Brevet FR2583104A1 — publié le 19861212

Ensemble de communication entre une station à la surface d'un milieu liquide, et des moyens immergées de commande et de surveillance d'un ensemble de vannes de têtes de puits immergées. La présente invention concerne un ensemble de communication entre une station à la surface d'un milieu liquide, et des moyens immergés de commande et de surveillance d'un ensemble de vannes de têtes de puits immergées teLs que des puits de pétroLe ou de gaz par exemple, éLoignés de cette station. L'invention s'appLique notamment à La com- mande d'ouverture ou de fermeture des vannes de têtes de puits de pétroLe ou de gaz, immergées dans un li- quide, ainsi qu'à La survei-LLance du fonctionnement de ces vannes, à partir d'une station de commande et de surveillance, située à la surface du milieu liquide. - On connait un ensemble de communication entre une station à la surface d'un milieu liquide, et des moyens immergés de commande et de surveillance d'un ensemble de vannes de têtes de puits immergées, éloignées de cette station; cet ensemble comprend une première voie de communication comportant un premier câble relié à la station et aux moyens immergés de commande et de surveillance, ainsi qu'une deuxième voie de communication qui peut être un câble ou une bouée de surface, proche des moyens de commande et de surveillance. Cette bouée comporte des moyens de com- munication hertzienne avec la station, et elle est reliée par un autre câble de communication, avec les moyens immergés de commande et de surveillance. Ces moyens immergés de commande et de surveillance com- prennent, pour chaque vanne de la tête de puits, au moins une électrovanne de commande d'ouverture ou de fermeture de cette vanne, ainsi que des capteurs de surveillance du fonctionnement de ces vannes et du fonctionnement des éléments de La tête de puits. Les moyens immergés de commande et de surveillance com- prennent aussi un ensemble immergé de commande et de surveillance qui est reLié aux éLectrovannes, aux cap- teurs et aux deux câbles qui permettent d'étabLir des communications avec la station, soit directement, soit par L'intermédiaire de La bouée en surface. Un ensem- ble de communication de ce type est par exemple décrit dans la revue Ocean Industry, février 1983, pages 47 à 50. - Génératement, dans Les ensembles de ce type, Les communications sont synchrones, ce qui est un grave inconvénient, notamment Lorsque se produit une atténuation importante de L'ampLitude des signaux de commande transmis par la station vers Les moyens im- mergés de commande et de surveillance. La perte de synchronisation des moyens immergés de commande et de surveillance, peut entraîner des effets néfastes pour le bon fonctionnement de la tête de puits. , Un autre inconvénient des ensembles de com- munication de ce type résulte du fait que le choix de La voie de communication (câbLe ou canal hertzien) est généraLement effectué à-bord de La station en surface. Le basculement d'une voie de communication sur l'autre peut se faire à tout moment de La surface car le re- lais de bascutement au fond est contrôlé par une ten- sion continue provenant de La surface et superposéeà la transmission par câbLe. Un autre inconvénient résulte du fait que ltes moyens de commande et de surveillance immergés comprennent généraLement une unité centrale et ptu- sieurs unités périphériques. Cette unité centraLe qui permet Le dialogue avec tes équipements de surface est un passage obtigé pour La transmission vers tous Les équipements immergés et pénalise de ce fait tourdement 258 3104 la fiabilité de l'ensemble (défauts de mode commun). L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et notamment de réaliser un ensemble de communication entre une station en surface, et des moyens immergés de commande et de surveillance d'un ensemble de vannes de têtes de puits immergées dans lequeL: les communications sont de type asynchrone, le choix de la voie de communication (par câble ou par canal hertzien) est effectué automatiquement (par exemple en cas de rupture du câble), toutes les unités des moyens de commande et de surveillance immergées reçoivent simultanément un signal de commande, alors que ce signal n'est en fait destiné qu'à une seule de ces unités. La distribution des signaux vers différen- tes unités se fait au travers d'une unité simplifiée (composants passifs uniquement) améliorant la fiabi- lité de l'ensemble (très peu de défauts de mode com- mun). L'invention a pour objet un ensemble de com- munication entre une station en surface d'un milieu liquide et des moyens immergés de commande et de sur- veillance d'un ensemble de vannes de tête de puits immergées éloignées de la station, comprenant une pre- mière voie de communication par un premier câble relié à la station et aux moyens immergés de commande et de surveillance, et une deuxième voie de communication par câble ou comportant une bouée de surface ou une colonne proche des moyens de commande et de surveil- lance, cette bouée comprenant des moyens de communica- tion hertzienne avec la station, ces moyens de commu- nication hertzienne étant reliés par un deuxième câble avec les moyens immergés de commande et de surveillan- ce, les moyens immergés de commande et de surveillance comprenant pour chaque vanne, au moins une électrovan- ne de commande de cette vanne, et des capteurs de sur- veillance, et pour L'ensemble des vannes, un ensemble de commande et de surveillance relié aux électrovan- nes, aux capteurs et aux deux câbles de communication, caractérisé en ce que l'ensemble de commande et de surveillance comprend pour chaque vanne, un module de commande et de surveillance relié à l'électrovanne et aux capteurs correspondant à cette vanne, et, pour l'ensemble des modules correspondant à l'ensemble des vannes, des moyens de transmission reliés aux voies de communication et aux modules pour appliquer simultané- ment à ces modules tout signal de commande fourni par la station, les modules étant reliés par des sorties, à des moyens de multiplexage de signaux de surveillan- ce fournis par des sorties des modules et résultant de signaux fournis à ces modules par les capteurs, ces moyens de multiplexage étant reliés aux voies de transmission, les moyens de transmission de signaux de commande et les moyens de multiplexage de signaux de surveillance étant reliés aux voies de transmission par des moyens de commutation sélectionnant automati- quement la première voie en cas de bon fonctionnement de cette première voie, et sélectionnant automatique- ment la deuxième voie, en cas d'incident de fonction- nement de la première voie. SeLon une autre caractéristique, les moyens de transmission de signaux de commande comprennent un premier transformateur principal ayant un enroulement primaire relié aux moyens de commutation et plusieurs enroulements secondaires respectivement reliés aux modules pour leur fournir les signaux de commande, les moyens de multiplexage comprenant un deuxième trans- formateur principal ayant plusieurs enroulements pri- maires respectivement reliés à des enroulements pri- maires de premiers transformateurs de liaison, des enroulements primaires de ces premiers transforma- teurs de Liaison étant respectivement reliés aux sor- ties des modules, un enroulement secondaire du deuxiè- me transformateur principal étant relié aux moyens de commutation pour fournir à La station des signaux mut- tiplexés de surveillance. Selon une autre caractéristique, chaque module comprend au moins deux chaînes identiques de commande et de surveillance reliées à l'éLectrovanne et aux capteurs de surveillance de la vanne correspon- dante, chaque chaîne de chaque module étant reliée à l'enrouLement secondaire correspondant du premier transformateur principal par un second transformateur de Liaison pour recevoir Les signaux de commande, les chaînes de chaque module étant reliées à l'enroulement primaire correspondant du deuxième transformateur principal, par les premiers transformateurs de liai- son. SeLon une autre caractéristique, chaque chaîne de chaque module comprend un moduLateur-démodu- Lateur relié au deuxième transformateur de liaison correspondant pour recevoir Les signaux de commande, et relié au premier transformateur de Liaison pour fournir Les signaux de surveillance, et une unité de traitement reliée au modulateur-démodulateur à l'éLectrovanne et aux capteurs de La vanne correspon- dant à ce module. Selon une autre caractéristique, chaque signal de commande fourni par La station comprend des données d'adresse-associées à des données de commande, chaque unité de traitement ayant une adresse prédéter- minée, les unités de traitement recevant simultanément chaque signal de commande, seule l'unité de traitement dont L'adresse correspond aux données d'adresse conte- nues dans Le signal de commande acceptant les données de commande correspondantes, pour appliquer un signal de commande à L'électrovanne qui lui correspond. Selon une autre caractéristique, Les commu- nications de signaux sont de type asynchrone. Les caractéristiques et avantages de L'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexes dans LesqueLs: - la figure 1 représente schématiquement un ensemble de communication entre une station en surface et des moyens immergés de commande et de surveillance de vannes de têtes de puits immergées, - Les figures 2A et 2B représentent de ma- nière plus détaiLLée, les moyens immergés de commande. La figure 1 représente schématiquement un ensembLe I conforme à L'invention, permettant d'éta- blir des communications entre une station I en surface d'un milieu Liquide 2, et des moyens immergés 3 de commande et de surveillance, d'un ensemble de vannes 4, 5, 6 de têtes de puits tde pétrole ou de gaz) immer- gées, éloignées de La station 1. La tête de puits n'a pas été représentée sur cette figure mais on a repré- senté en exemple un manifoLd 7, avec une vanne de com- mande 6 de ce manifold, ce manifold est relié aux van- nes 4, 5 de la tête de puits ainsi qu'à la station 1 de surface, par des canalisations 8, 9 qui permettent de transférer vers cette station le Liquide ou le gaz provenant du puits, ou d'injecter dans ce puits, un fluide liquide ou gazeux. L'ensemble de communication comp'rend une première voie de communication 10, cons- tituée par un premier câbLe, reliée à la station 1 et aux moyens immergés de commande et de surveillance 3. La station 1 comprend par exemple des moyens 11 de stockage de liquide de gaz et des moyens de traitement 12, qui ne sont pas représentés en détaiL sur la figu- re. Les moyens 12 envoient des signaux de commande vers les moyens immergés de commande et de surveillan- 2 5 8 3 104 ce 3 et reçoivent des signaux de surveillance prove- nant de ces moyens immergés qui traitent les signaux fournis par Les capteurs. L'ensemble de communication comprend aussi une deuxième voie de communication-par câbLe ou comportant une colonne ou bouée de surface 13, proche des moyens de commande et de surveillance 3; cette bouée comporte des moyens 16, 17 établissant des communications hertziennes avec des moyens corres- pondants 18, 19 de La station 1. Cette deuxième voie de communication comprend aussi un deuxième câble 20, relié aux moyens immergés 3 et aux moyens 16, 17 de communication hertzienne, portés par la bouée. A titre d'exemple, les moyens immergés 3, proches de la tête de puits, peuvent être situés à une profondeur de 300 mètres, tandis que la station 1 peut être située à une distance de 20 kilomètres de cette tête de puits. Les moyens 3 de commande et de surveillance des vannes 4, 5, 6, comprennent notamment des électrovannes 21, 22, 23, respectivement reliées à ces vannes ainsi qu'à un ensemble 24 de commande et de surveillance; cet ensemble est constitué de modules qui ne sont pas re- présentés sur cette figure et qui seront décrits pLus loin en détail. On a aussi représenté sur cette figu- re, des capteurs 28, 29, 30 de surveillance du fonc- tionnement des vannes 4, 5, 6. L'ensemble 24 de com- mande et de surveillance est relié aux câbles 10, 20 de chacune des voies de communication. La figure 2 représente de manière plus dé- taillée l'ensemble de communication de La figure pré- cédente. Les mêmes éléments portent les mêmes référen- ces sur cette figure et sur la figure 1. On distingue ici aussi les moyens de traitement 12 situés à bord de la station 1 et qui permettent de commander et de sur- veiller les vannes 4, 5, 6 par l'intermédiaire des moyens de commande et de surveillance 3. On a aussi représenté les électrovannes 21, 22, 23 reliées res- pectivement aux vannes 4, 5, 6, ainsi que les capteurs 28, 29, 30 de surveillance; ces capteurs sont reliés aux moyens de commande et de surveillance 3. Les deux voies de communication entre la station I et les moyens 3 de commande et de surveillance sont aussi représentées sur cette figure; La première voie com- porte le câble 10 qui est relié aux moyens de commande 3 et aux moyens de traitement 12 de la station 1, par exemple par L'intermédiaire d'un modulateur-démodula- teur 32 ainsi que par des moyens de commutation 33 qui seront décrits plus loin en détail. La deuxième voie comprend notamment le c ble 20 qui est relié aux moyens de communication hertzienne 16, 17 de la bouée 13 et à des moyens 18, 34 de communication hertzienne de la station 1. Les moyens de communication de la bouée 13 comprennent par exemple un émetteur-récepteur 16 relié à l'antenne 17. Dans la station 1, les moyens de communication hertzienne pour La deuxième voie, comprennent par exemple un émetteur-récepteur et un modulateur-démodulateur 34 qui ne soft pas représentés en détail sur la figure et qui sont reliés aux moyens de commutation 33 ainsi qu'à l'antenne 18. L'ensemble 3 de commande et de surveillance comprend, pour chacune des vannes, un module de com- mande et de surveillance relié à l'électrovanne cor- respondante, ainsi qu'au capteur correspondant à cette vanne. L'électrovanne 21 et le capteur 28 sont reliés au module 35; l'électrovanne 22 et le capteur 29 sont reLiés au module 36. L'électrovanne 23 et Le capteur sont reliés au module 37. Ces modules seront dé- crits plus loin en détail. On n'a représenté qu'un seul capteur par vanne sur cette figure, mais il est bien évident qu'à chaque vanne peuvent correspondre plusieurs capteurs. Les moyens 3 comprennent égale- ment, pour l'ensemble des modules 35, 36, 37 corres- pondant à l'ensemble des vannes 4, 5, 6, des moyens de transmission 38 reliés aux modules et aux voies de communication décrites plus haut; ces moyens de transmission seront décrits plus loin en détail; iLs appliquent simultanément à tous les modules, tout si- gnal de commande fourni par la station 1. Enfin, les modules 35, 36, 37 sont reliés par des sorties à des moyens de multiplexage 39 des signaux de surveillance fournis par des sorties des modules et résultant de signaux appliques à ces modules par les capteurs 28, 29, 30. Ces moyens de multiplexage sont reliés par des sorties aux voies de transmission décrites plus haut. Les moyens de transmission 38 ainsi que les moyens de multiplexage 39 sont reliés aux deux voies de communication par l'intermédiaire de moyens de com- mutation 40. Ces moyens de commutation permettent de sélectionner automatiquement La première voie de com- munication (c ble 10) en cas de bon fonctionnement de cette première voie; ils permettent aussi de séLec- tionner automatiquement la deuxième vole de communica- tion (câble 20 et voies hertziennes), 'en cas d'inci- dent de fonctionnement de la première voie. Cet inci- dent de fonctionnement-peut être par exemple la coupu- re du c ble 10 reliant les moyens 3 avec la station 1 ou un court-circuit dans ce câble. Les moyens de com- mutation 40 peuvent être constitués par exemple par un relais qui, lorsque le câble 10 n'est pas rompu, est automatiquement fermé dans la position 41 et, qui lorsque ce câble est rompu, bascule dans la position 42. Lorsque le câble 10 n'est pas rompu, ce relais reçoit par exemple, en permanence, une tension conti- nue qui le maintient dans la position 41, tandis que lorsque le câble est rompu, cette tension continue n'étant plus appliquée, le relais bascule dans la po- sition 42. Les moyens 38 de transmission de signaux de commande vers Les électrovannes, comprennent un pre- mier transformateur principal ayant un enroulement primaire 43 et plusieurs enroulements secondaires 44, 45, 46 respectivement reliés aux modules 35, 36, 37 pour Leur fournir les signaux de commande provenant des moyens de traitement 12. Les moyens de multipLexa- ge 39 comprennent un deuxième transformateur principal ayant plusieurs enroulements primaires 47, 48,..., 51, 52 respectivement reLiés aux enroulements secondaires de premiers transformateurs de liaison 60,..., 65; Les enroulements secondaires de ces premiers transfor- mateurs de liaison sont respectivement reliés aux sor- ties des modules 35, 36, 37. Le deuxième transforma- teur principal comprend aussi un enroulement secondai- re 53 relié aux moyens de commutation 40 pour fournir aux moyens de traitement 12 de la station 1, des si- gnaux multiplexés de surveillance. Ces signaux multi- plexés résultent en fait de signaux de surveillance provenant des capteurs et traités dans les modules correspondants. Chaque module comprend au moins deux chaînes identiques de commande et de surveillance, reliées à l'électrovanne et au capteur de surveillance de la vanne correspondante. C'est ainsi par exemple, que Le module 35 comporte au moins deux chanes identiques 54, 55 qui vont maintenant être décrites en détail. Les chaines des autres modules n'ont pas été référen- cées sur la figure, pour en simplifier la représenta- tion. Ces chaînes.sont identiques aux chaines 54, 55 du premier module 35 et fonctionnent de la même façon. Chaque chaîne est reliée à l'enroulement secondaire correspondant du premier transformateur principal par un second transformateur de liaison, pour recevoir Les signaux de commande provenant de la station 1. La chaîne 54 est aussi reliée à l'enroulement secondaire 44 du transformateur principal 38 par un second trans- formateur de liaison 56. La chaîne 55 est reliée à l'enroulement secondaire 44 du transformateur princi- pal 38, par un transformateur 57. Chaque module com- prend plusieurs chaînes pour des raisons de sécurité. En effet, si l'une des chaînes est défaillante, l'au- tre chaîne qui reçoit également les signaux de comman- de provenant de la station, peut transmettre ces si- gnaux à l'électrovanne correspondante. Les chaînes de chaque module sont aussi respectivement reliées aux enroulements primaires correspondants du deuxième transformateur principal 39 par les premiers transfor- mateurs de liaison 60,... 65. La chaîne 54 est ainsi reliée à l'enroulement primaire 52 par le premier transformateur de Liaison 60, tandis que la chaîne 55 est reliée à l'enroulement primaire 51 du transforma- teur 39, par le transformateur de liaison 61. Chaque chaîne comprend un modulateur-démo- dulateur 58 relié au second transformateur de Liaison correspondant 56, pour recevoir les signaux de comman- de; ce modulateur-démodulateur est aussi relié au deuxième transformateur principal 39 par un premier transformateur de liaison 60 pour fournir les signaux de surveillance. Chaque chaîne comprend aussi une unité de traitement 59, reliée au modulateur-démodula- teur 58, ainsi qu'à l'électrovanne 21 et au capteur 28 correspondants. Chaque signal de commande fourni par les moyens de traitement 12 de la station 1 comprend des données d'adresse associées à des données de commande. Chacune des unités de traitement 59 des modules 35, 36 ou 37, possède une adresse prédéterminée. Toutes les unités de traitement reçoivent simultanément chaque signal de commande; seule l'unité de traitement dont L'adresse correspond aux données d'adresse contenues dans le signal de commande, accepte ces données et applique le signal de commande à l'électrovanne cor- respondante. Toutes les transmissions de données dans cet ensemble de communication sont de type asynchrone. La station 1 de commande et de surveillance comprend, outre le système de traitement de données 12, des moyens de commutation 33 mentionnés plus haut. Ces moyens de commutation permettent de relier le sys- tème de traitement 12 à L'une ou l'autre des deux voies de communication: ils sélectionnent automati- quement la première voie, en' cas de bon fonctionnement de celle-ci, et sélectionnent automatiquement la deuxième voie, en cas d'incident de fonctionnement sur cette première voie. Ils peuvent être constitués de La même façon que les moyens de commutation 40. Ces moyens peuvent aussi être des moyens programmés pour assurer la communication sur la première voie (voie par câbLe 10) en cas de bon fonctionnement de la com- munication sur cette voie, et pour assurer la communi- cation sur la deuxième voie, en cas d'incident de transmission sur la première voie. REVENDICATIONS 1. Ensemble de communication entre une sta- tion (1) en surface d'un milieu liquide (2) et des moyens immergés (3) de commande et de surveillance d'un ensemble de vannes (4, 5, 6) de têtes de puits immergées éloignées de la station, (1) comprenant une première voie de communication par un premier câbLe (10) relié à Las tation (1) et aux moyens immergés (3) de commande et de surveillance, et une deuxième voie (20, 16, 17, 18) de communication par câbLe ou compor- tant une boude de surface ou une colonne (13) proche des moyens (3) de commande et de surveillance, cette bouée comprenant des moyens de communication hertzien- ne (16, 17) avec la station (1), ces moyens de commu- nication hertzienne étant reliés par un deuxième câble (20) avec les moyens immergés (3) de commande et de surveillance, les moyens immergés de commande et de surveillance comprenant pour chaque vanne (4, 5, 6), au moins une électrovanne (21 ou 22 ou 23) de commande de cette vanne, et des capteurs de surveillance (28, 29, 30) et, pour l'ensemble des vannes, un ensemble de commande et de surveillance (35) relié aux éLectrovan- nes (21, 22, 23), aux capteurs (28, 29, 30) et aux deux câbles (10, 20) de communication, caractérisé en ce que l'ensemble (35) de commande et de surveillance comprend pour chaque vanne, un module (35 ou 36 ou 37) de commande et de surveillance relié à l'éLectrovanne et aux capteurs correspondant à cette vanne, et, pour l'ensemble des modules correspondant à l'ensemble des vannes, des moyens de transmission (38) reliés aux voies de communication et aux modules (35, 36, 37) pour appliquer simultanément à ces modules tout signal de commande fourni par la station (1), Les modules (35, 36, 37) étant reliés par des sorties, à des moyens de multiplexage (39) de signaux de surveillance fournis par des sorties des modules et résultant de signaux fournis à ces modules par les capteurs, ces moyens de multiplexage (39) étant reliés aux voies de communication, les moyens (38) de transmission de si- gnaux de commande et Les moyens (39) de multiplexage de signaux de surveillance étant reliés aux voies de transmission par des moyens de commutation (40) séLec- tionnant automatiquement La première voie en cas de bon fonctionnement de cette première voie, et sélec- tionnant automatiquement La deuxième voie, en cas d'incident de fonctionnement de ta première voie. 2. Ensemble de communication selon La reven- dication 1, caractérisé en ce que les moyens (38) de transmission de signaux de commande comprennent un premier transformateur principal ayant un enroulement primaire (43) relié aux moyens de commutation (40) et plusieurs enroulements secondaires (44, 45, 46) res- pectivement retiés aux modules (35, 36, 37) pour leur fournir les signaux de commande, les moyens de multi- plexage (39) comprenant un deuxième transformateur principal ayant plusieurs enroulements primaires (47,..., 52) respectivement reliés à des enroulements primaires de permiers transformateurs de liaison (60, 61,... 65), des enroulement primaires de ces premiers transformateurs de liaison étant respectivement re- liés aux sorties des modules, un enroutement secondai- re (53) du deuxième transformateur principal étant relié aux moyens de commutation (40) pour fournir à la station (1) des signaux multiplexés de surveillance. 3. Ensemble de communication selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que chaque module (35 ou 36 ou 37) comprend au moins deux chaînes identiques (54, 55) de commande et de surveillance reliées à L'électrovanne (21) et aux capteurs (28) de surveil- Lance de La vanne (4) correspondante, chaque chafne de 258310o4 chaque module étant reliée à l'enroulement secondaire correspondant (44) du premier transformateur princi- pal (38) par un second transformateur de liaison (56) pour recevoir les signaux de commande, les chaînes de chaque module étant reliées par les premiers transfor- mateurs de liaison (60 à 65) correspondants,à l'enrou- lement primaire correspondant (52) du deuxième trans- formateur principal (39). 4. Ensemble de communication selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que chaque chaîne (34 ou ) de chaque module comprend un modulateur-démodula- teur (58) relié au deuxième transformateur de liaison correspondant (56) pour recevoir les signaux de com- mande, et relié au premier transformateur de liaison correspondant (60) pour fournir les signaux de sur- veillance, et une unité de traitement (59) reliée au modulateurdémodulateur (58) à l'éLectrovanne (21) et aux capteurs (28) de la vanne (4) correspondant à ce module (35). 5. Ensemble de communication selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que chaque signal de commande fourni par la station (1) comprend des don- nées d'adresse associées à des données de commande, chaque unité de traitement (59) ayant une adresse pré- déterminée, les unités de traitement recevant simulta- nément chaque signal de commande, seule l'unité de traitement dont l'adresse correspond aux données d'adresse contenues dans le signal de commande accep- tant les données de commande correspondantes, pour appliquer un signal de commande à l'électrovanne (21) qui lui correspond. 6. Ensemble de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la station (1) de commande et de surveillance com- prend un système de traitement de données (12) relié aux deux voies de communication par d'autres moyens de commutation (33) sélectionnant automatiquement la première voie en cas de bon fonctionnement de cette première voie et sélectionnant automatiquement La deuxième voie, en cas d'incident de fonctionnement de La première voie. 7. Ensemble de communication seLon L'une queLconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que Les communications de signaux sont de type asyn- chrone.