NO20141136A1

NO20141136A1 - System og fremgangsmåte for posisjonsmonitorering

Info

Publication number: NO20141136A1
Application number: NO20141136A
Authority: NO
Inventors: Donald Scott Coonrod; Emanuel John Gottlieb; Donald Roy Augenstein
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2014-11-11
Also published as: BR112014026361B1; SG11201405701PA; GB201417663D0; GB2518060B; GB2518060A; US9163471B2; BR112014026361A2; BR112014026361B8; WO2013163206A1; NO344024B1; US20130283919A1

Description

BAKGRUNN

[0001]Dette kapitel er ment å introdusere leseren for forskjellige aspekter på området som kan relateres til forskjellige aspekter ved de her beskrevne utførelsesformene. Denne diskusjonen antas å være nyttig for å forsyne leseren med bakgrunnsinformasjon som kan lette en bedre forståelse av de forskjellige aspekter ved foreliggende utførelsesformer. Det skal følgelig bemerkes at disse angivelsene skal leses i lys av dette og ikke som innrømmelser av hva som måtte være tidligligere kjent.

[0002]For å oppfylle forbruker og industribehov for naturressurser, investerer selskaper ofte betydelige mengder med tid og penger på leting etter og utvinning av olje, naturgass og andre undergrunnsressurser fra jorda. Straks en ønsket undergrunnsressurs er oppdaget, blir spesielt bore- og produksjonssystemer ofte anvendt for å få tilgang til og for å utvinne ressursen. Disse systemene kan være plassert på land eller til sjøs avhengig av posisjonen til en ønsket ressurs. Slike systemer innbefatter generelt en brønnhodeenhet som ressursene blir utvinnet gjennom.

[0003]I tilfellet av et system til sjøs, kan en slik brønnhodeenhet innbefatte én eller flere undersjøiske komponenter som styrer bore- og/eller utvinningsoperasjoner. Slike komponenter kan f.eks. innbefatte én eller flere ventil trær for produksjon (noen ganger referert til som "juletrær"), styremoduler, et utblåsingssikringssystem og forskjellige foringsrør, ventiler, fluidledninger og lignende som vanligvis letter utvinningen av ressursene fra en brønn for transport til overflaten. Noen av disse komponentene kan innbefatte delekomponenter eller anordninger som er utformet for lineær bevegelse. Et utblåsingssikringssystem kan f.eks. innbefatte flere utblåsingssikringer samlet i et stakklignende arrangement. Hver av disse utblåsningssikringene kan innbefatte ett eller flere stempler som er utformet for å bevege seg i en lineær retning når de aktiveres. I tilfelle av en utblåsingssikring av lukkehodetypen, kan f.eks. motstående stempel beveges horisontalt mot hverandre (f.eks. via hydraulisk aktivering) for å drive et tilsvarende par med motstående lukkehoder mot midten av et brønnhull. Andre eksempler på lineært aktiverte anordninger som kan være tilstede i undersjøisk utstyr, innbefatter forskjellige typer trykk- eller strømningsreguleringsanordninger slik som ventiler, koplingsanordninger, osv.

[0004]Posisjonsovervåkning (noen ganger også referert til som avstandsbestemmelse) med hensyn til slike lineært bevegelige komponenter har vært en pågående utfordring på området, spesielt med hensyn til anordninger som er utplassert i slike undersjøiske miljøer. Uten et adekvat posisjons-overvåkningssystem er det vanskelig for operatører å vurdere posisjonen til en lineært aktivert komponent eller hvor langt komponenten har beveget seg rettlinjet som reaksjon på en aktiveringshendelse. På grunn av de barske omgivelsene som undersjøisk utstyr ofte opererer i, er dessuten evnen til å overvåke tilstanden til det undersjøiske utstyret også nyttig. Ved å ha et pålitelig posisjonsovervåknings-system på plass kan medføre forbedret tilstandsovervåkning av undersjøisk utstyr. Posisjonsovervåkning kan f.eks. være nyttig for å bestemme om en spesiell komponent oppviser en forventet oppførsel eller ikke som reaksjon på en aktiveringsstyreinnmating. I fravær av pålitelig posisjonsinformasjon, kan fremgangsmåter for tilstandsovervåkning bero tynge på forholdet mellom tidsparametere og aktiveringsparametere, noe som kan være utilstrekkelig for nøyaktig å skissere normalisert tilstandsstatus.

[0005]Eksisterende løsninger for posisjonsovervåkning har innbefattet anvendelse av elektromagnetiske posisjonsavfølingsanordninger i forbindelse med lineært aktiverte komponenter. Et eksempel på en elektromekanisk posisjonsavfølingsanordning er en lineært variabel differensialtransformator (LVDT). Bruken av elektromekaniske anordninger til posisjonsovervåkning er imidlertid ikke uten ulemper. Elektromekaniske anordninger, slik som en LVDT, kan f.eks. være utsatt for fellesmodus feil, ettersom de blir utsatt for et nivå av mekanisk degradering i likhet med den komponenten som overvåkes. Inkorporeringen av elektromagnetiske posisjonsavfølingsanordninger i eksisterende undersjøisk utstyr kan videre kreve at eksisterende utstyr blir omkonstruert og modifisert for å romme de elektromekaniske posisjonsavfølingsanordninger og tilhørende komponenter, noe som ikke bare behøver å være kostbart og tidkrevende, men ofte også upraktisk.

OPPSUMMERING

[0006]Visse aspekter ved noen utførelsesformer som diskuteres her, er angitt nedenfor. Det skal bemerkes at disse aspektene kun er presentert for å gi leseren en kort oppsummering av visse former som oppfinnelsen kan innta, og at disse aspektene ikke er ment å begrense omfanget av oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan i virkeligheten omfatte en rekke forskjellige aspekter som ikke behøver å være angitt nedenfor.

[0007]Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er generelt relatert til et ultrasonisk posisjonsavfølingssystem for overvåkning av posisjonen til en komponent utformet for bevegelse. Ifølge en utførelsesform innbefatter posisjonsovervåkningssystemet en ultrasonisk posisjonssensor og avstandsbestemmelseslogikk som beregner posisjonen til komponenten i forhold til posisjonen av sensoren. For å bestemme komponentposisjonen sender avstandsbestemmelseslogikken et elektronisk signal som blir omformet av en transduser i sensoren til et akustisk signal i form av en ultralydpuls, som så blir rettet mot en overflate på den bevegelige komponenten. Når pulsen blir reflektert, blir et tilsvarende ekko mottatt av sensoren, omformet tilbake til et elektronisk signal og overført tilbake til avstandsbestemmelseslogikken. Avstandsbestemmelseslogikken bestemmer flere parametere for å beregne posisjonen til komponenten, innbefattende hastigheten til pulsen som en funksjon av temperatur og trykk, og en fluidoverføringstid for ultralydpulsen. Straks overføringstiden og hastigheten er kjent, kan dermed avstandsbestemmelseslogikken settes i stand til å bestemme avstanden som tilbakelagt av ultralydpulsen, noe som svarer til posisjonen av den bevegelige komponenten i forhold til sensoren.

[0008]Forskjellige forfininger av de trekkene som er angitt ovenfor, kan finnes i forbindelse med forskjellige aspekter ved foreliggende utførelsesformer. Ytterligere trekk kan også være innbefattet i disse forskjellige aspektene. Disse forfiningene og ytterligere trekkene kan finnes individuelt eller i en hvilken som helst kombinasjon. Forskjellige trekk som er diskutert nedenfor i forbindelse med én eller flere av de illustrerte utførelsesformene, kan f.eks. være inkorporert i mange av de ovenfor beskrevne aspektene ved foreliggende oppfinnelse, alene eller i en hvilken som helst kombinasjon. Den korte oppsummeringen som er presentert ovenfor, er igjen bare ment å gjøre leseren kjent med visse aspekter og kontekster for noen utførelsesformer uten begrensning til det som er angitt i patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009]Disse og andre trekk, aspekter og fordeler ved visse utførelsesformer vil bli bedre forstått når den følgende detaljerte beskrivelse blir lest i forbindelse med de vedføyde tegningene hvor like tegn presenterer like deler på de forskjellige figurene, hvor:

[0010]Fig. 1 er et blokkskjema som skisserer et undersjøisk ressursutvinningssystem i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0011]Fig. 2 er et blokkskjema som skisserer et utblåsingssikringssystem som er en del av ressursutvinningssystemet på fig. 1, hvor utblåsingssikringssystemet innbefatter et ultrasonisk posisjonsavfølingssystem og har flere utblåsingssikringer som hver har minst én ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0012]Fig. 3 er en mer detaljert perspektivskisse med bortskårne deler, av en utblåsingssikring av lukkehodetypen som kan være en del av utblåsingssikringssystemet på fig. 2;

[0013]Fig. 4 er en tverrsnittsskisse som viser en aktivatorenhet for utblåsingssikringen av lukkehodetypen på fig. 3, som har et stempel i en tilbaketrukket (åpen) stilling i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0014]Fig. 5 er en tverrsnittsskisse som viser aktivatorenheten som er skissert på fig. 4, men med stempelet i en utstrukket (lukket) stilling;

[0015]Fig. 6 er en mer detaljert tverrsnittsskisse som viser en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning installert i aktivatorenheten til utblåsingssikringen av lukkehodetypen som er vist på figurene 3 til 5, og som er utformet for å avføle posisjonen til stempelet i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse.

[0016]Fig. 7 er en perspektivskisse i tverrsnitt gjennom aktivatorenheten som er skissert på figurene 4 og 5, som viser den ultrasoniske posisjonsavfølings-anordningen installert i aktivatorenheten;

[0017]Fig. 8 er et flytskjema som skisserer en fremgangsmåte for å bestemme en banelengde svarende til posisjonen av en bevegelig komponent ved å bruke et ultrasonisk posisjonsavfølingssystem i overensstemmelse med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0018]Fig. 9 er en tverrsnittsskisse som viser en del av aktivatorenheten for utblåsingssikringen av lukkehodetypen på figurene 4 og 5, som innbefatter flere ultrasoniske posisjonsavfølingsanordninger i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0019]Fig. 10 til 12 viser kollektivt en transduserenhet som kan brukes i en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning i samsvar med en utførelsesform;

[0020]Fig. 13 og 14 viser kollektivt en transduserenhet som kan brukes i en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning i samsvar med en annen utførelsesform;

[0021]Fig. 15 er et flytskjema som skisserer en fremgangsmåte ved hvilken posisjonsovervåkningsteknikk blir brukt til å overvåke driften av en anordning og til å utløse en alarmtilstand hvis unormal oppførsel av anordningen blir detektert;

[0022]Fig. 16 viser et eksempel på et grafisk brukergrensesnittelement som kan vises for overvåkning av driften til en anordning som posisjonsinformasjon er innhentet for ved å bruke en ultrasonisk posisjonssensor i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse;

[0023]Fig. 17 skisserer en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning som kan være installert i en undersjøisk anordning i samsvar med en ytterligere utførelsesform; og

[0024]Fig. 18 er en tverrsnittsskisse i perspektiv som viser den ultrasoniske posisjonsavfølingsanordningen på fig. 17 installert i aktivatorenheten til en utblåsingssikring i samsvar med aspekter ved foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIELLE UTFØRELSESFORMER

[0025]Én eller flere spesielle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. I et forsøk på å tilveiebringe en konsis beskrivelse av disse utførelsesformene, behøver ikke alle trekk ved en aktuell implementering å være beskrevet i spesifikasjonen. Man vil forstå at under utviklingen av enhver slik aktuell implementering som i ethvert teknisk eller konstruksjonsmessig prosjekt, må mange implementeringsspesifikke beslutninger tas for å oppnå utviklernes spesielle mål, slik som overensstemmelse med systemrelaterte og forretnings-relaterte begrensninger som kan variere fra én implementering til en annen. Det skal dessuten bemerkes at et slikt utviklingsarbeid kan være komplekst og tidkrevende, men vil likevel være en rutinemessig oppgave med hensyn til konstruksjon, fremstilling og fabrikasjon for vanlig fagkyndige på området som har kunnet sette seg inn i denne beskrivelsen.

[0026]Ved introduksjon av elementer i forskjellige utførelsesformer, er de ubestemte artiklene "en", "et", de bestemte formene og "nevnte" ment å bety at det er én eller flere av elementene. Uttrykket "omfattende", "innbefattende" og "som har" er ment å være inklusive og bety at det kan være ytterligere andre elementer enn de opplistede elementene. Enhver bruk av "topp", "bunn", "over", "under" og andre retningsuttrykk og varianter av disse uttrykkene er brukt av hensikts-messighetsgrunner, men krever ikke noen spesiell orientering av komponentene.

[0027]Det vises innledningsvis til fig. 1, hvor et eksempel på et ressursutvinningssystem 10 er illustrert i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Systemet 10 er utformet for å lette utvinningen av en ressurs, slik som olje eller naturgass, fra en brønn 12. Systemet 10 innbefatter som vist, en rekke forskjellige utstyr, slik som overflateutstyr 14, stigerørutstyr 16 og stakk-utstyr 18 for utvinning av ressursen fra brønnen 12 ved hjelp av et brønnhode 20.

[0028]Systemet 10 kan brukes på en rekke forskjellige bore- eller utvinningsapplikasjoner. Selv om systemet 10 videre er skissert som ett offshoresystem eller et "undersjøisk" system, vil det være klart at systemer på land også er tilgjengelige. I det skisserte systemet 10 er overflateutstyret 14 montert på en borerigg som befinner seg over vannoverflaten, mens stakkutstyret 18 er forbundet med brønnhodet 20 i nærheten av havbunnen. Overflateutstyret 14 og stakkeutstyret 18 kan være forbundet med hverandre ved hjelp av stigerør-utstyret 16.

[0029]Som man vil forstå, kan overflateutstyret 14 innbefatte en rekke anordninger og systemer slik som pumper, kraftforsyninger, kabel- og slangespoler, styringsenheter, en avleder, et kardangoppheng, en kryssanordning og lignende. Stigerør-utstyret 16 kan likeledes også innbefatte en rekke forskjellige komponenter slik som stigerørskjøter og koplingsanordninger, fylleventiler, styringsenheter og trykk/temperatur- transduser for å nevne bare noen få. Stigerørutstyret 16 kan lette transporten av ekstraherte ressurser (f.eks. olje og/eller gass) til overflateutstyret 14 fra stakkeutstyret 18 og brønnen 12.

[0030]Stakkeutstyret 18 kan innbefatte et antall komponenter, innbefattende et utblåsingssikringssystem (UBIS system) 22. Utblåsingssikringssystemet som noen ganger blir referert til som en utblåsingssikringsstakk, kan innbefatte flere utblåsingssikringer anordnet i en stakklignende konfigurasjon langs en del av et brønnhull i systemet 10. Utblåsingssikringene som er til stede i dette systemet 22, kan innbefatte én eller flere utblåsingssikringer av lukkehodetypen og/eller ringromsventiler. I noen utførelsesformer kan systemet 22 innbefatte flere utblåsingssikringer som hver er innrettet for å utføre forskjellige funksjoner. Et utblåsingssikringssystem 22 kan f.eks. innbefatte flere utblåsingssikringer av lukkehodetypen, innbefattende de som er utstyrt med rørlukkerhoder, kuttehoder og/eller blindehoder. Utblåsingssikringssystemet 22 kan også innbefatte utblåsingssikringer av samme type og som utfører den samme funksjonen for redundansformål, så vel som ytterligere komponenter, slik som en brønnhode-koplingsanordning, strupe- og drepeventiler og koplingsanordninger, hydrauliske akkumulatorer, fleksible skjøter, styrebokser, en koplingsanordning for en nedre marin stigerørspakning (LMRP), osv.

[0031]Utblåsingssikringssystemet 22 funksjonerer generelt under drift av ressursutvinningssystemet 10 for å regulere og/eller overvåke brønntrykk for å bidra til styring av det fluidvolumet som utvinnes fra brønnen 12 via brønnhodet 20. Hvis f.eks. brønntrykket, som detekteres, overskrider et trykt terskelnivå under boring eller ressursutvinning, noe som kan indikere økt sannsynlighet for at det kan skje en utblåsing, kan én eller flere utblåsingssikringer i systemet 22 aktiveres via hydrauliske styreinnmatinger for å forsegle brønnhodet 20 og dermed stenge brønnen 12. I tilfelle av en utblåsingssikring av lukkehodetypen, kan f.eks. hver av et par med motstående lukkehoder drives mot midten av et brønnhull ved å bruke respektive stempler som aktiveres via hydrauliske styreinnmatinger, hvor hvert stempel beveger seg i en lineær retning som reaksjon på en styreinnmating for å bevege et respektivt lukkehode. Slike lukkehoder kan være utstyrt med pakninger som utgjør en elastisk pakning som kan forsegle brønnhodet 20 ved å dele foringsrøret eller borerøret og effektivt stenge brønnen 12. I tilfelle av en ringromsventil, kan et stempel aktiveres lineært for å få en pakningsenhet til å bli klemt sammen omkring et objekt anordnet i brønnhullet, slik som en borestreng eller et foringsrør.

[0032]Stempler som brukes i utblåsingssikringer representerer et eksempel på en lineært aktivert anordning eller komponent. Det vil si at slike stempler kan bevege seg frem og tilbake i en lineær retning som reaksjon på en styreinnmating for å drive en annen komponent, slik som et lukkehode (i utblåsingssikringer av lukkehodetypen) eller en pakningsenhet (i ringromsventiler). Som diskutert mer detaljert nedenfor i forbindelse med sig 2, innbefatter utblåsingssikringssystemet 22 i følge foreliggende utførelsesformer et posisjonsavfølingssystem som benytter ultrasoniske posisjonsavfølingsanordningen som gjør det mulig for ressursutvinningssystemet 10 og bestemme den lineære posisjonen til en lineært aktivert komponent eller anordning, som overvåket. Uttrykkene anordning og komponent slik de benyttes her, kan generelt brukes om hverandre når det refereres til et objekt som har sin posisjon overvåket ved hjelp av posisjonsavfølingssystemet.

[0033]Et aspekt ved posisjonsovervåkningen kan refereres til en bestemmelse av den lineære posisjonen (f.eks. posisjon langs en lineær bevegelsesbane) for en anordning av interesse i forhold til posisjonen til den ultrasoniske posisjonssensoren. I tilfelle av en utblåsingssikring, kan f.eks. posisjonsavfølingssystemet benytte ultrasonisk avstandsbestemmelse til å bestemme den lineære posisjonen til et stempel i en utblåsingssikring. I en utblåsingssikring av lukkehodetypen kan f.eks. posisjonen til stempelet indikere hvor dets tilsvarende lukkehode har beveget seg som reaksjon på aktivering. I tillegg skal det bemerkes at posisjonsovervåkning, slik som implementert ved hjelp av posisjonsavfølingssystemet, også kan være i stand til å overvåke posisjonen til en stasjonær anordning, eller til en viss grad en anordning som beveger seg på en ikke-lineær måte (f.eks. en sirkulær bane, en buet bane, osv.).

[0034]Andre komponenter i stakkeutstyret 18 på fig. 1 innbefatter ventil tre 24 for produksjon, noen ganger referert til som et "juletre", en undersjøisk styremodul 26 og en undersjøisk elektronikkmodul 28. Ventil treet 24 kan innbefatte et arrangement av ventiler og andre komponenter som regulerer strømmingen av en ekstrahert ressurs fra brønnen 12 og oppover til stigerørutstyret 16 som igjen letter overføringen av den ekstraherte ressursen oppover til overflateutstyret 14, som diskutert ovenfor. I noen utførelsesformer kan ventil treet 24 også tilveiebringe ytterligere funksjoner, innbefattende strømmingsregulering, kjemisk injeksjons-funksjonalitet og trykkavlastning. Ventil treet 24 kan, kun som et eksempel, være en modell av undersjøisk ventil tre for produksjon som fremstilles av Cameron International Corporation, Houston, Texas.

[0035]Den undersjøiske styremodulen 26 kan sørge for elektronisk og/eller hydraulisk styring av de forskjellige komponentene i stakkeutstyret 18, innbefattende utblåsingssikringssystemet 22. Den undersjøiske elektronikkmodulen 28 kan videre være innrettet for å romme forskjellige elektroniske komponenter slik som trykte kretskort som inneholder logikk for å utføre én eller flere funksjoner. Når det gjelder det ultrasoniske avfølingssystemet kan den undersjøiske elektronikkmodulen 28 f.eks. innbefatte avstandsbestemmelseslogikk innrettet for å beregne eller på annen måte bestemme posisjonen til en lineært aktivert anordning basert på puls/ekko- responsen til et ultrasonisk posisjonsavfølings-system som overvåker den lineært aktiverte anordningen.

[0036]Med disse punktene i mente, er fig. 2 et blokkskjema som viser et eksempel på et utblåsingssikringssystem 22 med flere utblåsingssikringer 32, innbefattende en ringromsventil 32a og minst to utblåsingssikringer 32b og 32c av lukkehodetypen. Andre utførelsesformer kan selvsagt benytte færre eller flere utblåsingssikringer 32. Som diskutert ovenfor, kan utblåsingssikringer av lukkehodetypen være innrettet for forskjellige funksjoner basert på den type lukkehodeblokker som benyttes. En utblåsingssikring av lukkehodetypen kan f.eks. innbefatte rør-lukkehoder som er innrettet for å lukke seg omkring et rør i et brønnhull for å begrense fluidstrømming i en ringformet kanal mellom røret og brønnhullet, men ikke inne i selve røret, kutteventiler innrettet for å kutte gjennom en borestreng eller et foringsrør, eller blindeventiler innrettet for å forsegle et brønnhull. Lukkehoder kan også innbefatte blindkutteventiler som er innrettet for å forsegle et brønnhull selv når det er utstyrt med en borestreng eller et foringsrør. Utblåsingssikringene 32b og 32c av lukkehodetypen på fig. 2 kan følgelig være en hvilken som helst av de ovenfor nevnte utblåsingssikringene av lukkehodetypen, og kan utføre de samme eller forskjellige funksjoner.

[0037]Fig. 2 illustrerer i tillegg et ultrasonisk posisjonsavfølingssystem skissert her som de ultrasoniske posisjonsavfølingsanordningene 34 og avstandsbestemmelseslogikken 36, som er vist anordnet inne i den undersjøiske elektronikkmodulen 28. Som diskutert mer detaljert nedenfor, kan en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning 34 være anordnet for hver lineært aktivert anordning som posisjonsovervåkning er ønsket for. Når det gjelder hver av utblåsingssikringene 32b og 32c av lukkehodetypen, kan f.eks. to sensorer 34 være anordnet, hver utformet for å avføle den lineære posisjonen til en respektiv av et par motstående stempler. Som skissert generelt på fig. 2, kan sensorene 34 være plassert på motsatte ender av utblåsingssikringene 32b og 32c av lukkehodetypen. Ringromsventilen 32a som kan innbefatte et stempel for å drive en pakningsenhet, innbefatter også en tilsvarende sensor 34 for å overvåke den lineære posisjonen til stempelet.

[0038]Hver posisjonsavfølingsanordning 34 innbefatter en ultrasonisk transduser innrettet for å omforme et elektrisk signal som er mottatt fra avstandsbestemmelseslogikken 36, til et akustisk signal i form av en ultralydpuls. Pulsen blir så sendt ut av posisjonsavfølingsanordningen mot en overflate på den lineært aktiverte anordningen. Refleksjonen av ultralydpulsen fra overflaten til den lineært aktiverte anordningen, som også kan kalles et ekko, blir så dirigert tilbake mot posisjonsavfølingsanordningen 34 og mottatt av nevnte transduser, omformet tilbake til et elektrisk signal og sendt tilbake til avstandsbestemmelseslogikken 36. Denne banen fra avstandsbestemmelseslogikken 36 til sensoren 34 og til den lineært aktiverte anordningen og tilbake, kan refereres til som signalbanen som innbefatter både de elektroniske og de akustiske banene.

[0039]Avstandsbestemmelseslogikken 36 er innrettet for å bestemme flere parametere, innbefattende den totale overføringstiden langs signalbanen, hastigheten til ultralydpulsen og eventuelle forsinkelsestid i signalbanen mellom logikken 36 og den lineært aktiverte anordningen. Som diskutert mer detaljert nedenfor under henvisning til fig. 8, beregner avstandsbestemmelseslogikken 36, basert på de foregående parameterne, banelengden som ultralydpulsen forplanter seg lang for å bestemme den lineære posisjonen til anordningen (for eksempel stempelet i en utblåsningssikring) som overvåkes. Det vil si at logikken 36 bestemmer posisjonen til den lineært aktiverte anordningen i forhold til posisjonen av sensoren 34 som den er tilknyttet. Selv om visse utførelsesformer som beskrives her, er relatert til bruken av posisjonsovervåkningssystemet for å vurdere den lineære posisjonen til en spesiell komponent, kan posisjonsovervåkningssystemet videre også brukes til å bestemme posisjonen til en komponent som er stasjonær eller som beveger seg på en ikke-lineær måte i forhold til sensoren 34.

[0040]Som vist på fig. 2, kan kommunikasjonskablene 38 innbefatte ledninger som videresender signaler mellom de ultrasoniske posisjonssensorene 34 og avstandsbestemmelseslogikken 36 i den undersjøiske elektronikkmodulen 28. Modulen 28 kan være anordnet i et hus som er i stand til å motstå det under-sjøiske miljøet. I andre utførelsesformer kan avstandsbestemmelseslogikken 36 være anbrakt i nærheten av den lineært aktiverte anordningen, slik som på huset til en utblåsingssikring som har et stempel/lukkehode som blir overvåket ved å bruke en respektiv sensor 34. Avstandsbestemmelseslogikken 36 kan i tillegg også være distribuert på en eller annen måte over den undersjøiske elektronikkmodulen 28 og på huset til en undersjøisk komponent som inneholder den ene eller de flere lineært aktiverte anordningene av interesse.

[0041]Den undersjøiske styremodulen 26 og elektronikkmodulen 28 kan kollektivt innbefatte kommunikasjonskretser som følger for kommunikasjon med hverandre, med forskjellige undersjøiske komponenter i stakkeutstyret 18, og med overflateutstyret 14 og/eller stigerørutstyret 16. En navlestreng som inneholder én eller flere kabler for overføring av data, kan f.eks. overføre data fra stakkeutstyret 18, den undersjøiske styremodulen 26 og/eller elektronikkmodulen 28 til overflateutstyret 14 og/eller stigerørutstyret 16. I en utførelsesform kan slike data overføres i samsvar med en kommunikasjonsprotokoll slik som Modbus, CAN-bus, eller en hvilken som helst annen ledningsført eller trådløs kommunikasjonsprotokoll. Posisjonsinformasjon innhentet ved å bruke det ultrasoniske posisjonsavfølings-systemet, kan følgelig overføres til overflateutstyret 14 for derved å gjøre det mulig for en operatør å overvåke driften av forskjellige undersjøiske anordninger som overvåkes ved hjelp av disse sensorene 34.

[0042]Det vises nå til fig. 3, hvor en spesiell perspektivskisse med bortskårne deler av en utblåsingssikring 32 av lukkehodetypen som innbefatter en ultrasonisk posisjonssensor 34, er illustrert i samsvar med en utførelsesform. Utblåsingssikringen 32 av lukkehodetypen innbefatter også et legeme 42, deksler 44, aktivatorenheter 46 og lukkeorganer 47 i form av lukkehodeblokker. I den foreliggende utførelsesformen, er lukkehodene 47 vist som omslutningsventiler, men kun som et eksempel. Som diskutert ovenfor, kan andre utførelsesformer av utblåsingssikringer! 32 innbefatte kutteventiler, blindeventiler (noen ganger referert til som forseglingsventiler) eller blinde/kutte- ventiler. Legemet 42 innbefatter et brønnhull 48, et lukkehodehulrom 50 og øvre og nedre boltforbindelser 52 som kan brukes til å montere ytterligere komponenter over og under utblåsingssikringen 32, slik som når utblåsingssikringen 32 er anordnet som en del av en utblåsingssikringsstakkenhet.

[0043]Dekslene 44 er forbundet med legemet 42 ved hjelp av dekseltilkoplings-anordningen 54. Disse koplingsanordningene 54 kan gjøre det mulig å fjerne dekslene 44 fra legemet 42 i utblåsingssikringen 32 for å gi tilgang til lukkehodene 47. Respektive aktivatorenheter 46 er montert til dekslene 44 ved motstående ender av legemet 42. Som vist på fig. 3, er én av aktiveringsenhetene 46 vist i en spesiell skisse med bortskårne deler for å eksponere og dermed bedre illustrere komponentene i denne. Selv om beskrivelsen av aktivatorenhetene 46 kan fokusere på den eksponerte aktivatorenheten på fig. 3, skal det derfor forstås at den ueksponerte aktivatorenheten 46 på den motsatte enden av legemet 42 er utformet på samme måte. Aktivatorenheten 46 innbefatter f.eks. et hydraulisk stempel 56 anordnet i en sylinder 58. Som reaksjon på hydrauliske styreinnmatinger, kan stempelet 56 drives i en lineær retning inne i sylinderen 58, som kan drive et tilsvarende lukkehode 47 gjennom lukkehodehulrommet 50, inn i og ut av brønnhullet 48.

[0044]Som videre vist på fig. 3, er den enden av sylinderen 58 som er motsatt av dekslet 44, forbundet med et hode 60 ved hjelp av bolteforbindelser 62. I en utførelsesform kan en ultrasonisk posisjonssensor 34 være montert i hodet 60 av hver aktivatorenhet 46 for å sørge for lineær posisjonsovervåkning av stemplene 56 inne i deres respektive sylindre 58. Hvis stemplene 56 f.eks. blir aktivert for å drive lukkehodene 47 for i det minste delvis å forsegle brønnhullet 48, kan bruken av de ultrasoniske posisjonssensorene 34 i forbindelse med avstandsbestemmelseslogikken 36 gjøre det mulig for en operatør å overvåke bevegelsen av stemplene 56 og lukkehodene 47 og å bestemme om de reagerer på aktiveringshendelsen (f.eks. en hydraulisk styreinnmating) på en forventet måte.

[0045]Figurene 4 og 5 tilveiebringer tverrsnittsskisser som viser én av aktivatorenhetene 46 på fig. 3 mer detaljert. Aktivatorenheten 46 er som vist montert på dekslet 44 og forbundet med et lukkehode 47. I den illustrerte utførelsesformen er lukkehodet 47 vist som en omslutningsventil med den distale enden av ventilen (dvs. nærmest brønnhullet 48) innbefattende en pakning 68 som danner en tetning omkring et rør anordnet inne i brønnhullet 48 når begge lukkehodene 47 er utstrakt fra sine respektive hulrom 50 inn i brønnhullet 48. Som diskutert ovenfor, kan selvsagt andre typer lukkehoder 47 innbefatte kutteventiler og blindeventiler.

[0046]I tillegg til sylinderen 58 som inneholder stempelet 56, innbefatter drivenheten 46 også en stempelstang 70, hodet 60, en glidemuffe 76 og en låsespak 78. Stempelet 56 innbefatter et hodestempellegeme 80 og en flens 82. Legemsdelen 80 og flensdelen 82 av stempelet 56 kan innbefatte én eller flere pakninger, referert til med respektive henvisningstall 84 og 86. Som vist på figurene 4 og 5, kan legemspakningen eller pakningene 84 omkretsmessig omgi stempellegemet 80 mens det er i tettende kontakt med innerveggen i sylinderen 58. Flenspakningen eller pakningene 86 omgir omkretsmessig stempelflensen 82 mens den/de er i tettende kontakt med innerveggen i sylinderen 58.

[0047]Kontakten til legemspakningen 84 og flenspakningen 86 med sylinderen 58 deler det indre av sylinderen 58 i tre hydraulisk isolerte kamre: et slagkammer 88, et dødfluidkammer 94 og et tilbaketrekkingskammer 98. En slagåpning 90 tilveiebringer hydraulisk kommunikasjon med slagkammeret 88, som er utformet mellom hodet 60 og flenspakningen 86. En dødfluidåpning 96 tilveiebringer likeledes hydraulisk kommunikasjon med dødfluidkammeret 94 som er utformet i et ringformet område definert av sylinderen 58 og stempelet 56 mellom den ene eller de flere legemspakningene 84 og flenspakningene 86. En tilbaketrekkings-åpning 100 tilveiebringer videre fluidkommunikasjon med et tilbaketrekkingskammer 98 som er utformet i et ringformet område avgrenset av sylinderen 58 og stempelet 56 mellom den ene de flere legemspakningene 84 og dekslet 44.

[0048]Under drift, kan slagkammeret 68 og tilbaketrekkingskammeret 98 være i fluidkommunikasjon med en hydraulisk fluidforsyning (ikke vist på figurene 4 eller 5) regulert ved hjelp av et styresystem. I noen utførelsesformer, kan det hydrauliske fluidet som fordrives fra slagkamrene 88 og tilbaketrekkingskammeret

98 resirkuleres inn i den hydrauliske fluidforsyningen eller kan ventileres til omgivelsene. Dødfluidkammeret 94 kan være trykkbalansert med omgivelsene slik at fluidtrykket i dødkammeret 94 ikke motvirker bevegelsen av stempelet 56 når det aktiveres. I noen utførelsesformer, kan dødfluidkammeret 94 være åpent mot omgivelsene (f.eks. sjøvann) eller kan være forbundet med et trykk-kompen-seringssystem som opprettholder balansert trykk inne i dødfluidkammeret 94.

[0049]Når det gjelder figur 4, er aktivatorenheten 46 vist i en fullstendig tilbaketrukket stilling hvor stempelet 56 er anordnet mot hodet 60. Dette er noen ganger referert til som den åpne stillingen. Når en aktiveringsinnmating blir levert, slik som via hydrauliske styringer, blir trykksatt hydraulisk fluid levert gjennom slagåpningen 90. Dette aktiverer enheten 46 og får stempelet 56 til å foreta et slag, dvs. bevege seg i en lineær retning bort fra hodet 60 mot dekslet 44. Når stempelet 56 beveger seg mot dekslet 44, strømmer det hydrauliske fluidet som leveres via slagåpningen 90, inn i slagkammeret 88. På samme tid blir fluid i tilbaketrekkingskammeret 98, som også kan innbefatte trykksatt hydraulisk fluid, fordrevet gjennom tilbaketrekkingsåpningen 100, og fluid i dødfluidkammeret 94 blir fordrevet gjennom dødfluidåpningen 96. Fluid som er fordrevet fra dødfluid-kammeret 94 og tilbaketrekkingskammeret 98 under drift, kan beholdes i et reservoar, eller kan i noen tilfeller utstøtes til omgivelsene. Som diskutert ovenfor, kan dødfluidkammeret 94 være åpent mot omgivelsene i noen utførelsesformer. Det fluidet som strømmer inn i og ut av dødfluidkammeret 94, kan f.eks. i en slik utførelsesform være sjøvann i tilfelle av en undersjøisk installasjon.

[0050]Etter hvert som hydraulisk fluid blir levert til slagkammeret 88, vil følgelig stempelet 56 fortsette å bevege seg i lineær retning mot dekslet 44 inntil stempelet 56 danner kontakt med dekslet 44. Dette er vist på fig. 5, som illustrerer aktivatorenheten 46 i en fullstendig utstrukket stilling (noen ganger referert til som den lukkede stillingen). Selv om aktivatorenheten 46 er aktivert av hydrauliske trykk, kan mange anvendelser også innbefatte en mekanisk lås for å opprettholde posisjonen til lukkehodet 47, slik som i situasjoner hvor det er tap av hydraulisk trykk. For positivt å låse stempelet 56 og dermed lukkehodet 47 på plass, er glidemuffen 76 rotasjonsmessig festet i forhold til stempelet 56 og i gjenget inngrep med en låsestang 78 som er roterbart forbundet med hodet 60. Glidemuffen 76 beveger seg aksialt i forhold til låsestangen 78 når låsestangen 78 blir rotert, for derved å låse posisjonen til stempelet 56 og lukkehodet 47.

[0051]Når stempelet 56 er aktivert fra en innledende tilbaketrukket stilling, som vist på fig. 4, og begynner å bevege seg lineært bort fra hodet 60 mot dekslet 44, fortsetter avstanden 104 (fig. 6) mellom hodet 60 og stempelet 56 å øke inntil stempelet 56 når enden av sitt slag, som vist på fig. 5, dvs. at legemet 80 til stempelet 56 har dannet kontakt med dekslet 44. Den ultrasoniske posisjonssensoren 54 kan være anordnet i hodet 60 til aktivatorenheten 46 for å muliggjøre posisjonsovervåkning av stempelet 56. Sensoren 34 kan være innrettet for å overføre en ultralydpuls og motta et tilsvarende ekko som skyldes refleksjonen av pulsen fra en overflate av stempelet 56. Som diskutert mer detaljert nedenfor, kan den tiden som medgår mellom utsendelsen av pulsen og mottakelsen av det tilsvarende ekkoet, brukes av avstandsbestemmelseslogikken til å bestemme den avstanden som pulsen har tilbakelagt, og dermed bestemme den lineære posisjonen til stempelet 56. I de fleste tilfeller kan anordningen av interesse i virkeligheten være lukkehodet 47. Siden lukkehodet 47 imidlertid blir drevet av stempelet 56, er man, når den lineære posisjonen til stempelet 56 er kjent, i stand til å utlede hvor langt lukkehodet 47 har beveget seg.

[0052]Det vises nå til fig. 6, hvor en mer detaljert tverrsnittsskisse er tilveiebrakt, som illustrerer en ultrasonisk posisjonssensor 34 i samsvar med en utførelsesform. Sensoren 34 er spesielt vist som installert i hodet 60 i aktivatorenheten 46 som skissert på figurene 4 og 5, og innrettet for å rette ultralydpulser mot stempelet 56. I den illustrerte utførelsesformen innbefatter hodet 60 en fordypning 108 innrettet for å motta sensoren 34. Sensoren 34 innbefatter et hus 110, en ultralydtransdusermodul 112, en temperaturavfølingsanordning 114 (vist på fig. 6 som en resistanstemperaturdetektor (RTD)) og et transduservindu 116.1 noen utførelsesformer kan nevnte transduser 112 være av en modell av en ultralydtransdusermodul fremstilt av Cameron International Corporation. Temperaturavfølingsanordningen 114 kan være en diskret komponent inne i huset 110, eller kan være innbakt som en del av transdusermodulen 112, som vist på fig. 6. I den foreliggende utførelsesformen, er en åpning 118 også tilveiebrakt, og kan strekke seg fra fordypningen 108 gjennom den motsatte siden av hodet 60 for å tillate passasje av ledninger mellom sensoren 34 og avstandsbestemmelseslogikken 36.

[0053]Sensoren 34 kan være festet inne i fordypningen ved å bruke en hvilken som helst egnet mekanisme. I en utførelsesform, kan f.eks. både fordypningen 108 og sensorhuset 110 være gjenget og ha en hovedsakelig sylindrisk form. Sensoren 34 kan følgelig installeres i hodet 60 ved ganske enkelt å skru sensorhuset 110 inn i fordypningen 108 for derved å tillate de respektive gjengene å komme i inngrep med hverandre. I andre utførelsesformer kan sensoren 34 være festet i fordypningen 108 ved å bruke et klebemiddel, koplingsanordninger eller en annen passende teknikk. Dette sørger totalt for en forholdsvis enkel installasjon av sensoren 34 uten å kreve en betydelig og/eller kompleks konstruksjon av eksisterende undersjøisk utstyr.

[0054]For å overvåke den lineære posisjonen til stempelet 56 under drift, kan den ultrasoniske posisjonssensoren 34 intermitterende sende ut en ultralydpuls 122. Pulsen 122 kan sendes ut fra nevnte transduser 112 og forplante seg gjennom vinduet 116 og inn i slagkammeret 88, som kan være fylt med trykksatt hydraulisk fluid 120 når stempelet 56 blir aktivert. Vinduet 116 kan innbefatte et plastmateriale med høy kompresjonsstyrke med akustiske impedansegenskaper som er lik væsken. Dette gjør det mulig for den utsendte pulsen 122 å forlate sensorhuset 110 mens den møter forholdsvis liten akustisk impedans. Som et eksempel, og bare som et eksempel, kan vinduet 116 være laget ved å bruke et polyeterimid-materiale, slik som ULTEM™, som er tilgjengelig fra SABIC, Saudi Arabia, organiske termoplastiske polymermaterialer slik som polyetereterketon (PEEK), eller et polylimid-basert plastmateriale, slik som Vespel™, som leveres fra E. I. du Pont de Nemours og Company of Wilmington, Delaware. Huset 110 kan være fremstilt ved å bruke et metallmateriale slik som stål eller titan, eller kan være laget ved å bruke ett av de forannevnte plastmaterialene eller ved å bruke en kombinasjon av metall og plastmateriale.

[0055]Etter å ha forplantet seg gjennom vinduet 116, forplanter pulsen 122 seg så over avstanden 104 mellom hodet 60 og stempelet 56 gjennom det hydrauliske fluidet 120. Når den treffer stempelet 56, blir pulsen 122 reflektert i form av et tilsvarende ekko 124. Nevnte Transduser 112 mottar ekkoet 124 når det forplanter seg tilbake mot sensoren 34 gjennom det hydrauliske fluidet 120 og vinduet 116. Nevnte transduser 112 kan operere ved en hvilken som helst egnet frekvens, slik som mellom omkring 200 kHz og 5,0 MHz. I en utførelsesform, er nevnte trans duser 112 innrettet for å operere ved en frekvens på omkring 1,6 MHz. Selv om det ikke er uttrykkelig vist på fig. 6, kan sensoren 34 videre innbefatte ledninger som kan være rutet gjennom åpningen 118, som kan ha en diameter eller bredde som er mindre enn den for fordypningen 108. Det vises kort tilbake fig. 2, hvor denne ledningen kan representere den ledningen 38 som sørger for kommunikasjon mellom sensorene 34 og avstandsbestemmelseslogikken 36.

[0056]Selv om fordypningene 108 på fig. 6 er vist som om de har en bredde (f.eks. en diameter i tilfelle av en sirkulær fordypning) som er større enn bredden av åpningen 118, kan fordypningen 108 i en utførelsesform være en åpning som strekker seg hele veien gjennom ende hetten 60. Det vil si at åpningen 118 og fordypningen 108 kan ha den samme bredden. I en slik utførelsesform, kan sensorhuset 110 være innrettet for å strekke seg gjennom ende hetten 60. I en slik utførelsesform kan også ledningen fra transdusermodulen 112 og/eller RTD 114 danne en forbindelse koplet til huset 110, hvor forbindelsesanordningen er innrettet for å forbinde ledningen elektronisk inne i sensoren 34 med avstandsbestemmelseslogikken 36. En slik forbindelse kan f.eks. være tilgjengelig fra utsiden av sylinderen 58 i utblåsingssikringen 32 og kan være forbundet med avstandsbestemmelseslogikken ved å bruke én eller flere passende kabler. Denne utførelsesformen gjør det også mulig å installere den ultrasoniske avfølings-anordningen 34 fra utsiden av utblåsingssikringen 32 eller eventuelt en annen komponent som den skal monteres i, noe som fjerner behovet for demontering av ende hetten 60 fra legemet til utblåsingsringen 32 under installasjon. Når fordypningen 108 strekker seg hele veien gjennom ende hetten 60 og innbefatter gjenger som er i inngrep med tilsvarende gjenger på sensoren 34, kan f.eks. sensoren 34 monteres fra utsiden ved å skru sensorenheten 110 inn i fordypningen 108 fra utsiden av ende hetten 60 inntil gjengene er i fast inngrep med hverandre.

[0057]Som diskutert mer detaljert nedenfor under henvisning til fig. 8, kan avstandsbestemmelseslogikken 36 fremskaffe eller på annen måte bestemme flere parametere som brukes til å beregne banelengden som ultralydpulsen 122 forplanter seg langs før den blir reflektert. Denne banelengden kan svares til avstanden 104 som kan gjøre det mulig for en operatør å bestemme den lineære posisjonen til en spesiell anordning, slik som stempelet 56 i dette eksempelet. Parameterne som fremskaffes og/eller bestemmes i avstandsbestemmelses logikken, innbefatter en beregnet lydhastighet (VOS, velocity of sound) gjennom et fluid som en funksjon av temperatur og trykk, en forsinkelsestid og en signalbaneoverføringstid. Temperaturparameteren (f.eks. temperaturen i slagkammeret 88) kan f.eks. måles ved å bruke temperaturavfølingsanordningen 114. Trykkparameteren (f.eks. trykket i slagkammeret 88) kan f.eks. leveres til avstandsbestemmelseslogikken 36 som en forventet trykkverdi, eller kan i andre utførelsesformer være målt trykkinformasjon levert til avstandsbestemmelseslogikken 36 ved hjelp av én eller flere trykkavfølingsanordninger.

[0058]Forsinkelsestiden kan representere ikke-fluidforsinkelser som er tilstede i signalbanen og som, som diskutert ovenfor, innbefatter hele banen (både elektroniske og akustiske deler) mellom avstandsbestemmelseslogikken 36 og overvåkingsanordningen. Forekomsten av vinduet 116 og ledningen 38 kan introdusere ikke-fluidforsinkelser Ved å subtrahere fra forsinkelsestiden fra den totale overføringstiden og dividere resultatet med to, kan fluidoverføringstiden for pulsen 122 (eller dens tilsvarende ekko 124) bestemmes. Når hastigheten til ultralydpulsen/ekkoet gjennom det hydrauliske fluidet 120 og fluidoverføringstiden er bestemt, kan følgelig banelengden mellom hodet 60 og stempelet 56 beregnes ved hjelp av avstandsbestemmelseslogikken 36 for derved å tilveiebringe den lineære posisjonen til stempelet 56. Når man kjenner den lineære posisjonen til stempelet 56, kan systemet 10 bestemme hvor langt lukkekode 47 har beveget seg. I noen utførelsesformer behøver fluidet 120 ikke nødvendigvis å være en væske. Fluidet 120 kan f.eks. innbefatte en gass eller en gassblanding, slik som luft.

[0059]I det foreliggende eksempelet blir den ultrasoniske posisjonssensoren 34 brukt til å overvåke den lineære posisjonen til et stempel i en utblåsingssikring i et undersjøisk ressursutvinningssystem 10. Sensoren 34 kan følgelig være utformet for å være slitesterke nok til å motstå de barske omgivelsesbetingelsene som ofte er tilknyttet undersjøisk drift. I en utførelsesform, kan sensorhuset 110 som tensoren 34 er anordnet i, være fremstilt ved å bruke titan, rustfritt stål eller en hvilken som helst egnet metalltype, legering eller superlegering, og kan være i stand til å operere det trykk på mellom omkring 14 pund pr. kvadrattomme (psi) til 14000 psi. Vinduet 116 i sensorhuset 110 kan f.eks. motstå belastninger på opp til 14000 psi. Sensoren 34 kan også være i stand til å motstå arbeidstemperaturer på mellom 0 og 100 grader Celsius.

[0060]Som vist på fig. 6, kan sensoren 34 være forsenket i fordypningen 38 med en avstand som er vist med henvisningstall 125. Denne avstanden 125 kan være valgt basert i det minste delvis på visse egenskaper ved vinduet 116, slik som tykkelse og lydhastighetskarakteristikker, for å kompensere for signalgjenklang i mediet i vinduet 116. Denne gjenklangen skyldes resonansegenskaper ved vinduet 116. Når ultralydpulsen 122 f.eks. overføres fra sensoren 34, kan en del av signalet 122 gi gjenklang i vinduet 116 før den dør hen. Mengden av tiden som det tar for denne gjenklangen å dø hen, kan utgjøre det som noen ganger refereres til som et signaldødbånd. Hvis et ekko (f.eks. 124) ankommer ved sensoren 34 innenfor dette signaldødbåndet, kan sensoren 34 være ute av stand til å innhente en nøyaktig måling på grunn av interferens fra den pågående signaletterklangen i vinduet 116. Dette er vanligvis mest problematisk når måleanordningen, her stempelet 56, er meget nær hodet 60 (f.eks. nær eller ved den åpne posisjonen som er vist på fig. 4), slik at medgått tid for ekkoet 124 for å returnere til sensoren 34, faller innenfor dødbåndet. Forsenkning av sensoren 34 med en avstand 125 ned i fordypningen 108 kan følgelig kompensere for dødbåndeffekter og dermed gjøre det mulig for sensoren 34 å innhente nøyaktige målinger for hovedsakelig enhver posisjon av stempelet 56 i sylinderen 58.

[0061]Avstanden 125 kan være valgt som en funksjon av tykkelsen av vinduet og dets resonansegenskaper. Et plastmaterial, slik som UITEM™ eller PEEK kan f.eks. ha resonansegenskaper hvor et ultralydsignal skaper gjenklang i vinduet 116 over omkring to tur/retur- runder før gjenklangen dør hen. I dette eksempelet, er dermed målet med å velge avstanden 125, at det tidligste tidspunktet ved hvilket et ekko 124 reflekteres fra stempelet 56 og til sensoren, er utenfor signaldødbåndstiden, hvor det mest ekstreme tilfelle er når stempelet 56 er i den åpne stillingen. I tillegg skal det bemerkes at de plastmaterialene som er diskutert ovenfor, vanligvis er lavere resonansegenskaper sammenlignet med visse andre materialer, spesielt metaller slik som stål. I en sensor, hvor ultralydpulsen 122 blir overført gjennom et metallmateriale, slik som stål, kan ultralydsignalet 122 til sammenligning ha en etterklang på fra omkring 10 eller flere tur/retur- runder i stålet før det dør hen. Dette kan resultere i et lenger dødbånd som kan kreve en større avstand 125 sammenlignet med den for en sensor 34 som benytter et plastmateriale med lavere resonans med lignende tykkelse, slik som ULTEM™.

[0062]Fig. 7 er en mer detaljert tverrsnittsskisse i perspektiv som viser aktivatorenheten 46 i en utblåsingssikring 32 av lukkehodetypen i likhet med den som er beskrevet ovenfor på figurene 3 til 5, hvor aktivatorenheten 46 har en ultrasonisk posisjonssensor 34 installert i hodet 60 via fordypningen 108. I denne illustrerte utførelsesformen, kan utblåsingssikringen 32 være en utblåsingssikring med dobbelt lukkehode som innbefatter to lukkehoder på hver side av et brønnhull. Hvert lukkehode på en spesiell side kan drives av et respektivt stempel 56 i en sylinder 58 i en aktivatorenhet 46 koplet til utblåsingssikringens 32 legeme. På fig. 7 kan f.eks. sylinderen 58 romme et stempel 56 mens den tilstøtende sylinderen 58' kan romme et annet stempel (ikke synlig på fig. 7). Aktivatorenheten 46 som svarer til den tilstøtende sylinderen 58', kan følgelig også innbefatte en lignende utformet ultrasonisk posisjonssensor 34.

[0063]Fig. 7 skisserer også et håndtak 128 som kan betjenes for å rotere låsestangen 78 for å låse et utstrakt stempel 56 i den utstrakte posisjonen. Håndtaket 128 kan f.eks. være i inngrep med og operert av et fjernstyrt fartøy (ROV) eller et bemannet undervannsfartøy slik som en U-båt. Fig. 7 viser dessuten også en utførelsesform hvor i det minste en del av avstandsbestemmelseslogikken 36 befinner seg på huset til utblåsingssikringen istedenfor å være sentralisert i den undersjøiske elektronikkmodulen 28 slik det er vist på fig. 2. Avstandsbestemmelseslogikken 36 kan f.eks. være distribuert over flere komponenter hvor deler av logikken 36 befinner seg i en undersjøisk omhylling, her referert til som en avstandsbestemmelsesenhet 126, og festet eller på annen måte montert til huset for en komponent, her hodet 60 i en utblåsingssikring 32.1 dette arrangementet utgjør alle avstandsbestemmelsesenhetene 126 til sammen avstandsbestemmelseslogikken 36, og hver avstandsbestemmelsesenhet 126 er innrettet for å motta inngangsparametere og beregne posisjonsinformasjon for en lineært aktivert anordning som overvåkes ved hjelp av en respektiv sensor 34.

[0064]På fig. 7, kan dermed de to avstandsbestemmelsesenhetene 126 som er vist, svar til sensorene 34 som overvåker stempelbevegelse i sylindrene 58 og 58'. Ledningen som strekker seg gjennom åpningen 118, kan f.eks. forbinde hver sensor 34 med sin respektive avstandsbestemmelsesenhet 126. Hver avstands bestemmelsesenhet 126 kan videre være innrettet for å kommunisere posisjonsinformasjon til den undersjøiske styremodulen 26 og/eller den undersjøiske elektronikkmodulen 28, som så kan videresende informasjonen til overflaten. Selv om den utførelsesformen som er beskrevet ovenfor, dessuten viser sensoren 34 installert i hodet 60, kan andre utførelsesformer innbefatte en sensor 34 montert på selve stempelet 56. I slike utførelsesformer, kan dermed avstandsbestemmelseslogikken 36 bestemme den lineære posisjonen til stempelet 56 i forhold til posisjonen til hodet 60 eller et annet punkt eller en annen referanse.

[0065]Etter ovenfor å ha beskrevet den generelle virkemåten til sensoren 34, blir

det nå beskrevet en fremgangsmåte 130 som avstandsbestemmelseslogikken 36 kan benyttes til å beregne den lineære posisjonen til den overvåkede anordningen mer detaljert under henvisning til fig. 8. Den lineære posisjonen til en anordning av interesse (f.eks. et stempel/lukkehode i en utblåsingssikring), kan f.eks. bestemmes ved å bruke følgende ligning:

hvor VOS representerer hastigheten til ultralydpulsen som utsendes av sensoren 34, gjennom et gitt medium (slik som hydraulisk fluid i slagkammeret 88) og tnuidrepresenterer den enveis fluidoverføringstiden for ultralydpulsen (eller dens

tilsvarende refleksjon), som kan være ekvivalent med den totale overføringstiden i en retning langs signalbanen med ikke-fluidforsinkelser fjernet. Disse parameterne blir så brukt til å bestemme avstanden d som ultralydpulsen forplanter seg over fra sensoren 34 til anordningen av interesse, for derved å gjøre det mulig å bestemme den lineære posisjonen til anordningen i forhold til sensorens 34 posisjon.

[0066]Som diskutert ovenfor, kan VOS bestemmes som en funksjon av trykk og temperatur. I en utførelsesform, kan f.eks. VOS beregnes i samsvar med Wayne Wilson's ligning for lydhastighet i destillert vann som en funksjon av temperatur og trykk, som publisert i Journal of the Acoustic Society of America, Vol. 31, nr. 8, 1959. Denne ligningen er som angitt nedenfor: hvor T representerer temperatur i grader Celsius og An representerer koeffisienter for beregning av lydhastigheten, idet koeffisientene An blir beregnet som en funksjon av trykk, som vist nedenfor: Her representerer P trykk i bar og an, bn, cn, dn, og en aller representerer ytterligere del koeffisienter for beregning av lydhastighet. Ved å sette inn ligning 2b i ligning 2a, kan dermed VOS beregnes som følger:

Ligning 2c kan skrives i utvidet form som:

hvor:

[0067]Når dette anvendes for å bestemme hastigheten til lyd gjennom destillert vann under kjent trykk og temperatur, kan følgende koeffisienter bli brukt i Wilson's lydhastighetslikning (likning 2a-2d ovenfor):

De beregnede verdiene for koeffisientene An kan så settes inn i ligning 2d ovenfor for å oppnå lydhastigheten gjennom destillert vann ved et trykk og en temperatur representert ved henholdsvis P og T.

[0068]Som man vil forstå, kan de trinnene som er beskrevet ovenfor for bestemmelse av VOS, svare til trinnene 132 og 138 i den prosessen 130 som er skissert på fig. 8. Ved trinn 132 blir f.eks. en temperaturverdi (T) 134 og en trykkverdi (P) 136 innhentet. Som diskutert ovenfor, kan temperaturverdien fremskaffes ved å bruke temperaturavfølingsanordningen 14 i den ultrasoniske posisjonssensoren 34, mens trykket kan leveres til avstandsbestemmelseslogikken 36 som en forventet eller målt verdi (f.eks. målt ved hjelp av en trykkavfølingsanordning på utlåsingssikringen eller annet undersjøisk utstyr). I noen utførelsesformer kan temperaturen også leveres til avstandsbestemmelseslogikken 36 som en forventet verdi istedenfor å være en målt verdi fremskaffet av temperaturavfølingsanordningen 114. Når disse parameterne er bestemt ved trinn 132, kan avstandsbestemmelseslogikken 36 beregne lydhastigheten 140 i samsvar med Wilson's ligning ved trinn 138.

[0069]Det skal videre bemerkes at det spesielle eksempelet med de numeriske koeffisientene som er gitt ovenfor, svare til egenskapene til destillert vann. Likevel kan disse koeffisientene gi en forholdsvis nøyaktig beregning av lydhastigheten gjennom hydrauliske fluider som stort sett er basert på vann f.eks. 99 % vannbaserte hydrauliske fluider. De numeriske koeffisientene ovenfor, kan videre også justeres for å ta hensyn til eventuelle differanser i egenskapene til destillert vann og et vannbasert hydraulisk fluid for ytterligere å forbedre nøyaktigheten av den lydhastigheten som er beregnet.

[0070]De andre parameterne som brukes av avstandsbestemmelseslogikken til å bestemme avstanden d fra ligning 1, innbefatter den totale overføringstiden for ultralydsignalet, innbefattende eventuelle ikke-fluiddeler av signalbanen (f.eks. vinduet 116, ledningen 38) og en ikke-fluidforsinkelsestid som svarer til forsinkelser som ikke-fluiddeler av signalbanen bidrar med. Når den totale overføringstiden og ikke-fluidforsinkelsestidene er kjent, kan fluidoverføringstiden i én retning (f.eks. den for enten pulsen eller ekkoet) bestemmes som følger:

hvor ttotai representerer den totale overføringstiden for både elektroniske og akustiske signalene langs signalbanen, dvs. fra avstandsbestemmelseslogikken 36, langs ledningen 38 til nevnte transduser 112, gjennom vinduet 116, gjennom et fluidmedium (f.eks. hydraulisk fluid 120) i én retning mot en anordning av interesse, og tilbake gjennom hver av disse komponentene som følger refleksjonen av pulsen. Ikke-fluidkomponenter i denne signalbanen som kan innbefatte vinduet 116 og ledningen 38, innbefatter en viss forsinkelse, ovenfor representert i ligning 3 som t. Fluidoverføringstiden i én retning (f.eks. enten pulsen fra sensoren til anordningen av interesse eller ekkoet fra anordningen tilbake til sensoren) blir så bestemt ved å fjerne ikke-fluidforsinkelsen t fra den totale overføringstiden, ttotai, og dividere resultatet med to, hvor divisjonen med to gir en tidsverdi som svarer til fluidoverføringstiden i én retning (istedenfor en tur/retur- tid).

[0071] Den totale overføringstiden, ttotai, kan bestemmes via puls/ekko-banebehandling utført ved hjelp av avstandsbestemmelseslogikken 36. Avstandsbestemmelseslogikken 36 kan f.eks. bestemme den tidsmengden som er medgått mellom utsendelsen av et signal som forårsaker pulsen, og mottakelse av et signal som er et resultat av det tilsvarende ekkoet. Dette er representert ved trinn 142 i prosessen 130, som frembringer den totale overføringstiden (ttotai) 144. Med hensyn til ikke-fluidforsinkelsen, kan hver ikke-fluidkomponent i signalbanen introdusere en respektiv forsinkelse som kan uttrykkes som følger:

hvor L representerer lengden av signalbanen gjennom ikke-fluidkomponenten, og C representerer hastigheten til signalet gjennom ikke-fluidkomponenten. Resultatet blir multiplisert med to for å ta hensyn til ikke-fluidforsinkelsen i både den utgående banen og returbanen. Anta kun som et eksempel, at ledningen 38 har en lengde på omkring 6 meter og at signalhastigheten gjennom ledningen 38 er omkring 1,4<*>10<8>meter/sekund, er den ikke-fluidforsinkelsen som ledningen bidrar med (Tvaier), omkring 0,0857 mikrosekunder (us). Anta videre at vinduet 116 i sensoren 34 har en tykkelse på omkring 15,74 millimeter og tillater ultralydpulsen å krysse den med en hastighet på omkring 2424 meter/sekund, hvor bidraget fra vinduet 116 til ikke-fluidforsinkelsen (Tvindu) blir omkring 13,0724 us.

[0072] Disse ikke-fluidforsinkelseskomponentene (TvaierogTVindu) blir så summert for å fremskaffe den totale ikke-fluidforsinkelsestiden t, som er representert ved trinn 146 i prosessen 130 på fig. 8. Ledningsledningen og hastighetskarakteristikkene 148 og transduservinduets lengde og hastighetskarakteristikker 150 blir levert til trinn 146. Ved å bruke det uttrykket som er angitt ovenfor i ligning 4, kan avstandsbestemmelseslogikken beregne den totale ikke-fluidforsinkelsestiden (t) 152 basert på parameterne 148 og 150.

[0073]Deretter sørger trinn 154 i prosessen 130 for beregning av banelengden 156i mellom sensoren 34 og den lineært aktiverte anordningen ved å bruke den beregnede lydhastigheten (VOS) 140, den totale puls/ekko- overføringstiden 144 langs signalbanen, og ikke-fluidforsinkelsestiden 152. Ved å bruke ligning 3, kan fluidoverføringstiden i én retning beregnes som halvparten av den totale overføringstiden 144 minus ikke-fluidforsinkelsestiden 152. Når fluidoverførings-tiden er kjent, kan følgelig banelengden 156 beregnes i samsvar med ligning 1. Anvendt på de eksemplene som er beskrevet ovenfor i forbindelse med utblåsingssikringen, kan banelengden 156 representere posisjonsinformasjon vedrørende hvor langt stempelet og dermed det tilsvarende lukkehode, har beveget seg som reaksjon på en aktiveringsinnmating.

[0074]Banelengderesultatet 156 på fig. 8, blir generelt en målig av hvor langt stempelet er fra vinduet 116 i sensoren 34. For enda større nøyaktighet i noen utførelsesformer kan som man vil forstå, den beregnede banelengden 156 reduseres ytterligere med den avstand ved hvilken sensor 34 er forsenket i hodet 60 (f.eks. avstanden 125 på fig. 6) for å gi en måling på avstanden til stempelet i forhold til innsideveggen (som f.eks. utgjør en del av slagkammeret 88) til hodet 60.

[0075]I en utførelsesform hvor et hydraulisk fluid som brukes til å aktivere en anordning, ikke er destillert vann eller hovedsakelig vannbasert, kan som nevnt ovenfor, de koeffisientene som brukes i ligningen 2a-2b ovenfor justeres, slik som via empirisk testing for å tilveiebringe nøyaktige lydhastighetsresultater når ultralydsignaler blir overført gjennom ikke-vandige fluider eller de som ikke hovedsakelig er vannbaserte. I en annen utførelsesform, kan i stedet for å bero på ligningene 2a-2b for beregning av lydhastigheten, en kombinasjon av flere senorer 34 brukes til å bestemme posisjonen til en anordning av interesse, hvor minst én sensor er rettet mot anordningen av interesse og en annen sensor er rettet mot et hovedsakelig konstant referansepunkt. I en slik utførelsesform, kan disse sensorene refereres til som henholdsvis en målesensor og en referansesensor.

[0076]Et eksempel på en slik utførelsesform er vist på fig. 9. Fig. 9 viser spesielt en utførelsesform av den ovenfor beskrevne utblåsingsventilen 32 av lukkehodetypen hvor et stempel 56 blir aktivert ved å bruke et hydraulisk fluid som ikke er vann eller hovedsakelig vannbasert, slik som et oljebasert hydraulisk fluid. For å bestemme posisjonen til stempelet 56, er her sensorene 34a og 34b anordnet i sylinderen 58 med sensoren 34a som målesensor og sensoren 34b som referansesensor. Sensoren 34a er orientert og innrettet som sensoren 34 som er vist på fig. 6, for å måle avstanden 172 tø) mellom hodet 60 og stempelet 56. Sensoren 34b er identisk med sensoren 34a, men er orientert for å måle avstanden 170 (di) mellom innsideveggen av sylinderen 58 og stangen 80 til stempelet 56. Som man vil forstå, er avstanden 170 hovedsakelig konstant bortsett fra i perioder hvor stempelet 56 er i eller nesten i den lukkede stillingen (f.eks. når flenspartiet 82 på stempelet 56 kommer inn i siktlinjen til sensoren 34b). Bortsett fra slike perioder, er avstanden som måles, en kjent avstand di. Lydhastigheten gjennom det hydrauliske fluidet i dødfluidkammeret 94 kan følgelig bestemmes som følger:

hvor VOS representerer lydhastigheten over den kjente avstanden d-\ og t1fiUid representerer tur/retur- fluidoverføringstiden for et ultralydsignal fra sensoren 34b til stangen 82 og tilbake. Som man vil forstå, kan fluidoverføringstiden U_ md beregnes på en måte i likhet med den som er beskrevet ovenfor, dvs. ved å bestemme den totale overføringstiden og fjerne ikke-fluidforsinkelser (f.eks. ledningsforsinkelser, vinduspåførte forsinkelser).

[0077]Når lydhastigheten VOS som er beregnet ved å bruke ligning 5 ovenfor, er kjent, kan avstanden 172 beregnes som følger:

Her, representerer t2_nuid tur/retur- fluidoverføringstiden for en ultralydpuls (og dens tilsvarende ekko) utsendt av sensoren 34a, som igjen kan beregnes ved å måle tur/retur- totaloverføringstiden langs signalbanen til sensoren 34a og fjerne ikke-fluidforsinkelser (f.eks. ledningsforsinkelser, vinduspåførte forsinkelser). Delingen med en faktor på to resulterer i enveis fluidoverføringstid som, når den multipliseres med den kjente VOS verdien fra ligning 5, gir avstanden d2som svarer til banelengden mellom sensoren 34b og stempelet 56. Som diskutert ovenfor, kan enhver avstand som sensoren 34b er forsenket med, subtraheres fra banelengden (d2) for å bestemme avstanden til stempelet 56 fra hodet 60 i sylinderen 58.

[0078]Som man vil forstå, selv om lydhastigheten gjennom fluid kan variere når trykk- og/eller temperaturkarakteristikker endrer seg, blir i en undersjøisk anvendelse ved å bruke utblåsingssikringen 32 av lukkehodetypen, temperatur- og trykk-karakteristikker generelt ikke ventet å variere særlig mye med korte tidsrom. Avstandsbestemmelseslogikken 36 kan følgelig være innrettet for å detektere når stempelflensen 82 er i siktlinjen til sensoren 34b, og å forkaste målinger for VOS innsamlet når stempelet 56 er i en slik posisjon. I denne situasjonen kan den nyeste VOS verdien fra før stempelflensen 82 krysser sensoren 34b siktlinje, brukes i bestemmelsen av banelengden d2ettersom stempelet 56 nærmer seg den lukkede posisjonen. I den foreliggende utførelsesformen er sensorene 34a og 34b orientert slik at de tar målinger i retninger som er perpendikulære til hverandre.

[0079]Som vist nærmere på fig. 9, kan sylinderen 58 innbefatte sensoren 34c posisjonert inne i innsideveggen 175 ved enden av sylinderen 58 overfor hodet 58, dvs. den enden som flensen 82 er i kontakt med når stempelet 56 er aktivert til den lukkede stilingen. Denne sensoren 34c kan brukes i stedet for eller i tillegg til sensoren 34a for måling av posisjonen til stempelet 56. Avstanden 174 (d3) mellom sensoren 34c og flensen 82 på stempelet 56 kan f.eks. bestemmes ved å bruke den kjente avstanden 170 (di). I likhet med beregningen av d2ved hjelp av ligning 6 ovenfor, kan likeledes avstanden d3beregnes som følger:

Avstanden d3indikerer dermed generelt hvor fjernt stempelet 56 er i forhold til

sensoren 34c på innsideveggen 175. I dette eksempelet, kan dessuten avstanden til stempelet i forhold til hodet 60 også beregnes ved å addere en kjent bredde 176 for stempelflensen 82 til den beregnede avstanden b3, og subtrahere resultatet fra lengden av sylinderen 58, målt fra hodet 60 til innsideveggen 175. Noen utførelsesformer kan videre innbefatte både sensoren 34a og 34c hvor de resultatene som er fremskaffet ved å bruke hver respektiv sensor, kan tilveiebringe en grad av redundans (f.eks. hvis en sensor svikter) eller kan sammenlignes med hverandre for valideringsformål.

[0080]Algoritmene for posisjonsberegning som er beskrevet ovenfor, kan implementeres ved å bruke passende konfigurert maskinvare og/eller programvare i form av kodede datamaskininstruksjoner lagret på ett eller flere rørbare, maskin-lesbare media. I en implementering, kan programvaren i tillegg tilveiebringe et grafisk brukergrensesnitt som kan fremvise informasjon for presentasjon til en menneskelig operatør. Posisjonsmålingene som er innhentet ved hjelp av det ultrasoniske posisjonsavfølingssystemet kan f.eks. vises på en skjerm i en arbeidsstasjon som befinner seg på overflaten av ressursutvinningssystemet 10 eller på et fjerntliggende sted. Programvaren kan også være innrettet for å lagre datalogger for overvåkning av anordningsposisjoner (f.eks. posisjonen til lukkehoder) over tid. I det tilfelle at en nøyaktig ikke kan fremskaffes, kan dessuten programvaren sørge for en visuell og/eller hørbar alarm for å varsle en operatør. I noen utførelsesformer, kan en virtuell (f.eks. en del av det grafiske brukergrense-snittet i programmet) eller et maskinvarebasert (f.eks. en komponent i en arbeidsstasjon) oscilloskop være anordnet for visning av ultralydbølgeformen som blir utsendt og mottatt. Et eksempel på et slikt brukergrensesnitt vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor under henvisning til fig. 16. I en ytterligere utførelsesform kan signalstakking brukes for i en viss grad å forbedre signal/støy- forholdet.

[0081]Som diskutert ovenfor under henvisning til fig. 6, innbefatter hver ultrasonisk posisjonssensor 34 en transduser 112. En utførelsesform av nevnte transduser 112 er vist mer detaljert på figurene 10 til 12. Figurene 10 og 11 viser spesielt henholdsvis en sammenstilt og en utspilt perspektivskisse av nevnte transduser 112, og fig. 12 viser en tverrsnittsskisse gjennom nevnte transduser 112.

[0082]Nevnte transduser 112 innbefatter det ovenfor beskrevne vinduet 116 så vel som et husl 80, et piezoelektrisk materiale 182, en positiv leder 184, en negativ leder 186. Nevnte transduser 112 innbefatter også den ovenfor beskrevne resistanstemperaturdetektoren (RTD) for innhenting av temperaturdata, og kan være en totråds eller firetråds RTD. Som tydeligst vist på fig. 10, strekker den positive lederen 184, den negative lederen 186 og RDT 114 seg utover fra den bakre enden (f.eks. enden motsatt av vinduet 116) til nevnte transduser 112. Montert i en anordning slik som hodet 60 i en utblåsingssikring 32, kan deler av den positive lederen 184, den negative lederen 186 og RTD 114 strekke seg gjennom åpningen 118 (fig. 6). Huset 180 omslutter hovedsakelig komponentene i nevnte transduser 112 og kan være utformet for å passe inn i sensorhuset 110, som vist på fig. 6. I en utførelsesform, kan huset 180 være laget ved å bruke det samme plastmateriale med høy kompresjonsstyrke som vinduet 116, slik som ULTEM™, PEEK, eller Vespel™. I andre utførelsesformer kan huset 180 være laget ved å bruke et metallmateriale slik som stål, titan eller legeringer av disse. Det piezoelektriske materiale 182 kan være laget ved å bruke et krystall eller et keramisk materiale. I en utførelsesform, kan det piezoelektriske materiale 182 f.eks. innbefatte blyzirkonattitanat (PZT).

[0083]En annen utførelsesform av nevnte transduser 112 er illustrert på figurene 13 og 14. Figurene 13 og 14 viser spesielt henholdsvis sammenstilte og utspilte skisser av nevnte transduser 112. Her innbefatter nevnte transduser 112 vinduet 112 og RTD 114, så vel som et hus 190, et piezoelektrisk materiale 192, en lastsylinder 194, en hette 196, en positiv 198 og en negativ 200 ledning og epoksy potting 202. Huset 190, lastsylinderen 194 og hetten 196 kan være laget ved å bruke en høyt sammenpresset plast eller et metallmateriale slik som stål. Det piezoelektriske materiale 192 kan innbefatte PZT. I denne utførelsesformen kan vinduet 116 vider innbefatte en høyt sammenpresset plast slik som ULTEM™, PEEK eller Vespel™, eller kan være laget som en slitasjeplate ved å bruke aluminiumoksid (alumina). I noen utførelsesformer kan vinduet 116 innbefatte en slitasjeplate av aluminiumoksid innskutt mellom plastvinduet og det piezoelektriske materiale 192. På grunn av impedansen, densiteten og hastighetskarakteristikkene til aluminiumoksid i forhold til lyd, kan en slik utførelsesform gjøre det mulig for akustisk energi å bli overført gjennom en slitasjeplate av aluminiumoksid og inn i et plastvindu med redusert forvrengning, forutsatt at dimensjonene og tykkelsen av en slik slitasjeplate blir valgt på tilsvarende måte.

[0084]Det vises til fig. 15, hvor en prosess 208 for drift av et system som innbefatter et ultrasonisk avstandsbestemmelsessystem (f.eks. systemet 36) for overvåkning av posisjonen til visse anordninger, er illustrert i samsvar med en utførelsesform. Prosessen 208 begynner som vist ved trinn 210 hvor en system-innmating blir mottatt. Innmatingen kan representere en kommando om å bevege en anordning i systemet til en ønsket posisjon. I forbindelse med et undersjøisk system, kan f.eks. innmatingen presentere en kommando om å lukke eller åpne et lukkehode i en utblåsingssikring, hvor den lukkede eller åpne stilingen representerer den ønskede stillingen. Systemet kan aktivere (f.eks. hydraulisk akutering) anordningen i samsvar med den mottatte innmatingen for å få anordningen til å bevege seg til den ønskede posisjonen.

[0085]Når anordningen (f.eks. lukkehode) beveger seg mot den ønskede posisjonen, kan én eller flere tilhørende ultralydsensorer 34 tilveiebringe posisjonsinformasjon til systemet, som vist ved trinn 212. Forventningen er at anordningen som aktiveres, vil bevege seg til den ønskede posisjonen ved avslutningen av aktiveringsprosessen. Beslutningslogikk 214 bestemmer om unormal systemoppførsel blir detektert. I denne forbindelse, er unormal oppførsel av en hvilken som helst type bevegelse (eller mangel på bevegelse) som avviker fra en forventet oppførsel. Hvis f.eks. anordningen som aktiveres, er et lukkehode som svikter når det gjelder å innta en lukket posisjon som reaksjon på en kommando om å lukke lukkehodet, kan prosessen 208 utløse en alarm som indikerer for systemet at lukkehodet ikke kan lukke, som antydet ved trinn 216. Hvis lukkehodet svikter når det gjelder å åpne som reaksjon på en kommando om å aktivere lukkehodet til en åpen stilling, kan systemet likeledes også utløse alarmen. Alarmen kan innbefatte hørbare og/eller visuelle indikatorer. Det vises til bake tilbake til beslutningslogikken 214, hvis anordningen når den ønskede posisjonen, blir ingen alarm utløst og systemet fortsetter normal drift som indikert ved trinn 218. Selv om tilfellet med alarmtilstander kan variere, tilveiebringer denne prosessen en mekanisme som lett varsler systemet (og dermed de som er ansvarlige for drift av systemet) i tilfellet av unormal oppførsel.

[0086]En operatør kan følgelig vurdere situasjonen basert på alarmen, og kan om nødvendig midlertidig lukke ned systemet for vedlikehold eller reparasjon. Som man vil forstå, kan utførelsesformer av avstandsbestemmelsessystemet som er beskrevet her, operere basert på lukket eller åpen sløyferegulering. Systemet kan videre sørge for ikke bare styring av posisjonen til en spesiell anordning, men også den hastighet ved hvilken anordning blir aktivert når den beveges til en ønske posisjon. I tilfellet av et lukkehode i en utlåsingssikring som aktiveres fra en åpen til en lukket stilling, kan lukkekodes bevegelse styres slik at det innledningsvis beveger seg forholdsvis hurtig og så sakker ned etter hvert som det nærmer seg et rør i brønnhullet.

[0087]Fig. 16 viser et eksempel på et grafisk brukergrensesnittelement (GUI-element) 220 som kan være en del av avstandsbestemmelsessystemet 36. Dette GUI-elementet 220 kan vises på f.eks. en arbeidsstasjon som befinner seg ved overflaten av ressursutvinningssystemet 10 eller på et fjerntliggende sted i kommunikasjon med ressursutvinningssystemet 10. GUI-elementet220 innbefatter et vindu 222 som kan vise bølgeformen 224 til et signal som svarer til en viss sensor 34. Når det gjelder den anordningen som overvåkes ved hjelp av sensoren 34, viser vinduet 226 forskjellige parametere, innbefattende temperatur (felt 228), trykk (felt 230), anordningsposisjon (felt 232), så vel som hastigheten til anordningen når den beveger seg (felt 234).

[0088]GUI-elementet 220 innbefatter også indikatorer 236 og 238. Indikatoren 236 er en statusindikator som kan være innrettet for å indikere om den overvåkede anordningen er i bevegelse. En anordning som er i bevegelse, eller som er aktivert, kan f.eks. få indikatoren til å vise en spesiell farge (f.eks. grønn), mens en anordning som ikke er i bevegelse eller er blitt aktivert, kan få indikatoren til å vise en annen farge (f.eks. rød). Indikatoren 238 er en alarmtilstandsindikator. Hvis f.eks. en alarmtilstand blir detektert, kan indikatoren vise en farge, eller hvis en alarmtilstand er til stede, kan indikatoren vise en annen farge. Som man vil forstå, kan denne visuelle alarmindikatoren være anordnet i forbindelse med en hørbar alarmindikator, f.eks. en høyttaler eller en annen passende lydemitterende anordning) forbundet med arbeidsstasjonen. Det skal videre bemerkes at avstandsbestemmelsessystemet 36 kan være innrettet for å overvåke data fra flere sensorer som overvåker forskjellige anordninger i systemet. Hver sensor kan følgelig ha tilknyttet seg et respektivt GUI-element 220 for visning av slik informasjon.

[0089]Det ultrasoniske posisjonsavfølingssystemet og teknikkene som er beskrevet her, kan tilveiebringe posisjonsinformasjon som er hovedsakelig så nøyaktig som posisjonsinformasjon fremskaffes ved å bruke eksisterende løsninger, slik som posisjonsovervåkning ved bruk av en LVDT eller andre elektromekaniske posisjonssensorer. Som diskutert ovenfor, er det imidlertid meget lettere å integrere ved det ultrasoniske posisjonsavfølingssystemet i eksisterende undersjøiske komponenter og krever ikke omfattende og kompleks omforming av eksisterende utstyr. Ettersom de ultrasoniske posisjonssensorene 34 som er beskrevet her, generelt ikke er utsatt for fellesmodus feilmekanisme slik tilfellet er med noen elektromekaniske posisjonsavfølingssensorer, kan videre den posisjonsinformasjonen som fremskaffes ved hjelp av det ultrasoniske posisjons-avfølingssystemet bedre opprettholde sin nøyaktighet over tid.

[0090] Posisjonsinformasjonen som fremskaffes ved å bruke de her beskrevne ultrasoniske posisjonsavfølingsteknikkene, kan også tilveiebringe en viss grad av tilstandsovervåkning. Lineært aktiverte anordninger kan f.eks. ha en forventet driftsslitasjeprofil som beskriver hvordan anordningen ventes å oppføre seg etter hvert som den gradvis slites over tid. Ved å ha tilgang til nøyaktig posisjonsinformasjon fremskaffes ved å bruke ultrasoniske posisjonssensorer 34, kan en operatør overvåke tilstanden til slike lineært bevegelige anordninger over tid. Hvis f.eks. den avstanden som tilbakelegges av et lukkehode i en utblåsingssikring som har vært i drift over en tidsperiode, som reaksjon på et visst aktiveringstrykk, faller innenfor et forventet område, kan det utledes at utblåsingssikringen funksjonerer normalt i overensstemmelse med sin slitasjeprofil. En avstand tilbakelagt som reaksjon på det samme aktiveringstrykket og som er mindre eller større enn det forventede område, kan imidlertid signalisere at utblåsingssikringen kan måte overhales eller erstattes.

[0091]Selv om de eksemplene som er beskrevet ovenfor, har fokusert på bruken av en ultrasonisk posisjonssensor til overvåkning av posisjonen av et lukkehode i en utblåsingssikring, skal det bemerkes at de ovenfor beskrevne teknikkene kan anvendes for hovedsakelig en hvilken som helst anordning eller komponent i et system som beveger seg, slik som, som reaksjon på aktivering. I forbindelse med oljefeltindustrien, kan f.eks. andre typer komponenter som har lineært aktiverte anordninger som kan overvåkes ved å bruke de ultrasoniske avstands-bestemmelsesteknikkene som er beskrevet her, innbefatte utblåsingssikringer med sluseventiler, brønnhodekoplinger, en nedre marin stigehodepakningskopling, utbåsingssikringer med strupe- og drepeventilsider og koplingsanordninger, undersjøiske ventiler i ventil trær, manifoldventiler, prosess-separasjonsventiler, prosesskompresjonsventiler og trykkreguleringsventiler for å nevne bare noen få. Som diskutert ovenfor, kan i tillegg komponenter som beveger ikke-lineært også overvåkes ved å bruke posisjonsavfølingsteknikkene som er beskrevet ovenfor.

[0092]Figurene 17 og 18 illustrerer en annen utførelsesform av en ultrasonisk posisjonsavfølingsanordning, her referert til med henvisningstall 250, som kan brukes til posisjonsovervåkning i en undersjøisk anordning slik som en utblåsningssikring av lukkehodetypen som vist på figur 18. Komponenter i utblåsingssikringen som allerede er blitt beskrevet ovenfor under henvisning til figurene 3 til 7, er merket med like henvisningstall. I stedet for å innbefatte en fordypning 108 og en åpning 118 for ledningsføring, kan sensorlegemet 110 her strekke seg gjennom hele lengden av hodet 60, slik man best kan se på fig. 18. I den foreliggende utførelsesformen, er det som tidligere var en fordypning 108 på fig. 7, blitt utvidet hele veien gjennom hodet 60 for å danne en åpning i dette. Denne åpningen 108 kan innbefatte gjengeinngrep svarende til gjenger 252 på sensorlegemet 110. Sensoren 250 kan dermed installeres i åpningen 108 ved å skru legemet 110 inn i åpningen 108 inntil gjengene kommer i inngrep. I denne utførelsesformen kan sensorhuset 110 være laget ved å bruke en austenitisk nikkel/krom- basert superlegering slik som Inconel 718, som er tilgjengelig fra Special Metals Corporation, New Hartford, New York.

[0093]Som man kan se på fig. 17, kan sensoren også innbefatte én eller flere O-ringer 258 anordnet omkretsmessig omkring legemet 250 mellom vinduet 116 og gjengene 252. Enden av sensoren 250 som rager ut fra utsiden av hodet 60 når den er installert, kan innbefatte en koplingsanordning 254. I den illustrerte utførelsesformen kan koplingsanordningen 254 være rettet perpendikulært bort fra sensorlegemet 110 i forhold til en langsgående akse 256 for sensoren 250. Koplingsanordningen 254 kan, kun som et eksempel, være en modell av en Dry-Mate Submersible Connector, tilgjengelig fra Teledyne Technologies Inc., Thousand Oaks, California. Ledningsføring for å forbinde sensoren 250 med avstandsbestemmelseslogikken 36 kan følgelig være forbundet med sensoren 250 via koplingsanordningen 254. Denne utførelsesformen av sensoren 250 er et eksempel på én der sensoren 250 kan installeres fra utsiden av utblåsingssikringen 32, som nevnt ovenfor under henvisning til fig. 6.

[0094]Selv om aspektene ved foreliggende oppfinnelse kan underkastes forskjellige modifikasjoner og alternative utførelsesformer, er spesielle utførelsesformer blitt vist som eksempler på tegningene og er blitt beskrevet detaljert her. Men det skal bemerkes at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de spesielle utførelsesformene som er beskrevet. Oppfinnelsen skal i stedet dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ramme slik den er definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Systemomfattende: en anordning (56) innrettet for bevegelse; en posisjonssensor (34) omfattende et sensorhus (110) og en transdusermodul (112) anordnet inne i sensorhuset og innrettet for å sende et ultrallydsignal (122) gjennom etfluidmedium (120) moten overflate på anordningen; og behandlingslogikk (36) innrettet for å bestemme hastigheten til ultralydsignalet gjennom fluidet som en funksjon av temperatur og trykk i fluidet, å bestemme en forplantningstid for ultralydsignalet fra posisjonssensoren til overflaten på anordningen og bestemme den avstanden som er tilbakelagt av ultralydsignalet mens det forplanter seg fra posisjonssensoren til overflaten på anordningen, basert på hastigheten og forplantningstiden, hvor den bestemte avstanden svarer til anordningens posisjon i forhold til sensorens posisjon.

2. System ifølge krav 1, hvor posisjonssenoren omfatter en koplingsanordning forbundet med sensorhuset, hvor koplingsanordningen er innrettet for å kople transdusermodulen elektronisk til behandlingslogikken.

3. System ifølge krav 2, hvor transdusermodulen omfatter en temperatur-avfølingsanordning (114) innrettet for å bestemme temperaturen i fluidet.

4. System ifølge krav 3, hvor temperaturavfølingsanordningen omfatter en totråds resistanstemperatur-detektor (RTD) eller en fire-tråds RTD.

5. System ifølge krav 3, hvor hvor temperaturavfølingsanordningen sender temperaturdata til behandlingslogikken ved å bruke koplingsanordningen.

6. System ifølge krav 1, hvor anordningen er en del av en oljefeltkomponent (32).

7. System ifølge krav 6, hvor oljefeltkomponenten omfatter en husdel (58) med en åpning (108) som strekker seg gjennom denne, i hvilken posisjonssensoren er innrettet for å bli montert.

8. System ifølge krav 7, hvor åpningen i husdelen og sensorhuset begge innbefatter gjenger, og hvor posisjonssensoren er innrettet for å bli installert i husdelen ved å skru posisjonssensoren inntil gjengene i posisjonssensoren kommer i inngrep med gjengene i åpningen.

9. System ifølge krav 8, hvor posisjonssensoren er innrettet for å bli montert fra utsiden av husdelen i forhold til oljefeltkomponenten.

10. System ifølge krav 6, hvor oljefeltkomponenten omfatter en utblåsingssikring, og hvor anordningen omfatter et stempel på utblåsingssikringen.

11. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en komponent utformet for bevegelse, omfattende: å bruke en første ultrasonisk posisjonssensor (34b) til å sende et første ultralydsignal gjennom etfluidmedium til et referansepunkt (80), hvor en første avstand (170) mellom den første ultrasoniske posisjonssensoren og referansepunktet generelt er konstant; å måle tur/retur-overføringstiden for det første ultralydsignalet mellom den første ultrasoniske posisjonssensoren og referansepunktet; å bestemme den akustiske hastigheten til det første ultralydsignalet gjennom fluidmediet basert på den første avstanden og tur/retur-overføringstiden; å bruke en annen ultrasonisk posisjonssensor (34a) til å sende et annet ultralydsignal gjennom fluidmediet til en overflate (82) på komponenten; å måle tur/retur-overføringstiden for det andre ultralydsignalet mellom den andre ultrasoniske posisjonssensoren og overflaten på komponenten; og å bestemme en annen avstand (172) mellom den andre ultrasoniske posisjonssensoren og overflaten på komponenten basert på den målte tur/retur-overføringstiden til det andre ultralydsignalet og den akustiske hastigheten til det første ultralydsignalet, hvor den andre avstanden er en indikasjon på posisjonen til komponenten i forhold til posisjonen av den andre ultrasoniske posisjonssensoren.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor den første ultrasoniske posisjonssensoren og den andre ultrasoniske posisjonssensoren er orientert perpendikulært i forhold til hverandre.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor referansepunktet omfatter en annen flate på komponenten, hvor avstanden mellom den andre overflaten på komponenten og den første ultrasoniske sensoren forblir hovedsakelig konstant selv når komponenten er i bevegelse.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor komponenten omfatter et stempel (56), der overflaten til stempelet mot hvilken det andre ultralydsignal sendes, er en flens på stempelet, og hvor den overflaten på stempelet som det første ultralydsignalet sendes mot, er en stempelstang.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor stempelet er en komponent i en utblåsingssikring (32) i et ressursutvinningssystem.