CN107208468A - 海底bop液压流体流量监测 - Google Patents
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Abstract
本文公开了用于准确地测量并监测防喷器(BOP)系统(200)中液压流体的累积容积特别是针对所关心功能的方法和系统。一种方法包括：初始化状态机算法(600)，所述状态机算法响应于被激活的所关心的BOP功能；测量初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用于所述状态机算法中的液压阻抗变量；监测所述BOP系统随时间变化的总计液压流率和压力；应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及应用所述状态机算法(600)以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
Description
相关申请交叉引用
本申请是PCT申请，要求于2014年11月11日提交的美国临时申请号62/078,236的优先权，其通过引用被全部并入本文中。美国申请号14/884,563于2015年10月15日提交，并要求于2014年10月17日提交的美国临时申请号62/065,431的优先权，其全部公开内容通过引用都被并入本文中。
技术领域
本公开一般涉及石油和天然气设备，并且，更具体地涉及测量流量以确定液压控制是否作用以执行特定功能的方法。具体地，本公开提供监测液压控制系统中的总计流率(aggregated flow rate)和压力以了解所关心的特定负荷的信息的系统和方法。
背景技术
防喷器(BOP)系统是用来防止海底油井和气井喷发的液压控制系统。海底BOP设备通常包括两个或更多个冗余控制系统的组合，用分开的液压路径操作BOP组(BOP stack)上的指定的BOP功能。冗余控制系统通常被称作蓝黄控制盒。在已知系统中，通信和电力电缆向特定地址的致动器发送信息和电力。致动器又使液压阀移动，从而开放流体路径通向控制BOP的一部分的一系列其它阀门/管道。
当前的BOP系统的一个缺陷是与海面的液压流体连通是通过一对冗余管路实现的，由单个来源给管路供应流体，测量手段有限，通常是单个流量表。当在海面上有多个分开的控制系统利用共同的液压供应给海底部件提供供给时，海面上的多个分开的控制系统可能不能基于共同的测量装置(诸如共同的流量表或共同的压力表)准确地了解另一控制系统已经执行了哪些功能。例如，当系统具有共同的流量表时，通过给海底部件供给液压，用来执行功能的主要海面控制系统可能不能准确地向备用安全系统传送执行的功能。
在已知系统中，当系统具有使用单个液压源的两个或更多个独立的控制系统时，测量到达特定负荷的流体是困难的。增加附加的流量表和压力表可能使系统复杂化并引入其它缺陷。
发明内容
本公开的系统和方法的实施例允许在具有多个控制系统的系统上流量表的监测以及分离出有多少流量到达特定负荷。方法的实施例能够实现负荷的初始激活和初始读信号的同步。流量表的监测用来分离流量表中的噪声信号，过滤到达具有多个控制系统的系统中的预期负荷的流率。
本公开的系统和方法能够使用共同的液压动力系统和流量表用于多个控制系统。本公开的系统和方法大大地提高了BOP系统的分析能力，用最小数目的附加传感器实现了改进的诊断和安全性。
本文中公开了一种用于准确地测量并监测防喷器(BOP)系统中的液压流体的累积容积的方法。所述方法包括步骤：初始化状态机算法，所述状态机算法响应于被激活的所关心的BOP功能；测量初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用于所述状态机算法中的液压阻抗变量。在一些实施例中，所述方法还包括步骤：监测所述BOP系统随时间变化的总计液压流率和压力；应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量。在一些实施例中，所述方法还包括步骤：应用所述状态机算法以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
本文中还公开了一种用于准确地测量并监测所关心的防喷器(BOP)功能中的液压流体的累积容积的系统。所述系统包括：海面液压部件，所述海面液压部件包括液压动力单元(HPU)和至少两个控制系统，所述至少两个控制系统与所述HPU流体连接并且是独立可操作的以使来自所述HPU的液压流体流动；海底BOP部件，所述海底BOP部件包括BOP组，其中，所述BOP组包括BOP组功能，其可操作以由来自HPU的液压流体的流动执行；以及流体流量表，所述流体流量表设置在HPU和所述BOP组之间刚性管路上，所述流体流量表可操作以测量从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量。
在一些实施例中，所述系统还包括：压力表，所述压力表设置在HPU上或与与其紧邻，所述HPU向所述刚性管路供给液压流体，所述压力表可操作以测量从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量的管路压力；以及处理单元，所述处理单元包括处理器并可操作以从所述流体流量表接收总计流体流量数据，并从所述压力表接收管路压力数据。所述处理单元包括非瞬态、有形的存储器介质并与其通信，所述非瞬态、有形的存储器介质与所述处理器通信，并具有一组存储的指令，所述一组存储的指令可由所述处理器执行并包括步骤：初始化状态机算法，所述状态机算法响应于被激活的所关心的BOP功能；应用测量的初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用在所述状态机算法中的液压阻抗变量；监测随时间变化从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量以及从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量的管路压力；应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及应用所述状态机算法以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
此外公开了一种设备，所述设备包括具有存储于其上的一组指令的有形的非瞬态存储器介质，所述指令由适当的处理单元执行时使所述处理单元执行一种方法，所述方法包括步骤：初始化状态机算法，所述状态机算法响应于被激活的所关心的BOP功能；应用测量的初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用在所述状态机算法中的液压阻抗变量；监测随时间变化从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量以及从HPU到所述BOP组的液压流体的总计流量的管路压力；应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及应用所述状态机算法以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
附图说明
图1是BOP组的示意系统总图。
图2是BOP系统的示意系统图表。
图3是示出本公开的系统和方法的顶层系统图的一个实施例的流程图。
图4是示出海面液压仿真的一个实施例的流程图。
图5是示出海底液压仿真的一个实施例的流程图。
图6是使用状态机算法(也称作状态机系统)对图3-5中描述的系统进行仿真的流程图。
图7是代表随时间改变S(系统允许的最大流率)的流量补偿器功能(S2)的图形。
图8是示出代表图5中描述的海底液压系统中的重复序列块的图形。
图9是代表在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中的流量的图形。
图10是代表在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中在海面上记录的压力的图形。
图11是代表在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中在海面上记录的流量的图形。
图12是示出在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中随时间流动的每分钟加仑(GPM)和总加仑的图形。
图13是示出使用本公开的系统和方法从总计流量中去掉泄露流量和来自第二BOP功能的流量以获得用来执行第一BOP功能的流量的准确读数的结果的图形。
图14是示出使用本公开的系统和方法从总计流量中去掉泄露流量和来自第二BOP功能的流量以获得用来执行第一BOP功能的流量的准确读数的结果的图形。
图15是示出结合本公开的系统和方法使用流率补偿器功能的图形。
图16示出在本公开的系统中模拟的故障功能的结果的图形。
图17提供针对代表本公开的系统和方法的程序逻辑的决策树的一个实施例。
具体实施方式
描述的方法和系统用于海底BOP系统的部件，并且在基本过程控制系统(BPCS)可以从同一液压源异步地投入和切出负荷时，提供确定到达安全完整性水平(SIL)额定负荷的流量或BPCS功能(所关心的功能)的能力。本公开的系统和方法消除了来自系统中泄露的流量噪声以及由BPCS中的状态切换和切换暂态引起的流量噪声。
本文中公开的方法和系统的另一用处是在BPCS比方说例如钻井控制系统中，需要测量来自各功能的流率，同时忽略系统中存在的任何泄露的流量。系统和方法能够从由泄露引起的基本噪声中取出功能信号。
此外，本文中公开的方法的更普遍用处包括测量来自安装位置的一个控制系统的流量，在安装位置，几个独立的控制系统由共同的液压源操作各功能。使用逻辑树和特定算法，系统和方法允许辨别关心的信号，同时忽略其它独立的控制系统。
首先参照图1，示出BOP组的示意性系统总图。在图1中，描绘了BOP组100，其包括下隔水管总成(Lower Marine Riser Package，LMRP)102和下部组104。LMRP 102包括环管106、蓝控制盒108和黄控制盒110。火线112、蓝管114和黄管120从立管122向下进入到LMRP102中并通过管路歧管124到达控制盒108、110。蓝电力和通信线116和黄电力和通信线118分别进入控制盒108、110。LMRP连接器126把LMRP 102连接至下部组104。液压致动楔128和130设置成悬挂可连接软管或管子132，软管或管子132可以连接至梭板(shuttle panel)，诸如梭板134。
下部组104可以包括梭板134以及盲剪切闸板BOP 136、外壳剪切闸板BOP 138、第一管子闸板140和第二管子闸板142。BOP组100设置在井口连接144上。下部组104还可以包括可选的安装到组的蓄能器146，其包含必需量的液压流体以操作BOP组100内的某些功能。
现在参照图2，示出BOP系统的代表系统图。BOP系统200包括海面单元202和具有立管122的BOP组100(图1中也可见)。海面单元202包括分开的独立控制系统204、206、208，其与液压动力单元(HPU)210通信。当这些独立控制系统中的任何一个活动时，换言之，命令HPU 210向BOP组100供给液压流体(例如从液压储蓄器(未描绘))和/或电流时，共同的管路212用来向BOP组100提供液压流体和/或电流。液压流体流量由表214测量。BOP系统200还可以包括共同的压力传感器216。表214、216设置成紧邻海面并紧邻HPU 210。
在BOP系统200的一个示例中，盲剪切闸板BOP 136和外壳剪切闸板138可能需要被激活。独立控制系统204能够向接近的盲剪切闸板BOP 136提供液压流体。不过，此流体中的一些可能泄露。此外，独立控制系统204可能不能提供足够的液压流体以执行两个功能，并且可能不能激活外壳剪切闸板138。在这种情况下，外壳剪切闸板138可能需要由独立控制系统206或208激活。在这种情况下，独立控制系统206或208可能需要知道首先由独立控制系统204传送的液压流体或者负荷的量，以执行任一或两个功能。
如果没有本公开的系统和方法，表214不能够提供对与独立控制系统204执行的功能独立的控制系统206、208的准确测量。总计流量读数不足以知道已经供应了多少液压流体来执行BOP组中海底的各个功能。
在描述的系统和方法中，当所关心的功能被激发或激活时，诸如闸板、状态机(诸如状态机系统600(本文中也称作状态机算法))，清除所有内部变量和标志，读出初始流率基准和初始压力基准。此读数创建“液压阻抗”或井口损失变量，其用来排除由于泄露和/或在所关心的功能之前执行的其它功能造成的任何流量。此变量在本文中也称作K，其中，K＝P/F。F指流体流量，P指压力。状态机使用总计流量表，诸如图2中的表214，对流量积分得到容积。在状态机内，检测流率变化的条件(本文中也称作dF/dt)被监测。
如果检测到dF/dt的值很大，且所关心的功能尚未完成，则使用总流量或者换言之针对所关心的功能的流量和更新的压力值，使系统重新基准化。在BOP系统中，检测到大的dF/dt且功能尚未完成的情况可以包括在一些实施例中在第一功能完成(参见图13，区域B到C)之前第二功能被调用激发，或者液压连接失败，比方说例如软管泄露。逻辑回路继续，直到其时完成或确定错误状态。错误状态可以包括诸如给定功能没有完成或者对于给定功能液压流体的容积过大的情况。例如，错误状态可能在以下情况时出现：(1)某功能的逝去时间大于预期的时间量，比方说例如45秒，(2)容积大于或等于所需的功能容积，或(3)所关心的功能被去激活。
现在参照图3，提供了示出顶层系统图的一个实施例的流程图。尽管本公开的实验和仿真使用计算机程序被编程、运行并验证，但本领域技术人员会认识到本文中公开的系统和方法能够使用其它软件和/或硬件(比方说例如可编程逻辑控制器)编程和运行。
现在参照图3，提供了示出顶层系统图的一个实施例的流程图。在系统300中，在步骤302，提供海面液压的完整子系统模型(参见例如图2中的独立控制系统204、206、208)。在下文还参照图4描述步骤302。在步骤304，提供子系统模型，该模型模拟液压泄露、所关心的功能和在预期功能(即所关心功能)中执行的不可预期功能。在下文还参照图5描述步骤304。
在步骤306，定义状态机的部件需要的硬件定时器和信号。在一些实施例中，步骤306包括定义内部计算机和/或可编程逻辑控制器部件和/或单独的定时机构。在步骤308，实现状态机。在步骤310，定义在系统300中可接受的最大dF/dt。可接受的最大dF/dt能够被动态调节，以适应由海面液压和海底液压之间的长管道(刚性管路)造成的流量的指数上升(参见图2，212)。本领域技术人员会认识到附加步骤可以用于仿真器(比方说例如系统300的仿真器)内的验证。
现在参照图4，提供了示出海面液压仿真的一个实施例的流程图。系统400还定义参照图3讨论的步骤302。在步骤402，把简单的储蓄器用作等效回路，提供HPU(比方说例如图2中的HPU 210)的功能模型。在步骤404，表示液压流量传感器，其以GPM为单位可选地测量流量。在步骤406，计算来自HPU滑动模型的总流率，可选地以GPM为单位。步骤404和406代表流量表。步骤404和406的一个物理实施例是流体流量表。
在步骤408，提供液压传感器。在步骤410，在来自HPU的管道和刚性管路之间的系统400的压力表用来创建“压力转换器”。步骤408和410一起代表压力传送器。再一次，步骤402代表HPU。在步骤412，提供刚性管路(诸如图2中的管路212)的模型。在一些实施例中，在BOP系统的海面和海底部件之间可以使用直至2英里的刚性管路，任何可能长度的管路都能够被准确地模拟。本领域技术人员会认识到附加步骤可以用于仿真器(比方说例如系统400的仿真器)内的验证。
现在参照图5，提供了示出海底液压仿真的一个实施例的流程图。系统500还定义参照图3讨论的步骤304。在步骤502，向系统500提供来自图4中所示的海面液压仿真的液压流体。块504、506、508分别代表BPCS功能、安全完整性水平(SIL)功能和泄露流量。这些块代表相似功能；不过，在块504，BPCS同步信号是唯一的，在块508，其代表泄露流量，较低流率用来代表泄露，而不是期望功能。
在步骤510，代表重复序列的信号被仿真，这打开和关闭在步骤512表示的闸门阀。在步骤512表示的闸门阀是向BOP组中所关心的功能供应液压流体的阀门。在步骤514，计算用于BPCS的同步信号，这只应用于块504，不应用于块506和508。步骤516代表把流率设置成近似等于BOP组功能所需的流率的管子。本领域技术人员会认识到附加步骤可以用于仿真器(比方说例如系统500的仿真器)内的验证。
现在参照图6，提供了对图3-5中描述的系统进行仿真的流程图。图6提供可在本公开的状态机算法中运行的功能的一个实施例。在本文中描述的附图和实施例中，以下缩写适用：A指以加仑累积的液压流体容积；F指流体流量；P指压力；FM指来自海面液压的流量表测量值；PM指来自海面液压的压力表测量值；K指“液压阻抗”或井口损失变量P/F；T指时间，以秒为单位；Fault指指示检测到故障的标志；S指系统允许的最大流率；S2指随时间改变S(系统允许的最大流率)的补偿器。如果产品用于极短的管道或者不包括电容器的电子器件，则S2能够被调节。
一些下标数字指示示出的变量的临时存储位置。例如，t2是在循环递进时用来处理时间的临时位置，或F4是存储临时流率的位置。术语“SilFnct”是关于图5描述的BPCS同步变量的局部表示。
在图6中的步骤602，状态机系统600不在监测流量。在步骤604，用以下功能初始化流量监测：entry:A＝0；entry:F1＝FM；entry:P1＝PM；exit:K＝P1/F1；entry:Flag＝0；entry:dt＝0；entry:t2＝0；entry:t＝0；entry:Fault＝0；entry:S2＝5*S；entry:F4＝0；以及exit:K2＝P1/F1。步骤604是初始化状态，其在同步信号之前设置变量的起始值。在步骤606，流量监测正用以下功能进行：entry:F2＝FM；P2＝PM；entry:t＝t+1；entry:dt＝t-t2；exit:t2＝t；exit:A＝A+((FM-(PM/K))*dt/60)；以及exit:S2＝S*(1+5^exp(-t/2))。用于流量监测的步骤606是主要状态。在监测状态中，流量和压力表被监测，时间变量响应于硬件时钟(诸如在图3的步骤306的硬件定时器和信号)被更新。此外，加法器求流量表的总和，计算随时间变化的S2补偿器。在步骤608，用以下执行存储功能：entry:Fi-F1-(P1/K)以及exit:Flag＝1。当监测步骤606中的第一时间被调用时，执行用于存储功能的步骤608。步骤608捕获可能由于泄露或其它功能造成的初始流量。
在步骤610，用以下功能执行更新功能：entry:t＝t+1；entry:K3＝PM/(FM-F4)；以及exit:K＝(K2*K3)/(K2+K3)。在步骤612，由以下执行保存主S(系统允许的最大流率)功能：entry:F4＝F2；P4＝P2；以及entry:t＝t-1。在步骤614，用以下执行循环检查：exit:dF＝FM-F2以及entry:t＝t+1。步骤614计算由循环使用的dF/dt。如果dF/dt小于S2，S2为GPM，且功能没有完成，则系统返回监测步骤606。如果dF/dt太大，则通过在步骤610和612计算新液压阻抗变量K，过程被重新基准化。步骤616是伪状态(dummy state)。
伪状态是允许循环执行两个时间周期而不更新变量的临时状态，提供循环和系统中的物理装置之间的同步功能。
步骤618是具有entry:Fault＝1的故障状态。步骤618是状态机系统600已经确定功能失效的点。例如，故障状态可以在A>75或者换言之累积的容积大于75加仑且所关心的功能尚未完成时存在。或者例如，故障状态可能在t>45且A<67或者换言之，在执行所关心的功能之后，逝去的时间大于45秒且累积容积仍小于67加仑时存在。这是重要的，原因是45秒是美国石油学会要求的关闭BOP的时间，67加仑是关闭剪切闸板BOP要求的容积。本领域技术人员会认识到附加步骤可以用于仿真器(比方说例如系统600的仿真器)内的验证。
现在参照图7，提供了示出随时间改变S(系统允许的最大流率)的补偿器(S2)的图形。如关于图6指出的，S指系统允许的最大流率，S2指随时间改变S(系统允许的最大流率)的补偿器。如果该产品用于极短的管道或不包括电容器的电子器件，则S2可能需要被调节。S2补偿初始流量。线700示出S，系统允许的最大加仑/分钟。S2补偿器调节随时间变化的最大可允许流率以补偿液压系统的暂态响应。
现在参照图8，提供了示出图5中描述的海底液压系统中的重复序列块的图形。线802指示模拟的系统500中的“泄露”，泄露是活动的并一直被模拟。线804指示BPCS(所关心的功能)在仿真开始之后25秒被激活。线806指示SIL在仿真开始之后50秒活动。线808指示BPCS已经被去激活到关闭状态。线810指示SIL已经被去激活到关闭状态。
图9是代表在对本公开的系统和方法仿真的一个实施例中的流量的图形。在BOP组诸如图1中示出的BOP组100中，当BOP组从共同的管路(诸如图2中的共同管路212)接收液压流体时存在一定量的液压泄露。在图9中，泄露由线902表示，为恒定量。选择的泄露量是在仿真时做出的决策。在验证过程中，可以测试许多不同的水平，以确保对于系统中的不同故障算法都是具有鲁棒性的。
在25秒，由线904表示的BPCS功能被激活用于液压供应，以执行BOP组中的功能。一开始，流量快速增大到大约600GPM，然后在大约74秒逐步下降回0GPM。在50秒，由线906表示的SIL功能被激活，其需要来自海面的附加液压负荷。可以看出，SIL流量一开始快速增大到大约500GPM，然后在大约100秒下降到0GPM。
仍然参照图9，线908代表测量的从海面到BOP组的总流率。线908代表线902(泄露)、线904(所关心的功能)和线906(SIL功能)的流量的和。在BOP系统诸如BOP系统200中，在海面上(诸如由表214)记录的总流率(在图9中由线908表示)包括由线902表示的泄露、由线904表示的BPCS功能(所关心的功能)和由线906表示的SIL功能的和。如所示的，在BPCS功能流量和SIL功能流量终止之后在大约104秒，线908滞后回到只有泄露流量。
图10是表示在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中在海面上记录的压力的图形。线1002示出针对图9中图示的仿真实施例管路压力的降低。当总流量增大时，管路压力下降。管路压力和流量的这些变化在一些实施例中可以由表(诸如图2的实施例中示出的表214、216)测量。
图11是表示在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中在海面上记录的流率的图形。线908示出针对图9中图示的仿真实施例流量的增加。当总流量增大时，管路压力下降(图10中示出)。管路压力和流量的这些变化在一些实施例中可以由表(诸如图2的实施例中示出的表214、216)测量。在一些实施例中，总计压力和流量测量值的组合一起用来准确地测定针对BOP系统中的BOP组的部件的液压流量。再一次，本文中仿真的系统和方法的实施例是由仿真的，不过，其它商业软件可以与硬件结合使用以实现这些系统和方法。参照图10和11，由于压力和流量曲线是相反的形状，液压阻抗(P/F)对于任何特定情况都是恒定的。
图12是示出在本公开的系统和方法的仿真的一个实施例中随时间流动的GPM和总加仑的图形。线908示出来自图9中描述的仿真的实施例的总流量，单位为GPM。在此仿真中，可以提供积分函数。线1202代表已经随时间变化流向BOP组的总加仑数，这条线通过求总流率对时间的积分计算出。
图13示出使用本公开的系统和方法从总计流量中去掉泄露流量和第二功能的流量以获得针对第一所关心的功能(也称作BPCS功能)的液压流量的结果。如关于图9讨论的，线908代表从海面到BOP组的总流量。线908代表线902(泄露)、线904(所关心的功能)和线906(SIL功能)的流量的和。在BOP系统诸如BOP系统200中，诸如由表214在海面上记录的总流量(在图9中由线908代表)包括由线902代表的泄露、由线904代表的BPCS(所关心的功能)和由线906代表的SIL的和。线1202代表已经随时间流向BOP组的总加仑数，并且这条线通过求总流率对时间的积分计算出。
仍然参照图13，阶梯线1302代表状态机算法，与图6中描述的类似，补偿其需要忽略的流量。例如，在图13的实施例中，所关心的值可以是(1)针对BPCS(所关心的功能)的流量，单位为GPM和/或(2)随时间变化已经到达BPCS(所关心的功能)的总流量，单位为加仑。在图13的区域A中，在25秒之前，线908代表泄露，单位为GPM。在此区域中，线1202作为积分函数，代表给定时间的总泄露，单位为加仑。随着在积分函数中泄露积累(线1202)，状态机算法忽略它，由线1302示出，保持0GPM，并从线1202分开。换言之，BOP系统，诸如图2中的BOP系统200不应当把泄露计算到执行给定功能需要的液压流体的总量中。
在图13的区域B中，在25秒和50秒之间，测量的系统中的总流量的线908包括来自泄露的流量和BPCS功能。BPCS功能在25秒被激活。在此区域中，积分总流量的线1202和状态机算法的线1302被泄露量抵消，但具有大致相同的斜率。在50秒，SIL功能，也称作第二功能被激活。因此，在区域C中，在大约50秒和大约76秒之间，线908代表系统中泄露的总流量加上BPCS功能的流量和SIL功能的流量。尽管线1202继续在区域C中累积总流量，但线1302示出状态机功能算法正忽略来自第二SIL功能的流量。状态机算法正通过去掉泄漏流量和SIL功能，通过使用由流量表和压力表提供的测量值，如关于图6中变量K描述的，计算到达BPCS功能的流量。
例如，在70秒，在区域C中，状态机算法的线1302示出已经到达BPCS功能的总流量大约是68加仑。状态机算法并不计算系统的泄露和来自SIL功能的流量。在70秒，在区域C中，对于线1202-总流量总计器，这示出总流量大约为95加仑。这将包括由泄露产生的流量、来自第一BPCS功能的流量和来自第二SIL功能的流量。因此，状态机算法的线1302提供到达所关心的功能的总流量的准确读数，并且不计算其它流量源，诸如泄露或辅助功能。
在应用中，所关心的值包括何时已经执行BOP功能，或者换言之何时已经提供足够量的液压流体来执行此功能。例如，线1304示出状态机算法的线1302在大约76秒到达大约73加仑。不过，基于总流量积分的线1202，在大约62秒到达大约76加仑。因此，状态机算法通过提供针对所关心的功能相关的总液压流量的准确测量，提供功能何时完成的准确测量。
图14是示出使用本公开的系统和方法从总计流量中去掉泄露流量和来自第二BOP功能的流量以获得用来执行第一BOP功能的流量的准确读数的结果的图形。在25秒，由线1302代表的状态机算法开始计算当BPCS功能被激活时累积的流量的总容积。类似标记的线代表与以前的图相同的线。
图15是示出使用本公开的系统和方法从总计流量中去掉泄露流量和来自第二BOP功能的流量以获得用来执行第一BOP功能的流量的准确读数的结果的图形。在图15中，线1502代表流率补偿器功能，诸如如之前关于图6和7描述的流率补偿器功能S2。在50秒，当SIL、第二功能被激活时，由于刚性管路诸如系统200中示出的管路212的长度，代表测定总流量的系统的流量表的线908的上升时间是缓慢的。换言之，在第二功能的激活和流量表上的读数之间有延迟。增加流率补偿器功能，诸如流率补偿器功能S2，会提供由线1504示出的刚性或直线过渡，这在进行状态过渡时这是有利的。
图16示出在本公开的系统中被模拟的故障功能的结果的图形。图16代表实验仿真，其中，BPCS定时驱动器被修改以在不恰当的时间关闭阀门。此图形被归一化，以示出所有结果。线1602代表故障功能，线1604代表总流率，线1606代表错误信号。实验表明在一些实施例中，在功能被激发的时间中最小可接受流率需要被加入。此外，在一些实施例中，一个功能要捕获由于高流率出现的故障情况，比方说例如组装的软管喷出，最大流率要被加入。
图17提供代表本公开的系统和方法的程序逻辑的决策树的一个实施例。在BOP系统诸如BOP系统200中，只提供一个总计流量表和一个总计压力表。在图17中，S代表可允许流量阶梯变化，t代表时间，K代表“液压阻抗”，P代表压力，F代表流率，A代表累积的容积。在开始步骤1702，A＝0。在步骤1704，测量第一流量F1，测量第一压力P1。在步骤1706，计算K的值，其中，K＝P1/F1。在步骤1708，激活BOP功能。在步骤1710，测量第二流量测量值F2，测量第二压力测量值P2。在步骤1712，逻辑检查A＝0是否成立。如果成立，在步骤1714，存储初始流量Fi，且Fi＝F2-(P2/K)。在步骤1714之后，过程前进到步骤1716。
如果在步骤1712，A不等于0，则在步骤1716，计算以下等式：A＝A+(F2–P2/K)*t。在步骤1718，测量第三流率F3。在步骤1720，根据如下计算流率变化ΔF：ΔF＝F3-F2。在步骤1722，如果|ΔF|>S，则决策树前进到步骤1724。如果|ΔF|不大于S，则决策树返回步骤1710。在步骤1724，如果A完成或者换言之，累积的容积达到期望的累积容积，则在步骤1726，决策树完成。如果累积的容积还未达到期望的累积容积，或者A没有完成，则决策树转到步骤1728，在此，读出流量的第四值F4和压力的第四值P4。在步骤1730，根据K＝P4/(F4-Fi)再一次计算K。在步骤1730之后，决策树返回步骤1710，逻辑被执行，直到A完成或者已经达到期望的累积容积。
在描述的本公开的各个实施例中，本领域技术人员会认识到各种类型的存储器可由计算机读，诸如参考各个计算机和服务器(例如计算机、计算机服务器、网络服务器或具有本公开的实施例的其它计算机)描述的存储器。
单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。
计算机可读介质的示例可以包括但不限于：一个或多个非易失性硬编码类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、CD-ROM和DVD-ROM或可擦除电可编程只读存储器(EEPROM)；可记录类型的介质，诸如软盘、硬盘驱动器、CD-R/RW、DVD-RAM、DVD-R/RW、DVD+R/RW、闪存、存储棒和其它更新类型的存储器；以及传输类型的介质，诸如数字和模拟通信链路。例如，这些介质可以包括操作指令以及与之前描述的系统和方法步骤有关的指令，并且这些介质能够在计算机上操作。本领域技术人员会理解代替或除了描述的存储计算机程序产品(例如其上包括软件)的位置之外，这些介质可以在其它位置。本领域技术人员会理解之前描述的各个软件模块或电子部件可以由电子硬件、软件或两者的组合实现和维护，并且这些实施例由本公开的实施例考虑。
在附图和说明书中，已经公开了方法、系统和具有存储的本公开的计算机程序的非瞬态计算机可读介质的实施例，尽管使用了特定术语，但这些术语只是在描述意义而不是出于限制目的使用的。已经参照这些图示的实施例特别详细地描述了方法、系统和具有存储的本公开的计算机程序的非瞬态计算机可读介质的实施例。不过，显然在如前面的说明书中描述的方法、系统和具有存储的本公开的计算机程序的非瞬态计算机可读介质的实施例的精神和范围内，可以进行各种改进和变化，并且这些改进和变化被认为是本公开的等同物和一部分。
Claims (20)
1.一种用于准确地测量并监测防喷器(BOP)系统(200)中的液压流体的累积容积的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
初始化状态机算法(600)，所述状态机算法(600)响应于被激活的所关心的BOP功能；
测量初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用于所述状态机算法(600)中的液压阻抗变量；
监测所述BOP系统(200)随时间变化的总计液压流率和压力；
应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及
应用所述状态机算法(600)以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：操作所述状态机算法(600)以求所述总计液压流率对时间的积分，从而获得总累积流量容积。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：对所述BOP系统(200)的海面液压建模，其中，所述海面液压从以下组成的组中选择：液压动力单元(210)；刚性管路(212)；液压储蓄器；以及紧邻HPU设置的压力表(216)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：对所述BOP系统(200)的海底液压建模，其中，所述海底液压是从由以下组成的组中选择的：向所关心的功能供应液压流体的阀门；用于建模目的打开和关闭液压流体供应阀门的信号；用于所关心的功能的同步信号；以及来自海面液压的液压流体的供应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：设置所述BOP系统中每个单位时间的液压流量的最大允许变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量是从以下组成的组中选择的：来自所述BOP系统中的泄露的液压流量和与辅助BOP功能有关的液压流量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：操作所述状态机算法(600)以确定故障状态，其中，所述故障状态响应于所关心的BOP功能响应于从被激活的所关心的BOP功能逝去的时间而失效。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：应用流率补偿器功能以进行状态过渡。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：在所关心的BOP功能被激活的时间内应用最小可接受流率和最大可接受流率。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所关心功能是基本过程控制系统功能，并且与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量是安全完整性水平功能和BOP系统液压泄露。
11.一种用于准确地测量并监测所关心的防喷器(BOP)功能中的液压流体的累积容积的系统，所述系统的特征在于：
海面液压部件，所述海面液压部件的特征在于液压动力单元(HPU)(210)和至少两个控制系统(204，206)，所述至少两个控制系统(204，206)与所述HPU(210)流体连接并且是能够独立操作的以使来自所述HPU(210)的液压流体流动；
海底BOP部件(100，122)，所述海底BOP部件的特征在于BOP组(100)，其中，所述BOP组(100)的特征在于BOP组功能，其能够操作以由来自HPU(210)的液压流体的流动执行；
流体流量表(214)，所述流体流量表(214)设置在HPU(210)和所述BOP组(100)之间紧邻刚性管路(212)，所述流体流量表(214)能够操作以测量从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量；
压力表(216)，所述压力表(216)设置成紧邻HPU(210)，所述HPU(210)向所述刚性管路(212)供给液压流体，所述压力表(216)能够操作以测量从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量的管路压力；
处理单元，所述处理单元能够操作以执行一种方法，所述方法的特征在于以下步骤：
初始化状态机算法(600)，所述状态机算法(600)响应于被激活的所关心的BOP功能；
应用测量的初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用在所述状态机算法(600)中的液压阻抗变量；
监测随时间变化的从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量以及从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量的管路压力；
应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及
应用所述状态机算法(600)以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：操作所述状态机算法(600)以求从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量对时间的积分，从而获得总累积流量容积。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：对所述BOP系统的海面液压建模，其中，所述海面液压从以下组成的组中选择：HPU(210)；刚性管路(212)；液压储蓄器；压力表(216)；以及流体流量表(214)。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：对所述BOP系统的海底液压建模，其中，所述海底液压是从由以下组成的组中选择的：向所关心的功能供应液压流体的阀门；用于建模目的打开和关闭液压流体供应阀门的信号；用于所关心的功能的同步信号；以及来自HPU的液压流体的流量。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：设置所述BOP系统中每个单位时间液压流量的最大允许变化。
16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，与所关心的BOP功能不相关的所述BOP系统液压流量是从以下组成的组中选择的：来自所述BOP系统中的泄露的液压流量和与辅助BOP功能有关的液压流量。
17.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：操作所述状态机算法(600)以确定故障状态，其中，所述故障状态响应于所关心的BOP功能基于从被激活的所关心的BOP功能逝去的时间而失效。
18.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：应用流率补偿器功能以进行状态过渡。
19.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述方法的特征还在于以下步骤：在所关心的BOP功能被激活的时间内应用最小可接受流率和最大可接受流率。
20.一种设备，其特征在于具有存储于其上的一组指令的有形的非瞬态存储器介质，所述指令由适当的处理单元执行时使所述处理单元执行一种方法，所述方法的特征在于以下步骤：
初始化状态机算法(600)，所述状态机算法(600)响应于被激活的所关心的BOP功能；
应用测量的初始液压流率基准和初始压力基准，以创建用在所述状态机算法(600)中的液压阻抗变量；
监测随时间变化的从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量以及从HPU(210)到所述BOP组(100)的液压流体的总计流量的管路压力；
应用所述液压阻抗变量以排除与所关心的BOP功能不相关的BOP系统液压流量；以及
应用所述状态机算法(600)以响应于液压流体的总累积容积，确定所关心的BOP功能何时完成。
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