用于控制钻油平台中的防喷器系统的系统和方法技术方案

提供一种用于钻油平台(10)中的防喷器(BOP)系统(14)的控制系统(50)和方法。输入模块(52)为所述防喷器系统的所需部件(16、20、22)生成控制输入(54)，并且将所述控制输入(54)作为操作输入和数字输入同时发射，其中所述操作输入被发射到所述防喷器系统(14)的所述所需部件。同步模型(58)耦合到所述输入模块(52)以接收所述数字输入，并且基于所述数字输入复制所述防喷器系统(14)的操作。所述同步模型(58)还基于所述防喷器系统(14)的操作的所述复制而生成一个或多个模型输出(64)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制钻油平台中的防喷器系统的系统和方法
技术介绍
本公开大体上涉及钻油平台，并且更具体地，涉及用于控制钻油平台中的防喷器系统的系统和方法。石油和天然气的深水钻探通常是从船舶等浮船或浮式钻井平台进行的。这种浮船可以锚定，但对于深水，目前主要的做法是使用动态定位，其中浮船通过动态定位系统保持在期望位置，动态定位系统是记录如由例如GPS接收器、拉紧线或水声系统等位置参考系统测量的位置的计算机系统。海底防喷器(本文也称为“BOP”和“防喷器”)是在油井和气井的钻井作业期间使用的安全装置。其通常是大型专用高压阀或类似的机械装置，用于密封、控制和监测油井和气井以防止井喷，即从井中不受控制地释放原油和/或天然气。它们通常以堆叠形式冗余安装。BOP的主要功能是打开和关闭井筒。如上所述，防喷器用于应对极端不稳定的压力和不受控制的流动，其被称为地层井涌(通常称为“井涌”)，在钻井期间从井储层发出。井涌可能导致称为井喷的潜在灾难性事件。除了控制井下(发生在钻孔中)压力以及油气流动外，当出现井喷威胁时，防喷器还用于防止管道(例如，钻杆和井套管)、工具和钻井流体从井筒(也称为钻孔、通向储层的孔)中吹出。防喷器对船员、钻具(用于钻井筒的设备系统)和环境的安全至关重要。海底BOP包括两种主要类型的防喷器，环形(也称为球形)和闸板。环形BOP通常安装在BOP堆叠的最顶部。在环形BOP下方，通常安装两个、三个或四个闸板BOP。环形BOP可以通过不同的装置(例如钻柱)关闭井，并且不同类型的闸板可以利用井内的钻杆封闭井。在紧急情况下，如有必要，可以使用剪切闸板切割井内的管道。所有闸板都是液压激活的。为了控制井喷，BOP组装有液压管线，使钻井人员或作业人员能够在井中抽取较重的钻井流体(压井管线)，或从井中抽出较轻的流体(阻流管线)。BOP系统中存在地面部件，例如高压单元和蓄能器，它们通过液压管线与用于此流体管理的海底BOP堆叠连接。选择BOP的工作压力以支持钻井作业期间遇到的最大压力。压力范围通常为5000psi(磅力/平方英寸)至20000psi(约345巴至1380巴)。安装在海底时，难以充分了解海底BOP的操作和性能。海底BOP问题的任何识别都需要中止钻井作业并且将海底BOP从海底抬升到平台，或执行水下修复。这导致钻井的显著额外成本，因为钻具将停止运行一天或更长时间。此外，有时，即使BOP控制系统中的软件错误也可能导致可能引起井喷的潜在危险情况。为了控制BOP的操作，有时使用ROV(远程操作车辆)，其为与钻油平台一起使用的水下船舶，并且具有摄像机和机械臂，以及一系列传感器，例如压力和航向传感器。ROV通过电缆从地面进行控制和操作，所述电缆向ROV提供电能和指令信号，并且将摄像机图像和传感器信号传送回地面。或者，浅水控制系统可以用于控制BOP的操作，其使用液压系统进行信号发射。使用液压流体激活功能以激活吊舱或控制系统阀上的先导阀。此解决方案可用于高达5000英尺的水深。目前，MUX(多路复用)BOP控制系统通常用于在超过3500英尺的水深处钻孔。在MUXBOP控制系统中，电信号从平台发射到BOP。这种系统通常在平台上使用计算机或PLC(可编程逻辑控制器)，其与海底BOP上的防水吊舱中所含有的海底电子装置通信。此解决方案允许编程逻辑功能和自动操作排序。冗余硬件用于提高可靠性。为了监控BOP操作以确保安全作业，通常使用基于传感器的反馈。只有对BOP操作的基于传感器的监控和/或控制仍然是一个挑战，因为这些部件在海底，深度很大，并且纯粹基于传感器反馈存在跟踪例如BOP的任何部件中的功能失常等问题的延迟可能性。传感器本身可能无法正常工作，从而导致传感器反馈的解译不正确。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种用于钻油平台中的防喷器(BOP)系统的控制系统。所述控制系统包括输入模块，所述输入模块用于为所述BOP系统的一个或多个部件生成一个或多个控制输入，并且将所述一个或多个控制输入作为操作输入和数字输入同时发射，其中所述操作输入被发射到所述BOP系统的所述一个或多个部件。同步模型耦合到所述输入模块，用于接收所述数字输入并且用于基于所述数字输入复制所述BOP系统的操作。所述同步模型还基于所述BOP系统的操作的复制生成一个或多个模型输出。提供输出模块用于接收所述一个或多个模型输出，其中所述一个或多个模型输出用于监视和/或控制所述防喷器系统的操作。在另一方面，提供了一种用于控制钻油平台中的防喷器系统(BOP)的方法。所述方法包括：为所述BOP系统生成一个或多个控制输入，并且将所述一个或多个控制输入作为操作输入和数字输入同时发射，其中所述操作输入被发射到所述BOP系统；以及同时将控制输入转换为数字输入并且发送到同步模型以复制BOP系统的操作。所述同步模型还生成一个或多个模型输出，其中所述一个或多个模型输出用于监控和/或控制所述BOP系统的操作。在另一方面，提供了一种用于实施上文描述的方法和系统的计算机程序产品。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分，其中：图1是钻油平台的示例性图示；图2是海底BOP堆叠的一些部件的示例性表示；图3是钻油平台的BOP系统的示例性框图表示；图4是根据本专利技术的一个方面的BOP控制系统的示意图。图5是在BOP控制系统的输入模块中生成的控制输入的框图表示；图6是具有对应信号的高级功能模块的框图表示；图7是BOP系统的一些部件的样本信号的波形表示；图8到10是来自本专利技术的同步模型的示例性控制输出的图解表示；以及图11是用于控制钻油平台中的防喷器系统的示例性方法的流程图表示。具体实施方式除非上下文另有明确规定，否则本文使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数个提及物。典型的钻油平台10在图1中示出。钻油平台10包括浮动设备12(或岸上远程控制设备)和BOP系统14。BOP系统14包括一个或多个海底BOP堆叠16，其安装在井口18处，井口下面是油气储层。BOP系统14还包括地面部件20。海底堆叠防喷器16可以具有不同类型和功能，并且包括若干辅助部件，例如阀、测试阀、压井管线和阻流管线、立管接头、电气、通信和液压管线、控制盒和支撑框架的海底BOP堆叠。地面部件20包括液压蓄能器、高压单元(HPU)、流体储器单元，以及相关联的泵、阀、液压、电气和通信管线、液压连接器以及用于海底BOP操作的流体控制和管理的其它此类部件。LMRP(海底立管总成)22安装在海洋立管24的下端，并且用于连接到海底BOP堆叠16。LMRP22还具有阀堆叠以控制海洋立管24的下端的打开和关闭。为了本专利技术的目的，LMRP被认为是海底BOP16的一部分。具有一些部件(环形阀26、闸板28和液压连接29)的海底BOP堆叠的概述在图2中示出。本领域技术人员已知海底BOP阀堆叠通常包括：-环形阀，所述环形阀当井筒为空时以及钻井立管中有钻杆或套管时，关闭井筒。-管道闸板，所述管道闸板当井筒中有钻杆时，关闭海底BOP的阀。-盲闸板，所述盲闸板当井筒中没有钻杆时，关闭井筒-剪切闸板，所述剪切闸板是切断钻杆并且关闭井筒的阀。-钻井四通，用于连接阻流管线和压井管线。图3示出了用于图1的B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钻油平台(10)中的防喷器(BOP)系统(14)的控制系统(50)，所述控制系统包括：输入模块(52)，所述输入模块用于为所述防喷器系统的一个或多个部件(16、20、22)生成一个或多个控制输入，并且将所述一个或多个控制输入作为操作输入和数字输入同时发射，其中所述操作输入被发射到所述防喷器系统的所述一个或多个部件；同步模型(58)，所述同步模型耦合到所述输入模块(52)，用于接收所述数字输入并且用于基于所述数字输入复制所述防喷器系统的操作，并且其中所述同步模型生成一个或多个模型输出；以及输出模块(68)，所述输出模块用于接收所述一个或多个模型输出(64)，其中所述一个或多个模型输出(64)用于监视和/或控制所述防喷器系统(14)的操作，其中所述输入模块(52)、所述同步模型(58)和所述输出模块(68)是使用处理器和有形存储装置实施。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 IN 2016410309501.一种用于钻油平台(10)中的防喷器(BOP)系统(14)的控制系统(50)，所述控制系统包括：输入模块(52)，所述输入模块用于为所述防喷器系统的一个或多个部件(16、20、22)生成一个或多个控制输入，并且将所述一个或多个控制输入作为操作输入和数字输入同时发射，其中所述操作输入被发射到所述防喷器系统的所述一个或多个部件；同步模型(58)，所述同步模型耦合到所述输入模块(52)，用于接收所述数字输入并且用于基于所述数字输入复制所述防喷器系统的操作，并且其中所述同步模型生成一个或多个模型输出；以及输出模块(68)，所述输出模块用于接收所述一个或多个模型输出(64)，其中所述一个或多个模型输出(64)用于监视和/或控制所述防喷器系统(14)的操作，其中所述输入模块(52)、所述同步模型(58)和所述输出模块(68)是使用处理器和有形存储装置实施。2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述同步模型(58)包括用于所述防喷器系统(14)的期望功能性的多个功能模块(60)，其中所述期望功能性是基于所述防喷器系统(14)的所述一个或多个部件(16、20、22)的连接。3.如权利要求2所述的控制系统，其中所述多个功能模块(60)中的每一者被配置为具有连接灵活性的模块化模块，以实现所述防喷器系统的所述一个或多个部件(16、20、22)的不同配置。4.如权利要求2所述的控制系统，其中所述同步模型(58)包括多个分析模块(62)，所述多个分...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·曼特瑞，J·S·霍姆斯，M·兰哈拉汉，S·桑达尔，S·古普塔，S·达尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US