專利名稱：用于液壓控制系統(tǒng)的監(jiān)控裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開的實(shí)施例總體涉及一種用于海底驅(qū)動(dòng)裝置的改良液壓控制系統(tǒng)。更具體地，這里公開的實(shí)施例總體涉及一種用于通過(guò)液壓控制系統(tǒng)監(jiān)控深海海底防噴器(“Β0Ρ”) 的驅(qū)動(dòng)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
通常由海底防噴器(“Β0Ρ”)組合進(jìn)行深海石油和天然氣鉆探，而海底防噴器組合可以可拆卸地附加到接近海底的井口上。例如，如果受壓液體從地質(zhì)層進(jìn)入鉆井孔，則防噴器組合中的一個(gè)或多個(gè)海底防噴器可以閉合以封閉該鉆井孔。海底防噴器組合可以由多種控制系統(tǒng)之一從地面進(jìn)行控制，例如液壓或者電動(dòng)液壓系統(tǒng)，其中包括復(fù)合(“MUX”)電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)。最早的海底防噴控制系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)，而大量液壓系統(tǒng)至今還被采用。液壓系統(tǒng)通常較便宜，而且比電動(dòng)液壓系統(tǒng)更可靠。例如，液壓系統(tǒng)通常比電動(dòng)液壓系統(tǒng)的具有更長(zhǎng)的正常工作時(shí)間，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)更容易診斷，需要配置的備用零件更少，而且可以由該領(lǐng)域的非專業(yè)工作人員修復(fù)。有研究表明，復(fù)合電動(dòng)液壓防噴器控制系統(tǒng)的初始成本可能是液壓系統(tǒng)的四倍，并且，在5年期間，復(fù)合電動(dòng)液壓防噴器控制系統(tǒng)的停工期平均大約是液壓系統(tǒng)的I. 8倍。目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于現(xiàn)代浮動(dòng)鉆探設(shè)備，停工的成本大約為每小時(shí)20，000美元，因此，復(fù)合液壓系統(tǒng)增加的停工時(shí)間是一個(gè)大問(wèn)題。但是，在深海中，現(xiàn)有的液壓防噴器控制系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)在海底的防噴器響應(yīng)時(shí)間延遲；由于種種原因，電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)(特別是復(fù)合液壓系統(tǒng))現(xiàn)在可能特別適用于深海鉆探，尤其用于深度大于5000英尺的海域。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如美國(guó)石油協(xié)會(huì)(“API”))規(guī)定無(wú)論水深多少海底防噴器最長(zhǎng)的關(guān)閉時(shí)間；環(huán)形防噴器需要在60秒內(nèi)關(guān)閉，而閘板防噴器需要在45秒內(nèi)關(guān)閉。當(dāng)然，為提高安全性，在實(shí)踐中，盡可以快地執(zhí)行這些功能是一個(gè)行業(yè)目標(biāo)。關(guān)閉時(shí)間通常被定義這樣的一段時(shí)間一從地面(即，鉆井船)啟動(dòng)選定的海底防噴器功能到來(lái)自防噴器組合表明選定的防噴器功能已完成的反饋信號(hào)到達(dá)地面之間的持續(xù)時(shí)間。啟動(dòng)海底防噴器功能的過(guò)程通常包括4個(gè)分立的步驟(I)從地面向海底防噴器組合發(fā)送一個(gè)信號(hào)；(2)響應(yīng)于來(lái)自地面的信號(hào)，打開海底防噴器組合的至少一個(gè)液壓閥口 ；
(3)對(duì)選定的防噴裝置進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)；最后(4)向地面發(fā)送一個(gè)信號(hào)表示已經(jīng)成功啟動(dòng)防噴器功能。在現(xiàn)有的液壓控制系統(tǒng)中，可以由通過(guò)中心軟管連接到海底組合的液壓分路閥箱的地面測(cè)壓計(jì)來(lái)提供表示選定的防噴器功能已經(jīng)成功啟動(dòng)的指示，該液壓分路閥箱對(duì)選定防噴器功能的液壓驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力。選定的防噴器功能開始啟動(dòng)時(shí)，海底液壓分路閥箱的壓力會(huì)下降。防噴器功能完全啟動(dòng)后，海底液壓分路閥箱的壓力會(huì)上升，回到標(biāo)稱水平(通常為1500磅/平方英寸)。地面的測(cè)壓計(jì)表明海底液壓分路閥箱的壓力恢復(fù)到標(biāo)稱值時(shí)，通常認(rèn)為防噴器功能完成。在深海里，地面的測(cè)壓計(jì)通?？赡軐?duì)海底液壓分路閥箱的壓力改變的響應(yīng)非常慢。例如，在選定的防噴器功能被啟動(dòng)到地面測(cè)壓計(jì)顯示的壓力回到了標(biāo)稱分路閥箱壓力之間大約相隔10到20秒，該時(shí)段在防噴器容許關(guān)閉時(shí)間中占據(jù)較大比率。因此，需要一種液壓控制系統(tǒng)，用來(lái)控制深海海底防噴器組合，以得到更快更精確的選定防噴器功能被啟動(dòng)的指示，而不依賴于不可靠的電信號(hào)，例如用于電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)上的電信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于操控海底防噴器的液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于傳導(dǎo)液壓到防噴器的地面分路閥箱、與海底閥的液壓連接并操控防噴器的地面驅(qū)動(dòng)閥、以及控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置。該控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置包括液壓連接到地面分路閥箱的地面分路閥箱壓力傳感器、電子讀回系統(tǒng)、與至少一個(gè)控制軟管的地面端和地面驅(qū)動(dòng)閥液壓連接的地面控制線壓力傳感器。控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置用于讀取、記錄以及處理由地面分路閥箱和地面控制線壓力傳感器提供的液壓數(shù)據(jù)。另一方面，這里公開的實(shí)施例涉及一種監(jiān)控防噴器關(guān)閉時(shí)間的方法，該方法包括 啟動(dòng)地面驅(qū)動(dòng)閥，記錄固定時(shí)間段內(nèi)地面分路閥箱的壓力數(shù)據(jù)，判定該固定時(shí)間段內(nèi)地面分路閥箱壓力數(shù)據(jù)的最小值，計(jì)算出從驅(qū)動(dòng)地面驅(qū)動(dòng)閥的開始時(shí)間到地面分路閥箱壓力到達(dá)最小值的時(shí)間，并且將該時(shí)間顯示在電子讀取系統(tǒng)中。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下描述和所附權(quán)利要求變得顯而易見。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的液壓海底防噴控制系統(tǒng)中的一個(gè)管道的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的液壓海底防噴控制系統(tǒng)中在一個(gè)環(huán)形防噴控制管道中壓力隨時(shí)間變化的曲線圖；圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的液壓防噴器控制系統(tǒng)中的一個(gè)管道的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I是用于海底防噴器組合的液壓控制系統(tǒng)中的一個(gè)管道的簡(jiǎn)化示意圖?？刂葡到y(tǒng)的部件可以被認(rèn)為是地面設(shè)備或者海底設(shè)備。電機(jī)IA驅(qū)動(dòng)液壓泵1B，而該液壓泵與地面分路閥箱IE液壓連接。地面分路閥箱 IE中的液壓由地面分路閥箱儲(chǔ)壓器IC所維持并且由地面分路閥箱壓力計(jì)ID進(jìn)行測(cè)量。地面分路閥箱IE還與海底液壓供應(yīng)線5A液壓連接，該供給線典型地包括一系列相互連接的鋼管，這些鋼管的內(nèi)徑為I英寸或更大，并連接到鉆井隔水管，以將液壓動(dòng)力從地面?zhèn)鬟f到緊鄰海床的海底防噴器。地面分路閥箱IE典型地可以具有一個(gè)大約3000磅/平方英寸
4(PSi)的標(biāo)稱調(diào)節(jié)壓力，但是可能存在其他標(biāo)稱調(diào)節(jié)壓力?？烧{(diào)式壓力調(diào)節(jié)器2A設(shè)置控制分路閥箱2C中的壓力，該壓力由控制分路閥箱壓力計(jì)2B所測(cè)量。要注意的是，在一些液壓控制系統(tǒng)中，可調(diào)式壓力調(diào)節(jié)器2A可能不存在， 這種情形下控制分路閥箱2C中的壓力可以由減壓閥或者類似設(shè)備(未示出)相對(duì)粗略地調(diào)節(jié)?？刂品致烽y箱2C液壓連接到地面驅(qū)動(dòng)閥6，該地面驅(qū)動(dòng)閥可以是手工三位四通閥，如圖所示，還可以包括一個(gè)或多個(gè)本技術(shù)領(lǐng)域中已知的閥。在操作過(guò)程中，控制分路閥箱2C 通常具有大約3000磅/平方英寸的標(biāo)稱壓力，但是也可以其他標(biāo)稱壓力。地面驅(qū)動(dòng)閥6分別通過(guò)控制軟管6A和6B與海底導(dǎo)向閥IOA和IOB液壓連接。海底導(dǎo)向閥IOA和IOB分別通過(guò)控制軟管IlA和IlB依次與地面板安裝(“SPM”)閥7A和 7B液壓連接。SPM閥7A和7B分別通過(guò)液壓管8A和8B與海底防噴器9相連。要注意的是， 海底導(dǎo)向閥IOA和IOB及SPM閥7A和7B是不可調(diào)節(jié)的、彈簧加載的閥，但是它們可以交替地具有可調(diào)節(jié)的偏置彈簧或者在某些情形下可以是壓力加載閥?？傊诳刂栖浌?A和6B 底部的海底導(dǎo)向閥IOA和IOB分別被驅(qū)動(dòng)，此處的壓力由海底導(dǎo)向閥的偏置設(shè)定決定。 海底防噴器9進(jìn)一步包括開放腔9A和封閉腔9B。要注意的是，海底防噴器為閘板防噴器，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明確控制電路也可以操作其他液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備，如環(huán)形防噴器或者閘門閥。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該明確一些海底液壓系統(tǒng)可以選擇性地包括一個(gè)海底導(dǎo)向閥或者針對(duì)每個(gè)功能的多個(gè)地面板安裝(“SPM”)閥；如一個(gè)用于環(huán)形防噴器的液壓海底控制電路可以包括一個(gè)用于開啟兩個(gè)SPM閥的導(dǎo)向閥，以得到高流速，因?yàn)榄h(huán)形防噴器通常具有一個(gè)非常大的關(guān)閉腔，因此需要這種高流速。在海底防噴組合中，海底液壓供應(yīng)線5A與一個(gè)或多個(gè)海底分路閥箱壓力調(diào)節(jié)器 5B相連，從而在預(yù)設(shè)的壓力下調(diào)節(jié)海底液壓分路閥箱5C的標(biāo)稱壓力(如使用多個(gè)壓力調(diào)節(jié)器為閘板或者環(huán)形防噴器的分開的分路閥箱產(chǎn)生不同的壓力)。海底液壓分路閥箱5C中的液壓通過(guò)海底分路閥箱壓力管傳送到地面，并且由海底分路閥箱壓力計(jì)5E顯示。海底液壓分路閥箱5C中的標(biāo)稱調(diào)節(jié)液壓通?？梢詾?500到3000磅/平方英寸，但是可能存在其他壓力值。控制軟管6八、68、1認(rèn)、118和海底分路閥箱壓力軟管^)通常為內(nèi)徑為3/16英寸高壓液壓軟管，這些軟管被捆綁在一起形成系纜軟管束(或簡(jiǎn)稱為“臍”)，而系纜軟管束通常與鉆井隔水管相連。地面分路閥箱IE與偏壓調(diào)節(jié)器3A液壓相連，對(duì)偏壓分路閥箱3C和分別與控制軟管6A和6B相連的偏壓閥4A和4B進(jìn)行輸送。在一些最低偏壓值(通常為 250-500磅/平方英寸)的情況下，偏壓調(diào)節(jié)器3A和偏壓閥4A和4B分別維持控制軟管6A 和6B中的靜態(tài)壓力，從而輕微拉伸軟管，使控制操作過(guò)程中軟管具有較小的體積膨脹。應(yīng)該注意的是，圖I中的液壓控制系統(tǒng)被描述為一個(gè)偏壓系統(tǒng)，這是因?yàn)楝F(xiàn)有公開的發(fā)明人得到的測(cè)試結(jié)果(后續(xù)將要討論)來(lái)自于偏壓系統(tǒng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解許多海底液壓控制系統(tǒng)并沒有偏壓電路，而且，現(xiàn)有公開的監(jiān)控裝置和方法在控制軟管 6A和6B中可以無(wú)需偏壓。當(dāng)關(guān)閉海底防噴器9時(shí)，地面驅(qū)動(dòng)閥6將完全向轉(zhuǎn)動(dòng)到左邊，從而達(dá)到減壓控制軟管6A和增壓控制軟管6B的效果。控制軟管6B中的壓力轉(zhuǎn)移到海底導(dǎo)向閥IOB上從而增壓控制軟管11B，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)SPM閥7B，將增壓的液壓流從海底分路閥箱5C輸送到海底防噴器9的封閉腔9B里，從而最終關(guān)閉海底防噴器9。當(dāng)打開海底防噴器9時(shí)，地面驅(qū)動(dòng)閥6將完全移動(dòng)到右邊，從而達(dá)到減壓控制軟管6B和增壓控制軟管6A的效果。進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)海底導(dǎo)向閥IOA和SPM閥7A，將增壓的液壓流從海底分路閥箱8A輸送到海底防噴器9的開放腔 9B里，從而最終打開海底防噴器9。值得注意的是，在中心或者中間位置，地面驅(qū)動(dòng)閥6減壓控制軟管6A和6B，進(jìn)而分別減壓海底導(dǎo)向閥IOA和IOB及SPM閥7A和7B的驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)SPM閥7B轉(zhuǎn)動(dòng)至關(guān)閉海底防噴器9時(shí)，海底分路閥箱5C中的調(diào)節(jié)壓力值可能下降(通常從幾百磅/平方英寸至大約達(dá)1000磅/平方英寸，這取決于海底分路閥箱5C 中的標(biāo)稱壓力，以及防噴器9和其中管道的設(shè)計(jì))，幾秒鐘后將會(huì)在海底分路閥箱壓力計(jì)5E 上進(jìn)行顯示。當(dāng)海底防噴器9完全關(guān)閉時(shí)，海底分路閥箱5C中的壓力開始上升，同樣會(huì)在幾秒鐘后在海底分路閥箱壓力計(jì)5E上進(jìn)行顯示?，F(xiàn)有技術(shù)中，由液壓控制系統(tǒng)所控制的海底防噴器的關(guān)閉時(shí)間通常被定義為從地面驅(qū)動(dòng)閥6轉(zhuǎn)動(dòng)(或“驅(qū)動(dòng)”)直到海底分路閥箱壓力計(jì)5E所顯示的壓力值回到適用于海底分路閥箱5C的海底分路閥箱壓力調(diào)節(jié)器5B所設(shè)置的標(biāo)稱壓力值的時(shí)間。參照?qǐng)D2，示出了關(guān)閉海底環(huán)形BOP過(guò)程中圖I所示的液壓電路在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的壓力值曲線圖。這些壓力值來(lái)自現(xiàn)有公開的發(fā)明人從其執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 曲線圖的解釋如下，曲線20代表控制軟管6B頂部的壓力值，曲線21代表地面分路閥箱2C 中的壓力值，地面分路閥箱2C中的標(biāo)稱壓力值(如在零秒時(shí))大約是3000磅/平方英寸。 曲線22代表海底分路閥箱5C的壓力值，曲線23代表位于地面上的海底分路閥箱壓力計(jì)5E 上所顯示的壓力值。曲線24代表控制軟管6B底部的壓力值。從獲取數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置來(lái)看，(a)BOP是18!環(huán)形BOP (b)控制軟管6A和6B的
內(nèi)徑大約為3/16英寸，每根軟管近似為10，500英尺長(zhǎng)，浮式鉆井裝置通常位于水深約為 10，000英尺的地方，(c)控制軟管6A和6B繞在卷軸上(以增加流動(dòng)阻力)，并且不受到外部靜液壓力(這就使得軟管比其在海底展開具有更大的體積膨脹)(d)海底液壓供應(yīng)線5A 可以由軟管和輸出管所模擬，所述軟管和輸出管的流量系數(shù)(或“Cv”)與內(nèi)徑(“ID”)為 I英寸、長(zhǎng)約10，500英尺的鋼管大致相同。在O秒時(shí)(即點(diǎn)25)，地面驅(qū)動(dòng)閥6完全轉(zhuǎn)動(dòng)到左邊(以關(guān)閉海底防噴器9)，控制軟管6B頂部的壓力(即曲線20)快速上升，而控制軟管6B底部的壓力(即曲線24)相對(duì)緩慢上升，這取決于控制軟管6B相對(duì)低的流量系數(shù)(或Cv)，以及當(dāng)對(duì)控制軟管6B加壓高于300磅/平方英寸的偏壓時(shí)控制軟管6B的體積膨脹。大約4秒后，在點(diǎn)25A處，控制軟管6B底部的壓力(即曲線24)開始緩慢上升。大約12秒后，在點(diǎn)25B處，當(dāng)控制軟管6B 底部的壓力(即曲線24)達(dá)到約850磅/平方英寸(海底導(dǎo)向閥IOB的驅(qū)動(dòng)壓力)，海底分路閥箱5C中的壓力快速下降(即曲線22)，約I秒后地面分路閥箱2C中的壓力下降(即曲線 21)。在約37秒的點(diǎn)22A處達(dá)到最小值之前，海底分路閥箱5C中的壓力(即曲線22) 震蕩大約8秒(這是因?yàn)樵赟PM閥7B和BOP封閉腔9B之間引發(fā)了液壓錘效應(yīng))，在點(diǎn)22A 處防噴器9完全關(guān)閉，海底分路閥箱5C中的壓力(即曲線22)快速上升。防噴器9完全關(guān)閉后約I秒的點(diǎn)22A，地面分路閥箱2中的壓力(即曲線21)在約38秒的點(diǎn)21處到達(dá)最小值。海底分路閥箱壓力計(jì)5E處的壓力(即曲線23)在約15秒時(shí)開始下降，在約41秒的點(diǎn)23A處達(dá)到最小值，或者在防噴器9完全關(guān)閉后約4秒的點(diǎn)22A處達(dá)到最小值。海底分路閥箱壓力計(jì)5E處的壓力然后開始上升，在約70秒的點(diǎn)23B處到達(dá)海底分路閥箱5C的標(biāo)稱調(diào)節(jié)壓力值。在現(xiàn)有技術(shù)中，BOP的關(guān)閉時(shí)間通過(guò)記錄(通常使用手動(dòng)秒表)地面驅(qū)動(dòng)閥6在O 秒的點(diǎn)25A處轉(zhuǎn)動(dòng)到點(diǎn)23B處的時(shí)間決定。圖2中，對(duì)于環(huán)形BOP而言，現(xiàn)有技術(shù)的BOP關(guān)閉時(shí)間約為70秒。在實(shí)際中，使用手動(dòng)秒表測(cè)量BOP關(guān)閉時(shí)間可能會(huì)使BOP關(guān)閉時(shí)間中加入額外時(shí)間。正如所述的，環(huán)形BOP關(guān)閉時(shí)間的常規(guī)限定通常為60秒。參照?qǐng)D3，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的簡(jiǎn)化液壓控制系統(tǒng)的示意圖。電機(jī)31A驅(qū)動(dòng)與地面分路閥箱31E液壓連接的液壓泵31B。地面分路閥箱31E中的壓力由地面分路閥箱儲(chǔ)壓器31C所維持，并且由地面分路閥箱壓力計(jì)31D測(cè)量?？烧{(diào)式壓力調(diào)節(jié)器32A設(shè)定控制分路閥箱32C中的壓力，該壓力由控制分路閥箱壓力計(jì)32B所測(cè)量。控制分路閥箱32C 與地面驅(qū)動(dòng)閥36液壓連接。地面驅(qū)動(dòng)閥36的液壓通過(guò)控制軟管36A和36B分別與海底導(dǎo)向閥40A和40B液壓連接。海底導(dǎo)向閥40A和40B進(jìn)而通過(guò)控制軟管41A和41B與SPM閥37A和37B液壓連接，而SPM閥分別通過(guò)液壓管38A和38B連接到海底防噴器39。海底防噴器39有一個(gè)開放腔39A和一個(gè)封閉腔39B。海底液壓供應(yīng)線35A為一個(gè)或多個(gè)海底分路閥箱壓力調(diào)節(jié)器35B 進(jìn)行輸送以此來(lái)調(diào)節(jié)海底液壓分路閥箱35C的標(biāo)稱壓力。海底液壓分路閥箱35C中的液壓通過(guò)海底分路閥箱壓力軟管3 傳送到地面，并由位于地面的海底分路閥箱壓力計(jì)35E進(jìn)行顯示。地面分路閥箱31E與偏壓調(diào)節(jié)器33A也液壓連接，為與控制軟管36A和36B分別連接的偏壓分路閥箱33C和偏壓閥34A和34B進(jìn)行輸送。本公開的液壓控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置30包括地面分路閥箱壓力傳感器30C，電子讀回系統(tǒng)30A和地面控制線壓力傳感器30B。在某些實(shí)施例中，液壓控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置30也可以包括海底分路閥箱讀回傳感器30D。地面分路閥箱壓力傳感器30C與地面分路閥箱31E 液壓相連。地面控制線傳感器30B與控制軟管36B的地面端液壓連接，并在大多數(shù)實(shí)施例中可以與偏壓閥34B的任一端相連。可選的海底分路閥箱讀回傳感器30D與更鄰近海底分路閥箱壓力計(jì)35E的海底分路閥箱壓力軟管3 相連接。在一些實(shí)施例中，壓力傳感器 30B，30C和30D是4-20毫安(“mA”)壓力傳感器，但是也可以使用現(xiàn)有的其他類型壓力傳感器，如0-10伏傳感器。電子讀回系統(tǒng)30A包括讀取、記錄和處理由傳感器30B和30C，以及可選地來(lái)自傳感器30D所提供的壓力數(shù)據(jù)的裝置，還包括顯示例如實(shí)時(shí)壓力和BOP關(guān)閉時(shí)間計(jì)算值的數(shù)據(jù)的裝置。根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，電子讀回系統(tǒng)30A可以包括具有與傳感器30B和30C 相連接的設(shè)備接口的個(gè)人電腦(“PC”)。在相關(guān)實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A可以包括裝有傳感器設(shè)備接口的便攜式個(gè)人電腦、以及一個(gè)連接安裝在或緊鄰BOP控制板的傳感器30B 和30C的接口，從而允許傳感器臨時(shí)與便攜式個(gè)人電腦相連接(例如在對(duì)運(yùn)行后的BOP組合進(jìn)行測(cè)試，或?qū)５追绹娖鹘M合進(jìn)行定期檢測(cè))，這可以允許便攜式個(gè)人電腦用于鉆機(jī)的其他測(cè)量設(shè)備和診斷目的上。在一些實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A可以包括一個(gè)或多個(gè)可編程邏輯控制器 (“PLC”)或類似裝置，以適于讀取、記錄、處理來(lái)自壓力傳感器30B和30C(還可以包括壓力傳感器30D)的壓力數(shù)據(jù)，以及至少一個(gè)液晶顯示屏(“LCD”)。在相關(guān)的實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A可以包括一個(gè)PLC或類似裝置，至少一個(gè)電源，一個(gè)顯示設(shè)備，該電子讀回系統(tǒng)30A位于一個(gè)合適的防護(hù)外殼內(nèi)，以適用于例如鉆井平臺(tái)地面這樣的危險(xiǎn)環(huán)境。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到電子讀回系統(tǒng)30A不僅僅包括適用讀取、記錄、處理來(lái)自壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)的個(gè)人電腦或可編程邏輯控制器。例如，一個(gè)適于讀取、記錄和處理壓力數(shù)據(jù)的專用電路板可以用來(lái)代替可編程邏輯控制器或個(gè)人電腦。參照?qǐng)D2和圖3，在本文公開的實(shí)施例中所描述的具有液壓控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置的液壓BOP控制系統(tǒng)的操作如下。地面控制線壓力傳感器30B監(jiān)控控制線36B頂部的壓力 (圖2中的曲線20)。地面分路閥箱壓力傳感器30C監(jiān)控地面分路閥箱31E中的壓力(圖 2中的曲線21).可選的海底分路閥箱監(jiān)控壓力傳感器30D監(jiān)控位于海底分路閥箱壓力計(jì) 35E處的壓力(圖2中的曲線23)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)閥36轉(zhuǎn)動(dòng)至左邊以關(guān)閉B0P39時(shí)，控制軟管36B頂部的壓力(圖2中的曲線20，由圖3中地面控制線傳感器30B所監(jiān)控)開始上升。在一些實(shí)施例中，當(dāng)控制軟管6B 中的壓力到達(dá)位于觸發(fā)點(diǎn)20A處的1000磅/平方英寸時(shí)，電子讀回系統(tǒng)30A開始記錄來(lái)自壓力傳感器30B和30C的壓力數(shù)據(jù)。在相關(guān)的實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A也在這個(gè)點(diǎn)開始記錄來(lái)自壓力傳感器30D的壓力。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，通過(guò)電子讀回系統(tǒng)30A記錄的壓力數(shù)據(jù)由與連接在控制閥36的驅(qū)動(dòng)裝置的電力微動(dòng)開關(guān)或類似裝置(未示出)所觸發(fā)。在控制閥36通常被電激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)的情況下，如被螺線管或者通過(guò)電氣驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)，電力激勵(lì)信號(hào)可以通過(guò)電子讀回系統(tǒng)30A觸發(fā)壓力數(shù)據(jù)記錄。使用壓力傳感器30B 來(lái)觸發(fā)壓力數(shù)據(jù)記錄有以下優(yōu)點(diǎn)(a)壓力傳感器30B的正常運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)在地面分路閥箱31E 上所顯示的由壓力驅(qū)動(dòng)器30B測(cè)量的壓力來(lái)不斷地確認(rèn)，以及(b)壓力傳感器非?？煽?。然而，控制閥在O秒(點(diǎn)25)的驅(qū)動(dòng)到觸發(fā)點(diǎn)20A之間可能存在I秒的延遲，因此， 在一些實(shí)施例中，有必要增加一個(gè)預(yù)設(shè)的“延遲時(shí)間”到BOP關(guān)閉時(shí)間上，該BOP關(guān)閉時(shí)間由液壓控制系統(tǒng)監(jiān)控器30所測(cè)算。所需的“延遲時(shí)間”可以使用已知的方法通過(guò)測(cè)量選定的BOP控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)驗(yàn)決定，這個(gè)時(shí)間為驅(qū)動(dòng)地面驅(qū)動(dòng)閥36到曲線20上觸發(fā)點(diǎn)20A之間的時(shí)間間隔。延遲時(shí)間可以采用各種方法來(lái)減少，包括如(a)安裝壓力傳感器30B液壓地接近地面驅(qū)動(dòng)閥36，和/或(b)設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)20A處于高于控制軟管36B中標(biāo)稱壓力的最低可能壓力值。如，在本公開的一些實(shí)施例中，包括一個(gè)BOP控制系統(tǒng)，其中控制軟管36A和36B 的偏壓達(dá)到300磅/平方英寸，觸發(fā)點(diǎn)20A可以設(shè)置為450-600磅/平方英寸。在其他實(shí)施例中，如果控制軟管36A和36B沒有被設(shè)置偏壓，觸發(fā)點(diǎn)20A可以設(shè)置為150-300磅/平方英寸。在一些實(shí)施例中，來(lái)自壓力傳感器30B和30C(以及可選地來(lái)自壓力傳感器30D) 的壓力數(shù)據(jù)可以在一段固定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行記錄(如75-100秒)。在相關(guān)的實(shí)施例中， 所述固定的時(shí)間間隔可能長(zhǎng)于所需的BOP關(guān)閉時(shí)間。在另一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例中，固定的時(shí)間間隔至少為所需的BOP關(guān)閉時(shí)間的I. 5倍。根據(jù)本公開的其他實(shí)施例，壓力數(shù)據(jù)可以從地面分路閥箱壓力傳感器30C和/或可選的海底分路閥箱壓力傳感器30D所測(cè)量的壓力下降低至低于第一預(yù)定壓力值開始，直至接著上升至高于第二預(yù)定壓力值時(shí)進(jìn)行記錄。在相關(guān)的實(shí)施例中，所述第一預(yù)定壓力值可以與第二預(yù)定壓力值相同。舉例說(shuō)明，記錄可以在地面分路閥箱壓力傳感器30C所測(cè)量的壓力(曲線21)下降至預(yù)定壓力為2000磅/平方英寸時(shí)(在大約23秒處)并且接著上升至高于2000磅/平方英寸(在大約78秒處)之后停止記錄。在另一個(gè)例子中，記錄可以在壓力傳感器30D(曲線23)所測(cè)量的壓力降至1000磅/平方英寸(在大約33秒處) 并且接著升至高于1500磅/平方英寸(在大約75秒處)之后停止記錄。根據(jù)本公開的某些實(shí)施例，特別適用于具有電激勵(lì)型地面驅(qū)動(dòng)閥的BOP控制系統(tǒng) (即在啟動(dòng)時(shí)沒有延遲時(shí)間)，電子讀回電路30A(a)根據(jù)電信號(hào)開始記錄分路閥箱壓力數(shù)據(jù)，這個(gè)電信號(hào)是地面驅(qū)動(dòng)閥36驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)出的(b)在一段固定的時(shí)間間隔后停止記錄壓力數(shù)據(jù)(c)回顧地確定地面分路閥箱31E的壓力(曲線21)的最小值21A(d)計(jì)算O秒(點(diǎn) 25)和最小值21A之間的持續(xù)時(shí)間以及(e)在電子讀回系統(tǒng)30A的顯示設(shè)備上，將計(jì)算的持續(xù)時(shí)間作為BOP關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行顯示。使用圖2中的數(shù)據(jù)，這個(gè)實(shí)施例中的BOP關(guān)閉時(shí)間大約為37秒(S卩，從O秒到點(diǎn)21A之間的時(shí)間)在本公開的一些實(shí)施例中，電子讀回電路30A(a)當(dāng)控制軟管36B中的壓力上升至高于壓力傳感器30B所測(cè)量的規(guī)定值時(shí)，壓力數(shù)據(jù)開始被記錄(例如在觸發(fā)點(diǎn)20A為1000 磅/平方英寸時(shí))(b)在一段固定的時(shí)間間隔后(例如75秒)停止記錄壓力數(shù)據(jù)(c)回顧地確定地面分路閥箱31E中壓力(曲線21)的最小值(點(diǎn)21A) (d)計(jì)算觸發(fā)點(diǎn)20A和最小值21A之間的持續(xù)時(shí)間(d)增加一個(gè)預(yù)定的延遲時(shí)間(例如I秒)(e)在電子讀回系統(tǒng)30A 的顯示設(shè)備上將計(jì)算的持續(xù)時(shí)間作為BOP關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行顯示。利用圖2中顯示的數(shù)據(jù)，假定保守延遲時(shí)間為I秒，本實(shí)施例中關(guān)閉時(shí)間大約為38 秒(從觸發(fā)點(diǎn)20A到點(diǎn)21A的時(shí)間為37秒，再加I秒的延遲時(shí)間)，較好地位于環(huán)形BOP所需的60秒關(guān)閉時(shí)間內(nèi)。應(yīng)注意到，地面分路閥箱壓力(曲線21)總是在BOP封閉腔9B填充后且防噴器9在點(diǎn)22k出關(guān)閉時(shí)到達(dá)最小值(點(diǎn)21A)，但是點(diǎn)21A與點(diǎn)22k之間的時(shí)間差通常很小，并且與水深和海底液壓供應(yīng)線35A的流量系數(shù)(“Cv”)相關(guān)。點(diǎn)21A與點(diǎn)22A之間的時(shí)間差可以通過(guò)增加液壓供應(yīng)線35A的流量系數(shù)使之最小化。本公開的一個(gè)實(shí)施例中，海底液壓供應(yīng)線35A內(nèi)部覆涂一層低摩擦聚合物涂層以增加其流量系數(shù)(Cv)。在一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例中，海底液壓供應(yīng)線35A的內(nèi)徑大于2英寸，其內(nèi)部覆涂一層低摩擦聚合物以增加其流量系數(shù)(Cv)。本公開的另一實(shí)施例中，BOP控制系統(tǒng)監(jiān)控器30可以包括海底分路閥箱壓力傳感器30D。電子讀回電路30A(a)在觸發(fā)點(diǎn)20A處開始記錄壓力數(shù)據(jù)(b) 75秒后停止記錄壓力數(shù)據(jù)(c)回顧地確定海底分路閥箱軟管35D中壓力(曲線23)的最小值23A(d)計(jì)算觸發(fā)點(diǎn)20A和最小值23A之間的持續(xù)時(shí)間(e)增加一個(gè)預(yù)定的延遲時(shí)間(f)在電子讀回系統(tǒng) 30A的顯示設(shè)備上將計(jì)算的持續(xù)時(shí)間作為BOP關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行顯示。使用圖2中的數(shù)據(jù)，假定保守延遲時(shí)間為I秒，系統(tǒng)的關(guān)閉時(shí)間約為42秒(達(dá)到點(diǎn)23A處的時(shí)間為41秒，再加I秒的延遲時(shí)間)，較好地位于環(huán)形BOP所需的60秒關(guān)閉時(shí)間內(nèi)。在相關(guān)的實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A的顯示設(shè)備顯示了地面分路閥箱31E中和 /或海底分路閥箱軟管35D中的實(shí)時(shí)壓力。在另一個(gè)實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A的顯示設(shè)備顯示了地面分路閥箱31E中和/或海底分路閥箱軟管3 中的壓力隨時(shí)間變化的曲線圖。在另一個(gè)的實(shí)施例中，電子讀回系統(tǒng)30A顯示了兩個(gè)BOP關(guān)閉時(shí)間，一個(gè)基于曲線23 的最小值(點(diǎn)23A)，一個(gè)基于曲線21的最小值(點(diǎn)21A)。與本公開的裝置相應(yīng)的方法包括步驟(a)在壓力觸發(fā)點(diǎn)開始記錄BOP控制系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)(b)在停止點(diǎn)停止記錄BOP控制系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)(C)回顧地確定液壓分路閥箱中位于觸發(fā)點(diǎn)和停止點(diǎn)之間的最小壓力點(diǎn)(d)計(jì)算觸發(fā)點(diǎn)和分路閥箱最小壓力點(diǎn)之間的持續(xù)時(shí)間間隔(e)顯示計(jì)算的持續(xù)時(shí)間作為BOP關(guān)閉時(shí)間。本公開的另一方法包括步驟(a)在由電功能激勵(lì)信號(hào)所確定的起點(diǎn)處開始記錄 BOP控制系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)(b)在由固定時(shí)間間隔所確定的停止點(diǎn)處停止記錄BOP控制系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)(c)回顧地確定液壓分路閥箱中位于起點(diǎn)和停止點(diǎn)之間的最小壓力點(diǎn)(d)計(jì)算起點(diǎn)和分路閥箱最小壓力點(diǎn)之間的持續(xù)時(shí)間(e)顯示計(jì)算的持續(xù)時(shí)間作為BOP關(guān)閉時(shí)間。本公開的另一個(gè)實(shí)施例中，BOP關(guān)閉時(shí)間可選擇地通過(guò)計(jì)算起點(diǎn)和分路閥箱壓力曲線上一點(diǎn)之間的持續(xù)時(shí)間來(lái)確定，而該分路閥箱壓力曲線是利用數(shù)學(xué)函數(shù)(如壓力曲線的斜率)替代分路閥箱最小壓力點(diǎn)的值來(lái)確定的。用于分路閥箱壓力曲線來(lái)達(dá)到這個(gè)目的的數(shù)學(xué)函數(shù)包括壓力平均變化率(例如分路閥箱壓力曲線在固定時(shí)間間隔內(nèi)的平均斜率值)，或分路閥箱壓力曲線上方的面積百分比(也就是位于曲線積分的某個(gè)百分比的時(shí)間)。但是，一般來(lái)說(shuō)，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)地證實(shí)了回顧地確定最小分路閥箱壓力值優(yōu)于更復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)。雖然通過(guò)有限的實(shí)施例對(duì)本公開進(jìn)行了描述，但是得益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以設(shè)計(jì)不脫離本文所描述的公開的范圍的其他實(shí)施例。因此，本公開的保護(hù)范圍應(yīng)該僅僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于操作防噴器的液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地面分路閥箱，其被配置為將液壓動(dòng)力傳遞到防噴器；地面驅(qū)動(dòng)閥，其與海底導(dǎo)向閥液壓連接，并且被配置為操作該防噴器；控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置，其包括地面分路閥箱壓力傳感器，其液壓連接地面分路閥箱；電子讀回系統(tǒng)；以及地面控制管線壓力傳感器，其液壓連接至少一個(gè)控制軟管的地面端和該地面驅(qū)動(dòng)閥； 所述的控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置被配置為讀取、記錄、處理由地面分路閥箱和地面控制管線壓力傳感器提供的壓力數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，電子讀回系統(tǒng)包括個(gè)人電腦，其具有與壓力傳感器相接的設(shè)備接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，電子讀回系統(tǒng)包括至少一個(gè)可編程邏輯控制器，其適于讀取、記錄、處理來(lái)自壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，電子讀回系統(tǒng)包括至少一個(gè)液晶顯示屏，其用以顯示實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，該防噴器被配置為具有小于60秒的關(guān)閉時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置進(jìn)一步包括海底分路閥箱壓力傳感器。
7.—種監(jiān)控防噴器關(guān)閉時(shí)間的方法，所述方法包括以下步驟啟動(dòng)地面驅(qū)動(dòng)閥并在固定時(shí)間間隔內(nèi)記錄地面分路閥箱的壓力；確定在特定時(shí)間間隔內(nèi)地面分路閥箱壓力的最小值；計(jì)算啟動(dòng)地面驅(qū)動(dòng)閥的開始時(shí)間到地面分路閥箱壓力到達(dá)最小值的持續(xù)時(shí)間；在電子讀回系統(tǒng)的顯示器上顯示所計(jì)算的持續(xù)時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括將預(yù)定的延時(shí)增加到所計(jì)算的持續(xù)時(shí)間上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述的延時(shí)大約為I秒。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述的固定時(shí)間間隔大約為75-100秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，由電激勵(lì)信號(hào)觸發(fā)所述地面分路閥箱壓力的記錄。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于操作海底防噴器的液壓控制系統(tǒng)，包括地面分路閥箱，其將液壓動(dòng)力傳遞到防噴器；地面驅(qū)動(dòng)閥，其與海底導(dǎo)向閥液壓連接，并且被配置為操作該防噴器；以及控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置。該控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置包括地面分路閥箱壓力傳感器，其液壓連接地面分路閥箱；電子讀回系統(tǒng)；以及地面控制管線壓力傳感器，其液壓連接至少一個(gè)控制軟管的地面端和該地面驅(qū)動(dòng)閥。該控制系統(tǒng)監(jiān)控裝置被配置為讀取、記錄、處理由地面分路閥箱和地面控制管線壓力傳感器提供的壓力數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)E21B33/064GK102597415SQ201080049183
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者杰森·波斯特Iii·柯蒂斯 申請(qǐng)人:戴蒙德海底鉆探公司