CN105051324B - 用于水下钻探操作的海底处理器 - Google Patents

Abstract

海底处理器可位于钻探地点的海底附近并且被用于协调水下钻探部件的操作。海底处理器可被包括在适合水下钻探部件(诸如，防喷器(BOP))上的容纳器的单个可互换单元中。海底处理器可发出命令以控制BOP并且从遍布BOP的传感器接收测量值。海底处理器可将信息转发给表面以用于记录或监测。诸如在紧急条件下，海底处理器还可被利用模型编程，其中BOP的操作基于该模型。

Description

用于水下钻探操作的海底处理器

共同未决申请的引用

本申请要求于2012年10月17日提交的并且标题为“Subsea CPU for UnderwaterDrilling Operations”的Jose Gutierrez的第61/715,113号美国临时专利申请的优先权的利益，并且要求于2012年10月24日提交的并且标题为“Improved Subsea CPU forUnderwater Drilling Operations”的Jose Gutierrez的第61/718,061号美国临时专利申请的优先权的利益，并且要求于2013年9月27日提交的并且标题为“Next GenerationBlowout Preventer (BOP) Control Operating System and Communications”的LuisPereira的第61/883,623号美国临时专利申请的优先权的利益，其中每一个以其全部内容通过引用被并入。

政府支持声明

本发明根据由美国能源部颁布的第NFE-12-04104号为他人工作协议在美国政府支持下完成。所述政府在本发明中具有某些权利。

背景技术

传统防喷器(BOP)通常在操作能力方面受到限制并且基于液压技术而操作。当检测到某些压力条件时，防喷器内的液压系统被激活以密封BOP所连接到的井。这些传统BOP不具有处理能力、测量能力或通信能力。

发明内容

通过具有有着防喷器(BOP)的位于水下的海底处理单元，可改进防喷器。该处理单元可以能够使防喷器用作井喷阻止器(BOA)，因为该处理单元可确定存在保证在防喷器内采取行动以防止和/或阻止可能的井喷条件的问题条件。

根据一个实施例，一种设备可包括水下钻探部件，其中所述水下钻探部件可包括：物理容纳器，被构造为容纳第一处理器单元；感应功率装置，被构造为通过物理容纳器将功率传送给第一处理器单元；和无线通信系统，被构造为通过物理容纳器与第一处理器单元通信。

根据另一实施例，一种设备可包括：处理器；感应功率装置，耦合到处理器并且被构造为接收用于处理器的功率；和无线通信系统，耦合到处理器并且被构造为与水下钻探部件通信。

根据另一实施例，一种控制水下钻探部件的方法可包括：在海底处理器通过与水下钻探部件的感应耦合接收功率；以及从海底处理器以无线方式与水下钻探部件通信以控制水下钻探部件。

根据另一实施例，一种设备可包括：水下钻探工具的至少一个海底部件；和至少一个海底处理器，被构造为以无线方式与海底部件通信，其中所述至少一个海底部件和所述至少一个海底处理器被构造为根据时分多址(TDMA)方案通信。

根据另一实施例，一种系统可包括：水下钻探工具的至少一个海底部件；至少两个海底处理器，被构造为与所述至少一个海底部件通信；和共享通信总线，位于所述至少一个海底部件和所述至少两个海底处理器之间，包括海底网络，其中所述至少两个海底处理器被构造为根据时分多址(TDMA)方案在共享通信总线上通信。

根据另一实施例，一种方法可包括：在海底处理器从水下钻探工具的海底部件接收数据；在海底处理器处理接收的数据以确定用于控制海底部件的命令；以及在海底网络中根据时分多址(TDMA)方案通过共享通信总线将该命令从海底处理器发送给海底部件。

前面已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解下面对本发明的详细描述。将在以下描述本发明的另外的特征和优点，所述另外的特征和优点形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，公开的概念和特定实施例可被容易地用作用于修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应该意识到，这种等同构造并不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。通过下面结合附图考虑的描述，将会更好地理解被视为本发明的特性的关于其组织和操作的方法的新特征以及另外的目的和优点。然而，应该清楚地理解，提供每个附图以便仅用于说明和描述的目的，而非意图用作本发明的限制的定义。

附图说明

下面的附图形成本说明书的一部分并且被包括以进一步表示本公开的某些方面。通过结合特定实施例的详细描述参照这些附图中的一个或多个，可更好地理解本公开。

图1是根据本公开的一个实施例的无线海底CPU单元和用于无线海底CPU单元的容纳器的示图。

图2是表示根据本公开的一个实施例的用于容纳无线海底CPU的设备的方框图。

图3是表示根据本公开的一个实施例的海底CPU的混合无线实现方式的方框图。

图4是表示根据本公开的一个实施例的用于BOP的组合电源和通信系统的方框图。

图5是表示根据本公开的一个实施例的用于将功率和数据分配给海底CPU的方法的流程图。

图6是表示根据本公开的一个实施例的用于将功率高频分配给海底网络的方法的流程图。

图7是表示根据本公开的一个实施例的具有海底CPU的隔水管堆栈的方框图。

图8是表示根据本公开的一个实施例的通过TDMA方案通信的海底网络的部件的方框图。

图9是表示根据本公开的一个实施例的用于在海底CPU上执行的应用之间的通信的TDMA方案的方框图。

图10是表示根据本公开的一个实施例的用于通信部件的方法的流程图。

图11是表示根据本公开的一个实施例的用于基于模型控制BOP的方法的流程图。

具体实施方式

通过具有有着防喷器(BOP)的位于水下的海底处理单元，可改进防喷器。该处理单元可以能够使防喷器用作井喷阻止器(BOA)，因为该处理单元可确定存在保证在防喷器内采取行动以防止和/或阻止可能的井喷条件的问题条件。

BOP上的容纳器可被设计为提供对处理单元的容易的访问以用于在BOP位于水下的同时快速安装和替换处理单元。容纳器在图1中被示出为容纳器102。容纳器102被设计为容纳处理单元104，处理单元104包括电路板106，电路板106包含逻辑装置(诸如，微处理器或微控制器)和存储器(诸如，闪存、硬盘驱动器和/或随机存取存储器(RAM))。虽然示出容纳器102的特定形状，但可选择其他形状并且可调整处理单元104以适合容纳器102。

根据容纳器102的特定实施例，容纳器102可在没有与BOP的电气接触的情况下操作BOP。例如，感应式功率系统可被包括在BOP中，并且感应式接收器被嵌入在处理单元104中。可随后从BOP上的电源(诸如，海底电池)传送功率以操作处理单元104内的电路106。在另一例子中，BOP可按照无线方式与处理单元104中的电路106通信。可例如通过射频(RF)通信来实现该通信。

与处理单元104(并且特别地，处理单元104内的电路106)的通信可包括将数据从BOP内的传感器传送给电路106以及将命令从电路106传送给BOP内的装置。传感器可包括能够测量淤泥的成分和体积的装置以及用于井涌检测的装置。传感器可由处理单元104读取并且被用于确定BOP内的动作。虽然在这里提及BOP，但处理单元104可被连接到其他海底设备。另外，虽然在这里描述BOP内的传感器和装置，但电路106可将数据发送和传送给未连接到与处理单元104相同的设备的其他海底装置。

容纳器102减小与安装和维护BOP关联的挑战。例如，因为在处理单元104和容纳器102之间不存在物理连接，所以新处理单元可被容易地插入到容纳器102中。水下航行器(诸如，遥控航行器(ROV))容易完成这个替换动作。

另外，因为在处理单元104和容纳器102之间不存在物理连接，所以处理单元104可被制造为单件单元。例如，处理单元104可由能够将电路106包括在处理单元104中的三维打印机制造。因为处理单元104可被制造为单件而没有构造缝，所以处理单元104可以很强壮并且能够承受深水水下钻探操作中的严酷条件(诸如，存在于深水中的高水压)。

当处理单元104的电路106包括存储器时，处理单元104可用作用于记录水下操作的黑匣子。在发生灾难事件的情况下，可恢复处理单元104并且捕捉来自处理单元104的数据以更好地理解导致该灾难事件的事件以及如何在恢复努力中辅助努力防止和/或处理该灾难事件。

用于在海底系统中实现处理单元104的方框图被示出在图2中。包括具有闸板206的井喷阻止器(BOA) 208的LMRP 204可被连接到一个或多个处理单元202a-202c。处理单元202a-202c可通过与图1中示出的容纳器类似的容纳器被连接到下部海洋隔水管总成(LMRP) 204。当超过一个处理单元被连接到LMRP 204时，这些处理单元可通过公共数据总线协作以控制LMRP 204。虽然处理单元202a-202c可共享公共数据总线，但处理单元202a-202c中的每一个可包括单独的存储器。处理单元202a-202c中的每一个可包括读出端口，该读出端口允许水下航行器连接到处理单元202a-202c之一以检索存储在处理单元202a-202c中的每个处理单元的存储器中的数据。

处理单元202a-202c可被构造为跟随多数投票。也就是说，所有处理单元202a-202c可从BOP 208内的传感器接收数据。然后，处理单元202a-202c中的每一个可使用独立逻辑电路确定用于BOP 208的动作的过程。处理单元202a-202c中的每一个可随后传送它们的决定，并且可执行由处理单元202a-202c中的大多数(例如，三个处理单元中的两个处理单元)达成一致的动作的过程。

在LMRP 204或BOP堆栈中的其他位置上具有多个处理单元还减小由于处理单元的故障导致的LMRP 204的故障的可能性。也就是说，通过多个处理单元的存在来增加故障耐受性。如果处理单元202a-202c中的任何一个处理单元甚至两个处理单元发生故障，则仍然存在继续操作BOP 208的处理单元。

处理单元202a-202c还可按照无线方式与位于表面上的计算机210通信。例如，计算机210可具有用户接口以允许操作人员监测由处理单元202a-202c测量的BOP 208内的条件。计算机210还可按照无线方式将命令发送给处理单元202a-202c。另外，计算机210可通过无线通信对处理单元202a-202c重新编程。例如，处理单元202a-202c可包括闪存，并且新的逻辑功能可被从计算机210编写到该闪存中。根据一个实施例，处理单元202a-202c可最初被编程为通过完全打开或完全关闭闸板206来操作闸板206以切断钻杆。处理单元202a-202c可在以后被重新编程为允许闸板206的可变操作，诸如部分地关闭闸板206。虽然计算机210可与处理单元202a-202c连接，但处理单元202a-202c可在失去与计算机210的通信的情况下独立地工作。

处理单元202a-202c可通过电子信号将命令发送给各种海底装置(诸如，BOP208)。也就是说，导线可将用于处理单元202a-202c的容纳器耦合到该装置。包含命令的无线信号可被从处理单元202a-202c传送给容纳器，并且随后通过导线传送给该装置。处理单元202a-202c可通过将从计算机210接收的命令翻译成一系列较小的命令来将一系列命令发送给BOP 208中的装置。

处理单元202a-202c还可通过混合液压电子连接将命令发送给各种海底装置。也就是说，包含命令的无线信号可被从处理单元202a-202c传送给容纳器，并且随后被转换成液压信号，该液压信号被传送给BOP 208或其他海底装置。

BOP上的独立处理器(诸如，BOP 208上的处理单元202a-202c)可为BOP提供另外的优点，诸如减少的BOP的维护。在发生需要BOP阻止井喷的紧急情况之前，BOP可被按照某些间隔取回到表面以核查BOP是起作用的。将BOP取回到表面使井在正在维修BOP的同时停止运行。另外，需要显著努力以将BOP取回到表面。这些维护事件常常不是必要的，但在没有与BOP的通信的情况下，BOP的状态是未知的，并且因此BOP被定期地取回以进行检查。

当处理单元202a-202c与BOP 208设置在一起并且与BOP 208内的传感器通信时，处理单元202a-202c可确定何时应该维修BOP 208。也就是说，BOP 208可被编程为具有用于核查BOP 208的部件(诸如，闸板206)的操作的过程。核查过程可包括：切割样本管，测量压力特征，检测磨损和/或从部件接收反馈(例如，闸板在被指示关闭时实际关闭)。可在某些时间执行核查过程，并且可能无法取回BOP 208，除非通过核查过程来发现问题。因此，可减少维修BOP 208所花费的时间的量。

处理单元可被实现在具有与表面的一些有线连接的混合无线系统中，诸如图3的方框图中所示。功率系统102、控制系统104和液压系统106可位于海面上的钻探船舶或钻机上。有线连接可将功率系统102和控制系统104连接到海底设备上的无线分配中心110。在一个实施例中，有线连接可经电源线提供与表面的宽带连接。无线分配中心110可将信号从功率系统102和控制系统104转发给海底部件(诸如，处理单元112、螺线管114、电池116、操纵阀118、高功率阀120和传感器122)以及转发来自海底部件的信号。液压系统106还可具有延伸到海底部件(诸如，操纵阀118)的物理线。液压线、通信线和电源线可被嵌入在单个管中，该管向下延伸到海底的海底部件。具有物理线的管可被连接到从钻机或钻探船舶延伸到海底的井的隔水管导管。

在一个实施例中，有线通信系统可将图2的处理单元202a-c互连以用于通信和功率分配。图4是表示根据本公开的一个实施例的用于BOP的组合电源和通信系统的方框图。图4表示数据信号402和功率信号404的接收、用于发送数据信号402和/或功率信号404的机构以及将数据和/或功率分配给与BOP关联的多个海底CPU 426a-426f。根据一些实施例，由图4示出的通信对应于海上平台和与位于海底附近的BOP和/或BOP的部件通信的网络之间的通信。

图5是表示根据本公开的一个实施例的用于将功率和数据分配给海底CPU的方法的流程图。方法500可在块502开始于接收数据信号(诸如，数据信号402)。在块504，可接收功率信号(诸如，功率信号404)。接收的功率信号404可以是例如直流(DC)或交流(AC)功率信号。可从岸上网络(未示出)、从海底网络(未示出)或从表面网络(未示出)(诸如，海上平台或钻机)接收所述接收的数据信号402和接收的功率信号404。

在块506，数据信号402和功率信号404可被组合以创建组合功率和数据信号。例如，参照图4，功率和数据耦合部件410可接收数据信号402和功率信号404，并且输出至少一个组合功率和数据信号412a。功率和数据耦合部件410还可输出冗余组合功率和数据信号412b和412c。冗余信号412b和412c中的每一个可以是信号412a的复制品并且可被一起发送以提供冗余性。由所述多个组合功率和数据信号412a-412c提供的冗余性可提高BOP的可靠性、可用性和/或故障耐受性。

根据一个实施例，功率和数据耦合部件410可按照感应方式耦合数据信号402和功率信号404。例如，功率和数据耦合部件410可按照感应方式利用数据信号402调制功率信号404。在一个实施例中，功率和数据耦合部件410可使用电力线宽带(BPL)标准耦合数据信号402和功率信号404。在另一实施例中，功率和数据耦合部件410可使用数字用户线路(DSL)标准将数据信号402和功率信号404耦合在一起。

返回到图5，方法500可包括：在块508，将组合功率和数据信号412发送给BOP内的网络。BOP内的网络可包括海底处理单元和在海底处理单元或BOP内的其他处理系统上执行的控制、监测和/或分析应用的网络。

在一个实施例中，可在没有增加和/或减小信号412a-c的电压的情况下发送组合功率和数据信号412a-412c，在这种情况下，变压器块414和416可被绕过或者不存在。在另一实施例中，在将组合功率和数据信号412a-412c发送给BOP和/或在海底附近的其他部件之前，冗余组合功率和数据信号412a-412c可经变压器块414使它们的电压增加。在BOP或位于海底的其他部件接收时，冗余组合功率和数据信号412a-412c可经变压器块416使它们的电压减小。每个变压器块可包括用于每个组合功率和数据线412a-412c的单独的变压器对。例如，变压器块414可包括变压器对414a-414c以与正在发送给在海底的BOP控制操作系统网络/部件的冗余组合功率和数据信号412a-412c的数量匹配。作为另一例子，变压器块416可包括变压器对416a-416c以便也与发送给BOP或在海底的其他部件的冗余组合功率和数据信号412a-412c的数量匹配。

根据一个实施例，变压器块414可位于海上平台/钻机以增加发送给海底的组合功率和数据信号412a-412c的电压。变压器块416可位于海底附近并且可被耦合到BOP以接收从海上平台发送的组合功率和数据信号412a-412c。

在由BOP接收到组合功率和数据信号412之后，组合功率和数据信号412可被利用功率和数据分离部件420分离以使数据信号与功率信号分离。在BOP接收组合功率和数据信号412之后使数据信号与功率信号分离可包括以感应方式使数据信号与功率信号分离以创建功率信号422a-422c，并且数据信号可以是数据信号424a-424c。根据一个实施例，功率和数据分离部件420可通过以感应方式解调接收的组合功率和数据信号412a-412c来分离数据和功率信号。在分离功率和数据信号以获得功率信号422a-422c和数据信号424a-424c之后，信号可被分配给海底CPU 426a-426f或者BOP或LMRP的其他部件，如部分408中所示。

如上所述，电压可被增加以将功率发送给BOP。同样地，频率可被增加以分配给BOP的部分408中的部件(包括海底处理器426a-426f)。高频功率分配的使用可减小用于发送信号的变压器的尺寸和重量。图6是表示根据本公开的一个实施例的用于将功率高频分配给海底网络的方法的流程图。方法600在块602开始于接收AC功率信号。在块604， AC功率信号的频率可被增加，并且可选地，AC功率信号的电压被增加，以创建高频AC功率信号。AC功率信号可被与数据信号组合，使得AC功率信号包括组合功率和数据信号，如图4和5中所示。根据一个实施例，可在海上平台增加AC功率信号的频率和/或电压。例如，返回参照图4，可位于海上平台上的功率和数据耦合部件410还可被用于增加发送数据、功率和/或组合功率和数据的频率。可利用变频器增加AC功率信号的频率。也可位于海上平台的变压器块414可被用于增加发送数据、功率和/或组合功率和数据的电压。

返回到图6，方法600可包括：在块606，将高频AC功率信号发送给海底网络。在海底或海底附近接收之后，可利用变压器块416减小发送的高频AC功率信号的电压和/或可在海底网络减小发送的高频信号的频率。例如，图4的功率和数据分离部件420可包括用于减小接收的高频功率或组合功率和数据信号的频率的功能。

高频AC功率信号可在被发送之后被整流以创建DC功率信号，并且该DC功率信号可被分配给图4的部分408内的不同部件。例如，整流的功率信号可以是功率信号422a-422c，功率信号422a-422c可以是DC功率信号。具体地讲，DC功率信号422a-422c可被分配给多个海底CPU 426a-426f。在一个实施例中，可在海底附近发生高频AC功率信号的整流。DC信号的分配可允许不那么复杂的功率分配，并且允许使用电池为DC功率信号422a-422c提供功率。

海底CPU 426a-426f可执行控制BOP的各种功能的控制应用，包括电气和液压系统。例如，海底CPU 426a可控制BOP的闸板切断，而海底CPU 426e可执行监测和感测井中的压力的传感器应用。在一些实施例中，单个海底CPU可执行多个任务。在其他实施例中，海底CPU可被分派个体任务。参照图7更详细地描述由海底CPU执行的各种任务。

图7是表示根据本公开的一个实施例的具有海底CPU的隔水管堆栈的方框图。系统700可包括海上钻机702和海底网络704。系统700包括海上钻机702上的命令和控制单元(CCU) 706。海上钻机702还可包括远程监测器708。海上钻机702还可包括电源和通信耦合单元710，诸如参照图4所述。海底网络704可包括电源和通信分离单元712，诸如参照图4所述。海底网络704还可包括海底CPU 714和多个液压控制装置(诸如，集成阀子系统716和/或梭阀718)。

冗余性可被包括在系统700中。例如，电源和通信分离单元712a-712c中的每一个可被耦合在电源和通信线720的不同分支上。另外，可组织部件组以提供冗余性。例如，第一组部件可包括电源和通信分离单元712a、海底CPU 714a和液压装置716a。第二组部件可包括电源和通信分离单元712b、海底CPU 714b和液压装置716b。可与第一组并行地布置第二组。当第一组部件中的部件之一发生故障或表现出故障时，利用提供BOP功能的控制的第二组部件，仍然可使用BOP功能。

海底CPU可管理主要过程，包括井控制、遥控航行器(ROV)干预、命令和紧急连接或断开连接、管支撑、井监测、状态监测和/或压力测试。海底CPU还可执行这些过程中的每一个的预测和诊断。

海底CPU可记录BOP内的动作、事件、状态和条件的数据。这种记录能力可允许高级预测算法，提供用于连续地提高质量过程的信息，和/或提供用于失败模式分析的详细和自动化输入。数据记录应用还可提供高级和分布式数据记录系统，所述高级和分布式数据记录系统能够在离线运行数据日志时在仿真环境中再现BOP系统的精确行为。另外，内置存储器存储系统可用作用于BOP的黑匣子，从而存储在它里面的信息能够在任何时间被用于系统讨论。黑匣子功能可允许在具有控制应用的BOP控制操作系统内采用的BOP的自测试或自修复，如这里所公开。每个基于状态的活动(动作、触发、事件、传感器状态等等)可被登记在高级数据记录系统中，以使得可在线或离线重放BOP的任何功能时间段。

各种通信方案可被用于海底CPU之间的通信和/或海底CPU和海底网络、岸上网络和海上网络的其他部件之间的通信。例如，数据可被复用到公共数据总线上。在一个实施例中，可在部件和在这些部件上执行的应用之间采用时分多址(TDMA)。这种通信/数据传送方案允许使信息(诸如，感测数据、控制状态和结果)在公共总线上可用。在一个实施例中，每个部件(包括海底CPU)可在预定时间发送数据，并且该数据由所有应用和部件访问。通过具有用于通信交换的时隙，可减小或消除由于排队导致的数据丢失的可能性。此外，如果任何传感器/部件未能在它们的指定时隙产生数据，则系统可在固定时间间隔内检测到异常，并且任何紧急/应急过程能够被激活。

在一个实施例中，部件之间的通信信道可以是无源局域网(LAN)，诸如每次传送一个消息的广播总线。对通信信道的访问可由时分多址(TDMA)方案确定，在TDMA方案中，定时由时钟同步算法使用公共的或不同的实时时钟控制。

图8是表示通过TDMA方案通信的海底网络的部件的方框图。海底网络800可包括传感器802和804、剪切闸板806、螺线管808和810以及其他装置812。海底网络800的部件可通过TDMA方案820通信。在TDMA方案820中，用于在共享总线上通信的时间段可被划分为时隙并且这些时隙被分派给各种部件。例如，时隙820a可被分派给闸板806，时隙820b可被分派给螺线管808，时隙820c可被分派给螺线管810，时隙820d可被分派给传感器802，并且时隙802e可被分派给传感器804。可重复TDMA方案820中示出的时间段，每个部件接收相同时隙。替代地，TDMA方案820可以是动态的，基于系统800中的部件的需要动态地分派时隙820a-e中的每一个。

在海底CPU上执行的应用也可按照类似方式共享共享通信总线的时隙。图9是表示根据本公开的一个实施例的用于在海底CPU上执行的应用之间的通信的TDMA方案的方框图。根据实施例，系统900可包括多个应用902a-902n。应用902可以是利用处理器执行的软件部件、利用逻辑电路实现的硬件部件、或者软件和/或硬件部件的组合。

应用902a-902n可被构造为执行与BOP的控制、监测和/或分析关联的各种功能。例如，应用902可被构造为用于感测与BOP关联的液体静压的传感器应用。在另一例子中，应用902可被构造为执行BOP的诊断和/或预测分析。在另一例子中，应用902可耦合到BOP并且处理与BOP关联的参数以识别BOP的当前操作中的错误。监测的过程参数可包括压力、液压流体流、温度等。将应用耦合到结构(诸如，BOP或海上钻机)可包括由位于BOP或海上钻机上的处理器安装和执行与该应用关联的软件和/或在该应用在位于不同位置的处理器上执行的同时由该应用驱动BOP功能。

BOP控制操作系统可包括操作系统应用902j以利用应用902a-902n管理BOP的控制、监测和/或分析。根据一个实施例，操作系统应用902j可安排应用902a-902n之间的通信。

系统900可包括位于海底的海底中央处理单元(CPU) 906a并且可被分派给应用902a。系统900还可包括命令和控制单元(CCU) 908a(CCU 908a可以是耦合到与BOP通信的海上钻机的处理器)，并且可被分派给应用902c。系统900还可包括耦合到与海上钻机和/或BOP通信的岸上控制站的个人计算机(PC) 910a，PC 910a可被分派给应用902e。通过将处理资源分派给应用，处理资源可执行与该应用关联的软件和/或提供被构造为实现该应用的硬件逻辑电路。

海底CPU 906a-906c中的每一个可经海底总线912彼此通信。CCU 908a-908c中的每一个可经表面总线914彼此通信。PC 910a-910c中的每一个可经岸上总线916彼此通信。总线912-916中的每一个可以是有线或无线通信网络。例如，海底总线912可以是采用以太网通信协议的光纤总线，表面总线914可以是采用Wi-Fi通信协议的无线链路，并且岸上总线916可以是采用TCP/IP通信协议的无线链路。海底CPU 906a-906c中的每一个可与海底总线912通信。

应用之间的通信不限于局部海底通信网络912、表面通信网络914或岸上通信网络916中的通信。例如，由海底CPU 906a实现的应用902a可经海底总线912、隔水管桥918、表面总线914、SAT桥920和岸上总线916与由PC 910c实现的应用902f通信。在一个实施例中，隔水管桥918可以是允许海底网络912和局部水面网络914之间的通信的通信网络桥。SAT桥920可以是允许表面网络914和岸上网络916之间的通信的通信网络桥，并且SAT桥920可包括有线通信介质或无线通信介质。因此，在一些实施例中，因为可构成SAT桥920的岸上通信网络的全球范围，与海底网络912关联的应用902a-902n可与在世界上任何地方实现的应用902a-902n通信。例如，SAT桥920可包括卫星网络(诸如，甚小孔径终端(VSAT)网络)和/或互联网。因此，可被分配给应用902的处理资源可包括位于世界上任何地方的任何处理器，只要该处理器可访问全球通信网络(诸如，VSAT和/或互联网)即可。

安排将信息从所述多个应用传送给共享总线的例子被示出在图10中。图10是表示根据本公开的一个实施例的用于通信部件的方法的流程图。方法1000可由图9的操作系统应用902j实现，操作系统应用902j还可被构造为安排将信息从所述多个应用传送给总线。方法1000在块1002开始于识别多个应用(诸如，与BOP关联的应用)。例如，通信网络912-916中的每一个可被扫描以识别应用。在另一例子中，应用可产生指示应用被安装的通知。识别的多个应用可以是控制、监测和/或分析与BOP关联的多个功能的应用(诸如，图9中的应用902a-902n)。

在块1004，用于信息传送的时隙可被分配给每个应用。应用可在该时隙期间将信息传送给总线。在一些实施例中，诸如在紧急情况期间，应用可以能够在分配给其他应用的时隙期间将信息传送给总线。应用可传送数据的时隙可以是定期的，并且可在等于为了信息传送而分配给应用的所有时隙之和的时间段之后重复。

参照图9，应用902a-902n中的每一个可通过系统900中的总线912-916被耦合到虚拟功能总线904。虚拟功能总线904可以是所有总线912-916之间的协作的表示以减少两个应用同时将信息传送给总线的可能性。例如，如果与表面网络914关联的应用尝试在分配的时隙期间将信息传送给表面总线914，则没有其他应用(诸如，与海底总线912或岸上总线916关联的应用)可将信息传送给它们各自的局部网络总线。这是因为虚拟功能总线904已为表面总线914中的应用分配时隙。虚拟功能总线904可用作总线912-916和应用902a-902n之间的中间人（broker）。

根据实施例，时间跨度922可代表系统中的每个应用被分配时隙所需的全部时间。每个时隙可以是相等的持续时间，或者可以不是相等的持续时间。例如，第一时隙可以是10ms，而第二时隙可以是15 ms。在其他实施例中，每个时隙可具有相同持续时间。时隙的分配和时隙的持续时间可取决于与应用关联的信息。例如，被构造为监测BOP的液压功能的应用可被分派比简单地从存储器读取信息的应用多的时间。每个应用可具有使每个应用同步的时钟。

返回到图10，在块1006，可监测将信息传送给总线以检测何时没有信息在总线上可用并且识别被分配检测到在总线上缺少信息的时隙的应用。在一些实施例中，当在总线上检测到缺少信息时，紧急BOP控制过程可被激活(诸如，BOP闸板驱动)。在其他实施例中，当在总线上检测到缺少信息时，可驱动通知和/或警报(诸如，用户接口上的通知和/或警报)。根据另一实施例，当在总线上检测到缺少信息时，可请求重新发送数据，或者可不采取行动。

应用902a-g可根据预先编程的模型自主地控制BOP。图11是表示根据本公开的一个实施例的用于基于模型控制BOP的方法的流程图。方法1100在块1102开始于接收与BOP关联的第一标识符。可在服务发现协议内使用第一标识符以识别指定BOP的结构和BOP的多个可控制的功能的第一模型。在一个实施例中，可通过将接收的标识符与BOP模型的数据库进行比较来识别该模型，其中BOP模型的数据库中的每个BOP模型可与能够被与接收的标识符进行比较的唯一标识符关联。在一些实施例中，该模型可包括行为模型或状态机模型。在块1106，可根据在识别的模型中提供的规范控制BOP的功能。

可在用户接口输出代表识别的模型的显示。用户接口可包括用于在海底的BOP的用户接口、用于从海上钻机到BOP通信的用户接口和/或用于从岸上控制站到海上钻机和/或第一BOP通信的用户接口。用户接口可以是图9的应用902a-902n之一。例如，参照图9，用户接口应用可包括应用902g，应用902g是人机接口(HMI)。HMI应用可在任何时隙期间访问读取信息和/或能够在任何时隙期间将信息传送给总线912-916中的任何总线。例如，在一个实施例中，来自HMI的信息可被允许在任何时隙期间被传送给总线912-916中的任何总线以实施超驰机制，其中用户能够在紧急情况下对系统进行超驰。在一些实施例中，HMI应用可访问在任何应用中存储或处理的任何信息并且显示该信息的视觉表示。

根据实施例，可在用户接口接收用户输入，并且BOP的第一功能的控制可基于接收的输入。根据另一实施例，可利用耦合到在海底的BOP的处理器、耦合到与BOP通信的海上钻机的处理器和耦合到与海上钻机和/或BOP通信的岸上控制站的处理器中的至少一个接收和处理与BOP关联的参数。可随后基于接收的参数的处理执行BOP的第一功能的控制。在一些实施例中，BOP可包括实时运行的BOP(诸如，在海底操作的BOP)，并且模型可包括用于实时运行的BOP的实时模型。如果BOP是实时运行的BOP，则BOP的功能的控制可基于在用户接口提供的用户输入和/或与第一BOP关联的参数的处理实时地发生。

虽然已详细地描述本公开及其优点，但应该理解的是，在不脱离如所附权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下，可在这里做出各种修改、替换和改变。此外，本申请的范围并不意图局限于在本说明书中描述的过程、机器、制品、物质的成分、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将会从本发明容易地理解，可根据本公开使用执行与这里描述的对应实施例基本上相同的功能或实现与这里描述的对应实施例基本上相同的结果的目前已有的或将在以后开发的公开、机器、制品、物质的成分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求意图在其范围内包括这种过程、机器、制品、物质的成分、装置、方法或步骤。

Claims (19)

1.一种控制水下钻探部件的系统，包括：

一个或多个处理器单元，每一个包括：

壳体；

处理器，被构造为设置在所述壳体内；以及

感应功率接收装置，被构造为耦合到处理器并且被构造为设置在壳体内，所述感应功率接收装置被构造为通过壳体并且从水下钻探部件的容纳器接收用于处理器的功率，所述容纳器是水下钻探部件的一个或多个容纳器中的一个；

一个或多个容纳器中的每一个：

限定体积，所述体积被构造为在所述体积内可移除地容纳所述一个或多个处理器单元中的相应一个；

包括感应功率发送装置，被构造为将功率传送给所述相应处理器单元的感应功率接收装置；以及

被定位在水下钻探部件上以允许从所述水下钻探部件的外部将所述相应处理器单元耦合到所述容纳器；以及

至少一个传感器；以及

无线通信系统，被构造为能够允许至少一个传感器和一个或多个处理器单元中的至少一个之间通信；

一个或多个处理器单元中的至少一个被构造为至少部分地基于由至少一个传感器捕获的数据来控制水下钻探部件，其中所述水下钻探部件包括防喷器（BOP）并且所述处理器被配置为控制所述防喷器（BOP）。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述一个或多个处理器单元包括三个或更多个处理器单元；并且

所述一个或多个容纳器包括三个或更多个容纳器，每一个被构造为容纳所述三个或更多个处理器单元中相应一个。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述三个或更多的处理器单元被构造为根据多数投票方案控制所述水下钻探部件。

4.如权利要求1所述的系统，包括被构造为存储由至少一个传感器生成的数据的存储器。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述无线通信系统被构造为从海上网络和岸上网络中的至少一个接收命令。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述无线通信系统被构造为将命令发送给水下钻探部件以控制水下钻探部件。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理器单元中的至少一个被构造为根据模型控制水下钻探部件。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理器单元中的至少一个被构造为从水下钻探部件接收标识符，并且根据与接收的标识符对应的模型控制水下钻探部件。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述无线通信系统被构造为能够实现所述一个或多个处理器单元中的至少两个之间的通信。

10.如权利要求1所述的系统，其中针对所述一个或多个处理器单元中的至少一个，所述壳体是单件无缝单元。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器被构造为监测淤泥的成分、监测淤泥的体积、检测井涌、监测井中的压力、监测液体静压力、监测液压流体流、和/或监测温度。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述无线通信系统与一个或多个感应功率接收装置和一个或多个感应功率发送装置不同。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述无线通信系统被构造为能够实现至少一个传感器和一个或多个处理器单元中的至少两个之间的通信。

14.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理器单元中的至少一个被构造为打开防喷器的闸板和/或关闭防喷器的闸板。

15.一种控制水下钻探部件的方法，所述方法包括：

从所述水下钻探部件的外部将处理器单元可移除地耦合到所述水下钻探部件的容纳器，所述处理器单元包括壳体和包含在壳体内的感应功率接收装置，所述可移除地耦合包括将所述处理器单元至少部分地设置由所述容纳器限定的体积内；

通过将感应功率从感应功率传送装置传送到感应功率接收装置来通过与容纳器的感应耦合给所述处理器单元供电；

在所述处理器单元处接收由所述水下钻探部件的至少一个传感器捕获的数据；以及

用所述处理器单元至少部分地基于由所述至少一个传感器捕获的数据控制所述水下钻探部件，其中所述水下钻探部件包括防喷器（BOP）并且所述处理器单元被配置为控制所述防喷器（BOP）。

16.如权利要求15所述的方法，其中根据模型执行控制所述水下钻探部件。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：

在所述一个或多个处理器单元中的至少一个处接收所述水下钻探部件的标识符；

其中根据与该标识符对应的模型执行控制所述水下钻探部件。

18.如权利要求15所述的方法，其中：

所述一个或多个处理器单元包括三个或更多的处理器单元；以及

根据多数投票方案由所述三个或更多的处理器单元中的至少三个执行控制所述水下钻探部件。

19.如权利要求15所述的方法，并且所述一个或多个容纳器限定一个或多个体积，每一个体积被构造为可移除地容纳并且至少部分地包围所述一个或多个处理器单元中相应一个的一部分。

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