кроме того, при расстоянии приблизительно 500 км, кпд передачи энергии переменного тока дополнительно снижается до менее чем 20 процентов.

[0055] Для сравнения, передача энергии постоянного тока при сопоставимом напряжении, как показывает кривая 128, является гораздо более эффективной, чем передача энергии переменного тока, даже на больших расстояниях за пределами разведанной площади. Например, как показывает кривая 128, при удалении за пределы разведанной площади приблизительно на 300 километров, кпд передачи питания постоянного напряжения превышает по меньшей мере 90 процентов. На удалении за пределы разведанной площади приблизительно 700 километров, кпд передачи энергии постоянного напряжения немного уменьшается, но все еще остается относительно высоким и составляет примерно 85-90 процентов эффективности, для сравнения с кривыми 122, 124 и 126 энергию переменного тока может передавать с кпд только около 10 процентов на то же расстояние. Таким образом, для приведения в действие того же подводного потребляющего энергию устройства на переменном токе, на одинаковом расстоянии за пределами разведанной площади, должно быть передано значительно больше энергии переменного тока в целях компенсации неэффективности и потерь в линии, которые могут возникнуть во время передачи переменного тока.

[0056] Как отмечалось выше, раскрытые в настоящем изобретении способы могут предоставить ряд преимуществ по сравнению с традиционными приложениями подводной добычи. К примеру, путем использования разделенного частотно-регулируемого привода, в котором на поверхностном судне вырабатывается постоянный ток и передается к подводному инвертору, передача электроэнергии, как правило, гораздо более эффективна по сравнению с передачей переменного тока от источника переменного тока с поверхности к подводному частотно-регулируемому приводу (например, если все выпрямляющие, фильтрующие и инвертирующие компоненты расположены под водой) или от поверхностного частотно-регулируемого привода к подводному потребляющему энергию устройству (например, если все выпрямляющие, фильтрующие и инвертирующие компоненты расположены на поверхности). Далее, как уже упоминалось выше, кабели с электроразрывным соединителем для передачи под воду энергии постоянного тока, как правило, меньше и более экономичны по сравнению с традиционными кабелями с электроразрывным соединителем для передачи под воду энергии переменного тока для приведения в действие и питания блока оборудования переменного тока. Например, одна линия постоянного тока может заменить три отдельных проводника переменного тока, необходимые для передачи трехфазного переменного тока по традиционным кабелям с электроразрывным соединителем. Кроме того, поскольку подводный инвертор (например, 44) располагается относительно близко от силового подводного потребляющего энергию устройства переменного тока (например, 28), то переменный ток, передающийся от инвертора к потребляющему энергию устройству, передается на относительно небольшое расстояние, тем самым уменьшая или исключая потенциально нежелательные гармоники и отраженные сигналы, обычно связанные с передачей энергии переменного тока на дальние расстояния. Кроме того, поскольку только инвертор как компонент разделенного частотно-регулируемого привода расположен под водой, количество подводных электронных компонентов уменьшается. Как будет понятно, это может позволить успешно снизить тепловыделение от подводного электрооборудования, используемого в подводной системе добычи, а также упростить извлечения, обследования, техническое обслуживание и/или ремонт такого оборудования.

[0057] Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты реализации настоящего изобретения в качестве примера были показаны на рисунках и подробно описаны в настоящем документе. Тем не менее следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными формами, раскрытыми здесь. Наоборот, настоящее изобретение должно охватить все модификации, их эквиваленты и альтернативы, входящие в сущность и объем настоящего изобретения, определенные следующей формулой настоящего изобретения.

1. Система для приведения в действие подводных потребляющих энергию устройств, запитываемых переменным током, содержащая:
подводный инвертор, выполненный с возможностью расположения под водой и приема энергии постоянного тока, передаваемого от поверхностного судна указанной системы,
при этом инвертор выполнен с возможностью преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока для приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства и электрически соединен с катодом, а поверхностные компоненты, расположенные на поверхностном судне, электрически соединены с анодом, выполненным с возможностью расположения под водой,
причем анод и катод образуют канал обратного тока через морскую воду, а инвертор выполнен с возможностью обеспечения энергии трехфазного переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства на управляемых частотах, основанных на управляющих воздействиях подводного управляющего модуля.

2. Система по п.1, в которой указанное по меньшей мере подводное потребляющее энергию устройство включает по меньшей мере одно из следующего: насос, компрессор, двигатель, асинхронный двигатель, многофазный насосный двигатель, насосный двигатель нагнетания морской воды, насосный двигатель системы сепарации или их комбинацию.

3. Система по п.1, в которой указанное по меньшей мере одно подводное потребляющее энергию устройство содержит множество подводных потребляющих энергию устройств, а сама система содержит систему распределения энергии, выполненную с возможностью приема энергии переменного тока от указанного инвертора и ее распределения для обеспечения приведения в действие каждого из множества подводных потребляющих энергию устройств.

4. Система по п.1, содержащая:
источник энергии переменного тока, выполненный с возможностью расположения на поверхностном судне; и
выпрямитель, выполненный с возможностью расположения на поверхностном судне;
причем источник энергии переменного тока выполнен с возможностью подачи энергии переменного тока к выпрямителю, а выпрямитель выполнен с возможностью преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

5. Система по п.4, в которой посредством фильтра постоянного тока обеспечена фильтрация энергии постоянного тока, преобразованной выпрямителем, до ее подачи на инвертор.

6. Система по п.5, в которой анод соединен с выпрямителем или с фильтром постоянного тока на поверхностном судне.

7. Система по п.4, в которой источник энергии переменного тока выполнен с возможностью подачи энергии трехфазного переменного тока.

8. Система по п.1, в которой обеспечена передача приблизительно от 7 до 10 киловольт к инвертору, который выполнен с возможностью преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока мощностью приблизительно 2-5 мегаватт для приведения в действие указанного по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства.

9. Система по п.1, в которой инвертор заключен в подводный корпус, содержащий интерфейс для обеспечения извлечения инвертора из-под воды.

10. Система по п.1, которая содержит систему для подводной добычи.

11. Система для приведения в действие подводных потребляющих энергию устройств, запитываемых переменным током, содержащая:
выпрямитель и фильтр постоянного тока, выполненные с возможностью расположения на поверхностном судне и подачи энергии постоянного тока на расположенный удаленно подводный инвертор,
источник энергии переменного тока, выполненный с возможностью расположения на поверхностном судне и подачи энергии переменного тока на выпрямитель;
причем выпрямитель выполнен с возможностью преобразования поданной энергии переменного тока в энергию постоянного тока; а
фильтр постоянного тока выполнен с возможностью фильтрации энергии постоянного тока перед его подачей на подводный инвертор,
причем инвертор выполнен с возможностью преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока для приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства и обеспечения энергии трехфазного переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства на управляемых частотах, основанных на управляющих воздействиях подводного управляющего модуля.

12. Система по п.11, в которой подаваемая энергия переменного тока является энергией трехфазного переменного тока.

13. Система по п.11, в которой энергия постоянного тока подана на подводный инвертор с использованием силовой линии постоянного тока, заключенной в кабель с электроразрывным соединителем.

14. Система по п.11, в которой подводный инвертор выполнен с возможностью преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока для приведения в действие подводного потребляющего энергию устройства.

15. Способ приведения в действие подводных потребляющих энергию устройств, запитываемых переменным током, включающий:
подачу энергии переменного тока к схеме выпрямителя с использованием источника энергии переменного тока, расположенного на поверхностном судне;
преобразование поданной энергии переменного тока в энергию постоянного тока с использованием схемы выпрямителя, расположенной на поверхностном судне; и
передачу энергии постоянного тока к инвертору, расположенному под водой на удалении от поверхностного судна и выполненному с возможностью преобразования переданной энергии постоянного тока в энергию переменного тока для приведения в действие по меньшей мере одного подводного потребляющего энергию устройства и электрически соединенному с катодом;
причем поверхностные компоненты, расположенные на поверхностном судне, электрически соединены с анодом, выполненным с возможностью расположения под водой, а анод и катод образуют канал обратного тока через морскую воду на поверхностное судно,
при этом инвертор обеспечивает энергию трехфазного переменного тока для подводного потребляющего энергию устройства на управляемых частотах, основанных на управляющих воздействиях подводного управляющего модуля.

16. Способ по п.15, включающий фильтрацию энергии постоянного тока фильтром постоянного тока, расположенным на поверхностном судне, до передачи энергии постоянного тока инвертору.

17. Способ по п.15, в котором передача энергии постоянного тока включает передачу напряжения в диапазоне от приблизительно 1 киловольт до 10 киловольт.

18. Способ по п.15, в котором энергию постоянного тока передают инвертору с использованием проводника постоянного тока, заключенного в кабель с электроразрывным соединителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе разработки подводного месторождения нефти или газа, преимущественно в арктической и прилегающих к ней зонах. Система содержит, по меньшей мере, одну шахту-модуль с расположенным под водой на дне океана центральным узлом, имеющим углубленную в дно океана вертикальную шахту и, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру для подачи дежурных смен рабочих, материалов и оборудования.

Изобретение относится к возведению в арктических морях платформ островного типа в условиях дрейфа айсбергов, подвижек смерзшихся ледяных полей. Способ включает заглубление и установку подводной части сооружения в донные отложения, неподвижное закрепление к ней полого щита, выполненного в виде шарового сегмента с перфорированной поверхностью.

Изобретение относится к области обеспечения разведочного морского бурения на арктическом шельфе России. Самоходное буровое судно имеет корпус, выполненный с возможностью вращения относительно смонтированной в нем турели с системой якорного удержания судна, палубу, жилой блок, буровую шахту под турелью, расположенные на верхней палубе технологический буровой комплекс и буровую вышку с проходящей через турель и шахту буровой колонной, движительно-рулевой комплекс, размещенный в корпусе энергетический комплекс.

Изобретение относится к плавучей морской добывающей платформе. Платформа состоит из полупогружного корпуса платформы в форме цилиндра, расположенного вертикально выше и ниже уровня моря.
Группа изобретений относится к добыче углеводородного флюида на арктическом шельфе. Способ включает использование морского технологического комплекса, содержащего морскую платформу, подводные сателлиты и береговую технологическую базу, связанные между собой технологическими коммуникациями.
Изобретение относится к конструкции глубоководных буровых нефтегазовых платформ, предназначенных для использования в условиях арктического шельфа. Полупогружная буровая платформа катамаранного типа размещена на двух понтонах, корпус которой поддерживают стабилизирующие колонны и натяжное вертикальное якорное крепление, с компьютерным динамическим позиционированием при использовании подводных движителей.

Изобретение относится к устройствам для компенсации вертикальных перемещений при качке морской платформы. Устройство (100) предназначено для демпфирования сил между двумя взаимосоединяемыми частями в колонне труб, из которых нижняя часть (101) соединена с верхним концом элемента (105, 3а) колонны, проходящего в подводную скважину (5), а верхняя часть (103) подвешена к плавучей поверхностной установке (1) с помощью элемента (3b) подвески, проходящего до указанной поверхностной установки.

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, используемых на акваториях длительно замерзающих морей, на которых освоение углеводородов с поверхности моря недоступно.

Изобретение относится к подводным сооружениям для освоения углеводородных ресурсов в арктических акваториях. Подводное сооружение работает на глубине в диапазоне от 70 до 120 м от уровня моря.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способу отсоединения устройства перекачки текучей среды между дном водного пространства и поверхностью и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к устройствам для стыковки и соединения на морском дне первого и второго трубопроводов, содержащих в месте соединения концы (E1, E2) первой трубы и второй трубы. Соединительное устройство (10) содержит первую соединительную часть (1), удерживающую конец (Е1) первого трубопровода; вторую погружаемую соединительную часть (2), удерживающую конец (E2) второго трубопровода и соединитель (3), расположенный между соединительными частями (1, 2) для окончательного соединения между собой концов (E1; E2) труб. Направляющее устройство (5) взаимодействует с направляющей конструкцией (4) в процессе опускания второй соединительной части (2) к первой соединительной части (1) и поворачивает вторую соединительную часть (2) для предварительного выравнивания конца (E2) второго трубопровода по направлению к концу (Е1) первого трубопровода, таким образом, что первый и второй трубопроводы доводятся до выравнивания друг с другом на морском дне. Вспомогательная наклонная конструкция (6) с упорными поверхностями и направляющими средствами взаимодействуют со второй соединительной частью (2) и способствуют точному выравниванию концов (E1, E2) труб. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Предложено эксплуатационное основание (1), выполненное с возможностью подключения разветвленного соединения к эксплуатационному манифольду (10) для обеспечения возможности подключения к эксплуатационному манифольду (10) по меньшей мере двух эксплуатационных соединительных перемычек от соответствующей подводной устьевой арматуры. Эксплуатационное основание выполнено в виде модернизированного модуля, выполненного с возможностью подключения к одиночному внутреннему патрубку (11), размещенному в эксплуатационном манифольде (10). Эксплуатационное основание содержит раму (2), трубопровод (3) по меньшей мере один соединитель (4) и направляющие средства (9). Рама (2) выполнена с возможностью размещения на опорном устройстве (12). Опорное устройство (12) проходит от эксплуатационного манифольда (10). Трубопровод (3) формирует разветвление, оканчивающееся соединителем (4) и по меньшей мере двумя внешними патрубками (6). Изобретение обеспечивает подключение к манифольду двух эксплуатационных перемычек, и уменьшает время нахождения буровой установки на скважине. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к области шельфового бурения. Буровое судно содержит первый бурильный центр, включающий в себя хранилище для хранения первых водоотделительных колонн, второй бурильный центр для бурения второй скважины с того же самого судна, включающий в себя хранилище для хранения вторых водоотделительных колонн. Вторые водоотделительные колонны имеют меньший диаметр, чем первые водоотделительные колонны. Судно содержит два противовыбросовых превентора для второго бурильного центра. Способ бурения предусматривает создание бурового судна с двумя раздельными и различными бурильными центрами, каждый из которых способен выполнять бурение скважины; обеспечение водоотделительных колонн для каждого из бурильных центров; диаметр водоотделительных колонн для одного из бурильных центров меньше диаметра водоотделительных колонн для второго из бурильных центров; обеспечение двух противовыбросовых превенторов в соответствии с меньшим диаметром водоотделительной колонны вспомогательного бурильного центра. Обеспечивается бурение скважины с одного судна с двух разных бурильных центров, в частности, в арктических условиях. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к подводной добыче углеводородов, в частности к системам для соединения основного промыслового объекта и подводных скважин. Система подводной добычи нефти и/или газа содержит основной промысловый объект, множество подводных скважин, транспортную сеть текучей среды и отдельную сеть электроснабжения и передачи данных. Транспортная сеть соединяет каждую скважину с основным промысловым объектом. Сеть электроснабжения и передачи данных предназначена для передачи постоянного тока и данных и оперативно соединена с каждой подводной скважиной. Изобретение обеспечивает возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния, повышает гибкость системы. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к подводной добыче газовых гидратов и их доставке потребителю. Технический результат - повышение эффективности добычи и транспортировки газовых гидратов за счет снижения энергетических, капитальных и текущих затрат. Способ включает получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газовых гидратов с получением газа. Процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газовых гидратов. Перевозку газовых гидратов осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства при термодинамических параметрах, исключающих разложение газовых гидратов. Разложение газовых гидратов с отбором газа, по завершении его перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного. Процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа. При этом, газовые гидраты отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газовых гидратов с подводного транспортного средства. Подводный пласт газовых гидратов разогревают посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров. Заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газовых гидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера. После заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газовыми гидратами выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства. Транспортное средство выполнено в виде подводной лодки. При разогреве подводного пласта газовых гидратов разогревают участок - только участок пласта газовых гидратов под контейнером. Газовые гидраты, которыми заполняют контейнеры, представляют собой брикеты природного метастабильного минерала в их гидратном - твердом состоянии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к получению приповерхностных скоплений твердых газовых гидратов донных отложений. Технический результат - снижение материальных и эксплуатационных затрат, а также снижение экологической нагрузки на территорию добычи газовых гидратов. По способу осуществляют постепенное растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов путем нагрева скоплений газовых гидратов в донных отложениях водоема до температуры 50-60oС. Это осуществляют посредством нагревательного элемента, выполненного в виде режущей кромки, размещенной по диаметру грузового контейнера, спускаемого с плавательного средства. Плавательное средство выполнено в виде самоходного подводного аппарата с выдвижным гусеничным трактом в виде контейнера с режущей кромкой в нижней части, соединенной с нагревательными элементами внутри контейнера. Обеспечивают устойчивость самоходного подводного аппарата относительно дна водоема. Выполняют вращение контейнера и подачу электрического тока на нагревательные элементы. Разогревают газогидратный пласт до 50-60oС. Выполняют спуск контейнера с вращением в газогидратный пласт с обеспечением точечной добычи гидратов из упомянутого пласта в их твердом виде. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для добычи природного газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках, и газа от искусственного фонтанирования газогидратов. Установка для добычи газа и газогидрата в морских условиях состоит из двухслойной полимерной пленки (армированной и теплоизоляционной), теплогенераторов на дне, теплогенераторов, встроенных в керамические плиты, и теплогенератора, курсирующего на тросе по вертикальной траектории в трубе газоотвода, а также из магнитогидродинамического генератора. При естественном фонтанировании купол улавливателя газа из вышеупомянутой пленки поднят над дном на капроновых тросах для естественной фильтрации от сероводорода. Либо дно покрывается вышеупомянутой пленкой для лучшего прогревания газогидрата при вытапливании его с вызыванием искусственного фонтанирования. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции оборудования. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к защитному устройству для предотвращения утечки текучих сред, вытекающих в водное пространство. Защитное устройство содержит куполообразную мембрану, непроницаемую для текучей среды. Кроме того, оно содержит индивидуально управляемые плавучие устройства, прикрепленные к мембране для того, чтобы позиционировать и стабилизировать мембрану. Для извлечения текучей среды на мембране установлен выпускной шланг. Выпускной шланг также содержит индивидуально управляемые плавучие устройства, чтобы позиционировать и стабилизировать выпускной шланг. При этом индивидуально управляемые плавучие устройства являются подводными аппаратами. Изобретение обеспечивает повышение точности и облегчение позиционирования устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство содержит гибкое нефтенепроницаемое полотно (ГНП), покрывающее поверхность траншеи, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения (ПНП), грузила. ГНП выполнено в форме вытянутого купола, длина которого равна длине подводного трубопровода (ПТ), ширина - ширине траншеи в верхней ее части, высота определяется исходя из объема истечения ПНП из ПТ за период времени перекрытия ПТ и объема истечения ПНП под воздействием собственной силы тяжести. Грузила жестко соединены с установленными на ПТ балластирующими устройствами и вынесены над поверхностью дна над ПТ по ширине траншеи в ее верхней части. ГНП сложено по оси ПТ так, что его внешняя поверхность по своему контуру при помощи строп прикреплена к грузилам с возможностью отсоединения при возникновении внутри ГНП давления от поступающего из места утечки ПТ ПНП. Стропы снабжены работающими на растяжение датчиками утечки с возможностью передачи в систему автоматического перекрытия ПТ сигналов о возникновении утечки из ПТ. Рукава для откачки ПНП установлены на ГНП по границам судоходной части водной среды, их свободные концы снабжены устройствами поплавкового типа для откачки ПНП и устройствами, сигнализирующими о местонахождении рукавов. Техническим результатом изобретения является сокращение объемов попадания в водную среду аварийных утечек ПНП и упрощение его откачки. 3 ил.

Группа изобретений относится к подводным установкам и способам для разделения полученной из подводной скважины смеси. Технический результат заключается в улучшении работ по добыче нефти в подводных условиях. Подводная установка содержит камеру, выполненную с возможностью приема полученной из подводной скважины смеси и ее разделения под действием силы тяжести и содержащую корпус, выполненный с возможностью хранения полученной из подводной скважины смеси во время разделения, и поршень, расположенный в указанном корпусе и разделяющий его на верхнюю секцию и нижнюю секцию, причем указанный поршень выполнен с возможностью перемещения в первом направлении вдоль оси с обеспечением создания большего пространства в верхней секции для приема смеси из подводной скважины и перемещения во втором, противоположном направлении вдоль оси для удаления смеси из верхней секции после выполнения разделения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх