[发明专利]用于防喷器控制的安全性完整性等级(SIL)评级系统

说明书

一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP，12)的控制系统，下堆叠与下海洋立管封装(LMRP，18)可释放地接合。该控制系统包含：表面逻辑求解器（38），定位在海表面处或者与海表面相邻，其生成用于操作海底BOP的命令；第一海底逻辑求解器（40），附连到LMRP，并且与表面逻辑求解器进行通信，使得第一海底逻辑求解器接收来自表面逻辑求解器的命令；以及第二海底逻辑求解器（44），附连到下堆叠中的液压控制单元（34）。第二海底逻辑求解器与海底BOP和第一海底求解器进行液压通信，使得第二海底逻辑求解器接收来自第一海底逻辑求解器的命令，并且通过激活液压控制单元以操作BOP来实现命令。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No. 62/057586(其于2014年9月30日提交)和美国临时专利申请No. 62/067829(其于2014年10月23日提交)的优先权，因此通过引用将其完全公开全部地结合到本文中。

技术领域

本文所公开的实施例一般涉及用于海底防喷器(BOP)的控制系统。具体来说，本文所公开的实施例涉及用于除了BOP控制系统之外还提供备用或扩大功能的系统。

背景技术

石油和天然气的海底钻探通常涉及海表面上的船只(其能够是例如钻探船)或平台的使用，其中立管延伸到海床附近。立管的底端附连到下海洋立管封装，其除了别的以外包含意图控制海床附近的钻探系统的组件的控制容器（pod）。在立管下方通常定位的是下堆叠（lower stack），其包含安装到井口的防喷器(BOP)。钻探管从海表面处的船只经过立管延伸到海底，经过BOP并且经过井口进入井眼到达产油层。

BOP的一个目的是要充当故障保护机制，以便防止石油和天然气从井眼逸入环境中。为了实现这个任务，BOP通常包含多个冲头（ram）。一些冲头具有弹性密封，并且设计成如果需要包围钻探管，以便密封管道周围的环道（annulus）。那样的话，如果意外压力波动设法强迫石油和天然气从井眼通过环道，则BOP能够封闭以防止溢出。其他冲头已知为剪切冲头（包含全封闭剪切冲头）并且设计成穿过钻探管以及延伸到井眼中的其他物品，以便将井眼从周围环境完全密封。

由于由BOP在海底钻探操作中所起的安全性作用，必需确保所有BOP控制系统和组件正确起作用，并且在故障情况下提供冗余备用系统。相应地，增加冗余度和监测能力(例如采取安全性仪表化系统的形式)是有益的。

另外，随着海底钻探延伸到更深水中，其中BOP所在的海床处的压力增加。对于更高压力，如果井泄漏，则存在更大后果，并且BOP本身要求设计修改以确保安全性。相应地，需要用于作为BOP控制系统的备份以及监测其功能的新安全性仪表化系统。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP)的控制系统，下堆叠与下海洋立管封装(LMRP)可释放地接合。该控制系统包含：表面逻辑求解器，定位在海表面处或者与海表面相邻其生成用于操作海底BOP的命令；第一海底逻辑求解器，附连到LMRP，并且与表面逻辑求解器进行通信，使得第一海底逻辑求解器接收来自表面逻辑求解器的命令；以及第二海底逻辑求解器，附连到下堆叠中的液压控制单元。第二海底逻辑求解器与海底BOP和第一海底求解器进行液压通信，使得第二海底逻辑求解器接收来自第一海底逻辑求解器的命令，并且通过激活液压控制单元以操作BOP来实现命令。

在一些实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压控制单元能够控制液压连接器。在其他实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压连接器能够由蓄能器供能。

在某些实施例中，表面逻辑求解器、第一海底逻辑求解器和第二海底逻辑求解器能够各包括中央处理单元(CPU)。在其他实施例中，表面逻辑求解器能够包括中央处理单元(CPU)，以及第一海底逻辑求解器或者第二海底逻辑求解器或两者能够包括扩展输入/输出(I/O)卡。