专利名称：用于传送eds备用信号到海底荚的装置和方法
技术领域：
本文公开的主题的实施例一般地涉及用于将备用紧急断开信号(EDS)传送到配置成控制防喷器的海底荚的装置和方法。
背景技术：
尽管关于石油储备的可达性和开采的安全性方面有越来越多的挑战，但石油和气的开采仍然是世界经济的关键构成。因此，在海上位置钻探以从海底开采石油和气在世界范围内广泛使用。随着井位置的海底深度的提高，海底石油和气开采变得更具挑战性。海上石油和气装置1包括可出于安全性和环境原因密封井口时使用的海底防喷器组。如图1所示，海底防喷器组包括附连到海底20的井口的低位防喷器(“Β0Ρ”)组10，以及附连到钻柱40末端的深海立管总成(“LMRP”) 30。钻柱40从钻探船50 (或任何其他类型的水面钻探平台或者船舶)延伸到井口。正常操作期间，低位BOP组10和LMRP 30相连接。有时，可能关闭位于低位BOP组10和LMRP 30的防喷器25。可从低位BOP组10断开LMRP 30并取回到水面，以及使低位BOP组10留在海底20的井口之上。因此，例如，当预期到恶劣天气时或者当井口暂时停止使用时，可能断开并取回LMRP 30。电缆和/或液压线路60将来自水面(S卩，钻探船50)的控制信号传送到作为LMRP30的部分的两个荚70和75。根据从水面(即，钻探船50)接收到的信号，两个荚70和75控制在LMRP 30和低位BOP组10的BOP和其他装置。两个荚70和75，分别称为“黄色”荚和“蓝色”荚，大体上是相同的并确保冗余(即，如果一个故障了，另外的一个取而代之)。一旦收到EDS信号，荚70和/或荚75控制关闭LMR 30和低位BOP组10的Β0Ρ。然而，当电缆60无意间中断时，EDS信号可能到达不了荚70和荚75。为了在荚处接收控制信号，电缆60的物理连续性是必要的。然而，当发生引起必须将来自水面的EDS信号发送到荚70和/或荚75的紧急情况时，电缆60可能已经意外中断。如果EDS信号没有到达荚70和/或荚75以及BOP没有关闭，对于操作人员，设备以及环境的影响可能是可怕的。在一些装置中，通过海水声学地传送声学备用EDS信号。然而，当水表面和LMRP的距离大时，此声学备用EDS信号可能会丢弃和遗失。另外，由于紧急情况的发生，海水中环境的干涉可能阻止在海底正确地接收声学备用EDS信号。因此，除电缆和/或水柱之外，期望使用另一个通道提供从水面到附连到LMRP的荚的EDS信号的备用传送。
发明内容
根据一个示范实施例，提供了在海上石油和气装置中可用的备用紧急断开信号(EDS)传送系统。该系统包括压力脉冲发生器，其配置成在钻柱内的泥浆柱中的流动的流体中生成正压力脉冲和负压力脉冲的至少一个，以形成与紧急断开信号对应的预定压力变化模式，压力脉冲发生器位于泥浆柱的水面末端。系统进一步包括压力脉冲接受器，其配置成测量在靠近防喷器的海底位置处、泥浆柱中流动的流体的压力。
根据一个示范实施例，海上石油和气装置包括水面钻探平台或船舶，附连到位于海底的井口并配置成中断来自井口的流体流的低位防喷器(BOP)组，以及可拆卸地附连到低位BOP组的深海立管总成(LMRP)。海上石油和气装置进一步地包括了钻柱(其配置成通过至少一个泥浆柱允许在井口和水面钻探平台或船舶之间的流体流)，附连到LMRP的海底控制器(其配置成一旦接收到紧急信号(EDQ就关闭位于低位BOP组和LMRP的防喷器)，以及配置成将来自水面钻探平台或者船舶的EDS传送到海底控制器的电通信线路。系统进一步包括了压力脉冲发生器，其配置成在钻柱内的泥浆柱中的流体流中生成正压力脉冲和负压力脉冲的至少一个，以形成与EDS对应的预定压力变化模式，压力脉冲发生器位于泥浆柱的水面末端，以及连接到海底控制器的压力脉冲接受器，其配置成测量泥浆柱中流体流的压力。根据另一实施例，提供了用于备用传送紧急断开信号(EDS)的方法。方法包括(i)在靠近在钻柱中的泥浆柱的水面末端的第一位置处生成与EDS信号对应的压力变化模式，(ii)在靠近防喷器的第二位置处测量泥浆柱中的压力值，基于压力值识别与EDS信号对应的压力变化模式，以及将EDS信号传送到配置成关闭防喷器的控制器。
附图并入本说明书并作为其一部分，连同描述一起说明一个或多个实施例以及解释这些实施例。在附图中图1是传统的海上钻塔的示意图；图加是根据示范实施例的海上钻塔的示意图；图2b和图2c是根据示范实施例的、海上钻塔通过流体和泥浆管的截面图。图3a、图北、和图3c说明在一个示范实施例中可用的压力脉冲发生器以及压力脉冲发生器的操作；图4是根据示范实施例，配置成发送EDS触发信号到压力脉冲发生器的计算机的示意图；图5是根据另一个示范实施例的、备用EDS传送系统的示意图；以及图6是根据另一个示范实施例的、用于备用紧急断开信号(EDS)的备用传送的方法的流程图。
具体实施例方式以下示范实施例的描述参照附图。在不同图中相同的参考号可视为同样或者类似的元件。以下详述并不限制本发明。相反地，本发明的范围由所附权利要求定义。为简单起见，关于海上钻塔的术语和结构讨论了以下实施例。然而，接下来所讨论的实施例并不限于海上钻塔，而是可应用于需要用于传送紧急信号的备用通道以及具有可用的流体传送介质的的其它系统。贯穿说明书引用的“一个实施例”或者“一实施例”是指包括在本公开主题的至少一个实施例中结合实施例描述的具体的特征、结构或特性。因此，贯穿本说明书出现在多个位置的“在一个实施例中”或“在一实施例中”不必须指同一个实施例。进一步地，具体的特征、结构或特性在一个或多个实施例中可能以任何合适的方式组合。
图加说明的是根据一实施例的海上钻塔100。海上钻塔100出于安全和环境原因，包括可用于密封井孔(即，中断来自井口的流体流)的多层防喷器106。防喷器106位于附接到海底120的井口的低位防喷器(“Β0Ρ”)组110上，以及位于附接到流体管140远端的深海立管总成(“LMRP”)130上。流体管140可包含钻探立管、钻探套管、钻管、钻具或者钻探操作期间所需的任何装置。流体流向或者填充在井口和水面钻探平台或船舶150之间的流体管140。例如，在钻探期间，泥浆可从水面钻探平台或者船舶150通过钻柱泵送到井口，并且可能通过由钻柱的外部和钻探立管的内部形成的环形空间回流。基于通过电缆160从水面钻探平台或者船舶150接收到的控制信号，当LMRP 130与低位BOP组110啮合时，通过附连到LMRP 130两个冗余的荚170和175中的任何一个来控制所有防喷器106。经常地，海上钻塔包括两个大体上一样的荚以保证冗余，但是本发明构思对拥有一个荚的海上钻塔也是可应用的。由荚170和/或175从水面接收到的控制信号包括在紧急情况传送的紧急断开信号(EDS)。一收到EDS信号，荚170和/或175就确定关闭在BOP组110以及LMRP 130中的Β0Ρ。当维持荚170和175及水面之间的电缆160的物理连续性时，荚170和175接收控制信号。然而，当电缆160中断时，使用电缆160传送的控制信号可能不会到达荚170和175。因此，如果电缆160中断，EDS信号可通过位于流体管140内部(如图2b所示)或者外部(如图2c所示)的泥浆柱145传送到荚170和175。在一备选实施例中，即使不知道电缆160中断，EDS信号也可一直通过位于流体管140内部的泥浆柱145传送。在流体管140里的至少一个柱中循环的流体称之为泥浆，它是在用于石油和气钻探操作中包含多数流体的术语，特别是含有大量的悬浮固体、乳化水或油的流体。泥浆包括所有种类的水基的、油基的和合成物基的钻探流体。通过泥浆传送数据(称之为泥浆脉冲遥测技术)是一种由一些测量随钻(MWD)系统使用的通信方法，用于将数据从钻探期间使用的井下工具传送到水面。与泥浆脉冲遥测技术不同，根据一些实施例的一方面，EDS信号从水面通过泥浆传送到荚170和/或175。视具体设计和目的而定，流体管140包括一个或多个不同配置的泥浆柱。然而，通过泥浆柱从水面到荚的通信的适用性并不限于具体设计。为了生成通过泥浆柱145传送的备用EDS，将压力脉冲发生器180安装到靠近泥浆柱145上端，在或者靠近水面钻探平台或者船舶150处。图3说明的是压力脉冲发生器的实施例和操作。图3a和图北说明的是包括位于泥浆柱145内部的阀146的压力脉冲发生器。阀146可能如图3a所示处于开启位置或者如图北所示处于关闭位置。通过以预定频率在开启位置和关闭位置之间切换，可能达到如图3c所示的压力变化模式(对应于开启位置的较低压力和对应于关闭位置的较高压力)。在一备选实施例中，，压力脉冲发生器可包括排泄孔，其可根据信号频率、通过暂时排泄泥浆柱，而在泥浆柱中创建负压力脉冲。在另一个实施例中，泥浆柱内的膜可振荡。压力脉冲发生器180生成的正压力脉冲或者负压力脉冲形成与EDS对应的压力变化模式。压力脉冲发生器180连接到至少一个计算机190，其配置成将EDS触发信号发送到压力脉冲发生器180。计算机190可自动发送EDS触发信号，或者可按照操作员的请求发送EDS触发信号。图4说明的是计算机190的示范实施例，并且计算机190的示范实施例包括配置成接收来自监测钻塔操作的数据的进程监测接口 191，配置成允许操作员人工输入命令的操作员接口 192(命令包括请求发送EDS信号到荚的紧急关闭命令)，通过压力脉冲发生器180发送的EDS压力脉冲模式的信号触发传送的压力脉冲发生器接口 193，以及连接到接口191,192和193并根据接收到的信号和命令来确定计算机的操作的中央处理器194。回到图2a，通过位于流体管140内部的泥浆柱145传送与EDS对应的压力变化模式。通过泥浆柱传播压力信号的速度是大约每秒几百米(m/s)。与几赫兹的信号频率对应，通过泥浆柱的数据率是每秒几比特(b/s)。所选的信号频率区别于自然发生的背景信号的频率。位于荚170和175附近的200测量泥浆柱中的压力。压力换能器200可能位于定位在LMRP 130上或者低位BOP组110中的BOP的腔中。压力换能器200通过线缆连接到荚170和/或175。因此，配置压力换能器200来测量安装压力脉冲发生器180的水面末端处的、泥浆柱中的压力。可配置压力换能器200来分析测量的压力值和识别与EDS对应的压力变化模式。一旦识别了与EDS对应的压力变化模式，就可能进一步配置压力换能器200来发送EDS到荚170和/或175。在一备选实施例中，压力换能器200可发送测量的压力值到荚170和/或175，以及可配置荚170和/或175来分析压力值并识别与EDS对应的压力变化模式。如图5所说明的，现在集中在可用在海上石油和气装置上的备份EDS传送系统250，系统250包括压力脉冲发生器沈0，其配置成在泥浆柱265水面末端处生成包括正压力脉冲和/或负压力脉冲的至少一个并与EDS信号对应的水面末端预定压力变化模式。系统250还包括压力脉冲接受器270，其配置成在靠近防喷器(BOP)的位置处测量泥浆柱265中的泥浆压力的。压力脉冲接受器270连接到(至少一个)控制BOP的荚四0。脉冲接受器270可包含数据处理单元275，其配置成基于测量的压力值来识别与EDS信号对应的预定压力变化模式，并运送EDS信号到至少一个荚四0。压力脉冲发生器260可通过连线或者以无线方式连接到水面控制器观0。当识别到紧急情况时或者一旦收到来自操作员的命令，就可配置水面控制器280来自动地发送EDS传送触发信号到压力脉冲发生器260脉冲接受器270可能通过连线连接到荚四0。一旦收到EDS信号，荚290就操作以关闭BOP。图6说明了用于EDS信号备份传送的方法300的流程图。方法300包括在S310处、在靠近泥浆柱的水面末端的第一位置处生成与EDS信号对应的压力变化模式。进一步地，方法300包括在S320处、在靠近防喷器的第二位置处测量泥浆柱中的压力值。方法300还包括在S330处、基于压力值来识别与EDS信号对应的压力变化模式，以及在S340处将EDS信号传送到配置成关闭防喷器的控制器。公开的示范实施例提供了用于通过流体管中的泥浆柱将EDS信号从水面传送到海底防喷器控制器的系统和方法。应该理解的是，本描述并不旨在限制本发明。相反地，示范示范实施例意在覆盖由所附权利要求定义的、本发明的精神和范围中包含的备选、修改和等同物。进一步地，在示范实施例的详细描述中，为了提供对要求权利保护的发明的全面理解，陈述了许多特定细节。然而，本领域技术人员可理解，没有这些特定细节也可实施多种实施例。尽管在实施例中所述的本示范实施例的特征和元件有具体组合，但每个特征或元件可脱离实施例中的其他特征和元件单独使用，或者在带有本文公开的其他特征和元件或不带其他特征和元件的多种组合中使用。 本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。此类其它示例规定为在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种可用于海上石油和气装置的备用紧急断开信号(EDS)传送系统，包括位于接近水表面并配置成生成预定压力变化模式的压力脉冲发生器，所述预定压力变化模式对应于紧急断开信号并包括正压力脉冲和负压力脉冲的至少一个，所述信号在泥浆柱中向下传播；以及压力脉冲接受器，其连接到防喷器的控制器并配置成测量在海底位置处、所述泥浆柱中的压力。
2.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，其中，所述压力脉冲接受器进一步配置成基于测量的压力值来识别对应于所述EDS信号的所述压力变化模式。
3.如权利要求2所述的备用EDS传送系统，其中，一旦识别所述压力变化模式，就配置所述脉冲接受器以将所述EDS运送到所述防喷器的所述控制器。
4.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，进一步包括所述防喷器的所述控制器，配置所述控制器以接收来自所述压力脉冲接受器的测量的压力值，并识别所述压力变化模式。
5.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，进一步包括水面控制器，其连接到所述压力脉冲发生器并配置成发送EDS传送触发信号到所述压力脉冲发生器，其中，所述压力脉冲发生器进一步配置成在接收来自所述水面控制器的EDS传送触发信号时生成所述预定压力变化模式。
6.如权利要求5所述的备用EDS传送系统，其中，当检测到紧急情况或者接收到操作员请求时，进一步配置所述水面控制器，以发送所述EDS传送触发信号到所述压力脉冲发生ο
7.如权利要求5所述的备用EDS传送系统，其中，如果规则信号传送被打断，进一步配置所述水面控制器，以发送所述EDS传送触发信号到所述压力脉冲发生器。
8.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，其中，所述压力脉冲发生器包括位于所述泥浆柱上的阀，并进一步配置成通过开启和关闭所述阀来生成所述预定压力变化模式。
9.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，其中，所述压力脉冲发生器包括位于所述泥浆柱内的排泄孔，并进一步配置成通过使用所述排泄孔排泄所述泥浆柱中的流体生成所述预定压力变化模式。
10.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，其中，将所述压力脉冲发生器配置成以几赫兹的频率生成所述预定压力变化模式。
11.如权利要求1所述的备用EDS传送系统，其中，将所述压力脉冲发生器配置成在选择以避免自然发生的噪声信号频率的频率上生成所述预定压力变化模式
12.—种海上石油和气装置，包括水面钻探平台或者船舶；低位防喷器(BOP)组，其附连到位于海底上的井口并配置成中断来自所述井口的流体流；可拆卸地附连到所述低位BOP组的深海立管总成(LMRP)；流体管，其配置成允许在所述井口和所述水面钻探平台或船舶之间的所述流体流通过至少一个泥浆柱；海底控制器，其附连到所述LMRP并配置成一旦收到紧急信号(EDQ就关闭位于所述低位BOP组和所述LMPR的防喷器；电线，其配置成将来自所述水面钻探平台或船舶的所述EDS传送到所述海底控制器；压力脉冲发生器，其位于靠近水表面并配置成生成预定压力变化模式，所述预定压力变化模式对应于紧急断开信号以及包括正压力脉冲和负压力脉冲的至少一个，所述信号通过所述至少一个泥浆柱向下传播以及压力脉冲接受器，其连接到所述海底控制器并配置成测量在海底位置处、所述至少一个泥浆柱中的压力。
13.如权利要求12所述的海上石油和气装置，其中，所述脉冲接受器进一步配置成基于测量的压力值来识别对应于所述EDS信号的所述压力变化模式，并且一旦识别所述压力变化模式，就将所述EDS运送到所述海底控制器。
14.如权利要求12所述的海上石油和气装置，其中，所述脉冲接受器进一步配置成将测量的压力值运送到所述海底控制器，并且所述海底控制器进一步配置成识别所述压力变化模式。
15.如权利要求12所述的海上石油和气装置，其中，所述脉冲接受器位于所述LMRP上。
16.如权利要求12所述的海上石油和气装置，进一步包括水面控制器，其连接到所述压力脉冲发生器并配置成发送EDS传送触发信号到所述压力脉冲发生器，其中，所述压力脉冲发生器进一步配置成在接收来自所述水面控制器的EDS传送触发信号时生成所述预定压力变化模式。
17.如权利要求16所述的海上石油和气装置，其中，如果电通信线路或者水力通信线路中断，则将所述水面控制器进一步配置成发送所述EDS传送触发信号到所述压力脉冲发生器。
18.如权利要求12所述的海上石油和气装置，其中，所述压力脉冲发生器包括阀和排泄孔的至少一个，并且进一步配置成通过执行以下至少一个来生成所述预定压力变化模式开启和关闭所述阀以及使用所述排泄孔排泄所述至少一个泥浆柱中的流体。
19.如权利要求12所述的海上石油和气装置，其中，所述压力脉冲发生器配置成在选择以避免自然发生的噪声信号频率的几赫兹的频率上生成所述预定压力变化模式。
20.一种用于紧急断路信号(EDS)备用传送的方法，所述方法包括在靠近泥浆柱的水面末端的第一位置处生成对应于所述EDS信号的压力变化模式；在靠近防喷器的第二位置处测量所述泥浆柱中的压力值；基于所述压力值来识别对应于所述EDS信号的所述压力变化模式；以及将所述EDS信号传送到配置成关闭所述防喷器的控制器。
全文摘要
本发明名称为“用于传送EDS备用信号到海底荚的装置和方法”。提供了用于在海上石油和气装置中的备用紧急断开信号(EDS)传送的方法和系统。备用EDS传送系统包括位于接近水表面并配置成生成预定压力变化模式的压力脉冲发生器，预定压力变化模式包括正压力脉冲和负压力脉冲的至少一个并对应于紧急断开信号，信号在泥浆柱中向下传播。压力脉冲发生器处于泥浆柱的水面末端。备用EDS传送系统还包括连接到防喷器控制器并配置成测量在海底位置泥浆柱中压力的压力脉冲接受器。
文档编号E21B43/01GK102562044SQ20111043595
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者E·L·米尔恩 申请人:海德里尔美国制造业有限责任公司