NO20100516A1

NO20100516A1 - System and method for distributing electrical power to undersea power-consuming devices.

Info

Publication number: NO20100516A1
Application number: NO20100516A
Authority: NO
Inventors: Helge Eduard Mordt
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-10
Also published as: NO331915B1

Abstract

System og fremgangsmåte for å distribuere elektrisk effekt fra en oversjøisk effektforsyning til et flertall av undersjøiske effektforbrukende innretninger, slik som undersjøiske gasskompressorer. Systemet omfatter en oversjøisk DC-effektforsyning; og en effekttransmisjonskabel, som sammenkobler den oversjøiske DC-effektforsyningen og en elektrisk krets ved en undersjøisk lokasjon. Den elektriske kretsen innbefatter flertallet av undersjøiske gasskompressorer, som er elektrisk sammenkoblet i serie. De undersjøiske gasskompressorene kan være fluidmessig sammenkoblet i parallell.System and method for distributing electrical power from an overseas power supply to a plurality of subsea power-consuming devices, such as subsea gas compressors. The system includes an overseas DC power supply; and a power transmission cable, which interconnects the overseas DC power supply and an electrical circuit at a subsea location. The electrical circuit includes the majority of subsea gas compressors, which are electrically interconnected in series. The subsea gas compressors may be fluidly interconnected in parallel.

Description

Teknisk område Technical area

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et system og en fremgangsmåte for å distribuere elektrisk effekt fra en oversjøisk effektforsyning til et flertall av undersjøiske effektforbrukende innretninger, slik som undersjøiske gasskompressorer. The present invention relates to a system and a method for distributing electrical power from an overseas power supply to a plurality of underwater power-consuming devices, such as underwater gas compressors.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Undersjøisk gasskomprimering er et teknologisk område under utvikling innenfor hydrokarbonutvinningsfeltet. For gassreservoarer, særlig modne gassreservoarer, kan det naturlige reservoartrykket bli for lavt til å opprettholde en tilfredsstillende gassproduksjonsrate. Ved hjelp av gasskompressorer anordnet undersjøisk, kan gassreservoarer som ellers ville blitt betraktet som uproduktive eller verdiløse, i stedet bli betraktet som produksjonsmessig og økonomisk attraktive. Subsea gas compression is a technological area under development within the hydrocarbon extraction field. For gas reservoirs, particularly mature gas reservoirs, the natural reservoir pressure may become too low to maintain a satisfactory gas production rate. With the help of gas compressors located undersea, gas reservoirs that would otherwise be considered unproductive or worthless can instead be considered productive and economically attractive.

Undersjøisk gasskomprimering krever store, elektrisk forsynte kompressorer anordnet under vann. Det er et generelt behov for å tilveiebringe elektrisk effekt til slike kompressorer eller andre typer undersjøiske effektforbrukende innretninger. Subsea gas compression requires large, electrically powered compressors located underwater. There is a general need to provide electrical power to such compressors or other types of underwater power-consuming devices.

WO 2006/132541 vedrører et undersjøisk komprimeringssystem hvor høyspent AC leveres fra en oversjøisk effektkilde til undersjøiske kompressormoduler gjennom en effektnavlestreng. For å tilveiebringe passende forsyningsspenning til gasskompressoren, er det anordnet tranformatorer undersjøisk. WO 2006/132541 relates to a subsea compression system where high-voltage AC is supplied from an overseas power source to subsea compressor modules through a power umbilical. In order to provide suitable supply voltage to the gas compressor, transformers are provided underwater.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Oppfinnelsen har blitt definert i de vedføyde krav. The invention has been defined in the appended claims.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer et system i samsvar med prinsipper ved oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer en effektforbrukende innretning innbefattet i systemet. Fig. 1 is a schematic block diagram illustrating a system in accordance with principles of the invention. Fig. 2 is a schematic block diagram illustrating a power consuming device included in the system.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer et system i samsvar med prinsipper ved oppfinnelsen. Fig. 1 is a schematic block diagram illustrating a system in accordance with principles of the invention.

Systemet 100 er et system for å distribuere elektrisk effekt fra en oversjøisk effektforsyning 110 til et flertall av undersjøiske effektforbrukende innretninger 160, 170, 180. The system 100 is a system for distributing electrical power from an offshore power supply 110 to a plurality of underwater power consuming devices 160, 170, 180.

Tre undersjøiske forbrukende innretninger 160, 170, 180 har blitt illustrert i fig. 1 for enkelthets skyld, og for enkel forståelse. Det skal forstås at et hvilket som helst flertall av undersjøiske effektforbrukende innretninger kan benyttes i samsvar med prinsipper ved oppfinnelsen, innbefattende 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 eller flere. Three subsea consuming devices 160, 170, 180 have been illustrated in fig. 1 for simplicity, and for ease of understanding. It should be understood that any number of subsea power consuming devices can be used in accordance with the principles of the invention, including 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more.

Systemet 100 omfatter en oversjøisk DC-effektforsyning 110. Den oversjøiske DC-effektforsyningen kan innbefatte en AC-effektforsyning 112 forbundet til en likeretter 114. Likeretteren 114 kan være en styrt likeretter. Alternativt kan likeretteren 114 være en ikke-styrt likeretter. AC-effektforsyningen kan innbefatte en transformator. The system 100 includes an overseas DC power supply 110. The overseas DC power supply may include an AC power supply 112 connected to a rectifier 114. The rectifier 114 may be a controlled rectifier. Alternatively, the rectifier 114 may be an uncontrolled rectifier. The AC power supply may include a transformer.

DC levert av den oversjøiske DC-effektforsyningen 110 overføres til en undersjøisk lokasjon ved hjelp av en effekttransmisjonskabel 120. Effekttransmisjonskabelen 120 sammenbinder den oversjøiske DC-effektforsyningen 120 og en elektrisk krets ved den undersjøiske lokasjonen. DC supplied by the overseas DC power supply 110 is transmitted to an underwater location by means of a power transmission cable 120. The power transmission cable 120 connects the overseas DC power supply 120 and an electrical circuit at the underwater location.

Effekttransmisjonskabelen 120 har blitt vist som et kort stykke av en kabel for illustrasjonsformål. I en virkelig anvendelse kan imidlertid kabelen 120 forløpe fra en oversjøisk lokasjon, f.eks. på land, eller på en plattform, eller på et skip, til en undersjøisk lokasjon, f.eks. ved sjøbunnen, f.eks. i nærheten av et undersjøisk brønnhode, eller ved en annen undersjøisk lokasjon passende for anordning av undersjøiske gasskompressorer. Effekttransmisjonskabelen 120 kan ha en lengde på flere kilometer. The power transmission cable 120 has been shown as a short length of cable for illustrative purposes. In a real application, however, the cable 120 may run from an overseas location, e.g. on land, or on a platform, or on a ship, to an underwater location, e.g. at the seabed, e.g. near a subsea wellhead, or at another subsea location suitable for the installation of subsea gas compressors. The power transmission cable 120 can have a length of several kilometers.

Den elektriske kretsen omfatter flertallet av undersjøiske effektforbrukende innretninger 160, 170, 180, elektrisk forbundet i serie. The electrical circuit comprises the majority of underwater power-consuming devices 160, 170, 180, electrically connected in series.

Kombinasjonen av DC-effektforsyning og serieforbindelsen av de undersjøiske effektforbrukende innretningene 160, 170, 180 fører blant annet til den tekniske fordel at anordningen av undersjøiske transformatorer i The combination of DC power supply and the series connection of the underwater power-consuming devices 160, 170, 180 leads, among other things, to the technical advantage that the arrangement of underwater transformers in

effektforsyningsarrangementet kan unngås. the power supply arrangement can be avoided.

I eksempelsystemet illustrert i fig. 1 har serieforbindelsen blitt implementert ved å forbinde den positive effektlinjen 121 for effekttransmisjonskabelen til den positive effektterminalen for den første undersjøiske effektforbrukende innretningen 160. Den negative effektterminalen for den første undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 er videre forbundet til den positive effektterminalen for den andre undersjøiske effektforbrukende innretningen 170. Den negative effektterminalen for den andre undersjøiske effektforbrukende innretningen 170 er videre forbundet til den positive effektterminalen for den tredje undersjøiske effektforbrukende innretningen 180. Endelig er den negative effektterminalen for den tredje undersjøiske effektforbrukende innretningen 180 videre forbundet til den negative effektlinjen for effekttransmisjonskabelen 120. In the example system illustrated in FIG. 1, the series connection has been implemented by connecting the positive power line 121 of the power transmission cable to the positive power terminal of the first subsea power consuming device 160. The negative power terminal of the first subsea power consuming device 160 is further connected to the positive power terminal of the second subsea power consuming device 170 The negative power terminal of the second underwater power-consuming device 170 is further connected to the positive power terminal of the third underwater power-consuming device 180. Finally, the negative power terminal of the third underwater power-consuming device 180 is further connected to the negative power line of the power transmission cable 120.

Det vil enkelt forstås at et vilkårlig antall undersjøiske effektforbrukende innretninger kan sammenkobles i serie i samsvar med denne planen. It will be readily understood that any number of subsea power consuming devices may be connected in series in accordance with this plan.

I den illustrerte utførelsesformen i fig. 1 omfatter de undersjøiske effektforbrukende innretningene 160, 170, 180 undersjøiske kompressorer henholdsvis 165, 175, 185. Det vil imidlertid forstås at andre typer utstyr eller innretninger kan innbefattes i de effektforbrukende innretningene i tillegg eller alternativt, innbefattende pumper, motorer, ventiler og så å si en hvilken som helst type brønnhodeutstyr eller undersjøisk utstyr, eller kontrollinnretninger for slikt utstyr. In the illustrated embodiment in fig. 1 includes the subsea power-consuming devices 160, 170, 180 subsea compressors 165, 175, 185 respectively. It will be understood, however, that other types of equipment or devices can be included in the power-consuming devices in addition or alternatively, including pumps, motors, valves and so on say any type of wellhead equipment or subsea equipment, or control devices for such equipment.

I tilfelle av undersjøiske kompressorer innbefattet i de effektforbrukende innretningene, kan de undersjøiske kompressorene 165, 175, 185 være fluidmessig forbundet i parallell. I eksemplet illustrert i fig. 1, har dette blitt utført ved å forbinde inngangene 166, 176, 186 for hver kompressor sammen med en gasstrømforsyning, illustrert ved gasstrømforsyningslinjen 190. Denne forbindelsen kan implementeres ved hjelp av en manifoldinnretning. Forbindelsen kan innbefatte ventiler eller andre typer rørutstyr med den hensikt å sikre at hver kompressor mottar i det vesentlige den samme andel av den totale gasstrømmen fra gasstrømforsyningslinjen 190. In the case of subsea compressors included in the power consuming devices, the subsea compressors 165, 175, 185 may be fluidically connected in parallel. In the example illustrated in fig. 1, this has been accomplished by connecting the inlets 166, 176, 186 of each compressor together with a gas flow supply, illustrated by gas flow supply line 190. This connection can be implemented by means of a manifold device. The connection may include valves or other types of pipe fittings with the intention of ensuring that each compressor receives substantially the same proportion of the total gas flow from the gas flow supply line 190.

Likeledes er utgangene 167, 177, 187 for hver kompressor forbundet sammen med et gasstrømutløp 192. Denne forbindelsen kan implementeres ved hjelp av en annen manifoldinnretning eller andre forbindelsesmidler. Likewise, the outlets 167, 177, 187 for each compressor are connected together with a gas flow outlet 192. This connection can be implemented by means of another manifold device or other connecting means.

Bruken av et flertall av kompressorer fluidmessig forbundet i parallell fører til den tekniske fordel at bruken av svært store og tunge kompressorer kan unngås. Derfor unngås også visse ulemper relatert til konstruksjon, utplassering og bruk av svært store og tunge undersjøiske kompressorer. The use of a plurality of compressors fluidly connected in parallel leads to the technical advantage that the use of very large and heavy compressors can be avoided. Therefore, certain disadvantages related to the construction, deployment and use of very large and heavy underwater compressors are also avoided.

Hver undersjøiske effektforbrukende innretning 160, 170, 180 kan omfatte en DC til AC omformende innretning, viss AC-utgang er videre forbundet til en AC-motor. AC-motoren kan være den drivende innretning ved en undersjøisk kompressor. Each underwater power-consuming device 160, 170, 180 can comprise a DC to AC converting device, if the AC output is further connected to an AC motor. The AC motor can be the driving device of a subsea compressor.

Hvis én av de effektforbrukende innretningene 160, 170, 180 må innhentes fra systemet, eller av én eller annen grunn må frakobles fra systemet, vil den samlede elektriske seriekretsen bli brutt, hvilket resulterer i tap av effekt til alle effektforbrukende innretninger innbefattet i systemet. Det kan derfor være nødvendig temporært å erstatte den fjernede eller frakoblede effektforbrukende innretning med en bro forbindelse, en kortslutning eller en shunt, og samtidig kan det være nødvendig å redusere den totale forsyningsspenningen levert av DC-effektforsyningen. Alternativt, eller i tillegg, kan en spenningsregulerende krets innbefattet i hver effektforbrukende innretning 160, 170, 180 justere spenningen til et passende nivå i slike tilfeller. If one of the power-consuming devices 160, 170, 180 must be obtained from the system, or must be disconnected from the system for one reason or another, the overall electrical series circuit will be broken, resulting in a loss of power to all power-consuming devices included in the system. It may therefore be necessary to temporarily replace the removed or disconnected power consuming device with a bridge connection, a short circuit or a shunt, and at the same time it may be necessary to reduce the total supply voltage provided by the DC power supply. Alternatively, or in addition, a voltage regulating circuit included in each power consuming device 160, 170, 180 can adjust the voltage to an appropriate level in such cases.

Hver undersjøisk effektforbrukende innretning 160, 170, 180 kan videre omfatte en undersjøisk kontrollmodul. Alternativt kan hver undersjøiske effektforbrukende innretning 160, 170 eller 180 være forbundet til en undersjøisk kontrollmodul. Den undersjøiske kontrollmodulen, eller de undersjøiske kontrollmodulene, kan være kommunikativt forbundet til en oversjøisk kontrollmodul (ikke vist), f.eks. ved hjelp av en fiberoptisk kommunikasjonslink som kan være innbefattet i en kontrolWkommunikasjonsnavlestreng. Each underwater power-consuming device 160, 170, 180 can further comprise an underwater control module. Alternatively, each underwater power consuming device 160, 170 or 180 can be connected to an underwater control module. The undersea control module, or the undersea control modules, can be communicatively connected to an oversea control module (not shown), e.g. by means of a fiber optic communication link which may be included in a control communication umbilical cord.

Hver undersjøiske effektforbrukende innretning 160, 170, 180 kan videre omfatte en kjøleinnretning. Dette har blitt illustrert som spoler, henholdsvis 161, 171, 181. Kjøleinnretningen 160 i den undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 har blitt forklart i nærmere detalj med henvisning til fig. 2 nedenfor. Each underwater power-consuming device 160, 170, 180 can further comprise a cooling device. This has been illustrated as coils, respectively 161, 171, 181. The cooling device 160 in the subsea power consuming device 160 has been explained in more detail with reference to fig. 2 below.

Fig. 2 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer en effektforbrukende innretning innbefattet i systemet. Fig. 2 is a schematic block diagram illustrating a power consuming device included in the system.

Det vil forstås av den følgende beskrivelsen av en effektforbrukende innretning også kan beskrive en hvilken som helst av de andre effektforbrukende innretninger innbefattet i systemet, slik som innretningen 170 og 180 illustrert i fig. 1. It will be understood from the following description of a power-consuming device can also describe any of the other power-consuming devices included in the system, such as devices 170 and 180 illustrated in fig. 1.

Den undersjøiske gasskompressoren 165 kan være fluidmessig forbundet i parallell med de andre kompressorene i systemet, f.eks. som allerede forklart med henvisning til fig. 1 ovenfor. The submarine gas compressor 165 can be fluidly connected in parallel with the other compressors in the system, e.g. as already explained with reference to fig. 1 above.

Den undersjøiske gasskompressoren 165 har en fluidinngang, dvs. en gassinngang, 166, som er forbundet til en felles gasstrømforsyning, og til innganger for de gjenværende gasskompressorene innbefattet i systemet. The subsea gas compressor 165 has a fluid inlet, ie a gas inlet, 166, which is connected to a common gas power supply, and to inlets for the remaining gas compressors included in the system.

Den undersjøiske gasskompressoren har også en fluidutgang, dvs. en gassutgang 167, forbundet til et felles gasstrømutløp sammen med utganger for de gjenværende gasskompressorene innbefattet i systemet. The subsea gas compressor also has a fluid outlet, i.e. a gas outlet 167, connected to a common gas flow outlet together with outlets for the remaining gas compressors included in the system.

Den undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 kan innbefatte en DC til AC konverteringsinnretning, viss AC-utgang er videre forbundet til en AC-motor 163. AC-motoren kan være drivinnretningen for den undersjøiske kompressoren 165. The subsea power consuming device 160 may include a DC to AC conversion device, certain AC output is further connected to an AC motor 163. The AC motor may be the drive device for the subsea compressor 165.

Den undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 kan videre innbefatte en undersjøisk kontrollmodul 169. Alternativt kan hver undersjøiske effektforbrukende innretning 160, 170 eller 180 være forbundet til en undersjøisk kontrollmodul, dvs. at den undersjøiske kontrollmodulen kan være ekstern i forhold til den undersjøiske effektforbrukende innretningen, og én undersjøisk kontrollmodul kan være forbundet til et flertall av undersjøiske effektforbrukende innretninger. The underwater power-consuming device 160 can further include an underwater control module 169. Alternatively, each underwater power-consuming device 160, 170 or 180 can be connected to an underwater control module, i.e. the underwater control module can be external in relation to the underwater power-consuming device, and one underwater control module can be connected to a majority of underwater power-consuming devices.

Den undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 omfatter videre en kjøleinnretning 161, f.eks. en kjølespole eller en serie av kjølespoler, slik som et viklet rør, som er fluidmessig forbundet til gasstrømmen ved utgangen av kompressoren. Bare en del av gasstrømmen ved utgangen av kompressoren kan mates til kjøleinnretningen, slik det er illustrert ved ventilen 162. Utgangen av kjøleinnretningen er forbundet til inngangen av kompressoren 165. The underwater power-consuming device 160 further comprises a cooling device 161, e.g. a cooling coil or series of cooling coils, such as a coiled tube, which is fluidly connected to the gas stream at the exit of the compressor. Only part of the gas stream at the outlet of the compressor can be fed to the cooling device, as illustrated by valve 162. The outlet of the cooling device is connected to the inlet of the compressor 165.

Den undersjøiske effektforbrukende innretningen 160 omfatter videre en variabel hastighetsdriver 164, som kontrollerer hastigheten for motoren 163. The underwater power consuming device 160 further comprises a variable speed driver 164, which controls the speed of the motor 163.

Claims

1. System for distributing electrical power from an offshore power supply to a plurality of subsea power consuming devices, the system comprising - an offshore DC power supply; - a power transmission cable, connecting the offshore DC power supply and an electrical circuit at a subsea location; - in that the electrical circuit comprises said majority of underwater power-consuming devices electrically connected in series.

2. System in accordance with claim 1, where said underwater power-consuming devices comprise underwater gas compressors.

3. System in accordance with claim 2, where said underwater gas compressors are fluidly interconnected in parallel.

4. System according to any one of claims 2 or 3, wherein each gas compressor includes a cooling device for cooling gas.

5. System according to any one of claims 2-4, further comprising a gas stream supply; an interconnection between the gas flow supply and inputs for each subsea gas compressor; and an interconnection between the output of each subsea gas compressor and a gas flow outlet.

6. System according to any one of claims 1-5, wherein each subsea power consuming device comprises - a DC to AC conversion device; and - an AC motor driving a subsea gas compressor.

7. System in accordance with claim 4, where each underwater power-consuming device further comprises or is connected to an underwater control module.

8. A system according to any one of claims 1-7, wherein said DC offshore power supply comprises an AC offshore power supply connected to a rectifier.

9. Method for distributing electrical power from an electrical power supply with a plurality of subsea power consuming devices, the method comprising - providing an offshore DC power supply; - connecting the offshore DC power supply and an electrical circuit at a subsea location by means of a power transmission cable; - in that the interconnection of the overseas DC power supply and the electrical circuit comprises the interconnection of said majority of underwater power-consuming devices electrically in series.

10. Method in accordance with claim 9, where said underwater power-consuming devices comprise underwater gas compressors.

11. Method in accordance with claim 10, further comprising fluidically connecting said underwater gas compressors in parallel.

12. A method according to any one of claims 10 or 11, wherein each gas compressor includes a cooling device for cooling gas.

13. Method according to any one of claims 10-12, further comprehensive interconnecting a gas flow supply and inputs for each subsea gas compressor; and to interconnect outputs of each subsea gas compressor and a gas flow outlet.

14. A method according to any one of claims 9-13, wherein each subsea power consuming device comprises - a DC to AC conversion device; and - an AC motor, which drives a subsea gas compressor.

15. Method in accordance with claim 12, further comprising including an underwater control module in, or connecting an underwater control module to, each underwater power-consuming device.

16. A method according to any one of claims 9-15, wherein said overseas DC power supply comprises an overseas AC power supply connected to a rectifier.