CN105051325A - 用于海底处理器的通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

海底处理器可以被定位成靠近钻井站点的海床且用于协调水下钻井组件的操作。海底处理器可以被包围在适合于水下钻井组件上的接收器的单个可互换单元中，诸如防喷器（BOP）。海底处理器可以发布控制BOP且从遍及BOP定位的传感器接收测量的命令。共享通信总线可以互连海底处理器和水下组件以及海底处理器和表面或岸上网络。可以根据时分多址（TDMA）方案操作共享通信总线。

Description

用于海底处理器的通信系统和方法

对共同未决申请的引用

本申请要求享有JoseGutierrez于2012年10月17日提交并且题为“SubseaCPUforUnderwaterDrillingOperations”的美国临时专利申请No.61/715,113的优先权，并且要求享有JoseGutierrez于2012年10月24日提交并且题为“ImprovedSubseaCPUforUnderwaterDrillingOperations”的美国临时专利申请No.61/718,061的优先权，以及要求享有LuisPereira于2013年9月27日提交并且题为“NextGenerationBlowoutPreventer(BOP)ControlOperatingSystemandCommunications”的美国临时专利申请No.61/883,623的优先权，其中每一个申请通过引用以其全部被并入。

政府支持的陈述

本发明是在美国能源部授予的WorkforOthersAgreementNo.NFE-12-04104之下受政府支持而做出的。政府对本发明具有某些权利。

背景技术

常规防喷器（BOP）一般在操作能力方面受限并基于液压装置进行操作。当检测到某些压力条件时，防喷器内的液压装置被激活以密封BOP所附接到的井。这些常规BOP不具有处理能力、测量能力或通信能力。

发明内容

防喷器（BOP,blow-outpreventer）可以是通过具有位于水下的带有防喷器的海底处理单元来改进的。处理单元可以使得防喷器能够作为熄火制动器（BOA,blow-outarrestor）起作用，因为处理单元可以确定存在问题条件，其保证在防喷器内采取动作以防止和/或阻止（arrest）可能的熄火条件。

根据一个实施例，一种装置可以包括水下钻井组件，其中水下钻井组件可以包括被配置成接收第一处理器单元的物理接收器、被配置成通过物理接收器向第一处理器单元输送电力的感应供电设备、以及被配置成通过物理接收器与第一处理器单元通信的无线通信系统。

根据另一实施例，一种装置可以包括：处理器；耦合到处理器且被配置成接收用于处理器的电力的感应供电设备；以及耦合到处理器且被配置成与水下钻井组件通信的无线通信系统。

根据又一实施例，一种控制水下钻井组件的方法可以包括：在海底处理器处通过与水下钻井组件的感应耦合接收电力；以及从海底处理器与水下钻井组件无线通信以控制水下钻井组件。

根据再一实施例，一种装置可以包括：水下钻井工具的至少一个海底组件；以及被配置成与海底组件无线通信的至少一个海底处理器，其中所述至少一个海底组件和所述至少一个海底处理器被配置成根据时分多址（TDMA）方案进行通信。

根据另一实施例，一种系统可以包括：水下钻井工具的至少一个海底组件；被配置成与所述至少一个海底组件通信的至少两个海底处理器；以及包括海底网络的所述至少一个海底组件与所述至少两个海底处理器之间的共享通信总线，其中所述至少两个海底处理器被配置成在共享通信总线上根据时分多址（TDMA）方案进行通信。

根据又一实施例，一种方法可以包括：在海底处理器处从水下钻井工具的海底组件接收数据；在海底处理器处处理所接收的数据以确定控制海底组件的命令；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从海底处理器向海底组件发射所述命令。

前文已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。以下将描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当领会的是，所公开的概念和特定实施例可以被容易地用作修改或设计其它结构以用于实施本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等同构造不脱离如随附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。被认为是本发明的特性的新颖特征，就其组织和操作方法连同另外的目的和优点这二者而言，在结合附图考虑时将从以下描述更好理解。然而，要明确理解的是，每一幅图仅仅出于图示和描述的目的而被提供且不意图作为本发明的界限的定义。

具体实施方式

以下附图形成本说明书的一部分且被包括以进一步演示本公开的某些方面。通过与特定实施例的详细描述结合参考这些图中的一个或多个，可以更好地理解本公开。

图1是根据本公开的一个实施例的无线海底CPU单元和用于该无线海底CPU单元的接收器的图示。

图2是图示了根据本公开的一个实施例的用于接收无线海底CPU的装置的框图。

图3是图示了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框图。

图4是图示了根据本公开的一个实施例的用于BOP的组合式电力和通信系统的框图。

图5是图示了根据本公开的一个实施例的用于向海底CPU分发电力和数据的方法的流程图。

图6是图示了根据本公开的一个实施例的用于向海底网络高频分发电力的方法的流程图。

图7是图示了根据本公开的一个实施例的具有海底CPU的立管堆叠的框图。

图8是图示了根据本公开的一个实施例的通过TDMA方案进行通信的海底网络的组件的框图。

图9是图示了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方案的框图。

图10是图示了根据本公开的一个实施例的用于通信组件的方法的流程图。

图11是图示了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

防喷器（BOP）可以是通过具有位于水下的带有防喷器的海底处理单元来改进的。处理单元可以使得防喷器能够作为熄火制动器（BOA）起作用，因为处理单元可以确定存在问题条件，其保证在防喷器内采取动作以防止和/或阻止可能的熄火条件。

BOP上的接收器可以被设计成提供对处理单元的容易接入以用于在BOP处于水下时处理单元的快速安装和替换。接收器在图1中被图示为接收器102。接收器102被设计成接收处理单元104，处理单元104包括包含诸如微处理器或微控制器之类的逻辑设备以及诸如闪速存储器、硬盘驱动器和/或随机存取存储器（RAM）之类的存储器的电路板106。尽管图示了用于接收器102的具体形状，但是可以选择其它形状并且可以将处理单元104调整成适合接收器102。

根据接收器102的具体实施例，接收器102可以在不与BOP电接触的情况下操作BOP。例如，感应供电系统可以被合并在BOP和嵌入在处理单元104中的感应接收器中。然后可以从BOP上的电力源（诸如海下电池）递送电力以操作处理单元104内的电路106。在另一示例中，BOP可以与处理单元104中的电路106无线通信。通信可以例如通过射频（RF）通信进行。

与处理单元104且具体地与处理单元104内的电路106的通信可以包括数据从BOP内的传感器到电路106的传送和命令从电路106到BOP内的设备的传送。传感器可以包括能够测量泥浆的组成和体积的设备和用于溢流检测的设备。传感器可以由处理单元104读取并用于确定BOP内的动作。尽管在本文中提到BOP，但是处理单元104可以附接到其它海下装置。此外，尽管在本文中描述BOP内的传感器和设备，但是电路106可以向不附接到与处理单元104相同的装置的其它海下设备发送和发射数据。

接收器102减少了与安装和维护BOP相关联的挑战。例如，由于在处理单元104与接收器102之间不存在物理连接，因此新的处理单元可以被容易地插入到接收器102中。该替换动作对于诸如远程操作潜水器（ROV）之类的水下交通工具而言易于完成。

另外，由于在处理单元104与接收器102之间不存在物理连接，因此处理单元104可以被制造为单片单元。例如，处理单元104可以由三维打印机制造，三维打印机可以将电路106合并到处理单元104中。由于处理单元104可以被制造为单片，没有构造接缝，因此处理单元104可以是鲁棒的且能够承受深水下钻井操作中的苛刻条件，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可以作为用于在水下记录操作的黑匣子起作用。在发生灾难性事件的情况中，处理单元104可以被恢复并且来自处理单元104的数据可以被捕获以更好地理解导致灾难性事件的事件以及如何在恢复努力中辅助防止和/或处置灾难性事件的努力。

在图2中图示了用于在海下系统中实现处理单元104的框图。包括具有闸板206的熄火制动器（BOA）208的LMRP204可能已经附接到一个或多个处理单元202a-202c。处理单元202a-202c可以通过与图1中图示的接收器类似的接收器附接到下部海洋立管组件（LMRP）204。当多于一个处理单元附接到LMRP204时，处理单元可以通过公共数据总线协作以控制LMRP204。即便处理单元202a-202c可以共享公共数据总线，处理单元202a-202c也可以每一个包括单独的存储器。处理单元202a-202c中的每一个可以包括读出端口，该读出端口允许水下交通工具连接到处理单元202a-202c中的一个以检索存储在处理单元202a-202c中的每一个的存储器中的数据。

处理单元202a-202c可以被配置成遵循多数票决。也就是说，所有处理单元202a-202c可以从BOP208内的传感器接收数据。然后，处理单元202a-202c中的每一个可以使用独立的逻辑电路确定用于BOP208的动作过程。处理单元202a-202c中的每一个然后可以传送其决定，并且，可以执行处理单元202a-202c中的大多数（例如三个中的两个）同意的动作过程。

在LMRP204或BOP堆叠中其它位置上具有多个处理单元还降低了由于处理单元的失灵所致的LMRP204的失效的可能性。也就是说，通过多个处理单元的存在增加故障容限。如果处理单元202a-202c中的任何一个或甚至两个失效，则仍存在处理单元继续操作BOP208。

处理单元202a-202c还可以与位于表面上的计算机210无线通信。例如，计算机210可以具有允许操作者监视如处理单元202a-202c所测量的BOP208内的条件的用户接口。计算机210还可以向处理单元202a-202c无线地发布命令。另外，计算机210可以通过无线通信来对处理单元202a-202c重新编程。例如，处理单元202a-202c可以包括闪速存储器，并且新的逻辑功能可以被从计算机210编程到闪速存储器中。根据一个实施例，处理单元202a-202c可以被初始编程为通过完全打开或完全关闭闸板206以剪切钻井管来操作闸板206。处理单元202a-202c稍后可以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。尽管计算机210可以与处理单元202a-202c对接，但是处理单元202a-202c可以在丢失与计算机210的通信的情况中独立起作用。

处理单元202a-202c可以通过电子信号向诸如BOP208之类的各种海下设备发布命令。也就是说，导电线可以将用于处理单元202a-202c的接收器耦合到设备。包含命令的无线信号可以被从处理单元202a-202c传送到接收器且然后通过导电线传送到设备。处理单元202a-202c可以通过将从计算机210接收的命令翻译成一系列更小命令来向BOP208中的设备发布命令的序列。

处理单元202a-202c还可以通过混合液压-电子连接向各种海下设备发布命令。也就是说，包含命令的无线信号可以被从处理单元202a-202c传送到接收器且然后被转换成输送到BOP208或其它海下设备的液压信号。

诸如BOP208上的处理单元202a-202c之类的BOP上的独立处理器可以提供对BOP的附加优点，诸如BOP的降低的维护。在发生要求BOP阻止熄火的紧急情形之前，可以以某些间隔将BOP召回到表面以验证BOP起作用。将BOP召回到表面在BOP正在被检修的同时将井置于不服务状态。另外，要求显著的努力来将BOP召回到表面。许多时候这些维护事件是不必要的，但在没有到BOP的通信的情况下，BOP的状态是未知的，并且因此，周期性地召回BOP以用于检查。

当处理单元202a-202c被定位为与BOP208一起且与BOP208内的传感器通信时，处理单元202a-202c可以确定BOP208应当何时被检修。也就是说，BOP208可以被编程有验证诸如闸板206之类的BOP208的组件的操作的过程。验证过程可以包括切割样管、测量压力特征、检测磨损和/或从组件接收反馈（例如，闸板在被指令以关闭时实际上被关闭）。验证过程可以在某些时间处执行，并且BOP208可以不被召回，除非验证过程发现问题。因此，可以减少检修BOP208所花费的时间量。

处理单元可以被实现在具有到表面的一些有线连接的混合无线系统中，诸如图3的框图中所示。电力系统102、控制系统104和液压系统106可以位于海面上的钻井船或钻机上。有线连接可以将电力系统102和控制系统104连接到海下装置上的无线分发中心110。在一个实施例中，有线连接可以通过电力线提供到表面的宽带连接。无线分发中心110可以将来自电力系统102和控制系统104的信号中继到海下组件和从海下组件中继，所述海下组件诸如是处理单元112、螺线管114、电池116、导向阀118、高功率阀120和传感器122。液压装置106还可以具有延伸到诸如导向阀118之类的海底组件的物理线。液压线、通信线和电力线可以嵌入在单个管道中，该单个管道向下延伸到海底上的海下组件。具有物理线的管道可以附接到从钻机或钻井船延伸到海底上的井的立管。

在一个实施例中，有线通信系统可以互连图2的处理单元202a-c以用于通信和电力分发。图4是图示了根据本公开的一个实施例的用于BOP的组合式电力和通信系统的框图。图4图示了数据信号402和电力信号404的接收、用于发射数据信号402和/或电力信号404的机制、以及数据和/或电力到与BOP相关联的多个海底CPU426a-426f的分发。根据一些实施例，由图4图示的通信对应于离岸平台和与BOP和/或靠近海床定位的BOP组件通信的网络之间的通信。

图5是图示了根据本公开的一个实施例的用于向海底CPU分发电力和数据的方法的流程图。方法500可以在块502处开始，其中接收数据信号，诸如数据信号402。在块504处，可以接收电力信号，诸如电力信号404。所接收的电力信号404可以例如是直流电（DC）或交流电（AC）电力信号。所接收的数据信号402和所接收的电力信号404可以是从岸上网络（未示出）、从海底网络（未示出）或从诸如离岸平台或钻机之类的表面网络（未示出）接收的。

在块506处，可以将数据信号402和电力信号404组合以创建组合式电力和数据信号。例如，参考图4，电力和数据耦合组件410可以接收数据信号402和电力信号404，并输出至少一个组合式电力和数据信号412a。电力和数据耦合组件410还可以输出冗余的组合式电力和数据信号412b和412c。冗余信号412b和412c可以每一个是信号412a的副本并可以一起被发射以提供冗余。由多个组合式电力和数据信号412a-412c提供的冗余可以改进BOP的可靠性、可用性和/或故障容限。

根据一个实施例，电力和数据耦合组件410可以感应耦合数据信号402和电力信号404。例如，电力和数据耦合组件410可以将电力信号404与数据信号402感应调制。在一个实施例中，电力和数据耦合组件410可以利用电力线宽带（BPL）标准来耦合数据信号402和电力信号404。在另一实施例中，电力和数据耦合组件410可以利用数字订户线（DSL）标准来将数据信号402和电力信号404耦合在一起。

返回到图5，方法500可以包括：在块508处，向BOP内的网络发射组合式电力和数据信号412。BOP内的网络可以包括海底处理单元和在海底处理单元或BOP内的其它处理系统上执行的控制、监视和/或分析应用的网络。

在一个实施例中，组合式电力和数据信号412a-412c可以在不提升和/或下降信号412a-c的电压的情况下被发射，在该情况中，变压器块414和416可以被设旁路绕过或不存在。在另一实施例中，冗余的组合式电力和数据信号412a-412c可以在向BOP和/或靠近海床的其它组件发射组合式电力和数据信号412a-412c之前使其电压经由变压器块414提升。冗余的组合式电力和数据信号412a-412c可以使其电压在BOP或位于海床处的其它组件处接收时经由变压器块416下降。每一个变压器块可以包括用于每一个组合式电力和数据线412a-412c的单独变压器对。例如，变压器块414可以包括匹配于被发射到海床处的BOP控制操作系统网络/组件的冗余的组合式电力和数据信号412a-412c的数目的变压器对414a-414c。作为另一示例，变压器块416可以包括同样匹配于被发射到BOP或海床处的其它组件的冗余的组合式电力和数据信号412a-412c的数目的变压器对416a-416c。

根据一个实施例，变压器块414可以位于离岸平台/钻机处以提升被发射到海床的组合式电力和数据信号412a-412c的电压。变压器块416可以靠近海床定位且可以耦合到BOP以接收从离岸平台发射的组合式电力和数据信号412a-412c。

在由BOP接收之后，组合式电力和数据信号412可以被利用电力和数据解耦组件420分离以将数据信号从电力信号分离。在组合式电力和数据信号412在BOP处被接收之后将数据信号从电力信号分离可以包括将数据信号从电力信号感应解耦以创建电力信号422a-422c，并且数据信号可以是数据信号424a-424c。根据一个实施例，电力和数据解耦组件420可以通过感应解调所接收的组合式电力和数据信号412a-412c来分离数据和电力信号。在分离电力和数据信号以获取电力信号422a-422c和数据信号424a-424c之后，如分段408中所示，可以向海底CPU426a-426f或者BOP或LMRP的其它组件分发信号。

如以上所描述的，电压可以被提升以用于电力到BOP的发射。同样地，频率可以被增加以用于到BOP的分段408中的组件（包括海底处理器426a-426f）的分发。高频电力分发的使用可以减小用于发射信号的变压器的尺寸和重量。图6是图示了根据本公开的一个实施例的用于向海底网络高频分发电力的方法的流程图。方法600在块602处开始，其中接收AC电力信号。在块604处，可以增加AC电力信号的频率，并且可选地，可以增加AC电力信号的电压，以创建高频AC电力信号。AC电力信号可以与数据信号组合，使得AC电力信号包括组合式电力和数据信号，如图4和5中所示。根据一个实施例，AC电力信号的频率和/或电压可以在离岸平台处增加。例如，参考回图4，可位于离岸平台上的电力和数据耦合组件410也可以用于增加发射数据、电力和/或组合式电力和数据所依照的频率。AC电力信号的频率可以是利用变频器来增加的。也可位于离岸平台处的变压器块414可以用于增加发射数据、电力和/或组合式电力和数据所依照的电压。

返回到图6，方法600可以包括：在块606处，向海底网络发射高频AC电力信号。在海床处或附近被接收之后，所发射的高频AC电力信号可以利用变压器块416在电压方面下降和/或所发射的高频信号的频率可以在海底网络处降低。例如，图4的电力和数据解耦组件420可以包括用于降低所接收的高频电力或组合式电力和数据信号的频率的功能性。

高频AC电力信号可以在被发射之后被整流以创建DC电力信号，并且DC电力信号可以被分发到图4的分段408内的不同组件。例如，经整流的电力信号可以是电力信号422a-422c，其可以是DC电力信号。特别地，可以将DC电力信号422a-422c分发到多个海底CPU426a-426f。在一个实施例中，高频AC电力信号的整流可以在海床附近发生。DC信号的分发可以允许较不复杂的分发并允许将电池用于向DC电力信号422a-422c提供电力。

海底CPU426a-426f可以执行控制包括电气和液压系统的BOP的各种功能的控制应用。例如，海底CPU426a可以控制BOP的闸板剪切，而海底CPU426e可以执行监视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可以执行多个任务。在其它实施例中，可以向海底CPU分配各个任务。参考图7更加详细地描述由海底CPU执行的各种任务。

图7是图示了根据本公开的一个实施例的具有海底CPU的立管堆叠的框图。系统700可以包括离岸钻机702和海底网络704。系统700包括离岸钻机702上的命令和控制单元（CCU）706。离岸钻机702还可以包括远程监视器708。离岸钻机702还可以包括电力和通信耦合单元710，诸如参考图4描述的那样。海底网络704可以包括电力和通信解耦单元712，诸如参考图4描述的那样。海底网络704还可以包括海底CPU714和多个液压控制设备，诸如集成阀子系统716和/或往复阀718。

可以将冗余合并到系统700中。例如，电力和通信解耦单元712a-712c中的每一个可以耦合在电力和通信线720的不同的分支上。此外，可以组织组件群组以提供冗余。例如，第一组组件可以包括电力和通信解耦单元712a、海底CPU714a和液压设备716a。第二组组件可以包括电力和通信解耦单元712b、海底CPU714b和液压设备716b。第二组可以与第一组并行布置。当第一组组件中的组件之一失效或表现出故障时，BOP功能仍可以在第二组组件提供BOP功能的控制的情况下可用。

海底CPU可以管理主要过程，包括井控制、远程操作潜水器（ROV）介入、所命令的和紧急的连接或断开、管道支撑、井监视、状态监视和/或压力测试。海底CPU还可以执行这些过程中的每一个的预测和诊断。

海底CPU可以将针对BOP内的动作、事件、状态和条件的数据记入日志。该记入日志能力可以允许高级预测算法，提供用于连续改进质量过程的信息，和/或提供用于失效模式分析的详细且自动化的输入。数据记录应用还可以提供能够在仿真环境中当离线运行数据日志时再现BOP系统的精确行为的高级且分布式的数据记入日志系统。此外，内置存储器存储系统可以充当用于BOP的黑匣子，使得存储在其中的信息可以用于任何时间处的系统取证。黑匣子功能性可以允许如本文所公开的具有控制应用的BOP控制操作系统内所采用的BOP所进行的自测试或自修复。每一个基于状态的活动（动作、触发、事件、传感器状态等等）可以被登记在高级数据记入日志系统中，使得可以在线或离线重放BOP的任何功能时段。

各种通信方案可以用于海底CPU之间和/或海底CPU与海底网络、岸上网络和离岸网络的其它组件之间的通信。例如，数据可以被复用到公共数据总线上。在一个实施例中，时分多址（TDMA）可以用在组件和在那些组件上执行的应用之间。这样的通信/数据输送方案允许使诸如感测数据、控制状态和结果之类的信息在公共总线上可用。在一个实施例中，每一个组件（包括海底CPU）可以在预定时间处发射数据并且数据被所有应用和组件访问。通过具有用于通信交换的时隙，可以降低或消除由于查询所致的数据丢失的可能性。而且，如果任何传感器/组件未能在其指定时隙处产生数据，则系统可以检测固定时间间隔内的异常，并且，可以激活任何急迫/紧急过程。

在一个实施例中，组件之间的通信信道可以是无源局域网（LAN），诸如一次输运一个消息的广播总线。对通信信道的访问可以由时分多址（TDMA）方案确定，其中时序由使用公共或分离的实时时钟的时钟同步算法控制。

图8是图示了通过TDMA方案进行通信的海底网络的组件的框图。海底网络800可以包括传感器802和804、剪切闸板806、螺线管808和810、以及其它设备812。海底网络800的组件可以通过TDMA方案820进行通信。在TDMA方案820中，用于在共享总线上通信的时间段可以被划分成时隙并且那些时隙被分配给各种组件。例如，可以将时隙820a分配给闸板806，可以将时隙820b分配给螺线管808，可以将时隙820c分配给螺线管810，可以将时隙820d分配给传感器802，并且可以将时隙802e分配给传感器804。在TDMA方案820中图示的时间段可以重复，其中每一个组件接收相同的时隙。可替换地，TDMA方案820可以是动态的，其中时隙820a-e中的每一个是基于系统800中的组件的需要来动态分配的。

在海底CPU上执行的应用还可以以类似的方式对共享通信总线的时隙进行共享。图9是图示了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方案的框图。根据实施例，系统900可以包括多个应用902a-902n。应用902可以是利用处理器执行的软件组件、利用逻辑电路实现的硬件组件、或者软件和/或硬件组件的组合。

应用902a-902n可以被配置成执行与BOP的控制、监视和/或分析相关联的多种功能。例如，应用902可以被配置为感测与BOP相关联的静水压力的传感器应用。在另一示例中，应用902可以被配置成执行BOP的诊断和/或预测分析。在另外的示例中，应用902可以耦合到BOP并处理与BOP相关联的参数以标识BOP的当前操作中的错误。所监视的过程参数可以包括压力、液压流体流动、温度等等。应用到诸如BOP或离岸钻机之类的结构的耦合可以包括通过位于BOP或离岸钻机上的处理器安装和执行与应用相关联的软件和/或当应用在不同位置处的处理器上执行时通过应用促动BOP功能。

BOP控制操作系统可以包括管理利用应用902a-902n对BOP的控制、监视和/或分析的操作系统应用902j。根据一个实施例，操作系统应用902j可以代理（broker）应用902a-902n之间的通信。

系统900可以包括海床处的海底中央处理单元（CPU）906a并可以被分配给应用902a。系统900还可以包括命令和控制单元（CCU）908a，其可以是耦合到与BOP通信的离岸钻机的处理器，并且可以被分配给应用902c。系统900还可以包括耦合到与离岸钻机和/或BOP通信的岸上控制站的个人计算机（PC）910a，其可以被分配给应用902e。通过向应用分配处理资源，处理资源可以执行与应用相关联的软件和/或提供被配置成实现应用的硬件逻辑电路。

海底CPU906a-906c中的每一个可以经由海底总线912与彼此通信。CCU908a-908c中的每一个可以经由表面总线914与彼此通信。PC910a-910c中的每一个可以经由岸上总线916与彼此通信。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CPU906a-906c中的每一个可以与海底总线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CPU906a实现的应用902a可以经由海底总线912、立管桥918、表面总线914、SAT桥920和岸上总线916与由PC910c实现的应用902f通信。在一个实施例中，立管桥918可以是允许海底网络912与局部水表面网络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与岸上网络916之间的通信的通信网络桥，并且SAT桥920可以包括有线通信介质或无线通信介质。因此，在一些实施例中，由于可构成SAT桥920的岸上通信网络的全球触及范围，与海底网络912相关联的应用902a-902n可以与在世界上任何地方实现的应用902a-902n通信。例如，SAT桥920可以包括卫星网络（诸如甚小口径终端（VSAT）网络）和/或因特网。因此，可被分派给应用902的处理资源可以包括位于世界上任何地方的任何处理器，只要该处理器能够访问诸如VSAT之类的全球通信网络和/或因特网即可。

在图10中示出将信息的输送从多个应用调度到共享总线上的示例。图10是图示了根据本公开的一个实施例的用于通信组件的方法的流程图。方法1000可以由图9的操作系统应用902j实现，操作系统应用902j还可以被配置成将信息的输送从多个应用调度到总线上。方法1000在块1002处开始，其中标识诸如与BOP相关联的那些应用之类的多个应用。例如，可以扫描通信网络912-916中的每一个以标识应用。在另一示例中，应用可以生成指示应用被安装的通知。所标识的多个应用可以是控制、监视和/或分析与BOP相关联的多个功能的应用，诸如图9中的应用902a-902n。

在块1004处，可以向每一个应用分派用于信息输送的时隙。应用可以在该时隙期间将信息输送到总线上。在一些实施例中，应用可能能够在被分派给其它应用的时隙期间将信息输送到总线上，诸如在紧急情形期间。应用在其期间可输送数据的时隙可以是周期性的且可以在等于被分派给应用以用于信息输送的所有时隙之和的时间段之后重复。

参考图9，应用902a-902n中的每一个可以通过系统900中的总线912-916耦合到虚拟功能总线904。虚拟功能总线904可以是降低两个应用同时将信息输送到总线上的可能性的所有总线912-916之间的协作的表示。例如，如果与表面网络914相关联的应用在所分派的时隙期间正在尝试向表面总线914输送信息，则没有其它应用（诸如与海底总线912或岸上总线916相关联的应用）可以将信息输送到其相应的局部网络总线上。这是因为虚拟功能总线904已经针对表面总线914中的该应用分派该时隙。虚拟功能总线904可以充当总线912-916与应用902a-902n之间的代理。

根据实施例，时间跨度922可以表示向系统中的每个应用分派时隙所需的全部时间。每一个时隙可以是或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15ms。在其它实施例中，每一个时隙可以具有相同的持续时间。时隙的分派和时隙的持续时间可以取决于与应用相关联的信息。例如，被配置成监视BOP的液压功能的应用可以被分配有比简单地从存储器读取信息的应用更多的时间。每一个应用可以具有使每一个应用同步的时钟。

返回到图10，在块1006处，可以监视信息到总线上的输送以检测何时没有信息在总线上可用，并标识被分派有在其期间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，可以激活紧急BOP控制过程，诸如BOP闸板促动。在其它实施例中，当在总线上检测到缺少信息时，可以促动通知和/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，可以做出针对要重发送的数据的请求，或者可以不采取动作。

应用902a-g可以根据预编程的模型来自主地控制BOP。图11是图示了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处开始，其中接收与BOP相关联的第一标识符。第一标识符可以在服务发现协议内使用以标识指定BOP的结构和BOP的多个可控功能的第一模型。在一个实施例中，模型可以是通过将所接收的标识符与BOP模型的数据库进行比较来标识的，其中BOP模型的数据库中的每一个BOP模型可以与可同所接收的标识符比较的唯一标识符相关联。在一些实施例中，模型可以包括行为模型或状态机模型。在块1106处，可以依照在所标识的模型中提供的规范来控制BOP的功能。

可以在用户接口处输出表示所标识的模型的显示。用户接口可以包括用于海床处的BOP的用户接口、用于从离岸钻机到BOP进行通信的用户接口、和/或用于从岸上控制站到离岸钻机和/或第一BOP进行通信的用户接口。用户接口可以是图9的应用902a-902n之一。例如，参考图9，用户接口应用可以包括应用902g，其为人机接口（HMI）。HMI应用可以在任何时隙期间进行访问以读取信息和/或能够在任何时隙期间将信息输送到总线912-916中的任何一个上。例如，在一个实施例中，可以允许来自HMI的信息在任何时隙期间被输送到总线912-916中的任何一个上以实施超控机制，其中用户能够在紧急情形中超控系统。在一些实施例中，HMI应用可以访问在任何应用中存储或处理的任何信息并显示信息的视觉表示。

根据实施例，可以在用户接口处接收用户输入，并且BOP的第一功能的控制可以基于所接收的输入。根据另一实施例，与BOP相关联的参数可以被接收且利用耦合到海床处的BOP的处理器、耦合到与BOP通信的离岸钻机的处理器和耦合到与离岸钻机和/或BOP通信的岸上控制站的处理器中的至少一个加以处理。然后可以基于所接收的参数的处理来执行BOP的第一功能的控制。在一些实施例中，BOP可以包括实况运行的BOP，诸如在海床处处于操作中的BOP，并且模型可以包括用于实况运行的BOP的实时模型。如果BOP是实况运行的BOP，则BOP的功能的控制可以基于在用户接口处提供的用户输入和/或与第一BOP相关联的参数的处理而实时发生。

尽管已经详细描述了本公开及其优点，但是应当理解的是，可以在不脱离如随附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下在此做出各种改变、置换和变更。而且，本申请的范围不意图限于在说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员将容易地从本发明、公开内容领会到的那样，目前现有的或稍后开发的与本文所描述的对应实施例执行基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤可以根据本公开加以利用。因此，随附权利要求意图将这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

水下钻井工具的至少一个海底组件；

被配置成与海底组件无线通信的至少一个海底处理器，

其中所述至少一个海底组件和所述至少一个海底处理器被配置成根据时分多址（TDMA）方案进行通信。

2.权利要求1的装置，其中所述至少一个海底组件包括螺线管、传感器、闸板、剪切工具、环和流量阀中的至少一个。

3.权利要求1的装置，其中水下钻井工具包括防喷器（BOP）和熄火制动器（BOA）中的至少一个。

4.权利要求1的装置，其中所述至少一个海底处理器和所述至少一个海底组件被配置成通过Wi-Fi或射频（RF）中的至少一个进行通信。

5.权利要求1的装置，其中所述至少一个海底处理器被配置成响应于从所述至少一个海底组件接收到的数据而采取动作。

6.权利要求5的装置，其中所述至少一个海底处理器被配置成基于水下钻井工具的模型来选择动作。

7.权利要求1的装置，其中所述至少一个海底处理器还被配置成通过桥来与岸上网络和离岸网络中的至少一个通信。

8.权利要求1的装置，其中所述至少一个海底处理器还被配置成接收用于同步TDMA方案的时钟信号。

9.一种系统，包括：

水下钻井工具的至少一个海底组件；

被配置成与所述至少一个海底组件通信的至少两个海底处理器；以及

包括海底网络的所述至少两个海底处理器与所述至少一个海底组件之间的共享通信总线，

其中所述至少两个海底处理器被配置成根据时分多址（TDMA）方案在共享通信总线上进行通信。

10.权利要求9的系统，其中所述至少两个海底处理器被配置成执行两个不同的应用。

11.权利要求9的系统，还包括将共享通信总线耦合到离岸网络的第二通信总线。

12.权利要求11的系统，其中所述至少两个海底处理器被配置成根据通过第二通信总线接收的命令来控制水下钻井工具。

13.权利要求11的系统，其中所述至少两个海底处理器被配置成监视水下钻井工具并向第二通信总线输送数据。

14.权利要求11的系统，其中第二通信总线被配置成向所述至少两个海底处理器提供电力。

15.权利要求14的系统，还包括被配置成减小通过第二通信总线输送的电力信号的电压的变压器。

16.权利要求9的系统，其中所述至少一个海底组件包括螺线管、传感器、闸板、剪切工具、环和流量阀中的至少一个。

17.权利要求9的系统，其中水下钻井工具包括防喷器（BOP）和熄火制动器（BOA）中的至少一个。

18.一种方法，包括：

在海底处理器处从水下钻井工具的海底组件接收数据；

在海底处理器处处理所接收的数据以确定控制海底组件的命令；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从海底处理器向海底组件发射命令。

19.权利要求18的方法，还包括根据TDMA方案通过第二共享通信总线从海底网络向离岸网络发射来自海底处理器的所接收的数据。

20.权利要求19的方法，还包括在海底处理器处通过第二共享通信总线从离岸网络接收电力。