[发明专利]用于井口高完整性保护系统的装置和方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于连接到井口管线系统上的高完整性保护系统(HIPS)的操作和测试的方法和装置。 

发明背景 

在石油和天然气工业中，井口下游的产品流体管线通常为薄壁型的，以便最大程度地减小管线的成本。因此必须保护这种管线，使其免受可能使管破裂的过量的压力的影响，更换管子将非常昂贵，且将导致环境污染。用来保护管线免受过压影响的传统的系统为高完整性保护系统(HIPS)。其通常是采用压力传感器来测量管子中的压力的电动液压系统，通过控制模块的电子器件来使用它们以控制生产管HIPS阀的闭合。这种布置在采油树和HIPS阀之间的较短的管线区段内保持高压(该HIPS阀能够承受该压力)。这就防止了该管线的主要的、壁更薄的区段暴露于可能超过管线的压力额定值的压力水平。 

定期测试HIPS的安全性是必然要求，因为HIPS的运行中的故障会引起对管线造成重大损伤的风险。传统的系统不能在其运行期间进行测试。因此，不得不停止生产系统的运行，且将之隔离开来以进行测试。中断运行具有严重的财务影响。另外，必须有至少一个操作者在测试期间接近HIPS，因为阀和其它构件的操作是由人手动地执行的。 

已经提出了各种方法来测试和保护阀和管线系统免受过压的影响。例如，已经公布的申请US2005/0199286公开了一种高完整性压力保护系统，其中连接到两个下游管线和两个上游管线上的两个模块具有入口端口和出口端口。导管回路连接这两个端口，且对接歧管安 装在管线中上游部分和下游部分之间。对接歧管通过第一模块或第二模块选择性地确定第一管线和第二管线其中各个中的流动的路径。系统允许流动的路径从两个管线的上游区域通过模块中的一个，然后通到管线中的一个的下游区域，以允许移除另一模块来进行维护、修理和/或更换。没有公开或建议用于在系统运行的同时对系统的运行进行测试的装置或方法。 

例如，授予Hyde的美国专利No.6,591,201公开了流体能量脉冲测试系统，其中能量脉冲用于测试流体控制装置和系统(例如气升阀)的动态性能特性。这种测试系统对于测试液压回路中的地面安全阀很有用，但这种测试系统不提供整个系统执行安全功能的能力的安全信息。 

授予Klaver等人的美国专利No.6,880,567公开了一种包括用于保护下游过程设施免受过压影响的切断阀、传感器和安全控制系统的系统。这个系统利用了局部行程(partial stroke)测试方法，其中关闭截断阀直到到达预定点，且然后将截断阀重新打开。但是，这个系统必须中断生产来进行诊断测试。 

授予Webster的美国专利No.7,044,156公开了一种管线保护系统，其中将超过液压流体的基准压力的管道区段中的流体压力供应到差压阀，打开差压阀，从而使得液压促动的阀中的液压经由排放口释放。但是，该保护系统不提供任何阀诊断器件，且必须被迫中断生产，以使切断阀完全关闭。 

授予Sullivan的美国专利No.5,524,484公开了一种电磁操作阀诊断系统，该系统允许具有随着时间的推移而监测使用中的阀的状态的能力的阀使用者来检测阀及其构件中的任何退化或问题，并且在阀出故障之前纠正这些退化或问题。这个系统不允许在不中断生产的情况下对切断阀进行测试。 

授予Hodge的美国专利No.4,903,529公开了一种用于测试液压流体系统的方法，其中便携式分析装置具有液压流体的供应源、出口导 管、用于在压力下将液压流体从供应源供应到出口导管的单元、与供应源连通的返回导管、连接到出口导管上的流体压力监测器，以及在返回导管中的流体流监测器。分析装置使设备的流体入口与源断开，且使流体入口连接到出口导管上，并使设备的流体出口与贮存器断开，且使流体出口连接到返回导管上。在所述单元在该系统中就位的情况下监测出口导管中和通过返回导管的流体流中的流体压力。但是，这种方法要求中断生产来测试液压系统。 

授予Roark等人的美国专利No.4,174,829公开了一种压力感测安全装置，其中变换器产生与感测到的压力成比例的电信号，且当感测到的压力超过预定范围时，先导(pilot)装置显示感测超范围的压力，这就允许如有必要则采取适当的补救措施。该装置需要操作者的干预。