CN107002479A - 高压海底防喷器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高压海底环境中的BOP系统，所述BOP系统包括BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有多个BOP闸板，所述多个BOP闸板附接到海底井口。所述系统还包括：立管子系统，所述立管子系统从钻探船延伸到所述BOP组套，并且提供两者之间的流体连通；船载子系统，所述船载子系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套和所述立管子系统，用于控制所述BOP组套和所述立管子系统的功能；以及安全仪表化系统，所述安全仪表化系统具有海面逻辑解算器和至少一个海底逻辑解算器，所述安全仪表化系统与所述BOP闸板的至少一部分通信，以用作所述船载子系统故障时的冗余控制系统。

Description

高压海底防喷器系统

相关申请案的交叉引用

本申请主张于2014年10月17日递交的美国临时专利申请62/065,431以及于2014年10月23日递交的美国临时专利申请62/067,829的优先权，其中临时专利申请62/067,829是于2015年9月30日递交的美国专利申请14/870,249的部分继续申请，这些专利申请的全部公开内容均以引用方式全部并入本文中。

本申请还主张于2014年11月11日递交的美国临时专利申请62/078,236、于2014年12月12日递交的美国临时专利申请62/091,160、于2014年12月17日递交的美国临时专利申请62/092,973、于2-14年12月17日递交的美国临时专利申请62/093,083、于2014年12月17日递交的美国临时专利申请62/093,200、于2014年12月17日递交的美国临时专利申请62/093,029、于2014年12月30日递交的美国临时专利申请62/097,845、于2015年1月15日递交的美国临时专利申请62/103,817、于2015年1月20日递交的美国临时专利申请62/105,379、于2015年4月14日递交的美国临时专利申请62/147,210、于2015年5月1日递交的美国临时专利申请62/155,671、于2015年5月7日递交的美国临时专利申请62/158,364以及于2015年5月20日递交的美国临时专利申请62/164,086的优先权，这些专利申请的全部公开内容均以引用方式全部并入本文中。

背景技术

1.发明领域

本说明书中所公开的实施例大体上涉及海底油气钻探系统。确切地说，本说明书中公开的实施例涉及高压环境下的海底油气钻探系统。

2.相关领域简述

海底油气钻探通常涉及在海面使用船舶，例如，所述船舶可以是钻探船或平台，其中设有延伸到海底附近的立管。所述立管的底端附接到下海底立管总成，其中所述下海底立管总成包含控制箱，用于控制海底附近的钻探系统的部件。立管下方通常设有组套，所述组套包括下海底立管总成和下部组套。所述下部组套包括安装到井口的防喷器(BOP)。钻探管从位于海面处的船舶穿过所述立管延伸到海底，穿过BOP并且穿过井口延伸到产油层的井口中。

随着海底钻探延伸到更深的底层中，压力和温度将升高。压力越高，油井泄漏所产生的潜在安全和环境后果就越严重。数十年来，已知钻探技术的限制导致油气行业无法对压力高于约15,000磅/平方英寸的钻井进行钻探，进而导致拥有相关油储量的国家/地区、油气行业和客户的利益损失。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于高压海底环境中的防喷器(BOP)系统。所述BOP系统包括：BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有附接到海底井口的多个BOP闸板；以及立管子系统，所述立管子系统从钻探船延伸到所述BOP组套并且提供两者之间的流体连通。此外，所述BOP系统包括：船载子系统，所述船载子系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套和所述立管子系统，用于控制所述BOP组套和所述立管子系统的功能；以及安全仪表化系统，所述安全仪表化系统具有海面逻辑解算器和至少一个海底逻辑解算器，所述安全仪表化系统与所述BOP闸板的至少一部分通信，以用作所述船载子系统故障时的冗余控制系统。

本发明的另一个方面提供一种用于高压海底环境中的BOP系统，所述BOP系统包括：连接到钻探船的BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有连接到海底井口的多个BOP闸板。此外，所述BOP系统包括：辅助组套测试系统，用于连接到所述BOP组套以在部署所述BOP组套之前测试所述BOP组套，从而确保所述BOP组套符合预定标准，所述辅助组套测试系统具有测试硬件和软件，所述测试硬件和软件设计成模拟将在钻探操作中使用的控制系统软件和硬件，以便有效地测试所述BOP组套，所述辅助组套测试系统包括额定安全完整性等级系统柜，所述额定安全完整性等级系统柜配置成测试所述BOP系统的安全仪表化系统。

本发明的另一个方面提供一种用于高压海底环境中的防喷器(BOP)系统，所述防喷器(BOP)系统包括：BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有多个BOP闸板，所述多个BOP闸板能够附接到海底井口；以及船载子系统，所述船载子系统能够以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套和立管子系统，以控制所述BOP组套和所述立管子系统的功能，其中所述立管子系统从所述钻探船延伸到所述BOP组套，并且提供两者之间的流体连通，所述BOP系统能够用于压力至多达到至少约20,000磅/平方英寸的钻井。

本发明的另一个方面提供一种用于高压海底环境中的防喷器(BOP)系统，所述防喷器(BOP)系统包括：BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有多个BOP闸板，所述多个BOP闸板能够附接到海底井口；以及船载子系统，所述船载子系统能够以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套和立管子系统，以控制所述BOP组套和所述立管子系统的功能，其中所述立管子系统从所述钻探船延伸到所述BOP组套，并且提供两者之间的流体连通，所述BOP系统能够在至多至少约350华氏度的内部流体温度(即，离开钻井并且进入所述BOP的流体)下操作。

本发明的另一方面提供一种用于高压海底环境中的油气钻探方法。所述方法包括以下步骤：将BOP组套附接到位于海底的井口，所述井口覆盖压力至多达到至少约20,000磅/平方英寸的钻井；以及使用海底立管子系统将所述BOP组套连接到钻探船。所述方法进一步包括：使用船载子系统控制所述BOP组套的功能，所述船载系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套的部件；以及将与安全仪表化系统相关联并且与所述船载子系统隔开的逻辑解算器连接到所述BOP组套的部件，以作为所述BOP组套的冗余控制系统。

附图说明

阅读本发明的非限定实施例的以下详细说明并且查看附图可更好地理解本发明，在附图中：

图1示出根据本发明一个实施例的BOP系统的内外关系图；

图2示出根据本发明的BOP系统以及多个子系统的产品分解结构图；

图3示出根据本发明一个实施例的船载子系统的内外关系图；

图3A示出图3中的配电系统的图解；

图4示出根据本发明一个实施例的立管子系统的内外关系图；

图5示出根据本发明一个实施例的BOP组套的内外关系图；

图6是图5中的BOP组套的下海底立管总成(LMRP)的内外关系图；

图7A是图5中的BOP组套的下部组套的内外关系图；

图7B是图7A中的下部组套的下海底控制模块的内外关系图；

图8A是根据本发明一个实施例的安全仪表化系统(SIS)的侧视示意图；

图8B是根据本发明一个替代实施例的SIS的侧视示意图；

图8C示出图8A和图8B中的SIS的控制系统，包括自动和含人回路控制器；

图9是根据本发明一个实施例的脐带子系统的内外关系图；

图10是根据本发明一个实施例的辅助组套测试子系统的内外关系图；以及

图11是根据本发明一个实施例的数据管理子系统的内外关系图。

具体实施方式

参考以下优选实施例和附图说明可进一步了解本发明的以上方面、特征和优势，其中在附图中，类似的参考数字表示类似的元件。下文涉及本发明的多个示例性实施例。所公开的实施例不得解释成或者以其他方式用于限制本发明，包括权利要求书的范围。此外，所属领域中的普通技术人员可认识到，以下说明拥有广泛应用，并且关于任何实施例的讨论仅用于对所述实施例进行示例性说明，并且用于暗示本发明，包括权利要求书的范围限于所述实施例。

以下说明提供关于本发明的系统的概述。其中，提供本发明中所含的子系统以及每个子系统的高级别说明。本说明书还描述了子系统之间的系统级接口，以及维保系统内的BOP正确运作所需的外部部件。

在本申请中，用于描述本发明的首字母缩略词和缩写的含义如下：

·ASTS-辅助组套测试系统

·BPCS-基本过程控制系统

·BOP-防喷器

·BSR-全封闭剪断闸板

·C&K-节流和压井

·CBM-状态维修技术

·CCU-中央控制单元

·CP-阴极保护

·CSR-套管剪切闸板

·EDS-紧急分离序列

·ERA-电子立管角度

·FITA-可现场安装的终端组件

·FRU-流体储存器单元

·HMI-人机接口

·HPHT-高压高温

·HPTU-高压测试单

·HPU-液压泵单元

·HVR-变径闸板

·I/O-输入/输出

·Ksi-千磅/平方英寸

·LMRP-下海底立管总成

·MTBR-平均修理间隔时间

·MUX-多工

·MWP-最大工作压力

·psia-每平方英寸绝对镑数

·RBOP-闸板防喷器

·ROV-远程操作机车

·SEM-海底电子设备模块

·SIF-安全仪表化功能

·SIL-安全完整性等级

·SIS-安全仪表化系统

·SRS-安全要求规范

在本申请中，以下术语的定义如下：

·中央控制单元是指包含计算机的机柜，所述计算机用于处理数据并且将控制信号发送到海底POD等其他子系统。CCU通常具有冗余用途的蓝色和黄色指定机柜。

·钻机面板是指位于钻探船的月池附近的HMI端子。

·紧急分离序列是指多个事件的编程序列，这些事件操作各项功能离开所述组套并且控制在所需状态下，并且将LMRP与下部组套分离。

·工程工作站是指查看BOP状态信息的HMI端子。工程工作站通常包含用于数据记录的设备。

·流体储存器单元混合并且储存液压流体浓缩物、甘醇和水，以产生液压流体，所述液压流体供应到HPU以向蓄能器组充压并且操作液压组套功能。

·液压泵送单元供应液压流体以使用预充压力将海面和海底蓄能器充压到最大系统操作压力。

·井涌是指地层液体或气体流入井口中。如不采取纠正措施，井涌可能引发井喷。

·下海底立管总成是指所述组套中的一部分，在所述部分中安装有环状BOP和海底控制系统(POD)。所述LMRP可以通过液压连接器与下部组套分离。

·下部组套是指所述组套中设置在井口与LMRP之间的部分。通常，所述组套的所述部分容纳闸板BOP、传音备用设备和锚定桩系统。

·POD是指包含两个SEM、海底变压器和海底液压控制阀的海底部件。

·安全完整性等级是指安全仪表化所需的风险降低量。

·安全仪表化系统是指一种系统，所述系统经工程以在发生不可接受或危险条件时，执行失效保险的特定控制功能或者维持安全操作过程。

·滑橇是指船上的特定子系统的机械布置。

·组套是指设置在井口与立管之间的组件。防喷系统安装在所述组套上。所述组套由下部组套和LMRP构成。

·工具推动器面板是指位于钻探船上的HMI端子。

在钻探操作中，BOP通常是辅助钻井控制方法。钻井中的主要压力控制方法包括使用对抗压力技术通过加重钻探的压力控制。但是由于储存器压力的不确定性，所述存储器压力是在开始钻探之前估计的，因此在某些情况下，钻探泥浆的重量不足以维持钻井的控制。在行业中称为井涌的情况下，BOP可保护钻井装置和环境受井涌的影响。

在附图中，图1示出顶级子系统。这些包括：船载子系统300；海底取油管子系统400；BOP组套子系统500，所述BOP组套子系统包括LMRP600(如图6中所示)和下部组套700(如图7中所示)；SIS子系统800；脐带子系统900；测试套件1000；以及大数据子系统1100(钻井装置到云数据管理子系统)。此外，本发明的一些实施例包括CBM技术，通过所述CBM技术，本发明的系统可收集、相互关联并且处理与具体部件或部件组相关的数据，并且相对于已知的基于时间的维护计划而言更有效地确定基于使用的维护计划。

如下文参考每个子系统进一步详述，船载子系统300可包括海面控制器、分流器滑橇和蓄能器(设计成支持分流器的液压需求)、HPU和/或FRU以及蓄能器(设计成支持HPU的液压需求)、动力关系部件以及其他部件。海底取油管子系统400可包括LMRP立管转接器、立管接头、立管张紧环、立管运行工具(可以是液压工具)、手动运行工具和立管提升工具。海底取油管子系统还可包括自动立管管理控制系统(RMS)，所述系统能够向每个立管部分使用射频识别(RFID)技术来唯一地识别用于跟踪立管串中的部署(时间海底)和位置的部分。

此外并且如下文进一步详述，BOP组套子系统500可包括设置在所述组套框架内的海底控制器和传音感测设备。在一些实施例中，所述组套能够从海底垂直或水平提升，并且使用围绕并且制成BOP的框架可安装声学传感器和电子控制器以收集用于传输到海面的数据。BOP组套子系统500还可配有C&K子系统，并且可以设计成适用于ROV操作，方法是提供允许ROV读取和/或收集数据和启动值以用作特定功能的独立外部控制。

SIS子系统600可包括海面和海底逻辑解算器以及SIL额定液压部件，以根据SRS启动所识别的BOP。测试套件1000可包括：ASTS，用于钻探船甲板上的辅助组套的传导测试；以及HPTU，用于测试立管串和BOP组套上的液压设备。此外，测试条件1000可包括POD测试站。在一些实施例中，大数据子系统1100可包括两个独立级别的功能。首先，大数据子系统1100能够以服务器的形式存在于钻探船上，从而提供用于托管应用程序以满足客户需求的框架，并且提供用于将数据传输到基于云的数据管理系统的门户。其次，所述大数据子系统1100可利用基于云的数据管理服务来提供操作数据，例如部件跟踪。

根据本发明的特定实施例，钻探系统的顶级功能可包括BOP组套子系统500，所述BOP组套子系统设计成提供20Ksi的额定压力，以实现钻探使用当前技术无法达到的井深的目的。此外，海底取油管子系统400可提供海面钻探船与BOP组套子系统400部件之间的连接，以便钻探系统导向到井口，并且支撑海面与海底子系统之间的控制器的电缆和液压设备。

此外，在一些实施例中，所述BOP控制系统(海面和海底)可使钻探操作员能够监控和启动BOP组套子系统500的功能。脐带子系统900可提供高电压电源、液压管线和光纤通信电缆。此外，脐带子系统900可使用与所属领域中的公用术语相一致的蓝色和黄色标识来冗余。

此外，在一些实施例中，所述系统可包括新特征，以允许使用传音设备来对BOP组套子系统500进行外部监控，并且还可包括SIL额定备用控制系统，以增强安全性。为改进零件的跟踪并且增强识别潜在风险的能力，可使用大数据子系统1100。大数据子系统1100可允许进行使用跟踪，以确保售后服务了解待定的设备服务和故障模式。此系统可识别有助于解决系统设计问题的模式。

在本发明的一些实施例中，所述系统可监控以下条件，包括：

·FRU流体液位(高和低)

·海面控制柜内的温度

·海底SEM外壳内的温度，电力母线电压(直流和交流)

·螺线管电压和电流(例如，可监控微小电流以指示螺线管线圈并非开路)。

·SEM外壳中的进水(如果外壳压力降低1ATM并且水开始填充所述外壳，则向海面发送警报消息)

·井口压力和温度

·海面蓄能器压力

·海底集管调节器压力

·上下环状调节器压力

·HPU蓄能器、集管和泵压力和过滤(可提供关于过滤器已插入的指示)

·海底部件的水流

·立管两端上的ERA

·BOP闸板位置和压力

·传音检测子系统中的液压系统漏油和阀启动。

可使用与从约4毫安(mA)到20毫安(mA)的范围内的电接口相符的压力和温度传感器监控这些条件中的至少一部分。

本发明的特定实施例还可包括至多五个或更多个SIF。这些可包括：管闸板BOP控制器、CSR BOP控制器、BSR BOP控制器、LMRP连接器脱扣和EDS。

本发明的系统优于许多已知系统，因为它们提供若干不同的功能。例如，本说明书中所述的系统是可靠的，并且可以实现所有海底设备系统的MTBR达到至多约365BOP-天或以上。这部分是通过将一些子系统的可靠性提高约120％来实现的，包括脐带子系统900、海底电子部件、海底液压部件以及C&K管线。其他部件的可靠性提高有利于改进MTBR。此外，本发明的系统和子系统设计成符合适用的政府和行业法规和规范，例如与美国政府安全和环保执行署(BSEE)、美国石油学会(API)和国际电子技术委员会(IEC)相关的法规和规范。

此外，本发明的系统能够实现每个系统功能的钻探高效性，并且缩短运行时间和维护所用时间。这是通过在系统的战略部分中实施冗余性来实现的，如下文进一步详述。此外，本发明的系统设计成使系统设计维护时间间隔达到约10年或以上。

总体系统结构-图2

BOP系统10包括图2中所示的众多子系统。例如，BOP系统10可由立管部件12、多个闸板型BOP14、环状BOP602(如图6中所示)、C&K部件16、控制系统18和海底SIL解算器构成，其中所述海底SIL解算器具有SIL额定阀。BOP系统10可以通过立管、两个脐带电缆(包含纤维和铜)、两个刚性导管以及热管线连接到海面。海底的蓝色和黄色冗余箱使用FITA装置交叉连接，以提供用于通信和供电的冗余通路。BOP系统10可以包含足以根据需要关闭任何闸板BOP或环状BOP的电气和液压控制器。BOP系统10还包括机械部件20、状况监控部件22和测试部件24。

立管部件12提供海面与井口设备之间的钻探泥浆和钻出物质的主要导管。此外，立管部件12在部署和取回这些部件期间支撑BOP和LMRP的重量，并且可具有至多约450万磅或更多的额定张力。立管部件12从LMRP一直延伸到分流器，并且由以下构成：立管26、立管转接器28、立管接头30(可以光滑并且有浮力，并且长度可以达到约90英寸)、短钻杆、C&K管线、升压管线、液压管线(可以是双工)、带气体分流管线的气体处理器、套管接头接口、伸缩环32、分瓣式张紧环、终端环、多脚架34和万向接头36，以及各种运行、处理和维护工具。

在特定实施例中，立管主管在套管接头下方可以具有约19.25英寸的最小内径。此外，在许多实施例中，立管连接联轴器接通和断开无需手动连接，并且可以完全自动化运行和取回。

闸板型BOP 14可以包括一个双环挠性接头(可具有至多约6,000磅的额定值)，其位于组套的顶部并且由LMRP框架进行支撑。在一些实施例中，可以设有约八个闸板型BOP14，这些BOP可以构成位于下部框架上的BOP组套。这些闸板可以包括两个或更多个BSR 38、一个或多个CSR 40以及至少一个管道闸板42，在一些情况下，还可以设有HVR 44。

C&K部件16设计成允许钻机通过关闭的BOP循环出井口中所含的井涌。一旦检测到井涌，必须增加泥浆重量以避免进一步涌入井口中。同时，必须安全地循环出已经进入钻井中的入流气体量。节流管线48将流体从井口输出到称之为节流和压井集管中，所述节流和压井集管位于钻探船的表面上。所述表面上可以设有可变节流阀，所述可变节流阀经控制以维持将任何流入量输出钻井的安全循环。压井管线50用于将流体循环到位于闭合BOP下方的井口中。使用压井管线50，钻机可将更大重量的泥浆加入井口中，以避免发生任何进一步入流。

BOP中的每个腔可以附接节流管线48或压井管线50的出口，具体取决于位于所述腔的闭合闸板下方的BOP组套构造。这些节流管线48和压井管线50分别使用行业中称之为C&K阀52、54与井口隔离。C&K阀52、54可以组装在BOP组套14上，并且用于在常规操作期间将井口与C&K管线48、50隔离。在压井情况下，这些阀中两个阀打开，以允许流体流入并且流出井口。在一些实施例中，所述阀可以是3-1/16”双向双重主C&K闸阀，具有失效保险关闭的执行器以及失效保险打开的执行器。这些阀通常安装在3-1/16”或4-1/16”法兰上。执行器可以使用相同的工作流体，由控制BOP组套14上的其他功能的同一控制系统驱动。

在BOP组套上，C&K部件16还分别包括C&K连接器56、58，挠曲回路60以及短管62。C&K连接器56、58通常是位于LMRP和下部组套上的C&K管线48、50之间的可液压伸缩接头。由于LMRP能够从下部组套上单独取回，因此，需要使用连接器来进行隔离。挠曲回路60提供挠性导管，用于将C&K管线48、50从固定BOP组套顶部连接到允许移动的立管转接器。由于BOP组套锚固到海底，但是钻探船能够在海面上自由移动，因此，必须相对于BOP组套14允许立管26中的运动。挠曲回路60用于允许此运动，这样可以允许BOP组套14与立管26之间沿任何方向中的至多约10度的运动。挠曲回路60管线通常弯曲到回路中的刚性管或者是增强弹性软管。短管62可以是直管构件，所述直管构件的每一端上设有法兰，所述法兰连接到挠曲回路60，C&K阀52、54，BOP组套14，C&K连接器56、58等，

BOP系统10的控制系统18可以分解成多个独立构件，包括海面控制器64、海面液压控制器66、海底控制器68、海底液压控制器70和脐带控制器72。

海面控制器64可以包括软件74，所述软件是以已知控制器和IO框架为目标，使用用于生成可执行指令的专用软件建模工具进行开发的。如下文详述，双冗余CCU(蓝色和黄色)是海面控制器64中的系统控制通信的焦点，并且用作若干HMI中的两个HMI。所有数据，包括来自任何海面控制器HMI的功能命令、来自目标系统部件的相关联响应以及系统状态更新，均传输到CCU，所述CCU进而将数据转发到适当的系统部件以及工程工作站以进行历史记录。

工程工作站(EWS)(未图示)是连到控制系统18软件的主要接口。机柜安装的处理器能够监控并且打印由控制系统软件生成的警报、错误和事件，并且具备维护/诊断、系统设置和管理能力。

HPU接口面板(未图示)操作液压流体混合滑橇，控制位于泵送滑橇上的至多三个五工泵，监控海面蓄能器和集管压力，并且控制电动执行器，所述电动执行器操作海面蓄能器隔离阀的打开/关闭功能，蓝色和黄色热线阀门以及刚性导管阀。

分流器控制系统接口面板(未图示)允许从CCU的远程、钻机面板或者工具推动器面板来操作分流器，并且实现系统控制器与分流器接口面板远程输入和输出之间的通信。

配电子系统(未图示)包括冗余(蓝色和黄色)CCU以及不间断电源(UPS)(未图示)、配电盘(PDP)(未图示)。UPS将隔离过滤器并且调节不纯并且不稳定的输入电力，并且产生可靠、恒定、纯正弦波输出。UPS可以在输入电力中断时，向控制系统18供电至少约两小时。PDP为海面控制器64提供电力选择、保护和协调。每个PDP可以在两个独立母线上从两个单独的UPS源接收电力，并且可以协调各个控制子系统的配电。

本发明的一些实施例可以包括SIS面板，所述SIS面板可以是基于海面的逻辑控制器，所述逻辑控制器向控制系统18提供安全系统控制通信。SIS面板可以具有按钮功能，并且可以向操作员提供有关SIS事件的照明指示。数据，包括送至海底部件的功能安全命令，可以来源于此面板。此外，来自目标系统部件的相关联响应以及系统状态更新可以传输回此面板。

在一些实施例中，远程显示面板(未图示)可以用作控制系统18的主操作员站。远程显示面板可以额定用于危险区域中，并且可以包括由其中的单板计算机驱动的触摸屏。远程显示面板可用作控制控制系统18的若干HMI选项。

海面液压控制器66可以负责过滤、混合、加压、储存和分配控制流体，所述控制流体用于海底或者钻井装置中的其他地方，以进行BOP操作和测试。钻井装置供应用在控制流体中的饮用水、浓缩物和甘醇。饮用水可通过一系列过滤和UV清洁系统部件，以使其达到浓缩物制造商建议的清洁度，然后再将所述水供应到FRU 76。

FRU 76混合和储存液压流体浓缩物、甘醇和水，以生成液压流体并且供应到HPU78。流体的混合比可以调整，以与制造商建议的混合比相匹配。控制流体可以储存在用于向HPU 78供料的不加压罐中。

HPU 78可以供应液压流体以将海面和海底蓄能器80从预充压力充压到最大系统操作压力，在一些实施例中，所述最大系统操作压力可以是约5,000psi。所述储存的流体可以用于操作LMRP和下部BOP组套中的所有液压功能。

蓄能器80可以通过HPU 78，使用BOP控制流体从预充压力充压到系统操作压力。之后，控制流体可以通过立管上的刚性导管和/或脐带子系统的热管线向海底液压控制器66放压。

海底控制器68可以包括电子/电气和液压控制器，用于监控和控制BOP组套14。海底控制器68可以提供可靠的方式来控制C&K阀和BOP(包括闸板型和环状BOP)以及其他负载的启动。

此外，海底电子设备可以经由光纤电缆与海面控制器64通信。使用光纤通信可以提供连续监控子系统所需的较高传输速率，以及对电磁干扰的更高免疫性。控制通信设备可以通过经由单独的光纤输送控制通信来独立于非关键通信。

SEM和海底液压控制器可以是海底POD 82的主要子系统。使用SEM能够收集数据(例如，压力、温度、流速和闸板位置)并且将其传输到海面控制子系统，并且通过螺线管电动启动导向阀。每个POD82内可以设有两个全冗余SEM单元。此外，海底液压控制器可以包括导向阀、往复阀、管线、SPM阀和蓄能器瓶。蓄能器瓶可以提供启动BOP所必需的液压流体/压力。

海底控制器68的结构还可以包括将电力和通信部件封装到公用插座中，以用作与SEM断开的电源。此实施例可以部署冗余插座，包括位于LMRP上的两个以及位于下部组套上的两个。此设计可以是有利的，因为如果需要加入额外的电力或通信部件，它可以减少(或消除)SEM POD 82的未来重新设计。海底控制器68设计还可以并入FITA的功能和接口，以允许在两个POD之间进行电力和通信部件的交叉连接。

在一些实施例中，海底控制器68设计(以及海面控制器64设计)可以包括独立的海底逻辑解算器(和/或IO扩展设备)，作为总体SIS的一部分，用于提供额外的海底安全控制器。

海底液压控制器70至少部分负责从海面液压控制器66接收控制隶体，并且将所述流体分配到LMRP和下部组套上的液压功能上。海底液压控制器70可以包括刚性导管集管，所述刚性导管集管从刚性导管86(蓝色和黄色)和/或热管线88获取控制流体供应。刚性导管集管调节器(未图示)可以调节(根据需要)并且将控制流体分配到适当的箱和海底蓄能器80。刚性导管集管84可以管道连接，以使任一刚性导管86能够为任一箱提供完整的冗余性。

海底箱的液压部分通常从刚性导管集管84接收控制流体，将所述流体调节到适当压力，并且将所述流体分配到LMRP和下部组套上的适当功能。所述箱可以包括用于在功能启动时测量流量的流量计，以及用于测量所选功能和来源的压力。

海底蓄能器80可向诸如自动直剪机/锚定桩、传音箱、ROV干预和SIL箱等海底备用系统供应加压控制流体。可以从海面向这些蓄能器80供应压力，或者可以使用ROV将这些蓄能器进行重新加压。

海底液压控制器70可以包括锚定桩/自动直剪系统(未图示)。锚定桩/自动直剪系统设计成在两个箱均丧失来自海面的所有液压供应和电气通信时，在钻井中关闭。自动直剪系统的功能在于在LMRP与下部组套意外分离时，在钻井中关闭。锚定桩/自动直剪系统可以在延迟之后关闭CSR 40，然后关闭BSR 38。这些系统是无源式系统，可以在进入待命状态之后保持待命，并且可以提供回读，在指定显示其待命/解除待命状态。

自动直剪系统(未图示)是在控制箱与接收器集管之间的液压压力通信在系统处于待命状态下中断时，自动关闭一组剪断闸板。可能发生液压压力损失，例如在LMRP意外断开或者箱穿刺回缩期间。

自动直剪系统可以由两个液压回路构成，包括安装在箱上的自动直剪回路以及安装在组套上的自动直剪回路。所述安装在组套上的自动直剪/锚定桩阀组件可包括双SPM阀，所述双SPM阀由待命/解除待命阀以及触发阀构成。待命/解除待命阀可以是位于待命回路导引管线上的液压控制式止回阀(POCV)，用于帮助将所述阀维持在待命(打开)状态。所述阀还可以具有所谓的“锁定短管”，从而确保在POCV故障的情况下，阀保持在其最后已知位置。在常规操作期间，触发阀可以在导引压力下保持关闭，并且在自动直剪/锚定桩情况下，主要使用弹簧在丧失导引压力之后进行故障时自动打开。但是，所述阀具有额外的冗余性，并且还可以设计成在两个阀弹簧均损坏时进行故障时自动打开。在每个自动直剪双SPM阀的输入端口处，可以安装孔配件以减少系统上的水锤效应。

本发明的实施例还使得回路能够用作“锚定桩”回路。如果两个箱的液压压力和电气通信均中断，则安装在箱上的自动直剪回路可以启动安装在组套上的自动直剪阀。这样可以致使在自动直剪/锚定桩处于待命状态下时关闭BSR。此外，根据一些实施例，传音箱备用系统可以由若干回路功能构成，这些回路功能可以使用传音总成进行远程控制。

在一些替代实施例中，海底液压控制器70可以允许进行ROV干预，例如以控制关键功能，隔离所定义的潜在泄漏点，并且/或者提供视觉回读(例如，通过计量器、位置指示器等)。

脐带控制器72可以使得能够在同步控制器中部署双电缆(蓝色和黄色标识)。此外，脐带控制器72可以包括液压“热管线”盘的同步。所述同步控制器可以用于脐带部件的自动部署和取回。

脐带控制器72可以包括电缆盘90的控制器。在特定实施例中，每个电缆盘90和框架可以由碳钢制成，并且涂覆三层保护涂层系统。电缆盘90可以根据蓝色和黄色恩表示涂漆，以提供与其附接的海底箱的视觉连接。电缆盘90还可以包括重型座架、气动发动机和水平绞线器驱动系统、圆盘制动器系统、滑环组件和接口接线盒。此外，电缆盘90可以配有圆筒装圆盘制动钳，所述圆盘制动钳从盘控制台92进行控制。可以设置外壳以覆盖制动瓦和不锈钢制动转子，以避免受环境中的元素的影响。

除了以上内容之外，在一些实施例中，可以设置可拆除的水平绞线器系统，并且所述水平绞线器系统可以安装到电缆盘90的前部。所述水平绞线器组件可以包括：不锈钢驱动轴(阿基米德螺钉)，所述不锈钢驱动轴由法兰轴承支撑；手动启动的超越离合器，用于将水平绞线器系统与电缆位置同步；以及滑动托架。所述滑动托架可以配有弹性辊子，所述弹性辊子控制MUX电缆94，所述MUX电缆从电缆盘90和支撑结构绕出。所述滑动托架还可以自反向，并且一旦安装，即可与电缆到卷筒的出口/入口点同步。

每个盘90可以装配重载滑环组件，所述重载滑环组件根据防爆标准制成。所述滑环可以每环具有两个铜-石墨刷的红铜。可以经由两个触点/环来通过滑环进行信号传输，但是也可以在仅一个触点工作的情况下维持操作和控制。滑环外壳可以由不锈钢制成，并且可以通过法兰安装到主电缆盘90轴中。此外，对于滑环到MUX电缆终端，电缆盘90可以配有增强的安全接线盒。此外，空气控制器可以封装在不锈钢机柜中，所述不锈钢机柜安装在电缆盘90结构上。所述机柜可以包括空气阀，所述空气阀驱动电缆盘电动机和圆盘制动器系统。

根据本发明的一些实施例，测试部件24可以使用UPS源。所述UPS可以设计成提供电力调节以及在在主电源故障的情况下提供电池供电的备用电源。UPS机柜内的配电单元可以向以下实体配电：1)ASTS 94 CCU机柜，2)远程显示面板，3)箱测试接线盒，以及4)HPTU96。

根据本发明的一些实施例，使用ASTS 94可在其位于钻探船的甲板上时，测试辅助BOP组套上的所有功能(电子和液压)。ASTS 94可以发出命令并且监控所有BOP功能，以在将备用组套部署在海底之前对其进行测试。ASTS 94可以跟踪所识别部件(例如，阀、闸板、环状部件)的所有使用，以提供监控组套使用所需的数据。测试操作员可以通过多用途HMI与ASTS 94对接。ASTS 94能够在一个或两个海底箱已安装的情况下测试BOP组套。

可以通过同一HPU 78供应测试用液压动力，所述HPU 78在专钻探操作期间向BOP组套14供料。HPU 78及相关流体系统可提供两个BOP之间的足够屏障和灵活性(即，测试BOP和组套中的BOP)，以确保主系统始终符合所有相关的法规和规范。

除了测试BPCS功能之外，ASTS 94还可以测试海底SIS功能以及两个子系统之间的所定义接口。由ASTS 94所用的逻辑解算器可以是至少SIL 1级功能。

HPTU 96可以设计成提供BOP，C&K管线48、50，升压管线和刚性导管86的测试压力。HPTU 96可以设计成提供甘醇的高压注入。HPTU 96还可以包括HPTU滑橇、计算机化泵控制器、电动机启动器面板、BOP/测试储存区远程面板以及钻井装置底板。所述系统可以设计成能够以受控、安全和适当隔离的方式供应流体。

在一些实施例中，箱测试器98可以使用随所述系统配备的膝上型便携计算机。箱测试器98中的软件可以在处于测试台上时，使操作员能够测试和监控BOP控制系统10的海底箱的任何功能、模拟值点或者流量计读数。所述软件还可以监控受监控海底箱中的模拟参考点。每个调节器还可以通过增大或减小命令进行操作。可以显示所述流量计读数，并且可以使用箱测试器98屏幕上的屏幕按钮来重置所述流量计读数。此外，目视显示屏幕可以显示每个螺线管的状态，并且可以显示模拟参考点和流量计读数的模拟值。箱测试器98的软件可以：1)监控模拟变送器，2)监控流量计，3)操作调节器，以及4)执行独立的螺线管。

船载子系统-图3、3A

现在参见图3，其中示出额了船载子系统300的内外关系图，所述船载子系统包括海面电子控制器302、电力管理子系统304、HPU/FRU/蓄能器子系统306和分流器滑橇/蓄能器子系统308。这些部件中的每个部件的细节将在下文中详述。

海面电子控制器302可以包括以下硬件：

·蓝色和黄色标识的CCU机柜

·蓝色和黄色标识的IO机柜

·四个HMI面板控制台，具有双处理器和双LCD触摸屏

·一个钻机控制台HMI，具有双处理器和LCD触摸屏

·一个HPU I/O接口面板

·一个分流器I/O接口面板

·一个EWS

·安全控制机柜

·一个机柜用作服务器机架(对于大数据和服务器)

·具有2个天线构造的GPS子系统(2个天线构造可以在不移动的情况下提供方向)

此外，可以通过光纤电缆在机柜外部进行以太网通信。可以提供连到控制机柜、HMI面板、HPU接口面板和分流器接口面板的蓝色和黄色电缆。在一些实施例中，机柜可以具有至多20％的备用容量，以及20％的额外空间以供未来扩展。此外，在特定实施例中，HPU接口面板可以提供用于流量计数据、监控控制、压力开关读数(例如辅助电动机控制)、FRU控制器和隔离阀控制器的接口。

电力管理子系统304负责满足BOP系统的电力需求。电力管理系统304可以从船的发电机接收电力，将原始输入转换成直流电力，然后依据所需的电压将直流电力转换回交流电力。电力管理子系统304还可以提供不间断电力至少2小时。此外，在一些实施例中，电力管理子系统304可以在电池不充电以及/或者电池正在放电时，向海面电子控制器302提供通知。图3A中示出根据本发明一个实施例的配电系统的一个可能配置的实例。

此外，图3还示出HPU/FRU/蓄能器子系统306。如其名称所示，HPU/FRU/蓄能器子系统306包括HPU、FRU和BOP海面蓄能器和水过滤系统以及其他部件。这些部件中的每个部件将在本说明书中详述。

根据本发明的一些实施例，HPU储存液压流体，并且供应液压流体以将海面和海底蓄能器从预充压力充压到预定最大系统操作压力。所述储存的流体可以用于操作LMRP和下部BOP组套中的所有液压功能。

所述HPU可以包括HPU接口面板，所述HPU接口面板为液压动力系统提供装置控制和数据采集功能。HPU可以生成警报，所述警报可传输到海面控制系统以向远程HMI面板发出警报并且进行警报的记录。

HPU的主泵送单元可以安装在重载油田型滑橇。在一些实施例中，所述滑橇框架可以由全接缝焊接碳钢构成，涂覆适用于海洋服务应用的涂漆系统。所述滑橇还可以包括具有排放阀的不锈钢接滴盘。裸露的滑橇甲板可以配有玻璃纤维非滑橇格栅，其安装在滑橇接滴盘之上。不锈钢部件可以进行钝化和/或电抛光。

泵滑橇单元可以配有过滤系统，例如，以向控制集管、分流器系统和BOP组套提供流体。所述单元可包括两英寸、微米双不锈钢过滤器，其具有目视堵塞过滤器指示器和内部旁通阀。此外，所述过滤器集管可以配有差压计。所述过滤器外壳可以使用集管，所述集管设计配有断流隔离阀，所述断流隔离阀设置上游和下游，以用于在维持其余系统操作的同时进行个别过滤器的隔离和检修。此外，旁通平衡阀可以设置在所述过滤器和手动隔离阀上，以在返回到全流量之前平衡压力。

在一些实施例中，HPU的泵可以是电动的。HPU可以包括至多三个电动机，所述电动机设有冗余电源(例如，一个可以从主配电盘供电并且一个可以从应急配电盘供电)。每个电动机可以与柱塞式泵相连，并且电动机可以是480伏、三相六十(60)Hz额定电动机。此外，每个泵可以由多个“V”形带驱动，以便所需的油浴极少或不需要，但是能够维持最低噪声和振动级。

HPU的泵可以安装成便于检修维护，并且可以包括但不强制要求顶装不锈钢吸入式粗滤器，安全阀，吸入和排出隔离阀，排出阀以及适当大小的脉动减震器。此外，每个泵的LP入口过滤器可以具有篮式粗滤器，所述篮式粗滤器具有可拆除的网筛，用于支持特定钻探操作所需的流量质量和流速。此外，在一些实施例中，每个泵可以具有自动复位安全阀，所述自动复位安全阀位于流体端的出口，能够提供高于泵的排放速率。

用于HPU中的泵可以独立操作并且冗余，具有警报接口总成，并且可包括以下：低储存器液位警报、低压警报、自动电动机关断和紧急情况下运行泵的手动超控。

对于驱动HPU中的泵的电动机，本发明的一些实施例提供一种用于每个电动机的自动电动机启动器。此外，HPU可以设有流量计，例如，外部安装的不锈钢超声流量计，以测量总流量，单位为加仑。子系统和流量计可以设计成最大限度降低流量计涡轮机冲刷的风险(如适用)。

在一些实施例中，HPU可以包括海面系统隔离阀，所述海面系统隔离阀可操作地提供以下HPU功能的远程隔离：海面蓄能器、隔离器蓝色刚性导管、热管线隔离器以及黄色刚性导管隔离器。此外，可以设有带缓冲装置的安装在面板上的双刻度(psi/巴)压力计，用于监控功能出口处的供应压力。此外，可以设置手动操作的分流器供应隔离阀，所述分流器供应隔离阀具有管线内止回阀，用于将液压流体供应到分流器控制单元。还可以设置手动操作的测试套件隔离阀，以将液压流体供应到ASTS/POD测试区。

在一些实施例中，与HPU相关联的管系可以采用316L不锈钢材质，承插焊接构造并且使用螺栓O形环法兰。此外，管道可以采用退火、无缝316L不锈钢材质，具有双套圈型接头。

根据本发明的一些实施例，FRU可以包括甘醇箱、浓缩流体箱以及混合控制流体箱。所述箱可以采用不锈钢材质，并且可以安装有适当的检查孔、通气孔、排放塞和挡板，以及磁性记号型观察窗。在一些实施例中，FRU可以组装在单独的滑橇上，以安装在HPU旁边。储存器箱可以设计成使其在将系统从预充压力冲压到MWP期间无法排空。

根据特定实施例，混合系统可以是自动系统，并且可以针对BOP控制系统将流体进行混合。所述系统可以以足够供应HPU泵的组合排放流速的速率进行混合。此外，设有应急钻探上水管线，所述管线具有手动隔离阀，可绕过钻井装置水直接进入混合箱。如果可提供足够的钻井装置供水，则该管线的尺寸足够大，以在所有泵运行的情况下向所述箱中进行供水。此外，在一些实施例中，可以设有从甘醇箱通向HPTU的供应管线，其大小可以是节流集管的甘醇喷射泵的两倍。

FRU具有四个箱，作为其流体容纳系统的一部分，包括1)水箱、2)甘醇箱、3)浓缩物箱和4)混合箱。所有四个箱可以配有低液位警报，用于关断向混合箱供料的泵。此外，所述混合箱可以具有“混箱排空”警报，用于关断HPU泵。混合箱流体再次达到混合箱排空液位以上并且警报关闭时，HPU泵可以自动重新启动。这样是有利的，因为能够降低由于泵空穴现象引起损坏的风险。FRU警报可在钻机、CCU和“海底工作间”面板中查看。

FRU系统可以安装在重载油田型滑橇上。所述滑橇框架可以由焊接碳钢构成，其上涂覆有适用于海洋服务应用的涂漆系统。所述滑橇还可以包括具有排放阀的不锈钢接滴盘，并且裸露的滑橇甲板可以配有安装在接滴盘滑橇上方的玻璃纤维非滑橇格栅。

BOP海面蓄能器可以具有5,000psi的工作压力，并且可以额定到约6,500psi或以上。海面体积蓄能器可以足以关闭环状BOP以及关闭管道和剪断闸板，并且通常配备紧急断开操作，例如缩回所有穿刺以及解开LMRP连接器。

所述蓄能器瓶可以布置在集管上，使得能够隔离蓄能器组以进行维护。此外，所述主蓄能器系统可以设计成使得损失个别蓄能器和/或蓄能器组不会导致总蓄能器系统容量出现超出25％的损失。在一些实施例中，可以存设有额外的单个蓄能器瓶组，所述单个蓄能器瓶组可用于组的隔离、检修维修和备用，以便去除单个瓶组以进行检测循环。

除了以上内容之外，在一些实施例中，每个集管可以配有具有堵塞和排放集管阀的填充液体的压力计面板、用于蓄能器的改良的4螺栓对开法兰型端口，以及单个安全阀。此外，所述蓄能器瓶可以采用顶装设计，以便能够在不从单元拆除的情况下拆除囊状物并且进行维护。所有瓶的内部可以涂覆制造商建议的抗腐蚀涂层。

HPU/FRU/蓄能器子系统306实施例包括滤水器。本发明各个实施例中的所述滤水系统可以是模块化系统(安装在滑橇上)，并且可以定制，以使用厂商的流体储存器系统进行操作。所述滤水系统可以提供控制器，所述控制器根据水位自动打开和关闭，并且在由于过滤器堵塞或其他障碍物而导致流速下降时，提供警报。

本发明实施例的滤水器可以能够安装在滑橇上，可以具有5马力、460伏电动机，不锈钢泵和过滤器控制器。此外，控制供应侧泵的液位传感器可以进行校准，以在浮子关闭阀之前关闭泵。或者，压力传感器可以进行校准以在液位传感器未能关闭供应侧泵的情况下，关闭泵。

HPU/FRU/蓄能器系统306的另一个部件可以是消毒单元。在所述消毒单元中，可以设置紫外线直线光系统，以安装在FRU单元上游的供水管线中。所述消毒单元可以设计成减少在穿过滤水滑橇之后，供水系统中可能存在的有机物。

然参见图3，其中示出了分流器滑橇/蓄能器子系统308。所述分离器控制系统蓄能器可以通过HPU使用BOP控制流体从预充压力充压到至多系统操作压力。所述蓄能器瓶可以具有5,000psi的工作压力，并且可以额定到约6,500psi或以上。使用海面体积蓄能器可以关闭环状BOP以及关闭管道和/或剪断闸板，并且通常配备紧急断开操作，例如缩回所有穿刺以及解开LMRP连接器。

根据一些实施例，所述蓄能器瓶可以布置在集管上，使得能够隔离蓄能器组以进行维护。每个集管可以配有具有堵塞和排放集管阀的填充液体的压力计面板、用于蓄能器的改良的4螺栓对开法兰型端口，以及单个安全阀。此外，蓄能器瓶可以采用顶装设计，以便能够在不从单元拆除的情况下拆除囊状物并且进行维护。所有瓶的内部可以涂覆制造商建议的抗腐蚀涂层。

对于本说明书中所述的每个滑橇，包括HPU、FRU、蓄能器等的滑橇，滑橇底座可以配有吊眼，以及具有排放端口和节流阀的不锈钢接滴盘。此外，所述滑橇框架可以是独立式的并且由焊接碳钢构成，其上涂覆有适用于海洋服务应用的涂漆系统。不锈钢部件可以进行钝化和/或电抛光。

立管子系统-图4

参见图4，其中示出立管子系统400的内部接口与外部接口连接的内外关系图。根据一个示例性实施例，本发明包括位于RMS与万向接头/多脚架之间的机械/液压接口，包括：1)液压控制器，2)压力计，3)阀控制器，4)调节器控制器，以及5)用于操作不同钻探系统的多脚架臂位置的失效保险控制/位置。

与图4中图示并且描述的内容相关联的技术包括美国专利7,337,848、7,331,395、7,975,768、7,963,336、8,356,672、7,913,767、8,312,933和8,322,436中所示和描述的技术，这些专利中的每个专利特此以引用方式全文并入本说明书中。

如图4中所示，立管子系统包括海面ERA仪表模块402、气体处理器系统、立管接头404、套管接头406、立管运行工具408、万向接头410、接合环414和张紧环416。下文详述了这些部件中的每个部件。

ERA仪表模块402提供倾斜仪，以监控挠性连接点的“X和Y”角度的垂直偏差。所述组件通常附接到挠性连接点上方的立管底端(或附近)并且具有托架，所述托架使用螺栓固定到立管转接器上的现有安装孔内。在从钻探船/船舶延伸过程中，无论何时立管的上部偏离零(垂直)参考线，则倾斜仪输出相应地变化。这些输出可以进行过滤并且传输到船载控制系统，以进行处理和显示。

气体处理器系统是专用环状关闭装置，通常位于套管接头406的下方。气体处理器系统可以为标准分流器系统增加多种功能。当气体处理器系统接收液压流体(通过气体处理器盘)时，其中所述液压流体作用于系统以关闭内部环状压实器，系统的气体排气管线打开。此气体管线的打开使井口流体内为夹带的气体从立管溢出到位于钻井装置上的C&K集管上，在所述C&K集管上，可以处理所述气体，如同所述气体是从闭合BOP下方常规循环的“井涌”一般。总体来说，所述两个系统(C&K系统和气体处理器系统)共同工作以将气体“井涌”从钻井装置的钻台安全地转移。

气体处理器系统的顶部朝向阴立管连接器并且具有六个管线。这些管线包括两个C&K管线、蓝色和黄色导管的两个刚性导管管线、一个泥浆升压管线以及一个气体排气管线(此管线能够将上升气体提供到C&K集管)。

所述气体处理器系统的底部可以朝向阳立管连接器，并且可具有至多五个管线。这些管线可包括两个C&K管线、蓝色和黄色导管的两个刚性导管管线，以及一个泥浆升压管线。

通常包含在气体处理器系统中的一个特征是主体，所述主体容纳活塞和弹性体，从而向气体处理器提供其密封能力。随着活塞升高，内部环状压实器闭合并且密封位于立管内部的任何形状，或者限定敞口的孔。所述立管通常焊接到法兰上，所述法兰又通过双头螺栓或其他适当的紧固件连接到气体处理器主体。所述辅助管线可以穿刺到所述主体中。在一些实施例中，可以围绕每个管线设置固定板，以免外围管线在内部高压下移出。所述气体处理器系统可以额定成处理至多约2,000psi(137.9巴)和约450磅的张力。

立管接头404可以执行三个主要功能，包括：1)提供钻探船与BOP组套和钻井之间的流体连通(可以通过以下部分实现：a)钻探操作期间的主孔，b)使用BOP组套控制钻井时，C&K管线，或者c)液压流体供应和泥浆升压管线等辅助管线)；2)引导工具进入钻井中，以及3)用于BOP组套的运行和取回串。本发明的立管可以额定到至多约450万磅的张力，并且可以包括管体，所述管体的下端上具有销联轴节，上端上具有套筒联轴节。当然，所述管体的所述销和套筒端可以相反。所述联轴节可以具有支撑板，所述支撑板为节流、压井和辅助管线提供支撑，并且提供着陆台肩，用于在安装或取回操作期间支撑立管多脚架上的立管串。立管接头可以以至多约90英尺的各种长度提供。

立管接头上的辅助管线可以由卡箍支撑，所述卡箍可以在支撑板之间隔开，并且围绕立管进行紧固。所述管线可以与阳或阴穿刺接头端接，所述穿刺接头通过连接支撑板来维持对准。

在本发明的一些实施例中，每个立管接头404的套管联轴节可以配有栓钉段，所述栓钉段通过凸轮环的移动而被驱动到开槽型材中。这样可提供较大轴向锁定力，以预先装载所述连接。凸轮环移动通过立管多脚架来实现，如下文详述。所述销联轴节可以包含对准栓，所述对准栓与套管联轴节的内径中的槽匹配，并且可提供约5度的旋转对准，以将所述联轴节穿刺在一起。所述立管可以装配泡沫浮力模块，以用于深水操作。

根据一些实施例，立管的一些特征如下：

·所述凸轮环可以受驱动以通过立管多脚架锁定或解锁所述连接，以便无需进行任何海底液压设备。

·高预载连接是通过锁定栓钉形成的。

·凸轮环定位销可以将凸轮环固定在运行位置中，直到多脚架与其接合。此外，所述销可以将凸轮环固定在维护位置，从而能够完全接触所述栓钉以进行检查和更换。所述多脚架不将凸轮环移动到维护位置，这通常是通过单独的工具进行或者手动进行的。

·栓钉段可以完全夹持到套管联轴节，并且可以包括回缩弹簧，以有助于断开立管联轴节。

·次级插销可以倒退地提供到凸轮环的自锁定圆锥上。

·可以接合穿刺管线之前，通过套管中的销和槽来实现联轴节和管线的对准。

·运行工具型材可以并入套管联轴节中。

·所述立管可以装配泡沫浮力模块。

套管接头406设计成补偿和抵消钻探船的垂直运动。它还可以用作海底取油管张紧轮(张紧系统418的一部分)的连接点，以及通向分流器系统420的交叉件。在一些实施例中，所述套管接头可以包括五个主要组件，包括：1)与液压插销的交叉件；2)内桶；3)双压实器外壳；4)外桶；以及5)流体辅助轴承。这些子组件中的每个组件将在本说明书中详述。

所述交叉组件可以具有标准立管联轴节和液压驱动的插销环。所述立管联轴节可将立管串连接到分流器系统，并且液压插销环可以将内桶锁定到外桶以进行处理、储存和悬挂。所述液压插销环可以包括六个液压缸，并且将铅锤栓钉支撑在一起，以使当闩锁时，可制成套管接头406的全额定张力。所述交叉件可以配有锥形锁紧螺母和专用键，用于固定匹配的内桶并且避免其旋转。在一些实施例中，所述锁紧螺母可具有左旋螺纹，并且可拆分以便于从内桶拆除。所述内桶可具有下端设有流体排放口的集中瓦，用于实现井口与内/外桶环带之间的连通。

根据一些实施例，双压实器外壳可以包含两个压力启动的密封元件。可以通过端口向每个压实器施加压力。上密封元件可以拆分，并且通常使用钻井装置空气进行启动。所述上密封件可以在常规钻探操作期间提供主要泄漏控制。下密封元件可以通过液压压力启动，并且提供备用和/或紧急泄漏控制。下密封元件可以是固定的，并且通过需要拆除交叉组件以进行更换。接头完全压缩时，上法兰可以与液压插销栓钉啮合。此外，所述上法兰还可以配有润滑口，以便引入流体润滑剂，所述流体润滑剂可以延长密封元件的寿命。

外桶子组件的主要功能可以是提供向悬垂于其下的海底取油管串施加张力的装置。根据一些实施例，外桶的上部可以具有厚壁部分，所述厚壁部分连接有流体辅助轴承。外桶的最上部可以设有法兰，以用于附接双压实器外壳组件。外桶的下端可以具有厚壁部分，以避免在外桶与钻探船的船壳接触时塌陷。

所述流体辅助轴承可以包括环形腔，所述环形腔可以在改变钻探船的船首向时进行加压。这样可减小由于钻探船旋转而引入立管和井口中的扭转负载。所述可旋转的外壳和固定活塞可以使用冗余的高性能旋转节密封件进行密封。

所述液压立管运行工具408可以是液压工具，所述液压工具是在标准钻具接线盒/电梯型材上相以及一组锁定栓钉向下的情况下，通过压力启动的。锁定栓钉可以与立管套管联轴节内的型材啮合。所述工具可以具有失效保险升杆设计，由液压缸启动以闩锁或松开所述工具。所述工具还可以在重心附近配有旋转提升垫板孔眼，同时设有提升点选件和机械锁定，以在使用期间丧失闩锁压力时将工具锁定到位。

在一些实施例中，通过在闭合系统中将液压流体从万向接头传输到所述缸，可与减震器单元相关联的万向接头410可以在中冲程位置处提供至多约六度的万向接头操作。这样使从立管多脚架悬垂的负载能够在系统的设计限制内维持钻探船的稳定和独立节距和滚动。当将立管着陆于多脚架中时，万向接头410和减震器单元可逐渐减小着陆速度并且将能量分散到液压系统蓄能器，从而大幅减小海底取油管系统上的冲击负载。

多脚架412可设计成当运行或取回海底取油管子系统400的部件时，处理海底取油管接头404和/或套管接头406。多脚架412设置在万向接头410和减震器单元的顶部，并且出于安全和其他原因，可以设计成最大限度减小钻台人员的干预。在许多实施例中，多脚架412提供三个主要功能，包括：1)在运行或取回期间悬挂立管串，2)自动接通和预载立管联轴节连接，以及3)提供松开位置，以移出滑动接头上压实器。

在一些实施例中，多脚架412由两个部分构成，包括上部和下部。所述下部通常通过将六个栓钉伸入孔中并且将其液压锁定到位来执行所述松开功能。所述上部可以使用六个执行臂来接合所述立管凸轮环，并且在立管部分之间锁定或解锁所述联轴节。根据本发明的一些实施例，多脚架412可以包括一个或多个以下特征：

·钻井装置人员需要的干预最少。这些功能通过控制面板进行操作。

·六个悬挂栓钉，用于在运行或取回期间支撑立管。

·悬挂栓钉液压锁定件，用于避免悬挂栓钉的意外回缩。

·位置指示器，用于通过液压锁定件以及位于悬挂栓钉上的指示带来指示悬挂栓钉的位置。

·在紧急情况下，所述下部可以通过夹板分成两半。

·工作平台，具有包含到所述组件中的格栅以及安全扶手/门。

·六个凸轮执行臂，用于立管联轴节的自动接头和预载。所述系统可以是冗余的，并且可以在调整执行压力的情况下，使用至少三个臂进行操作。

·各个臂套可以避免窄点，但是可以向上枢转或者拆除，以对臂组件执行维护。

·位于每个闸板执行臂的后部的控制集管挡块可以经由可拆除的盖板/循环板提供流体通路、同步以及将单个臂移出使用的能力。

此外，多脚架412可以与控制系统相关联，包括：

·控制面板，所述控制面板通过操纵杆使用钻井装置液压设备来操纵多脚架。

·穿刺板，用于接通控制系统与多脚架。

·滑橇，用于面板移动和储存。

·软管捆绑组件。

根据本发明的一些实施例，接合环414可以与套管接头406连接，以便能够向所部署的海底取油管串提供张力，同时简便地连接并且断开特定海底取油管液压功能(例如，C&K管线、泥浆升压管线和/或BOP液压控制管线)。这可以通过接合环414与套管接头406转接器之间的每个液压功能的压力启动插销穿刺来实现。在一些实施例中，接合环414使钻井装置张紧轮管线能够在立管部署和取回期间保持连接和适当间隔。此外，接合环414可以缩短或者消除与附接和拆除标准套管接头辅助管线鹅颈管相关的时间。一些实施例包括位于接合环414中的流体辅助轴承(FAB)，用于使钻井装置能够相对于井口旋转，而不对立管串施加过量扭矩。接合环414可以设计成在不使用时，使用装载栓钉附接到分流器支撑外壳。

BOP组套子系统-图5

图5是示出BOP组套子系统500的内外关系图，所述BOP组套子系统包括LMRP 502和下部组套504。LMRP 502可以通过液压连接器，以可松开方式连接到下部组套504。LMRP 502与下部组套504之间接口处还设有诸如楔子、C&K连接器以及电气和液压穿刺等部件。在LMRP 502松开并且从下部组套504拆除，然后再重新附接的情况下，这些部件能够断开，然后重新连接诸如电缆、C&K管线以及电气和液压管线等部件。例如，所述情况可能在必须将LMRP 502从下部组套504临时拆除以避免系统损坏的飓风或其他条件下发生。

根据一些实施例，BOP组套子系统可以包括框架，所述框架具有吊眼506。所述框架还可以具有两点提升能力，因而使框架能够分成两个部分。在一些实施例中，整个组套能够从水平或垂直位置取回，并且所述框架可以具有井口连接器位置指示器，以便于查看连接器操作。

在一些实施例中，BOP组套子系统具有三件式框架设计，包括一件LMRP和两件下部组套，所述下部组套包括上部和下部。多个BOP可附接到单级而不是多级框架，从而使得所述组套能够在不拆除所有BOP的情况下拆分。此外，液压集管时设置在每级框架处，这样使得在组装框架时，管道的各部分能够简易地附接到集管，从而简化安装和维护操作。所述三件式设计还便于将BOP组套子系统部件从制造现场输送到钻探船或平台。

在一些实施例中，BOP组套子系统可配置成6、7或8腔组套。如果用户需要，可以在初始部署之后，在现场更改配置。BOP组套设计包括模块化部件，以便将双BOP与单BOP交换，反之亦然，具体取决于用户的需求。所述组套的可配置性使用户能够基于每个钻井现场的需求增减BOP腔，例如出于与重量、正在使用的具体海底井口(例如，15ksi或20ksi)等原因。由于所述组套是模块化的并且包括战略设置的连接，因此为了更换受损或磨损BOP，用户可以更换组套的一部分，而不是拆下整个组套，从而缩短停机时间。

LMRP-图6

现在参见图6，其中示出了LMRP 600的内外关系图，所述LMRP包括LMRP框架604，所述LMRP框架设计成承载LMRP 600的所有部件。在一些实施例中，所述框架可以由结构钢框架构成，所述结构钢框架涂覆三部分环氧树脂海底涂层。此外，所述框架可以包括轭式悬挂梁支架，并且可以包括一个梯子以通向基座的顶部。在一些情况下，所述基座可以包括垫板孔，所述垫板孔可以与起重机起重滑轮连接。LMRP 600的框架604可以设计成支撑声学传感器601的安装，以监控环形件。

根据本发明的一些实施例，LMRP 600可以包括许多部件，包括，例如，ROV干预面板以及C&K子系统，所述C&K子系统具有C&K挠曲回路606、C&K阀608、放气阀和C&K穿刺连接器。此外，LMRP600可以包括LMRP连接器、立管转接器612、环形件602、挠性接头614、LMRP HPHT探针以及电力和通信集线器616。LMRP 600可以进一步包括LMRP海底控制模块618。下文详述了这些特征中的每个特征。

ROV干预面板设计成使ROV能够在LMRP上执行多个功能。通常，如果海面控制器未能正确运行，则所述功能通过将ROV作为备用来实现。通过ROV干预面板，所述ROV可以执行至少以下功能中的一部分或全部：

·LMRP连接器主要解锁

·LMRP连接器辅助解锁

·LMRP连接器甘醇冲洗

·所有穿刺件收回

·LMRP垫圈收回

·内外排气阀打开

·立管连接器主要及辅助解锁

·刚性导管冲洗隔离阀

·螺线管先导排放

·LMRP连接器ROCV旁通

ROC干预面板可以由不锈钢构成，设有ROV拉手和ROV穿刺。

在一些实施例中，C&K子系统可以由两个独立的液压回路构成，每个液压回路的构造大体上类似或相同。如果构造相同，则任一回路均可用作“节流”或“压井”操作，以将泥浆泵送到井口或者排放气体以降低井口中的压力。

所述C&K子系统可以由安装在LMRP 600上的刚性导管回路构成。阀可用于隔离LMRP/下部组套接口(穿刺连接器)上游的刚性导管。C&K液压回路可以延伸到下部组套上，在该部分，使用阀隔离接口与各个BOP。

在特定实施例中，挠曲回路606可以由5英寸外径和3-1/16英寸内径的管道制成。所述管道可以额定成约20,000psi或以上。此外，C&K阀可以设计成打开失效保险，并且通过海底控制器进行液压操作。阀的一些实施例具有以下规格：最小3-1/16英寸，具有约20,000psi的额定压力，以及具有铬镍铁合金625(Inconel 625)衬里环形槽的法兰端接头。与柔性软管型相反，所述阀可以是硬管，并且可以经设计并且支撑以实现MWP处的下部挠曲接头完全旋转。

本发明的一些实施例还包括单闸型排气阀，以进行排气。此阀还可以由海底控制子系统进行操作，并且可以具有以下规格：双块，液压操作，排气，最低3-1/16英寸，具有约20,000psi的额定压力；设在端部出口上的挡板槽目标法兰；以及625铬镍铁合金(625Inconel)内层的环形槽。

C&K穿刺连接器能够以液压方式延伸到LMRP 600与下部组套之间的节流或压井管线接头。所有液压机构和密封件可以包含在安装在LMRP 600上的阴穿刺接头上。在一些实施例中，当LMRP着陆并且啮合到下部组套时，阴连接器处于回缩位置。根据一些实施例，当阴连接器回缩时，阴连接器的底端与插头的顶部之间可具有至少两英寸的间隙。

阳穿刺接头可以安装在下部组套框架的顶部，以与LMRP 600的阴穿刺接头对准。将LMRP 600着陆并且锁定到下部组套之后，可以通过向阴穿刺接头上的“延伸端口”施加液压压力来将阴穿刺连接到阳穿刺。在阳/阴穿刺接头已啮合时，无需液压压力来维持所述连接。孔密封件的直径差能够提供孔压生成的力，以维持连接。

为将LMRP 600与下部组套断开，可以通过向位于阴穿刺接头上的“回缩口”施加液压压力来首先回缩C&K连接器，然后再断开LMRP连接器。但是，如果回缩功能未能在断开LMRP 600之前运行，则C&K连接器无法避免LMRP 600与下部组套断开。在一些实施例中，阴穿刺接头可以具有卡环“定位销”，以有助于在液压压力或孔压不存在时，将阴穿刺维持在“伸长”或“回缩”位置。

对于本发明的一些实施例，穿刺连接的规格可以如下：

·连接器孔径：约3-1/16英寸(78mm)

·额定工作压力：约20,000psi(103.4MPa)

·顶端接头：约3-1/16英寸-约20,000psi额定压力法兰，其具有铬镍铁合金625(Inconel 625)环形槽

·底部接头：约3-1/16英寸-约20,000psi额定压力法兰，其具有铬镍铁合金625(Inconel 625)环形槽

·静液压壳测试压力：约30,000psi(155.2MPa)

·液压端口：1/2英寸直径

·液压工作压力：约3000psi(20.7MPa)

·常规操作压力：约850A0psi(10.3MPa)

·静液压测试压力：约4,500psi(31MPa)

·伸长/回缩体积：约0.52加仑(2升)

·测试口接头：约9/16英寸亚热器

根据本发明的一些实施例，LMRP连接器可以具有以下规格：

·顶端接头：约18-3/4英寸，具有带钉齿顶部的铬镍铁合金625(Inconel 625)重叠环形槽。

·增加的组套高度约16英寸。

·具有低型材顶部的总高度是约44英寸。

·型材中的下部主体导管可以有助于在BOP芯轴接口处提供至多约10度的偏斜角。

·所述组件可以配置有30英寸的栓钉套件。

所述连接器还可以具有测试口，所述测试口使得能够进行VX/VT密封件的外部压力测试，并且VX/VT密封件型材和圆柱形孔可以与合金625材料重叠。

立管转接器612可以包括主体，所述主体具有上接头和下接头，以形成海底取油管与LMRP 600之间的交叉。所述主体可以支撑一组喷射接头，所述接头将海底取油管上的辅助管线连接到LMRP 600上的辅助管线/软管。可以包括提供的立管仪表，例如倾斜仪和坡度指示器，以及主孔磨损轴套。升压管线上的具有闸阀的测试用入口集管能够通过立管转接器612将流体注入立管孔中。

在一些实施例中，立管转接器可以包括一系列液压缸，所述液压缸移动凸轮环，以便锁定或解锁与一系列栓钉段的连接。手动辅助锁定件可以提供主锁定件的备用锁定件，并且可以额定成在3000psi下完全解锁液压缸的负载。此外，液压回路可以并入两个深度补偿缸，以避免回路内发生压力差。还可以设置两个球阀，以便根据需要快速进行所述回路的排气，但是维持封闭。可以根据需要设置额外的控制器或ROV面板。

立管转接器612可以是以下部件的端接点：泥浆升压器入口组件，其具有上“箱”穿刺件，所述穿刺件包含液压隔离闸阀，所述闸阀可以具有“失效闭合”操作，可以通过90度弯管连接到立管转接器主体，并且所述90度弯管可以使用隔离阀的法兰架安装到立管转接器主体。此外，立管转接器612可以是20k C&K喷射器的端接点，其具有约3-1/16英寸铬镍铁合金625(Inconel 625)衬里的环形槽法兰；以及5k液压喷射器，其具有约2-9/16英寸的环形槽。

环形件602可以是双环、液压操作型环形BOP。在一些实施例中，环形BOP主体可以包含两组1-1/2″打开和闭合端口，每个配有4螺栓法兰和密封接头，用于连接液压管线。此外，环形BOP主体还可以包括吊眼，所述吊眼配有U形吊环，每个U形吊环具有最低55吨/U形吊环的工作负载(SWL)额定值，以便提升环形BOP。

本发明的一些实施例包括一个或多个LMRP HPHT探针。所述系统可使用LMRP HPHT探针来监控钻孔压力和温度。所述探针可以具有约0-25,000psia的压力、-10℃到199℃(14-390F)的操作范围。HPHT探针可以具有至多约全标度的0.2％的压力和温度精度。此外，所述探针可以承受约12,500英尺(3,810M)水深的外部静液压压力，并且可连接到LMRP 600上的电力通信插座。在一些实施例中，LMRP HPHT探针可以安装在节流管线中。

在一些实施例中，电力和通信集线器616可以封装配电功能以及基于以太网的通信功能。本设计的一个优势在于，它有助于在由于需求超出预期的情况下需要进行电力和/或通信的重新设计时，无需对BOP控制电子设备箱进行任何重新设计。

LMRP海底控制模块618的实施例可以控制至多约130个液压相关功能或更多功能。此外，LMRP海底控制模块618的电气设计可以实施基于现场总线的I/O，以用于扩展。电气硬件外壳可以设计成允许在无需改变外壳的情况下对I/O进行扩展。

LMRP海底控制模块618的液压箱部分可以由耐腐蚀不锈钢构成。此外，动态部件可以由耐腐蚀耐粘扣的不锈钢构成。此外，所述箱的内部子组件可以布置成提供完全通路，以确保维护和检修效率。此外，集管可以向液压接头提供穿过高压压实器密封件和粗滤器的箱插头以及上下插孔。高压流体可以经由SPM阀输送短管输送到接口集管。流体又可以经由上接收器分配到特定的出口，或者经由阳穿刺中的端口输送到下接收器。

在一些实施例中，箱的阳穿刺可以配有伸长/回缩不锈钢液压缸和导杆。可以设置安全销，所述安全销能够在安装、拆除或处理偏离组套的POD箱时，将箱的插头固定在上部位置中。

在操作中，箱可以从刚性导管集管或热管线接收液压流体。刚性导管集管的液压供应又来自刚性导管和组套蓄能器系统。下部阀单元集管可以安装在水平分层阵列中，以便接触所安装的部件以进行检修或维护。

在一些实施例中，LMRP海底控制模块618的液压箱部分可以包括至多五个调节液压控制回路或更多个回路，所述回路可以安装在每个控制箱中。这些调节器可以由耐粘扣和耐腐蚀的不锈钢构成，并且可以液压导引。五个调节器功能如下：1)组套连接器压力调节器，2)上部环状压力调节器，3)下部环状压力调节器，4)海底集管压力调节器，以及5)闸板集管压力调节器。

此外，在一些实施例中，可以设置用于调节和未调节功能的模块化不锈钢集管。所述阀可以液压连接到成形并且焊接的316L不锈钢短管，其具有改型的对开法兰插座，所述对开法兰插座包含径向O形环密封件。此外，SPM阀可以经由316L不锈钢短管连接到插头，所述不锈钢短管包含具有密封接头型材的改型插座。在一些实施例中，所述插座可以具有双径向O形环密封件以及4螺栓铸造不锈钢对开法兰。

LMRP海底控制模块中还设置LMRP断开指示器。在本发明的一些实施例中，LMRP断开指示器可以包括LMRP断开执行器，以及臂操作的剪断密封阀。它们均可以安装到MUX箱的下部阀单元。当LMRP 600位于BOP组套上的适当位置中时，弹簧装载的插销与BOP板接触。分离LMRP 600时，弹簧装载的插销伸长，从而将液压信号传输到MUX箱中的压力变送器和压力开关。之后，MUX箱电子设备可以将信息中继到控制系统，所述控制系统已经断开LMRP。之后，压力开关可以经由MUX电缆中的专用双绞线对电路来立即提供信号，以启动立管反冲系统。在一些实施例中，阀和执行插销可以由耐粘扣、耐腐蚀的不锈钢构成。

此外，在一些实施例中，可以通过集成到蓝色和黄色MUX控制箱中的仪表模块来监控BOP组套垂直定向“X和Y”角度。仪表设备以及接口布线可以位于箱SEM的内部。

下部组套-图7A、7B

图7A是本发明的BOP系统的下部组套700的内外关系图，包括下部组套框架702、ROV干预面板、BOP闸板704、C&K阀706和井口连接器708，以及下部组套HPHT探针、电力和通信插座710和下海底取油管模块712。此外，下部组套700可以包括导向漏斗，用于帮助提供深水无导索钻探。

下部组套框架702可以设计成承载下部组套的所有部件。在一些实施例中，下部组套框架702可以由不锈钢构成，涂覆三部分环氧树脂海底涂层。此外，它可以使用轭式悬挂梁支架，并且可包括可回缩的垫板孔，所述垫板孔与起重机起重滑轮连接。在一些实施例中，下部组套框架702可以设计成支撑声学传感器的安装，以监控闸板BOP和C&K阀706。

ROV干预面板设计成使ROV能够通过安装到下部组套框架702的观察板来执行以下功能：

·HP上BSP关闭

·HP CSR关闭

·HP下BSP关闭

·中上管闸板关闭

·中下管闸板关闭

·下节流失效保险打开

·中节流失效保险打开

·上节流失效保险打开

·下压井失效保险打开

·中压井失效保险打开

·上压井失效保险打开

·井口连接器主要解锁

·井口连接器辅助解锁

·井口连接器甘醇冲洗

·井口连接器垫圈回缩

·自动剪断待命

此外，手动ROV隔离阀可以设置在ROV干预面板中，以执行以下操作：

·井口连接器的ROV旁通

·ROV倾卸海底蓄能器倾卸

·失效保险蓄能器倾卸隔离阀

·海底蓄能器倾卸隔离阀

·每个海底蓄能器瓶

·海底蓄能器瓶的传音供应

·从海底蓄能器瓶的自动直剪/锚定桩供应

在一些实施例中，ROV可以能够接触并且使用来自海底蓄能器的流体和/或LMRP或下部组套上的3,000psi的功能。此外，ROV可以能够对海底蓄能器进行重新充压。

下部组套HPHT探针可以使用双线装置接口，所述双线装置接口连到位于下部组套700上的电力和通信插座710。在一些实施例中，一个下部组套HPHT探针可以安装到闸板BOP上的未使用端口。第二下部组套HPHT探针可以安装到替代闸板BOP上的未使用端口。

除了以上部件之外，下部组套700上的C&K阀706可用于控制下部组套700上的各个BOP的C&K应用。在本发明的一些实施例中，可以使用六个C&K阀，并且所述阀可满足以下规格：

·所述阀可以是双块设计，液压操作。

·阀孔的直径可以是约3-1/16英寸。

·阀法兰的直径可以是约4-1/16英寸。

·环形槽可以是625铬镍铁合金的内层。

·所述阀可以额定为20,000psi。

·每个阀可以包含一个挡板槽目标法兰，所述挡板槽目标法兰设置在端部出口上。

·所述阀可以由海底电子设备进行控制。

·所述阀可以对ROV可见。

·所述阀可以额定成处理温度不超过约350华氏度并且不低于约-20华氏度的内部流体。

下部组套700还可以包括井口连接器708，在一些实施例中，所述井口连接器具有以下特征：

·顶端接头具有约18-3/4英寸的直径，约20,000psi的额定压力以及VX/VT铬镍铁合金环形槽。

·底部接头具有VX/VT铬镍铁合金环形槽。

·增加的组套高度约18英寸。

·标准汽缸盖的总高度约50-5/8英寸。

·铬镍铁合金718垫圈。

·30英寸的栓钉套件。

在本发明的一些实施例中，井口连接器708可以在成90度的四个位置设有用于液压操作VX/VT挡块销的内部端口，并且可以具有2个微调销，所述微调销以180度一体化成VX/VT垫圈挡块回缩回路中。此外，井口连接器708可以用于VX/VT垫圈的外部压力测试，并且可以具有冲洗密封件，以帮助避免受水合物影响。

现在参见图7B，其中示出了下海底控制模块712的内外关系图。下海底取油管控制模块中内置电力和通信集线器710，下部组套箱接收器，以及ROV显示器714、APCS 716和回读压力开关，以及其他部件。

根据本发明的特定实施例，下海底控制模块712适用于施加到下部组套700上的电力和通信需求。下海底控制模块712(以及连接LMRP 600和下部组套700的穿刺)的设计用于关键和非关键功能，以确保单独的电力和通信电路。

在一些实施例中，下部组套箱接收器提供从MUX控制箱到LMRP的液压接口。例如，这些接收器可以由耐粘扣和耐腐蚀不锈钢构成。对应的BOP接收器可以是弹簧装载的，并且可以通过螺栓连接到位于BOP板底部上的焊接配对法兰。接收器还可以提供用于BOP液压部件的功能端口。

本发明的特定实施例包括ROV显示器714，所述ROV显示器使ROV能够读取和施加电力(例如，如果显示器的电池断路)。在常规操作下，每个闸板位置和压力可以传输到操作员显示器的表面。所述相同信息可以显示在ROV显示器714上，所述ROV显示器可以通过ROV进行读取。此外，在一些实施例中，在断电时可以向所述显示器提供备用电池。所述电池可以将电力输送到ROV显示器714至多约30天或以上。在替代实施例中，ROV显示器714可以提供湿接合连接器，所述湿接合连接器允许ROV向显示器供电。在其他实施例中，所述设计可以在仅在ROV存在时提供照亮的显示，以便保存能量和电池寿命。

下海底控制模块的另一个特征是APCS 716。APCS 716可以包含用于在钻井中关闭的便携式应急系统。这可以通过从海面(钻井装置底板、救生船或直升飞机)发送到海底传音控制箱的声信号来实现，所述传音控制箱执行关键的BOP功能命令以在丧失MUX控制系统时，在井口中关闭。

APCS 716的海面和水下部分通过独特声信号进行通信，所述声信号通过连接到声音变送器的收发器发射和接收。APCS 716包括以下主要部件；1)海面控制单元(SCU)，2)电缆盘和投吊式变送器，3)至少一个海底收发器/变送器，4)传音控制海底单元(ACSU)，以及5)海底传音箱。在一些实施例中，箱模拟器使操作员能够测试和评估控制系统的操作是否适当，而不使用实际的海底传音箱。

在实践中，在一些实施例中，海底变送器通过投吊式变送器接收传音命令单元生成的声信号。所述海底变送器可以各自安装到附接到所述组套的液压执行臂。在所述组套位于海底的情况下，所述臂可以延伸到水平定向，以从海面接收信号。所述传音臂可以是自动伸长/回缩型，并且可以在钻井控制情况下，使用BOP与钻井装置之间的最佳视线进行设计，以确保良好的通信。

海底信号转换所得的电压将启动传音箱中的螺线管操作的阀。这些启动可产生在井口和其他功能中关闭所需的液压压力。随着每个启动发生，所述箱将转发确认电信号以进行转换并且传输到SCU。每个确认信号将更新SCU中的箱状态的目视显示。

从结构上来说，海底传音箱可以具有上筒形螺线管外壳，所述筒形螺线管外壳通过螺栓连接到下部组套液压设备上。所述螺线管外壳、框架、外部电镀以及下部箱的一些内部零件可以由316不锈钢或者其他任何适当材料构成。内部箱部件可以包括螺线管组件、压力开关、液压过滤器、蓄能器和SPM阀集管。海底传音箱可以具有与海底ACS电子设备容器的电缆接口。电缆接口可以向螺线管提供命令，并且从压力变送器和压力开关回读。

在一些实施例中，APCS 716可以提供至多12个不同功能(包括待命/解除待命)。这些功能包括：

·HP上BSP关闭

·HP CSR关闭

·HP下BSP关闭

·中管闸板关闭

·所有穿刺件回缩(如果需要)

·LMRP连接器主要解锁

·LMRP连接器辅助解锁

·备用系统待命(自动剪断)

·下管闸板关闭

·传音待命

·传音复位/解除待命

·井口连接器锁定

·传音待命-4K供应

·传音待命-3K供应

·HP上BSP关闭

·HP CSR关闭

·HP下BSP关闭

·中管闸板关闭

·所有穿刺件回缩(如果需要)

·LMRP连接器主要解锁

·LMRP连接器辅助解锁

·备用系统待命(自动剪断)

·下管闸板关闭

·井口连接器锁定

SIS子系统-图8A-8C

图8A示出了用于控制海底BOP 812的系统800。海底BOP 812通常封装在下部组套814中，位于LMRP 818下方的海底816上。海底BOP 812分成各个BOP闸板813，所述BOP闸板可包括密封闸板、剪断闸板等。下部组套814和LMRP 818可以通过液压连接器820彼此连接，所述液压连接器可以受到控制，以便LMRP 818从下部组套814断开。LMRP 818的上端822连接到立管824，所述立管从LMRP818的上端822延伸到海面828的钻探船826处。系统中还可以设置第一控制箱830(通常称为黄色控制箱)和第二控制箱832(通常称为蓝色控制箱)。在图8A中所示的实施例中，第一控制箱830和第二控制箱832附接到LMRP 818。第一控制箱830和第二控制箱832可以由位于钻探船826上的第一控制机柜831和第二控制机柜833控制。钻探船826可以是任何适当的船舶，包括，例如，钻探船或平台。

在常规操作下，海底BOP闸板813由第一箱830或第二箱832进行液压控制。确切地说，液压管线836从第一控制箱830和第二控制箱832中的每个控制箱延伸到BOP 12的各个闸板813。通常，两个控制箱830、832中的一个控制箱负责通过其对应的液压管线836以液压方式控制闸板813，而其他控制箱830、832保持闲置。通过这种方式，将冗余嵌入系统中，因为如果控制箱830、832实际控制失效或者需要维护或更换的闸板813，其他控制箱830、832可以继续闸板813的操作。

本发明的一个实施例包括SIS，用于基于组套宽度控制海底BOP812。所述系统的一个用途在于提供适当的SIF，以确保和备份BOP控制系统，并且符合适用于石油行业中的许多系统和子系统的特定法规标准。所述SIS包括海面逻辑解算器838或者逻辑控制器，其位于钻探船826处并且通过第一电缆842连接到第一海底逻辑解算器840。第一海底逻辑解算器840又通过第二电缆846连接到第二海底逻辑解算器844。如图8A中所示，第二海底逻辑解算器844可以连接到位于下部组套814中的液压控制单元34。在一些实施例中，第二海底逻辑解算器844可以连接到电池，以便第二海底逻辑解算器844可以在LMRP 818已经从下部组套814断开之后继续操作。海面逻辑解算器838可以包括HMI面板847，以使操作员能够与海面逻辑解算器838通信。

在实践中，海面逻辑解算器838可以生成命令，所述命令可以经由第一电缆842传输到第一海底逻辑解算器840。之后，所述命令从第一海底逻辑解算器840传输到第二海底逻辑解算器844，所述第二海底逻辑解算器与液压控制单元834通信，并且可以附接到所述液压控制单元。液压控制单元834又经由液压管线836与海底BOP闸板813通信。第二海底逻辑解算器844可以实施所述命令，从而指示液压控制单元834根据操作员的指示控制海底BOP闸板813。本说明书中所述的任何实施例的逻辑解算器838、844、846可以是能够根据本发明的要求发送和接收信号的任何设备。例如，在一些实施例中，所述逻辑解算器可以包括或者包含中央处理单元(CPU)。

在图示的实施例中，每个闸板813可以连接到多个液压管线836，每个液压管线来自不同的控制源，包括第一控制箱830、第二控制箱832和液压控制单元834。如图所示，可以通过附接到BOP闸板813A的阀139控制在任何指定时刻控制BOP闸板813A的管线。在图纸中，液压管线836图示成将第一控制箱830和第二控制箱832中的每一个控制箱和液压控制单元834连接到一部分，但并非所有闸板813。应了解，在运行的系统中，每个控制部件可以连接到所有闸板813，并且所述配置在附图中未图示，仅用于提高附图的清楚性。

上述SIS的一个优势在于它为系统提供额外的冗余性，并且用作增强BOP安全性和可靠性的失效保险。尽管两个控制箱830、832已经用于在系统中建立特定冗余性，但是实际上，如果第一控制箱830停用，则可能难以使用第二控制箱832。这是因为相关政府规定和最佳实践程序表明，备用控制系统始终可供BOP使用。因此，如果第一控制箱830不可用，则第二控制箱832无法使用，因为不存在冗余性。本说明书中所述的SIS有助于通过提供第二冗余控制系统来减轻此问题。

此外，本发明的SIS可用于通过提供控制BOP闸板813的额外方式，即便是在两个控制箱830、832均正在适当运行时来增强总系统812的功能。例如，SIS可通过液压控制单元834可以在控制箱830、832正在控制替代闸板813的同时控制特定站那813。因此，系统812控制BOP闸板813的容量得以增大。此外，所述系统可以提供监控功能，例如监控各种状况、状态、参数等，以及信息，以确定BOP控制系统是否正确运行。本发明还可以设计成符合高压钻探操作的要求，并且例如，可用于20Ksi BOP系统，尽管并不限于所述系统，并且也可用于其他类型的系统中，例如15Ksi系统。此外，本说明书中所述的SIS是与主要控制系统不同类型的控制系统，从而提供增大控制结构的分散性的额外优势。

现在可以描述本发明的一些优势。但是要理解所述优势，首先务必理解离岸钻探系统的一些要求，其中一个要求是能够将LMRP 818从下部组套814断开并且在后续进行重新连接。例如，这样可以有利于飓风或其他风暴威胁到钻探船或平台的情况。为了承受此类风暴，操作员可能希望将LMRP 818从下部组套814断开，并且将LMRP818、立管824和钻探船826移入安全地带。风暴过去之后，需要将LMRP 818重新连接到下部组套814，以恢复操作。通过减少这些部件之间的接头数量以及控制连接的类型，可显著简化LMRP 818与下部组套814的断开和后续重新连接。

一种简化LMRP 818与下部组套814的方式是提供一对海底逻辑解算器，如图8A所示以及如上所述。这是因为将海面逻辑解算器838连接到第一海底逻辑解算器840的第一电缆842必须在两个部件之间进行电力和通信传输。通常，海面逻辑解算器838和LMRP 818(因此第一海底逻辑解算器840)之间穿过立管824的距离可能非常长，例如长度高达约2英里或以上。因此，电缆中的电力线可能是相对高压线，并且通常通过光纤线来进行通信(尽管也可以使用铜线)。

如果系统在下部组套中配有单个海底逻辑解算器，则操作员将需要断开并且重新连接LMRP 818与下部组套814之间的较高压电力线和脆性光纤通信线。所述连接可能存在危险(对于高压电力线)并且可能降低通信信号的质量(对于光纤通信线)。或者，如果系统仅配有位于LMRP 818上的单个海底逻辑解算器，则可能需要将多个液压管线从LMRP 818穿过下部组套814连接到闸板813。所述结构可能存在问题，因为需要将这些部件之间的更多管线断开并且重新连接。

通过提供两个单独的海底逻辑解算器840、844，包括位于LMRP818上的一个海底逻辑解算器以及位于下部组套814上的海底逻辑解算器，可以缓解这些问题。在实践中，根据本发明，将海面逻辑解算器838连接到第一海底逻辑解算器840的电缆842可以包括高压电力线和光纤通信线。第一海底逻辑解算器840的一个功能可以是转换并且降低电压，然后将光信号传输到铜线，从而能够通过构成电缆846的低压铜线来进行第一海底逻辑解算器840与第二海底逻辑解算器44之间的通信。所述低压铜线可以更易于在LMRP 818与下部组套814之间的接口处，根据需要断开并且重新连接。

在本发明的一些实施例中，液压控制单元834可以连接到液压连接器820，以将LMRP 818从下部组套814断开或者重新连接。由于液压连接器820附接到LMRP 818，因此单个液压管线848可能需要穿过LMRP 818与下部组套814之间的接口，以提供液压控制单元834与液压连接器820之间的液压连通。或者，可以不使用所述管线，以便于从蓄能器850向液压连接器820提供电力，在图示的实施例中，所述蓄能器可以附接到LMRP 818。

为便于说明，以下各段说明SIS如何与其他现有BOP系统协作，以操作BOP或者LMRP和下部组套上的其他部分的具体特征。应了解，这些说明仅以示例的方式提供，并不代表实际应用本发明的所有可能方式。

第一示例说明了涉及管道闸板BOP的SIS功能的实例。所述管道闸板功能可以通过任何触点闭合输入，或者通过HMI面板来启动。由操作员决定是否需要闭合闸板，因此由含人回路决定所述功能的启动。当位于钻探船826上的海面逻辑解算器838识别到所述输入时，可监控海面流量计或海底传感器。如果BOP未能成功地由BPCS闭合，则海面逻辑解算器838可以将信号传输到第一海底逻辑解算器840。第一海底逻辑解算器840又可以将信号传输到第二海底逻辑解算器844，所述第二海底逻辑解算器可以启动相关功能，以排出管道闸板的开启液压压力并且向管道闸板施加闭合压力，从而关闭BOP。

第二示例说明了涉及BSR的SIS功能的实例。BSR功能可以通过触点闭合输入，或者通过HMI面板来启动。由操作员决定是否需要闭合闸板，因此由含人回路决定所述功能的启动。当位于钻探船826上的海面逻辑解算器838识别到所述输入时，可监控海面流量计或海底传感器。如果BOP未能成功地由BPCS闭合，则海面逻辑解算器838可以将信号传输到第一海底逻辑解算器840，所述第一海底逻辑解算器又可以将信号传输到第二海底逻辑解算器844。第二海底逻辑解算器844可以启动相应功能以排出BSP的启动液压压力，并且向BSR施加闭合压力，从而关闭BOP。

第三示例说明了涉及CSR BOP的SIS功能的实例。CSR功能可以通过触点闭合输入，或者通过HMI面板来启动。由操作员决定是否需要闭合闸板，因此由含人回路决定所述功能的启动。当位于钻探船826上的海面逻辑解算器838识别到所述输入时，可监控海面流量计或海底传感器。如果BOP未能成功地由BPCS闭合，则海面逻辑解算器838可以将信号传输到第一海底逻辑解算器840，所述第一海底逻辑解算器又可以将信号传输到第二海底逻辑解算器844。第二海底逻辑解算器844可以启动相应功能以排出CSR的启动液压压力，并且向CSR施加闭合压力，从而关闭BOP。

第四示例说明了涉及液压连接器820的SIS功能的实例。液压连接器820功能可以通过触点闭合输入，或者通过HMI面板来启动。由操作员决定是否需要释放LMRP，因此由含人回路决定所述功能的启动。当位于钻探船826上的海面逻辑解算器838识别到所述输入时，可监控海面流量计或海底传感器。如果液压连接器820未能成功地由BPCS闭合，则海面逻辑解算器838可以将信号传输到第一海底逻辑解算器840，所述第一海底逻辑解算器又可以将信号传输到第二海底逻辑解算器844。第二海底逻辑解算器844可以启动相应功能以排出液压连接器820的栓锁液压压力，并且向主要和辅助解锁功能施加解锁压力。

第五示例说明了涉及EDS的SIS功能的实例。EDS功能可以通过触点闭合输入，或者通过HMI面板来启动。由操作员决定是否需要断开，因此由含人回路决定所述功能的启动。当位于钻探船826上的海面逻辑解算器838识别到所述输入时，可按顺序针对每个功能监控海面流量计或组套上的其他传感器。如果EDS功能未能成功地由BPCS完成，则海面逻辑解算器838可以将信号传输到第一海底逻辑解算器840，所述第一海底逻辑解算器又可以将信号传输到第二海底逻辑解算器844。之后，所述海底逻辑解算器可以启动以下或者另一类似序列的功能：

·排空启动压力并且向管道闸板功能施加闭合压力

·排空启动压力并且向CSR闸板功能施加闭合压力

·排空启动压力并且向BSR闸板功能施加闭合压力

·排空伸长压力并且向穿刺功能施加回缩压力

·排空栓锁压力并且向LMRP连接器功能施加主要和辅助解锁压力

现在参见图8B，其中示出了用于控制海底BOP 812A的替代系统810A。海底BOP812A通常封装在下部组套814A中，所述下部组套位于海底816A上的LMRP 818A下方。海底BOP 812A分成各个BOP闸板813A，所述BOP闸板可以包括密封闸板、剪断闸板等。下部组套814A和LMRP 818A可以通过液压连接器820A彼此连接，所述液压连接器可以受控制，以便将LMRP 818A从下部组套814A分离。LMRP 818A的上端822A连接到立管824A，所述立管从LMRP818A的下端822A延伸到位于海面828处的钻探船826A。系统中还可以包括第一控制箱830A(通常称为黄色控制箱)和第二控制箱832A(通常称为蓝色控制箱)和液压通知单元834A。在图8B中所示的实施例中，第一控制箱830A和第二控制箱832A附接到LMRP 818A。第一控制箱830A和第二控制箱832A可以由位于钻探船826处的第一控制机柜831A和第二控制机柜833A进行控制。钻探船826A可以是任何适当的船舶，包括，例如，钻探船或平台。

在常规操作下，海底BOP闸板813A由第一箱830A和第二箱832A进行液压控制。确切地说，液压管线836A从第一控制箱830A和第二控制箱832A中的每个控制箱延伸到BOP 812A的各个闸板813A。通常，两个控制箱830A、832A中的一个控制箱负责通过其对应的液压管线836A液压控制闸板813A，而另一个控制箱830A、832A保持闲置。通过这种方式，将冗余嵌入系统中，因为如果控制箱830A、832A实际控制失效或者需要维护或更换的闸板813A，其他控制箱830A、832A可以继续闸板813的操作。

图8B中的实施例涉及用于控制海底BOP 812A的替代SIS，所述SIS以箱为基础在箱上操作。SIS包括海面逻辑解算器838A或者逻辑控制器，所述海面逻辑解算器或逻辑控制器位于钻探船826A处，并且通过第一电缆842A连接到第一海底逻辑解算器840A，并且通过第二电缆846A连接到第二海底逻辑解算器844A。如图8B中所示，第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器844A可以各自通过电缆849A连接到伸长的I/O扩展设备851A，所述I/O扩展设备851A与位于下部组套814A中的液压控制单元834A连通。海面逻辑解算器838A可以包括HMI面板847A，以便操作员与海面逻辑解算器838A通信。在一个实施例中，EMI面板847A可以是具有按钮和点亮指示器的面板，而其他实施例可以包括触摸屏显示器。

在实践中，海面逻辑解算器838A可以生成命令，所述命令随后通过第一通信电缆842A传输到第一海底逻辑解算器840A，并且/或者通过第二电缆846A传输到第二海底逻辑解算器844A。之后，所述命令从第一海底逻辑解算器840A和/或第二海底逻辑解算器844A传输到I/O扩展设备851A，所述I/O扩展设备与液压控制单元834A通信，并且可以附接到所述液压控制单元。液压控制单元834A又经由液压管线836A与海底BOP闸板813A通信。I/O扩展设备851A可以实施所述命令，从而指示液压控制单元834A根据操作员的指示控制海底BOP闸板813A。

在图8B中所示的实施例中，每个闸板813A可以连接到多个液压管线836A，每个液压管线来自不同的控制源，包括第一控制箱830A、第二控制箱832A和液压控制单元834A。如图所示，可以通过附接到BOP闸板813A的阀139控制在任何指定时刻控制BOP闸板813A的管线。在图纸中，液压管线836A图示成将第一控制箱830A和第二控制箱832A中的每一个控制箱和液压控制单元834A连接到一部分，但并非所有闸板813A。应了解，在运行的系统中，每个控制部件可以连接到所有闸板813A，并且所述配置在附图中未图示，仅用于提高附图的清楚性。

如上文参见图8A中的实施例详述，能够将LMRP 818A从下部组套814A断开并且后续进行重新连接可能非常有利，例如，使其能够将钻探船826A、立管824A和LMRP 818A移出风暴地带。通过减少这些部件之间的接头数量以及控制连接的类型，可显著简化LMRP 18与下部组套814的断开和后续重新连接。

一种简化LMRP 818A与下部组套814A的方式是提供与控制箱830A、832A对应的一对海底逻辑解算器以及提供I/O扩展设备851A，如图8B所示以及如上所述。这是因为分别将海面逻辑解算器838A连接到第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器844A的第一电缆842A和第二电缆846A必须在LMRP 818A与下部组套814A之间进行电力和通信传输。通常，海面逻辑解算器838A和LMRP 818A(因此第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器844A)之间穿过立管824A的距离可能非常长，例如长度高达约2英里或以上。因此，电缆中的电力线必须是非常高压的线路，并且通常通过光纤线来进行通信。

如果系统在下部组套中配有海底逻辑解算器，则操作员将需要断开并且重新连接LMRP 818A与下部组套814A之间的高压电力线和脆性光纤通信线。所述连接可能存在危险(对于高压电力线)并且可能降低通信信号的质量(对于光纤通信线)。或者，如果系统仅配有位于LMRP 818A上的单个海底逻辑解算器，而未在液压控制单元834A附近设置I/O扩展设备，则可能需要将多个液压管线从LMRP 818A穿过下部组套814A连接到闸板813A。所述结构可能存在问题，因为需要将这些部件之间的更多管线断开并且重新连接。

通过提供位于LMRP 818A上的海底逻辑解算器840A、844A以及位于下部组套814A上的单独I/O扩展设备834A，可以缓解这些问题。在实践中，根据本发明，将海面逻辑解算器838A连接到第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器846A的电缆842A、846A可以包括高压电力线和光纤通信线。第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器846A的一个功能可以是转换并且降低电压，然后将光信号传输到铜线，从而能够通过构成电缆849A的低压铜线来进行第一海底逻辑解算器840A和第二海底逻辑解算器846A与I/O扩展设备834A之间的通信。所述低压铜线可以更易于在LMRP 818A与下部组套814A之间的接口处，根据需要断开并且重新连接。

在本发明的一些实施例中，液压控制单元834A可以连接到液压连接器820A，以将LMRP 818A从下部组套814A断开或者重新连接。由于液压连接器820A附接到LMRP 818A，因此单个液压管线848A可能需要穿过LMRP 818A与下部组套814A之间的接口，以提供液压控制单元834A与液压连接器820A之间的液压连通。或者，可以不使用所述管线，以便于从蓄能器850A向液压连接器820A提供电力，在图示的实施例中，所述蓄能器可以附接到LMRP818A。

图8C示出了本发明的另一个方面，包括能够在用于控制海面逻辑解算器838B的含人回路和自动配置，并且因此用于控制上述海底BOP的SIS之间交替。确切地说，本发明提供海面逻辑解算器838B，除其他功能之外，所述海面逻辑解算器可监控BOP系统的基本过程和控制，包括海底逻辑解算器的性能、BOP闸板的操作以及往复阀、压力传感器、温度传感器以及海底系统的其他部分的操作。为监控BOP闸板的操作，海面逻辑解算器838B可监控控制箱的操作。

根据图8C中所示的实施例，海面逻辑控制器可以配有键式开关852B，所述键式开关能够在含人回路状态与自动状态之间交替。所述键式开关可以是物理开关，也可以是集成到逻辑解算器的代码中的软件代码。

当键式开关852B处于含人回路状态中时，海面逻辑解算器838B，因此以及用于控制海底BOP的SIS可由操作员控制，所述操作员通过HMI面板847B或其他适当的方式向海面逻辑解算器838B发出命令。因此，所述操作员全权控制是使用SIS启动操作，还是不启动操作。

或者，当键式开关852B处于自动状态中时，自动控制器854B可以用于通过上述SIS控制海底BOP。所述自动控制器可以在操作员没有提供指示的情况下操作。

脐带子系统-图9

图9示出了根据本发明一个实施例的脐带子系统900，包括电缆盘902、热管线盘904和气体处理器盘906、软管滑轮910、MUX夹912以及具有鹅颈夹具的鹅颈管914。每个盘可以从控制台908进行控制，所述控制台可以是远程控制台。所述控制台可以提供每个盘的以下位置：1)卷入，2)制动，以及3)卷出。此外，在一些实施例中，可以从钻探船的气源向控制台308提供经过滤和调节的空气。

在一些实施例中，气体处理器盘906可以设计成容纳至多约一千英尺(1,000英尺)、2.6英寸外径的75％容量的软管，从而使所述盘的总容量达到1,333英尺的软管。当然，可以使用不同尺寸的盘和/或软管，具体取决于特定操作的需要。所述软管可以是两个管线构成的管束，封装在聚氨酯护套中，并且所述软管束可以具有约15英寸的最小弯曲半径。

所述盘可以安装在全接缝焊接、碳钢油田型滑橇上，具有顶置安全支架和四点垫片孔，以用于常规离岸起重机搬运。所述框架可以由碳钢制成，并且涂覆三层保护涂层系统。在一些实施例中，气体处理器盘906(以及其他盘，如下所述)可以具有盘驱动系统、水平绞线器系统、针对具体工作压力进行设计的液压旋转节以及/或者用于驱动电动机的空气控制器。此外，所述盘驱动系统可包括用于卷筒和水平绞线器驱动器的气动驱动系统，以及制动系统。

所述水平绞线器系统可以安装到位于盘架上的可拆除副架，并且可以通过盘的主轴的旋转进行驱动。所述水平绞线器系统可以倾斜并且与软管的具体大小同步。在一些实施例中，所述水平绞线器系统可以包括阿基米德螺钉或金刚石螺钉，具有滑动托架，所述滑动托架由座架(具有润滑油嘴)进行支撑，并且安装到副架。所述水平绞线器螺钉可以具有调整组件，用于手动调整滑动托架的位置，以使用卷筒校正微小的时间偏差。所述滑动托架可以自反向，并且可与软管到卷筒的出口/入口点同步。所述滑动托架承载弹性辊子，所述弹性滚子可控制并且包含从所述盘旋出的软管。

在特定实施例中，MUX电缆盘902可以设计成容纳至多约一万两千五百英尺(12,500’)、百分之八十五(85％)绕线轴容量的MUX铠装电缆916，从而为卷筒提供约一万六千英尺(16,000’)的容量。每个电缆盘902可以配有约11,500英尺的BOP MUX控制电缆916，尽管可以根据钻井更改电缆916的长度。电缆盘902可以设计成能够从远程位置进行控制，并且提供手动控制的超控。

MUX电缆916可以使用任何适当电力导线构成(例如，#7AWG导线)。单模光纤(主要和辅助通信)可以用于基于以太网的通信。在一些实施例中，所述电缆可以使用总体高密度的聚氨酯护罩以及反螺旋形、双线绕组的铠装护套构成。可以提供两个长度11,500英尺的电缆(一个设计用于蓝色绕线轴并且一个设计用于黄色绕线轴)，每个电缆缠绕在单独的绕线轴上。

例如，软管滑轮910可用于MUX电缆盘902和热管线盘904，所述软管滑轮可以是半月型滑轮，针对电缆/软管外径和最小弯曲半径进行适当的小大设置。

根据一些实施例，可以提供MUX夹912以将MUX电缆916/热管线软管以及MUX电缆916/气体处理器软管附接到立管部分。此外，鹅颈组件，包括鹅颈管914和鹅颈夹具，可通过三件式夹具，或者通过其他任何类型的装置安装到立管。在一些实施例中，大小与MUX电缆916和热管线软管的适当弯曲半径相匹配的两个鹅颈管914可以安装到分段式夹具上，在此情况下，两个鹅颈管914可以具有双夹具，以固定MUX电缆916和热管线软管。鹅颈管914可以通过双销铰布置安装，以根据需要将鹅颈管914安装到若干位置中。

测试套件-图10

图10中示出了测试套件1000，所述测试套件包括HPTU 1002和ASTS 1004。HPTU1002和ASTS 1004用作测试设备的主要零件，用于测试BOP组套。

ASTS 1004可以用于通过SEM控制器1006命令BOP功能。所述测试可以用于确认辅助组套的功能完全正常，并且有助于在进行钻探部署之前满足定期测试的政府要求。

在实践中，ASTS 1004可由包括测试硬件和软件的机柜构成。ASTS 1004可以通过脐带设备连接到辅助组套，所述脐带设备包括与海面控制子系统相同的硬件连接。测试期间，ASTS 1004可在测试完成之后，跟踪测试中所涉及的所有移动部件的使用，数据将传输到中央储存库(大数据)，以进行条件监控之后，所述数据称为全生命周期跟踪过程的一部分。图11中示出了大数据系统的更详细的内外关系图。

如图10中所示，ASTS 1004可能需要额外的机柜1008，例如SIL额定系统机柜，以测试海底安全特征，例如SIS。机柜1008可以容纳硬件，所述硬件可以提供与海面控制系统相同的功能接口。

在本发明的一些实施例中，HPTU 1002可以使用计算机控制的变速电动机，所述电动机驱动柱塞泵。通过此设计，无需使用辅助高压泵。相反，可以使用三柱塞泵，所述三柱塞泵由125马力的电动机使用防滑同步带驱动。电动机速度可以使用电子控制器改变。在一些实施例中，可以设有至多五个测试压力范围，包括：1)低压测试；200-600psi，2)中低压测试：375-1,125psi，3)中压测试：1,250-3,750psi，4)中高压测试：3,750-11,250psi，以及5)高压测试：12,500-37,500psi。

HPTU 1002可以配有适用于所涉及压力的接头。此外，可以从多个不同来源向HPTU1002提供流体，包括：1)来自钻井装置的供水，2)来自FRU甘醇箱的甘醇，3)来自FRU混合箱的BOP混合流体，以及4)诸如水泥单元等辅助供应系统。在一些实施例中，每个供应系统可以配有气动球阀，所述气动球阀可以从BOP测试/储存区远程面板或者钻台远程面板进行操作。

HPTU 1002可以安装在重载油田型滑橇上。在一些实施例中，所述滑橇框架可以由焊接碳钢构成，涂覆适用于海洋服务应用的涂漆系统。所述滑橇可以包括具有排放阀的不锈钢接滴盘。裸露的滑橇甲板可以配有玻璃纤维非滑橇格栅，其安装在滑橇接滴盘之上。

钻台控制台可以提供用于HPTU 1002的控制和多个压力范围下测试输出(如下定义)。所述面板设计成安装在危险区域，并且提供五种不同的测试回路，这些测试回路具有不同的测试压力范围，包括：1)低压测试；200-600psi，2)中低压测试：375-1,125psi，3)中压测试：1,250-3,750psi，4)中高压测试：3,750-11,250psi，以及5)高压测试：12,500-37,500psi。

所述钻台控制台还可以具有端口，用于从HPU滑橇接收加压流体。所述流体可以用于向测试系统供应额外流体，以便快速填充到5000psi，从而增加系统的净流速容量。

除了以上之外，辅助分配集管可以设计成附接到钻台远程面板。所述辅助分配集管可以配有四个测试电路：1)输出1(C&K)：350psi低压和20,000psi高压，2)输出2(刚性导管)：350psi低压和5,000psi高压，3)输出3(泥浆升压管线)：350psi低压和7,500psi高压，以及4)输出4(气体处理器/分流器)：250psi低压和2000psi高压。

本发明的特定实施例使操作员能够同时测试处于不同测试条件下的不同客户回路。总测试条件额定值为20,000psi。在一些情况下，记录测试数据的数字装置可以设置在图案记录器中的适当位置。此外，数字显示器可以提供单位取样速率下的压力读数。此外，钻台控制器接线盒适用于危险区域的安装。

类似于钻台控制台，BOP测试/储存控制台可以提供用于HPTU1002的控制以及各种压力范围下的测试输出。所述面板设计成安装在危险区域，并且提供三种不同的测试回路：与钻台控制台相同，存在多种测试压力范围，包括：1)低压测试；200-600psi，2)中低压测试：375-1,125psi，3)中压测试：1,250-3,750psi，4)中高压测试：3,750-11,250psi，以及5)高压测试：12,500-37,500psi。

所述BOP测试/储存控制台还可以具有端口，用于从HPU滑橇接收加压流体。所述流体可以用于向测试系统供应额外流体，以便快速填充到5000psi，从而增加系统的净流速容量。此外，可提供经过调节的测试输出，以用于测试BOP操作员，以及用于BOP组套功能的热管线铺设以及主要和辅助BOP的压力测试。

在一些实施例中，HPTU 1002设计成作为备用单元进行操作。所述面板可包括用于运行HPTU系统的计算机和软件，并且所述面板可设计用于安全区域的安装。此外，HPTU1002可包括可变频率驱动器(VFD)，所述可变频率驱动器可以连接到HPTU电动机，并且控制电动机速度以改变泵的流速。此外，HPTU 1002可以包括提升杆，用于在安装和维护操作期间提升并且移动HPTU滑橇组件。

测试条件1000的一些实施例可包括可回缩的测试短柱，所述测试短柱可传送以使用标准接头连接到井口连接器。所述测试短柱具有约18-3/4英寸的标称尺寸、20Ksi的额定工作压力，并且具有30英寸直径的上插销外形，其具有两种不同类型的5-1/2英寸全井口钻具接头测试转接器。所述钻具接头测试转接器可使用约13-1/2英寸的密封件直径以及一体式水合物裙部。此外，所述单元可具有涂覆铬镍铁合金625的VX/VT型材。下部芯轴主体可以向下与约35-7/16英寸直径×2.0英寸厚的结构板端接。所述结构板可以具有位于31-11/16英寸的螺栓圆周上的12英寸×1-5/16英寸通孔。

可以在短柱主体中设置两个检修孔(外部压力端口)，以便于接通顶盖中的高压。测试排放口可以包括约1-3/8英寸的阴接头。可以设置附接到顶盖的鹅颈管配件。总高度可以是约42-1/8英寸。所述单元还可以包括插销型材保护器。

除了以上之外，测试套件1000可以包括海底取油管测试盖，所述海底取油管测试盖可拆除，以便提供以下测试条件：1)两个C&K管线的同步压力测试，2)一个泥浆升压管线，以及3)两个液压刚性导管。

如图1、3-7B以及9-11中所示，其中每一附图均示出了系统和子系统的内外关系图，以下系统和接口存在于图示和描述的BOP系统的实施例中。

·船载子系统将数据提供给大数据服务器。

·所述船载子系统将电力和数据提供给大数据服务器。

·所述船载子系统在ERA与立管子系统之间收发电信号。

·船载子系统的ERA机械安装在立管子系统上，位于分流器挠曲接头的挠曲接头的下方并且位于水管的上方。

·BOP组套通过法兰接头机械安装到立管子系统。

·所述立管子系统向BOP组套供应液压。所述刚性导管提供海底液压动力，并且节流、压井和泥浆升压管线提供钻井流体。

·BOP组套电气连接到立管子系统，从而提供两个CP子系统之间的连续性。

·SIS的海底部件机械安装在BOP组套上。

·所述BOP组套箱SIS提供液压流体，所述SIS又用于控制BOP组套上的SIL功能。

·脐带系统的鹅颈管机械安装到立管系统的张紧环下方，优选地安装到水管上方，从而减少MUX电缆和软管潜在损坏。脐带系统的MUX夹安装在立管接头，以固定MUX电缆和软管。

·脐带系统的MUX电缆和热管线软管机械端接到BOP组套。

·脐带系统的MUX电缆向BOP组套供应电力和通信。

·脐带系统的MUX电缆向BOP组套供应光通信，以收发数据。

·所述脐带系统通过热管线软管向BOP组套供应液压控制流体。

·船载子系统与脐带系统之间的机械接口。

·船载子系统向脐带系统供应电气控制和电力，以传输到海底部件或者从海底部件传输。

·船载子系统向脐带系统供应光通信，以使用海底部件收发数据。

·SIS与脐带系统之间的机械接口。

·脐带系统向SIS发送海底电力。

·脐带系统通过黑信道向SIS发送海底光控制。

·船载子系统与BOP组套之间的机械测试。

·在使用安全备份启动功能时，船载子系统向SIS提供电信号。

·测试套件的立管测试盖可以与BOP组套的立管转接器和立管子系统的立管接头连接。两个部件的此接口可以相同。

此外，以下外部系统接口已经图示并且描述：

·“大数据服务器”可以提供钻探控制网络接口(标识卫星连接上传)，以访问所收集的数据。

·大数据服务器从立管管理系统接收数据以跟踪立管各部分的使用(海底部署的时间以及在立管串内的位置)。

·船载子系统可将数据提供给钻探控制网络。

·所述船载子系统可以提供离散触点，以从“动态定位”启动自动化EDS。

·所述船载子系统可以提供离散触点，以在气体处理器关闭时关闭泥浆泵。

·所述船载子系统可以在LMRP从下部组套分离时向立管反冲系统提供信号。

·从FRU的钻井水向船载子系统供水。

·立管子系统连接到“多脚架自动”，以进行多脚架的控制和回读。

·立管子系统电连接到钻井装置，以提供两个CP子系统之间的连续性。

·立管子系统可以与立管管理系统提供的RFID标记机械连接。

·立管子系统可以通过分流器挠曲接头机械安装到分流器。

·立管子系统与ROV之间的机械。

·立管子系统的张紧环可以与张紧系统机械连接。

·立管子系统的立管运行工具可以与钻井装置上的立管运行工具自动化系统机械连接。

·脐带系统从钻井装置管道系统接收液压流体。

·可以从钻井装置气源向脐带系统供应气动力，以控制各个盘。

·脐带子系统的软件和电缆滑轮可以机械安装到钻井装置上的月池结构。

·BOP组套可以通过井口连接器机械锁定到井口。BOP组套可以提供足够的间隙和导向漏斗，以便于安装到井口上。

·BOP组套的下部组套通过芯轴连接器机械连接到封盖组套。下部组套可为封盖组套提供足够的间隙。

·BOP组套可以具有用于钻井装置上处理的若干接口。

·BOP组套可以提供用于ROV干预的适当机械机头，包括，但不限于反应杆、ROV操作球阀、ROV液压穿刺接头等。

·BOP组套可以从ROV接收液压控制，以启动功能。

·BOP组套可提供与ROV的电气接口，以向ROV显示器充电。

·测试套件从钻井装置管道系统接收液压流体。

·可以从钻井装置气源向测试条件供应气动力，以控制各个阀。

·测试套件可以从船载电源接收电力。电力可以供应到电力管理系统以及液压动力子系统中的泵电动机。

·从HPTU的钻井水和立管测试盖向测试套件供水。

·SIS可以具有隔离球阀，所述隔离球阀可以与ROV连接。

尽管已经相对于有限数量的实施例描述本发明，但是受益于本发明的所属领域中的技术人员可认识到，可以在不脱离本说明书中所述的本发明范围的情况下提出其他实施例。因此，本发明的范围仅由随附的权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种用于高压海底环境中的防喷器(BOP)系统，所述防喷器系统包括：

BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有多个BOP闸板，所述多个BOP闸板附接到海底井口；

立管子系统，所述立管子系统从钻探船延伸到所述BOP组套，并且提供两者之间的流体连通；

船载子系统，所述船载子系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套和所述立管子系统，以控制所述BOP组套和所述立管子系统的功能；以及

安全仪表化系统，所述安全仪表化系统具有海面逻辑解算器和至少一个海底逻辑解算器，所述安全仪表化系统与所述BOP闸板的至少一部分连通，以用作所述船载子系统故障情况下的冗余控制系统。

2.根据权利要求1所述的BOP系统，进一步包括：

辅助组套测试系统，所述辅助组套测试系统用于连接到所述BOP组套以在部署之前测试所述BOP组套，从而确保所述BOP组套符合预定标准，所述辅助组套测试系统具有测试硬件和软件，所述测试硬件和软件设计成模拟将在钻探操作中使用的控制系统软件和硬件，以测试所述BOP组套。

3.根据权利要求1所述的BOP系统，进一步包括：

数据管理子系统，所述数据管理子系统与所述船载子系统通信，所述船载子系统托管用于控制钻探操作的应用程序，并且用作将数据传输到基于云的数据管理系统的门户。

4.根据权利要求3所述的BOP系统，其中所述数据管理子系统包括服务器，所述服务器驻留在钻探船上。

5.根据权利要求3所述的BOP系统，其中所述数据管理子系统使用基于云的数据管理服务来传输有关钻探操作的操作性数据。

6.根据权利要求1所述的BOP系统，进一步包括：

脐带子系统，所述脐带子系统包括电缆、液压软管以及位于所述船载子系统与所述BOP组套、立管子系统和安全仪表化系统之间的通信电缆。

7.根据权利要求1所述的BOP系统，其中所述BOP系统能够用于压力最高达至少约20,000磅/平方英寸的钻井。

8.根据权利要求1所述的BOP系统，其中所述BOP系统能够用于温度最高达至少约350华氏度的钻井流体。

9.一种用于高压海底环境中的防喷器(BOP)系统，所述防喷器系统包括：

连接到钻探船的BOP组套，所述BOP组套包括下海底立管总成和下部组套部分，所述下部组套部分具有多个BOP闸板，所述多个BOP闸板附接到海底井口；以及

辅助组套测试系统，用于连接到所述BOP组套以在部署之前在钻探船的甲板上测试所述BOP组套，从而确保所述BOP组套符合预定标准，所述辅助组套测试系统具有测试硬件和软件，所述测试硬件和软件设计成模拟将在钻探操作中使用的控制系统软件和硬件，以便有效地测试所述BOP组套，所述辅助组套测试系统包括具有额定安全完整性等级的系统柜，所述具有额定安全完整性等级的系统柜配置成测试所述BOP系统的安全仪表化系统。

10.根据权利要求9所述的BOP系统，进一步包括：

船载子系统，所述船载子系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套，以控制所述BOP组套的功能；以及

其中所述安全仪表化系统具有海面逻辑解算器和至少一个海底逻辑解算器，所述安全仪表化系统与所述BOP闸板的至少一部分连通，以用作所述船载子系统故障情况下的冗余控制系统。

11.根据权利要求10所述的BOP系统，进一步包括：

数据管理子系统，所述数据管理子系统与所述船载子系统通信，所述船载子系统提供托管应用程序的框架，并且用作将数据传输到基于云的数据管理系统的门户。

12.根据权利要求11所述的BOP系统，其中所述数据管理子系统包括服务器，所述服务器驻留在钻探船上。

13.根据权利要求11所述的BOP系统，其中所述数据管理子系统使用基于云的数据管理服务来传输有关钻探操作的操作性数据。

14.根据权利要求11所述的BOP系统，进一步包括：

脐带子系统，所述脐带子系统包括电缆、液压软管以及位于所述船载子系统与所述BOP组套、立管子系统和安全仪表化系统之间的通信电缆。

15.根据权利要求9所述的BOP系统，其中所述BOP系统能够用于压力最高达至少约20,000磅/平方英寸的钻井。

16.根据权利要求9所述的BOP系统，其中所述BOP系统能够用于温度最高达至少约350华氏度的钻井流体。

17.一种用于高压海底环境中的油气钻探方法，所述方法包括：

将BOP组套附接到位于所述海底的井口，所述井口将压力最高达至少约20,000磅/平方英寸的钻井进行封盖；

使用海底立管子系统将所述BOP组套连接到钻探船；

使用船载子系统控制所述BOP组套的功能，所述船载子系统以电子、机械和液压方式连接到所述BOP组套的部件；

将与安全仪表化系统相关联并且从所述船载子系统分离的逻辑解算器连接到所述BOP组套的部件，以用作所述BOP组套的冗余控制系统。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

通过数据管理子系统将操作数据传输到所述云，以通知待处理的设备服务和故障模式。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

将所述BOP组套连接到辅助组套测试系统，以在部署之前测试所述BOP组套，从而确保所述BOP组套符合预定标准。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

使用所述辅助组套测试系统中的硬件和软件在钻探船的甲板上测试所述BOP组套，所述硬件和软件模拟将在钻探操作中使用的控制系统硬件和软件。