CN102539134A - 回路功能测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及回路功能测试系统和方法。一种用于测试剪切防喷器的功能性的方法和死体测试回路。该回路包括：构造成被以电的方式控制以及接收受第一压力的流体的电磁阀；构造成由电磁阀以液压的方式控制以及接收受第二压力的流体的底板安装式阀；以及将底板安装式阀的输出流体地连接到剪切防喷器和装置上的选择阀。该选择阀构造成由操作员操作。

Description

回路功能测试系统和方法
技术领域
本文公开的主题的实施例大体涉及方法和系统，并且更具体而言，涉及用于测试启动液压装置的现有回路的机构和技术。
背景技术
在过去的几年里，随着化石燃料的价格上涨，开发新生产田的兴趣急剧增加。但是，基于陆地的生产田的可用性是有限的。因而，工业现在已经将钻探延伸到近海位置，近海位置看起来拥有相当大量的化石燃料。
用于从近海田中钻探化石燃料的现有技术利用了图1中显示的系统10。更具体而言，系统10包括具有将功率/通讯缆线16供应给控制器18的卷线机14的船舶12(例如石油钻塔)。控制器18设置在海下、靠近海床20或在海床20上。在这点上，注意图1中显示的元件未按比例绘制，并且不应从图1或其它图中推断出尺寸。
图1还显示了海底井的井口22和进入海底井的钻柱24。在钻柱24的端部处存在钻头(未示出)。采用各种机构(也未示出)来使钻柱24旋转，以及暗含地使钻子旋转，以使海底井延伸。
但是，在正常的钻探运行期间，可能会发生可损害井和/或用于钻探的装备的意外事件。一个这种事件是气体、石油或其它井流体从地下地层不被控制地流入井中。这种事件有时称为“井涌(kick)”或“井喷”，并且可出现在井内部的地层压力超过钻井流体柱施加到其上的压力时。这个事件是不可预见的，并且如果不采取措施预防它，井和/或相关联的装备可能会受损。虽然以上论述是针对海底石油勘探的，但是这也同样适用地面石油勘探。
因而，可将防喷器(BOP)安装在井的顶部上，以在上面提到的事件之一威胁到井的完整性的情况下密封井。在传统上将BOP实现为阀来防止或者壳体和钻管之间的环形空间或者开口井眼(即不具有钻管的井眼)中的压力在钻探或完成运行期间释放。目前，出于各种原因，可将多个BOP安装在井的顶部上。例如，第一BOP(剪切BOP)可构造成剪切井眼内部的工具，第二BOP(封闭式BOP)可构造成在不剪切内部的工具的情况下密封井眼，第三BOP(环形BOP)可构造成封闭工具周围的弹性体，等等。图1显示了被控制器18控制的两个BOP 26或28。注意有些在本领域中称为闸板BOP，并且这个元件可具有许多腔体，各个腔体均具有不同的装置，例如环形BOP、封闭式BOP等。
传统BOP可为一米至五米高，并且可重数万公斤。在图2中显示了BOP 26的一个实例。除了别的东西之外，图2中显示的BOP 26具有由相应的活塞杆32和对应的锁紧机构33支承的两个闸板块30，该锁紧机构33构造成将杆32锁紧在期望位置上。这两个闸板块30构造成在第一室34(水平井眼)的内部沿着平行于活塞杆32的纵向轴线X的方向而运动。闸板块30可构造成切断钻柱24或穿过BOP 26的第二室36(竖直井眼)的其它工具。第一室和第二室基本垂直于彼此。但是，在切断钻柱24多次之后(如果安装了剪切闸板块)，需要检验闸板块30和/或它们相应的切削刃，以及有时需要对它们进行再加工。出于这个原因，图2的BOP 26为各个闸板块30设有可拆卸阀帽38，可打开阀帽38来提供对闸板块的接近。图2显示了阀帽38具有可旋转地打开阀帽38的铰链40。
在BOP构造成在发生事故时密封井时，它们的完整性由政府规范调整。一个这种规范要求每14天对剪切BOP进行测试。测试剪切BOP不是简单的过程，原因如下。为了测试剪切BOP，需要暂停整个钻塔运行，以将钻柱收回到剪切闸板腔体上方的位置，使得钻柱在测试期间不会被切断。将钻柱收回到这个位置可为耗时的工作，并且在实际上不剪切管或使剪切闸板操作器运动的情况下可实现确保剪切功能的备选测试方法是合乎需要。
因此，提供避免前述问题和缺陷的系统和方法将是合乎需要的。
发明内容
根据一个示例性实施例，存在一种用于测试防喷器上的剪切回路的功能性的死体(deadman)测试回路。该死体测试回路包括：构造成被以电的方式控制以及接收受第一压力的流体的电磁阀；构造成由电磁阀以液压的方式控制以及接收受第二压力的流体的底板安装式阀；以及将底板安装式阀的输出流体地连接到剪切防喷器(BOP)和装置上的选择阀。选择阀构造成由操作员操作。
根据另一个示例性实施例，存在一种用于密封井口的防喷器组件。该组件包括：构造成设置在立管的端部处以及被下放到海底的下部海下立管套件；以及附连到下部海下立管套件上的MUX吊舱。MUX吊舱构造成接收受第一压力的流体，并且包括构造成被以电的方式控制以及接收受第二压力的流体的电磁阀，以及构造成由电磁阀以液压的方式控制以及接收受第一压力的流体的底板安装式阀。该组件还包括将底板安装式阀的输出流体地连接到剪切BOP和装置上的选择阀。该选择阀构造成由操作员操作。
根据另外的另一个示例性实施例，存在一种防喷器迭堆，其包括：至少包括剪切防喷器的多个防喷器；构造成由受压力流体促动的装置；以及流体地连接到剪切BOP和装置上的选择阀。选择阀构造成由操作员操作，以或者与剪切BOP或者与装置连通。
根据另外的另一个示例性实施例，存在一种用于对剪切防喷器执行死体测试的方法。该方法包括：启动选择阀来使剪切防喷器与受压力流体的供应断开使得剪切防喷器不具有操作性的步骤；将受压力流体提供给压力启动式装置的步骤；产生关于在压力启动式装置内部的受压力流体的压力的信息的步骤；以及将该信息传输给存储装置或操作员的步骤。
附图说明
结合在说明书中且组成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述一起阐述了这些实施例。在图中：
图1是传统的近海钻塔的示意图；
图2是防喷器的示意图；
图3是连接到防喷器迭堆上的下部海下立管套件的示意图；
图4是MUX吊舱的示意图；
图5是下部海下立管套件的示意图；
图6是防喷器迭堆的示意图；
图7是根据一个示例性实施例的死体回路的示意图；
图8是根据一个示例性实施例的另一个死体回路的示意图；以及
图9是示出了用于对剪切防喷器执行死体测试的方法的流程图。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述参照了附图。不同图中的相同参考标号标识相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简洁，关于剪切BOP系统的用语和结构来论述以下实施例。但是，接下来要论述的实施例不限于这些系统，而是可应用于需要测试的其它系统。
贯穿说明书，对“一个实施例”或“实施例”的参照意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括在本文公开的主题的至少一个实施例中。因而，在整个说明书的各种位置出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必指同一实施例。另外，特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
根据一个示例性实施例，将控制剪切BOP的关闭的死体回路修改成包括选择阀或类似的装置，以在BOP的操作员期望时转移来自剪切BOP的液压流体。现在关于附图来论述死体回路的变型。
为了更好地理解接下来要论述的各种元件，现在对海底防喷器组件的结构进行论述。如图3中示出的那样，这种组件包括通过立管52来连接到井口54上的钻塔50。立管52以下部海下立管套件(LMRP)56终止。LMRP 56可拆卸地连接到下部BOP迭堆58上，下部BOP迭堆58可包括多个闸板BOP腔体，其中的一个是剪切BOP腔体。为了简洁，剪切BOP腔体从现在开始称为剪切BOP。闸板BOP由传统上位于LMRP 56上的MUX吊舱60控制。但是，MUX吊舱60可位于下部BOP迭堆58上，并且环形BOP可位于LMRP 56上。并且，闸板BOP可由直接作用的液压控制系统控制，其中，通过液压脐束中的专用液压先导线路来从水面控制单独的功能。
图4示出了MUX吊舱60具有用于控制下部BOP迭堆58和/或LMRP 56的50种到100种不同功能。MUX吊舱60不动地附连到LMRP 56(或下部BOP迭堆58)的框架(未示出)上，并且可包括液压启动式阀62(在本领域中称为底板安装式(SPM)阀)和流体地连接到液压启动式阀62上的电磁阀64。电磁阀64设置在电子区段66中，并且设计成由从电子控制板(未示出)中发送的电气信号促动。各个电磁阀64构造成启动对应的液压启动式阀62。MUX吊舱60可包括也安装在电子区段66中的压力传感器68。液压启动式阀62设置在液压区段70中，并且不动地附连到MUX吊舱60上。
在海底防喷器设备中，多路传输(“MUX”)电缆(电气的)和/或线路(直接作用的液压的)将控制信号(通过MUX吊舱60和吊舱楔72)输送给LMRP 56和下部BOP迭堆58装置，所以可从水面控制规定的任务。一旦接收到控制信号，海底控制阀则启动，并且(在大多数情况下)高压液压线路被指引来执行规定的任务。因而，多路电气信号或液压信号可操作多个“低压”阀来促动较大的阀，以使高压液压线路与井口迭堆的各种运行装置连通。为了简洁，传输给这种装置的高压流体称为液压信号，类似于控制电磁阀的电子信号。
在图5中显示了示例性LMRP 56。基于液压信号(或者从海平面或者从附连到LMRP上的积贮器泵送的受压力流体)和/或电气信号来促动位于LMRP上的元件的部分。因而，任何海底结构均可具有液压供应和电气供应。LMRP 56可包括固定到LMRP 56的框架76上的MUX吊舱60。为了有冗余性，LMRP 56可包括两个MUX吊舱60，一个对应于所谓的黄回路，而另一个则对应于蓝回路。LMRP 56可包括构造成连接到下部BOP迭堆58上的连接机构78。
在图6中示出了下部BOP迭堆58具有多个闸板BOP 80和82。在这个示例性实施例中，假设除了其它闸板BOP之外，下部BOP迭堆58还具有剪切闸板BOP 80和封闭式闸板BOP 82。下部BOP迭堆58还具有构造成接收LMRP 56的连接机构78的容器84。液压信号和电气信号通过图4中显示的吊舱楔72从MUX吊舱60传输到BOP迭堆58。
出现安全原因，为BOP实现死体回路。虽然安装在下部BOP迭堆58上的闸板BOP中的一些未设计成剪切钻柱或可存在于它们内部的其它工具，但是剪切BOP 80设计成剪切其内部的工具。因而，当测试死体时(如上面提到的那样，每14天)，则必须将钻柱移动到剪切闸板BOP上方的位置，或者由剪切BOP切断钻柱。切断是不合需要的，因为这个过程将使井勘探停止，并且升起钻柱来防止剪切是一种检定功能测试的耗时的方式。
图7中示出了新颖的死体回路的示意图。图7显示，在LMRP 56上的液压端口90处接收液压信号，以及在电气端口92接收电气信号。可在LMRP 56上获得这些端口中的一个或多个，例如用于冗余的蓝端口和黄端口。
电气信号构造成控制电磁阀64的关闭或打开。通过打开电磁阀64，允许来自液压端口90的液压信号传播到SPM阀62。当SPM阀62被打开时，液压信号传播到选择阀94，选择阀94在现有的死体回路中是找不到的。选择阀94可构造成例如由钻塔的操作员92通过电气端口92来以电的方式操作。但是，选择阀94也可由来自液压端口90的液压信号控制。备选地，选择阀94可构造成由遥控机构操作。在这个实施例中，即使船舶或钻塔的电气功能性和/或液压功能性失效，操作员仍然能够控制选择阀94。
选择阀94构造成与下部BOP迭堆58的剪切BOP 80连通。但是，选择阀94也可构造成与后面要论述的装置96连通。在一个应用中，选择阀94的默认位置是将SPM阀62连接到剪切BOP 80上。当钻塔的操作员想要测试剪切BOP 80时，操作员可指示选择阀94将SPM阀62直接连接到装置96上，以及防止液压信号到达剪切BOP 80，以防止剪切钻柱。
照这样，就可像需要的那样经常执行死体测试，而不打断井的勘探，不切断钻柱或不必从剪切装置上移除钻柱。在测试完成之后，选择阀94返回到其默认位置。
图7还显示了设置在液压端口90和电磁阀64之间的、用于改变受压力流体的压力的压力调整器95。例如，同样的受压力流体可用来供应给电磁阀64和SPM阀62两者。由于具有压力调整器95，可针对电磁阀64降低流体的压力，并且可针对SPM阀62而使流体的压力不变。相反的情况也是可行的，或者布置压力调整器来改变提供给SPM阀62的压力是可行的。
在图8中示出的示例性实施例中，选择阀94的位置选择在下部BOP迭堆58上。因而，选择阀94的位置可在不同的钻塔之间而有所变化，这取决于各种要求。另外，选择阀94相对于MUX吊舱或其它装置上的其它阀的位置可取决于不同的情况而有所变化。在一个应用中，选择阀94可构造成由远程促动式机构来从阀外部促动。
根据一个示例性实施例，装置96可为非剪切BOP。例如，装置96可为BOP 82，BOP 82是非剪切BOP。选择使装置96为非剪切BOP是为了防止存在于BOP中的工具和/或钻柱的剪切。但是，装置96可为不是BOP的设备。例如，装置96可为构造成确定来自选择阀94的受压力流体所施加的压力的传感器。因而，装置96可配备有构造成通过电气端口92来将实测压力传达给操作员的通讯端口98。
在另一个示例性实施例中，装置96可为具有压力传感器的瓶或积贮器。来自选择阀94的受压力流体然后由积贮器接收，并且测量这个受压力流体所产生的压力。可选地，实测压力可传输给操作员。另外在另一个示例性实施例中，装置96可具有构造成在缸体内部滑动的活塞。缸体可构造成接收受压力流体，并且活塞可连接到离开装置96的杆。在受压力流体由缸体接收之后，活塞运动到对应的压力，并且杆也运动到装置的外部到某个位置。这个位置可由遥控机构(ROV)读取，并且在电气端口90和液压端口92失效的情况下传输给操作员。可想象到装置96的许多其它构造来确定由选择阀94接收的受压力流体的存在和压力，并且这些构造意图由本申请的权利要求覆盖。
现在关于图9来论述用于执行这种死体测试的方法。该方法可包括：启动选择阀来断开剪切防喷器与受压力流体的供应使得剪切防喷器不具有操作性的步骤900；将受压力流体提供给压力启动式装置的步骤902；产生关于在压力启动式装置内部的受压力流体的压力的信息的步骤904；以及将该信息传输给存储装置或操作员的步骤906。
可选地，该方法可包括将选择阀构造成默认与剪切防喷器连通的步骤；启动选择阀来将剪切防喷器连接到受压力流体的供应上的步骤；以及指示剪切防喷器切断存在于剪切防喷器内部的工具的步骤。
公开的示例性实施例提供了用于对剪切BOP执行死体测试而不剪切存在于剪切BOP中的任何工具或钻柱的系统和方法。应当理解，此描述不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的备选方案、修改方案和等效方案。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多特定的细节来提供对所要求保护的发明的全面理解。但是，本领域技术人员将理解，可在没有这样的特定的细节的情况下实践各种实施例。
虽然以特定的组合在实施例中描述了目前的示例性实施例的特征和元件，但是各个特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或者可在有或没有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合来使用。
本书面描述使用公开的主题的实例来使得本领域任何技术人员能够实践公开的主题，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本主题的可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于测试剪切防喷器的功能性的死体测试回路，所述死体测试回路包括：
构造成在被以电的方式控制以及接收受第一压力的流体的电磁阀(64)；
构造成由所述电磁阀(64)以液压的方式控制以及接收受第二压力的流体的底板安装式阀(62)；以及
将所述底板安装式阀(62)的输出流体地连接到剪切闸板防喷器(BOP)(80)和装置(96)上的选择阀(94)，
其中，所述选择阀(94)构造成由操作员操作。
2.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述选择阀由所述操作员以电的方式控制或者由遥控机构控制。
3.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述选择阀构造成对于所述剪切闸板BOP默认打开。
4.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述死体测试回路进一步包括：
构造成容纳所述电磁阀、所述底板安装式阀和所述选择阀的MUX吊舱。
5.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述选择阀设置在下部海下立管套件上，所述下部海下立管套件构造成设置在立管的端部处。
6.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述选择阀设置在构造成设置在井口上的防喷器迭堆上。
7.根据权利要求1所述的死体测试回路，其特征在于，所述死体测试回路进一步包括：
所述装置，其中，所述装置是下者中的一个：非剪切防喷器；积贮器；具有杆的缸体，所述杆构造成离开所述缸体以及表示所述缸体内部的压力；或者压力传感器。
8.一种用于密封井口的防喷器组件，所述组件包括：
构造成设置在立管的端部处以及被下放到海底的下部海下立管套件(56)；
MUX吊舱(60)，其附连到所述下部海下立管套件(56)上，并且构造成接收受第一压力的流体，所述MUX吊舱(60)包括，
构造成被以电的方式控制以及接收受第二压力的流体的电磁阀(64)；以及
构造成由所述电磁阀(64)以液压的方式控制以及接收受所述第一压力的所述流体的底板安装式阀(62)；以及
将所述底板安装式阀(62)的输出流体地连接到剪切闸板防喷器(BOP)(80)和装置(96)上的选择阀(94)，
其中，所述选择阀(94)构造成由操作员操作。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括：
下部防喷器迭堆(58)，其构造成附连到所述下部海下立管套件(56)上，并且至少包括所述剪切闸板BOP(80)。
10.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述选择阀由所述操作员以电的方式控制，或者由遥控机构操作。
11.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述选择阀构造成对于所述剪切闸板BOP默认打开。
12.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述选择阀在物理上位于所述下部海下立管套件上。
13.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述选择阀在物理上位于所述下部防喷器迭堆上。
14.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括：
所述装置，其中，所述装置是下者中的一个：非剪切闸板防喷器；积贮器；具有杆的缸体，所述杆构造成离开所述缸体以及表示所述缸体内部的压力；或者压力传感器。
15.一种防喷器(BOP)迭堆，包括：
至少包括剪切闸板防喷器(80)的多个闸板防喷器(80，82)；
构造成由受压力流体促动的装置(96)；以及
流体地连接到所述剪切闸板BOP(80)和所述装置(96)上的选择阀(94)，
其中，所述选择阀(94)构造成由操作员操作来或者与所述剪切闸板BOP(80)或者与所述装置(96)连通。
16.根据权利要求15所述的防喷器迭堆，其特征在于，所述装置是下者中的一个：非剪切闸板防喷器；积贮器；具有杆的缸体，所述杆构造成离开所述缸体以及表示所述缸体内部的压力；或者压力传感器。
17.根据权利要求15所述的防喷器迭堆，其特征在于，所述选择阀可由遥控机构促动。
18.一种用于对剪切防喷器执行死体测试的方法，所述方法包括：
启动选择阀(94)，以使剪切防喷器(80)与受压力流体的供应断开，使得所述剪切闸板防喷器(80)不具操作性；
将所述受压力流体提供给压力启动式装置(96)；
产生关于所述压力启动式装置(96)内部的所述受压力流体的压力的信息；以及
将所述信息传输给存储装置或操作员。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
将所述选择阀构造成默认与所述剪切闸板防喷器连通。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
启动所述选择阀来将所述剪切闸板防喷器连接到所述受压力流体的供应上；以及
指示所述剪切闸板防喷器切断存在于所述剪切闸板防喷器内部的工具。
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