[发明专利]用于控制钻油平台中的防喷器系统的系统和方法

说明书

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)。

背景技术

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。