DE102012007219A1

DE102012007219A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Funktion von Blow-Out-Preventern

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Publication number: DE102012007219A1
Application number: DE201210007219
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Der Blow-Out-Preventer ist das zentrale Sicherheitselement bei einer Tiefbohrung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, das eine verlässliche Bestimmung und/oder Überwachung der Position von beweglichen Elementen eines Blow-Out-Preventers mit Ultraschall gestattet. Die Erfindung basiert auf dem physikalischen Effekt der Fortbewegung von mechanischen Wellen des Ultraschalls in gerichteter Form durch unterschiedliche Medien und deren Reflexion an Grenzschichten. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrens ist nicht nur auf Blow-Out-Preventer beschränkt. Es ist bei allen Positionsbestimmungen von Kolben und Kolbenstangen in hydraulischen Systemen anwendbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Techniken zum Monitoring an Absperreinrichtungen für Bohrungen auf festen Oberflächen, unter der Wasseroberfläche oder auf Bohrinseln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Anlagen zur Überwachung des Betriebs der Blow-Out-Preventer (BOP), beispielsweise der Position von beweglichen Teilen unterschiedlicher BOP's.
Die Erfindung ist dabei vorzugsweise gleichermaßen anwendbar für alle Typen von ram BOP's in einer gestapelten BOP-Baugruppe (BOP Stack): pipe, blind, shear, und blind shear. Bei vorteilhafter Ausgestaltung ist auch eine Anwendung bei Annular BOP möglich.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Blow-Out-Preventer (kurz: BOP) bezeichnet man eine Reihe von Absperrventilen, die bei einer Erdöl- oder Erdgasbohrung direkt über dem Bohrloch angebracht werden und die unter anderem der Verhinderung eines Blowouts dienen.
Der Blow-Out-Preventer ist das zentrale Sicherheitselement bei einer Tiefbohrung.
Die Bezeichnung bezieht sich dabei sowohl auf die einzelnen Absperrorgane als auch auf deren Kombination zum BOP-Stapel ('BOP stack'). Die BOP werden beidseitig durch eine starke Hydraulik betätigt.
Der Blowout-Preventer wird unmittelbar über dem Bohrloch angebracht. Bei unterseeischen Bohrungen befindet er sich damit am Meeresboden in einer Tiefe bis zu mehreren tausend Meter.
Oben im BOP stack befindet sich der Annular BOP, ein ringförmiges Gummielement, welches in Längsrichtung zusammengedrückt wird, und den Zwischenraum von Bohrgestänge und BOP-Innenwand abdichtet. Der Annular BOP dient auch dem Abdichten des Bohrlochs bei Druckmessungen. Unterhalb der Annular BOP befinden sich mehrere Etagen von Ram BOP's.
Diese Ram BOP können in verschiedene ram-Typen unterschieden werden:
(a) blind ram, (b) pipe ram und (c) shear ram.
Sollten die Annular BOP und die (a)/(b) Mechanismen bei Absperrung des Bohrloches versagen, existiert eine weitere Sicherheitsvorrichtung: Eine Stufe von Schiebern mit gehärteten Schneiden ('shear rams') im BOP stack soll das gesamte durch den BOP gehende Rohrgestänge zerschneiden und so die Abdichtung unter allen Umständen sicherstellen. Ist der BOP frei von durchlaufenden Rohren, können die 'shear rams' auch als normale Absperrschieber dienen.
Häufig stehen Umweltkatastrophen beim Bohren und Fördern nach fossilen Rohstoffen in engem Zusammenhang mit einem Versagen des BOP.
Je nach Anwendungsgebiet werden Blow-Out-Preventer in unterschiedlichen Zeitintervallen Funktionstests unterworfen (BOP tests). Diese BOP tests erfordern eine sichere Vorrichtung zur Durchführung der Abfrage der Lage oder Position der Stempel der Ram BOP's.
Ein BOP ist ein Gerät, das in der Regel während der Bohrungen in Bodennähe eingesetzt wird (bzw. bei Unterwasserbohrungen auf dem Meeresboden), um das unkontrollierte Ausströmen von Erdöl und/oder Erdgas aus den Bohrungen zu verhindern. Die Funktionsüberwachung während des Normaletriebes und während der Funktionstests muss daher mit geeigneten elektronischen Mitteln überwacht werden.
Stand der Technik
Einige Beispiele für Ram BOPs und/oder Ram-Typen sind in den US-Patenten bzw. Patentanmeldungen Nr.: 4647002, 5025708, 5575452, 5735502, 5897094, 6173770, 6374925, 7051989, 7234530, 7300033, 2008/0265188 und 2009/0056132 dargestellt und beschrieben.
Die Lage der Stempel und/oder des Ram-Block's eines BOP kann durch visuelle Betrachtung der Endstücke der Schubstangen der Ram-Blöcke gemessen werden.
Für die Automatisierung der Abfrage der Lage oder Position der Stempel können Ram-Positionssensoren vorgesehen sein, wie in Patentschriften beschrieben, beispielsweise in den US Patenten/Anmeldung Nr. 4922423, 5320325, 5407172, 7274989, 2008/0197306 und 2012/0000646.
Die Patentanmeldung 2012/0000646 nennt viele physikalische Prinzipien als mögliche Sensoren für die Messung der Position. Auch werden Ultraschallsensoren aufgeführt.
Die Patentanmeldung beansprucht eine elektrische Anzeige der Position des Kolbens durch Ultraschallsensoren, die am oberen und unterem Ende des Hydraulikzylinders angebracht sind (Anspruch 14, US 2012/0000646 A1 ). Die vorgeschlagene Montageposition (4E, US 2012/0000646 A1 ) ist für Ultraschallsensoren aus mehreren Gründen nicht vorteilhaft. Die dort vorgeschlagene Montageposition für die Sender und dem Empfänger gestatten keine Kommunikation in der Art, das diese durch die Kolbenposition signifikant beeinflusst und/oder auswertbar ist. Ultraschallwellen folgen im Wesentlichen den Gesetzen der Wellenoptik.
Mit der Schallausbreitung gehen wie in der Wellenoptik die Phänomene Reflexion, Brechung, Beugung, Streuung, und Absorption einher. Reflektierte und gestreute Schallwellen können als Echos von einem Ultraschallempfänger registriert werden.
Technisch anwendbar ist in hydraulischen Systemen nur die Anwendung bei senkrechtem Einfall senkrechtem Einfall des Schalls an glatten Grenzflächen zwischen Gebieten mit unterschiedlicher Impedanz.
Schon die Phänomene Reflexion und Brechung machen eine Nutzung in einer dort (4E, US 2012/0000646 A1 ) vorgestellten Weise nicht möglich. Auch ist eine Auswertung von Ultraschall nach dem Durchgang durch eine Vielzahl von Impedanzsprüngen, die durch mehrere aneinander montierte Bauelemente auftreten, nicht praktisch sinnvoll, da die Intensität der Ultraschallwellen nach dem Reflexionsgesetz eine kaum messbare Größen annimmt.
Die Montage eines Ultraschallsensors, der nach dem Sende-Empfangs-Modus arbeitet und in Bewegungsrichtung senkrecht auf den Kolben ausgerichtet ist, arbeitet nicht zuverlässig. Ultraschallsensoren in diesem Modus schwingen nach und benötigen eine zeit zum Umschalten von Senden und Empfangen. Daraus resultiert ein Mindestabstand, der nicht unterschritten werden kann. Ein weiterer Aspekt ist das Auftreten von Mehrfachechos, welche die Funktion eines Grenzschalters behindern.
Die in dieser Patentanmeldung beanspruchte Verwendung eines Sonarsensors, der die Position des Kolbens durch Laufzeitmessung ermitteln soll, und die am oberen und unterem Ende des Hydraulikzylinders angebracht sind (Anspruch 18, US 2012/0000646 A1 ), ist deshalb nicht vorteilhaft. Die vorgeschlagene Montageposition (5B, US 2012/0000646 A1 ) zeigt eine Vorrichtung welche die genannten Nachteile in dieser Verwendung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, das eine verlässliche Bestimmung und/oder Überwachung der Position von beweglichen Elementen eines Blow-Out-Preventers mit Ultraschall gestattet.
Die Erfindung basiert auf dem physikalischen Effekt der Fortbewegung von mechanischen Wellen des Ultraschalls in gerichteter Form durch unterschiedliche Medien und deren Reflexion an Grenzschichten.
Vorteilafterweise wird nicht nur eine simple Entscheidung ähnlich einer Ultraschallschranke getroffen oder die Auswertung eines Näherungsschalters gewählt. Zusätzlich zum Erkennen von Echos in laufzeitabhängigen Zeitfenstern, erfolgt eine Bewertung der Amplitude der Echos, um über eine Interpolation die geometrische Ortsauflösung der beweglichen Teile des BOP zu ermöglichen. Die zur Auswertung genutzten Ultraschallwellen werden senkrecht im Winkel von 94° in die Wand des Hydraulikzylinders eingekoppelt.
Die Ultraschallsensoren werden im Sende-Empfangs-Modus mit einem Sendeburst betrieben. Dabei richtet sich die Sendeburstlänge nach den geometrischen Abmessungen des BOP.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen BOP in Endlage entgegen Richtung des Bohrgestänge
2 einen Längsschnitt durch einen BOP in Mittenlage
3 einen Längsschnitt durch einen BOP in Endlage in Richtung des Bohrgestänge
4 eine Draufsicht auf einen BOP mit 2 in Umhausung eingebaute Sensor-Linien
5 eine Seitenansicht eines Teils eines BOP mit einer Sensorumhausung im Längsschnitt
6 eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor 14 bei Mittenlage
7 eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor 12 bei Mittenlage
8 eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor 13 bei Mittenlage
9 ein Schema redundanter Signalverarbeitung an einen BOP mit 2 Sensor-Linien
Die Vorrichtung in 1 weist im Wesentlichen mehrere Ultraschallsensoren (11) bis (17), die in einer Linie zu den beweglichen Teilen der hydraulischen Stelleinheit, das sind unter anderen der Kolben (44) und die Kolbenstange (43), auf der Wand des Zylinders (41) angeordnet sind, auf. Die Bewegungsrichtung wird durch (45) angezeigt. Die hydraulische Stelleinheit, im Wesentlichen bestehend aus Kolben (44) und Kolbenstange (43) im Zylinder (41) ist mit einer Hydraulikflüssigkeit (18) gefüllt.
Für die Funktion der Vorrichtung ist die Art und Zusammensetzung der Hydraulikflüssigkeit (18) nicht von Bedeutung. Zur Erfüllung der Funktion der Vorrichtung muss diese lediglich eine Transmission der Ultraschallwellen gestatten.
Die Strahlausrichtung der Ultraschallsensoren (11) bis (17) erfolgt im Winkel von 90° zur Bewegungsrichtung (45) des beweglichen Teiles des BOP und senkrecht und mittig zur Achse des Durchmessers der Kolbenstange (43).
Die Ultraschallsensoren senden Ultraschallwellen im Winkel von 90° senkrecht in die Metallwand des Hydraulikzylinders (41). In 1 wird der Laufweg der Ultraschallwellen von Sensor (11) innerhalb der Wand (31) dargestellt. Der Kolben (44) befindet sich unterhalb des Sensor (11), die Ultraschallwellen könnend daher nicht in das Hydraulikmedium eintreten und werden reflektiert. Wird der Weg für die Ultraschallwellen nicht versperrt, werden diese an der Kolbenstange (43) reflektiert. Für die Sensoren (14) und (17) sind die Laufwege (34) und (37) in der Hydraulikflüssigkeit dargestellt.
2 zeigt einen Längsschnitt durch einen BOP in Mittenlage. Der Laufweg der Ultraschallwellen (32) von Sensor (12) innerhalb des Hydraulikmediums (18) dargestellt, die Ultraschallwellen werden an der gegenüberliegenden inneren Zylinderwand reflektiert. Der Kolben (44) bedeckt den Ultraschallsensor (13) teilweise. Vom nicht bedeckten Teil des Sensors (13) können Ultraschallwellen ebenfalls bis zur gegenüberliegenden inneren Zylinderwand gelangen und werden Reflektiert. Die Energie der reflektierten Ultraschalls ist entsprechend des Bedeckungsgrades geringer.
Die Amplitude der Hüllkurve des empfangenem Echos von Sensor (13) ist deshalb geringer als die Amplitude der Hüllkurve von Sensor (12).
Wird der Weg für die Ultraschallwellen nicht versperrt, treten diese in das Hydraulikflüssigkeit (18) ein und an der (43) reflektiert. Für den Sensor (17) ist der Laufweg (37) in der Hydraulikflüssigkeit (18) dargestellt.
3 zeigt einen Längsschnitt durch einen BOP in Endlage in Richtung des Bohrgestänge. Der Laufweg der Ultraschallwellen (31) und (34) von den Sensoren (11) und (14) innerhalb des Hydraulikmediums (18) wird dargestellt, die Ultraschallwellen werden an der inneren Wand (41) des Hydraulikzylinders reflektiert. Der Kolben (44) befindet sich unterhalb des Sensor (17), die Ultraschallwellen können daher nicht in das Hydraulikmedium eintreten und werden reflektiert.
4 zeigt die Draufsicht auf die Wand (41) eines Hydraulikzylinders von einem BOP mit 2 in Umhausung (53) eingebaute Sensor-Linien (91) und (92). Die Montage der Sensorumhausung (53) erfolgt derart, das wenigstens 1 Sensor, z. B. (11) bei einer Endlagendetektion sich in einer Position befindet wo der nicht dargestellte Zylinder den Schallweg zur gegenüberliegenden Zylinderwand verhindert. Die Kontakteinheit (57) ermöglicht eine Kontaktierung der Sensor-Linien (91) und (92) zu den hier nicht dargestellten wasserdichten Kabelanschlüssen oder wasserdichten Kabeldurchführungen zu weiteren Elektronikeinheiten, wie den Umschaltern für den Empfang (93) und Umschaltern für den Sendeburst (98).
5 zeigt eine Seitenansicht eines Teils eines BOP mit einer Sensorumhausung im Längsschnitt. Die Federelemente (55) drücken die Trägerplatine (51) der Sensor-Linie gegen die Wand (41) des Hydraulikzylinders vom BOP. Zwischen dem Sensor (11) und der wand (41) befindet sich gegebenenfalls ein Koppelmittel oder Elastomer (52). Zum Schutz vor eindringendem Wasser und/oder zur Verbesserung der Kopplung kann die Umhausung (53) mit einem Öl (56) gefüllt sein.
6 zeigt eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor (14) bei Mittenlage wie sie in 2 beschrieben ist. Der Sendeburst (60) erzeugt bei Reflektion an der Zylinder-Innenwand ein Echo (62) das in einem Zeitfenster (61) erwartet wird. Die Echoamplitude beträgt zu diesem Zeitpunkt 0 V.
7 zeigt eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor (12) bei Mittenlage wie sie in 2 beschrieben ist. Der Sendeburst (60) erzeugt bei Reflektion an der Zylinder-Innenwand ein Echo (72) das in einem Zeitfenster (61) erwartet wird. Die Echoamplitude beträgt zu diesem Zeitpunkt 0,7 V.
8 zeigt eine oszillografische Darstellung des Signals von Sensor (12) bei Mittenlage wie sie in 2 beschrieben ist. Der Sendeburst (60) erzeugt bei Reflektion an der Zylinder-Innenwand ein Echo (82) das in einem Zeitfenster (61) erwartet wird. Die Echoamplitude beträgt zu diesem Zeitpunkt 0,35 V. Mit den Amplitudenwerten der Sensoren (12) und (14) als Stützstellen für die Interpolation berechnet sich die Position der vorderen Flanke des Kolbens zur Mittenposition zwischen den Sensoren (12) und (14). Wählt man einen Piezoscheibendurchmesser von etwa 20 mm und vernachlässigt den Abstand zwischen den Sensoren berechnet sich die Steilheit der Interpolationsfunktion von etwa 0,035 V/mm.
Das ist nur beispielhaft für die gewählten Bedingungen.
Die obigen Betrachtungen betreffen nur eine Sensor-Linie. Sind die Sensor-Linien um einen halben Sensordurchmesser versetzt angeordnet verbessert sich die Genauigkeit der Berechnung wesentlich. Bei dem gewählten Beispiel würde die zweite, nicht dargestellte Sensor-Linie in der gleichen Position vor der Flanke des Kolbens einen 100% freien Sensor und nach der Flanke einen 100% bedeckten Sensor haben. Der Vergleich der Messwerte der Sensor-Linien muss eine plausible gleiche Sensorposition ergeben. Neben der Redundanz aus den Werten von zwei Sensor-Linien (Hardware-Redundanz) ergibt sich durch den Vergleich auf Plausibilität noch eine Software-Redundanz.
Der dargestellte Verfahrensschritt gilt gleichermaßen für jede beliebe Kolbenposition.
9 zeigt ein Schema redundanter Signalverarbeitung an einen BOP mit 2 Sensor-Linien. Ein Mikroprozessor (96) steuert zwei Impulserzeuger (97) die über eine Umschalteinrichtung (98) wahlweise die Sensoren der zwei Sensor-Linien (91) und (92) mit dem Sendeburst versorgen können. Die Empfangssignale der Sensoren der Sensorlinien können über Umschalter (93) zwei Verstärker (94) und zwei ADC (95) zugeführt werden. Die digitalisierten Signale werden erfindungsgemäß im Mikroprozessor verarbeit.
Weitere bekannte notwendige Verarbeitungs- und Übertragungseinheiten sind hier nicht dargestellt. Die Art und Weise die Signale zu Multiplexen sind vielfältig und bekannt. Die hier dargestellte Vorrichtung zeigt hier nur beispielhaft eine Möglichkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist das Verwenden von mehreren Analogwerten der Hüllkurve. Bei genügender Anzahl kann das Flächenintegral der Hüllkurve für die Interpolation der geometrischen Orte zwischen den Einzelsensoren verwendet werden.
In weiterer Ausgestaltung ist das Verfahren nicht auf die Verwendung des ersten Echos beschränkt. Mehrfachechos können ebenso vorteilhaft ich die Berechnung einbezogen werden.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrens ist nicht nur auf Blow-Out-Preventer beschränkt. Es ist bei allen Positionsbestimmungen von Kolben und Kolbenstangen in hydraulischen Systemen anwendbar.
Bezugszeichenliste

11: Ultraschallsensor Nr. 1
12: Ultraschallsensor Nr. 2
13: Ultraschallsensor Nr. 3
14: Ultraschallsensor Nr. 4
17: Ultraschallsensor Nr. 7
18: Hydraulikflüssigkeit
31: Ultraschallweg bis zur Reflexion und zurück Sensor 1
32: Ultraschallweg bis zur Reflexion und zurück Sensor 2
33: Ultraschallweg bis zur Reflexion und zurück Sensor 3
34: Ultraschallweg bis zur Reflexion und zurück Sensor 4
37: Ultraschallweg bis zur Reflexion und zurück Sensor 7
41: Wand Hydraulikzylinder
43: Kolbenstange
44: Kolben
45: Bewegungsrichtung
51: Trägerplatine Sensorlinie
52: Elastomer
53: Umhausung
55: Federelement
56: Ölfüllung
57: Kontakteinheit
60: Sendeburst
61: Zeitfenster Zylinderwandecho
62: Echoamplitude Ultraschallweg durch Kolben verdeckt
72: Echoamplitude Ultraschallweg 100% frei
82: Echoamplitude Ultraschallweg durch Kolben teilweise verdeckt
91: Sensor-Linie 1
92: Sensor-Linie 2
93: Umschalter Empfang
94: Verstärker
95: Analog-Digital-Wandler ADC
96: Mikroprozessor
97: Impulserzeuger
98: Umschalter Senden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0000646 A1 [0017, 0017, 0020, 0022, 0022]

Claims

Vorrichtung zur Messung der Funktion von Blow-Out-Preventern (BOP) mit außen seitlich zur Bewegungsrichtung angebrachten Ultraschallsensoren, insbesondere am Metallgehäuse der im BOP beinhalteten hydraulischen Stelleinheit, zur Positionsbestimmung beweglicher Teile am BOP, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Vorrichtung besteht aus wenigstens 2 in einer Linie zur Bewegungsrichtung eines beweglichen Teiles des BOP auf dem Metallgehäuse der hydraulischen Stelleinheit angeordneten Ultraschallsensoren für den Sende-Empfangs-Modus, – die Vorrichtung besteht gegebenenfalls aus 2 parallel angeordneten Linien von Ultraschallsensoren (Sensor-Linien), – die 2 parallel angeordneten Sensor-Linien sind einander um die Hälfte des Mittenabstandes zweier Sensoren innerhalb einer Sensor-Linie versetzt angeordnet, – die Strahlausrichtung der Ultraschallsensoren erfolgt im Winkel von 90° zur Bewegungsrichtung des beweglichen Teiles des BOP und senkrecht und mittig zur Achse des Durchmessers der Kolbenstange, – die Ultraschallsensoren mit einer Burst sendenden Einheit verbunden sind, – die Ultraschallsensoren mit einer Verstärkereinheit verbunden sind, – die Ausgangssignale der Verstärkereinheiten von in der Bewegungsrichtung benachbarten Sensoren einer Einheit zum Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale zugeführt werden, – die Sensor-Linien in einer zum Hydraulikzylinder offenen Umhausung angeordnet sind und mit einem Kontaktmittel die Hydraulikzylinderwand berühren, – die Umhausung gegebenenfalls mit einer Ölfüllung versehen ist, – der Kontakt der Ultraschallsensoren gegebenenfalls durch mechanische Hilfsmittel wie Federn aller Art oder mit Justiereinrichtungen in der Art verbessert wird, das ein Empfang von reflektierten Ultraschallwellen ermöglicht wird, – die Ultraschallsensoren sind Dickenschwinger mit einer vorzugsweisen Frequenz zwischen 250 kHz und 5 MHz, – der maximale Abstand der Ultraschallsensoren in einer Sensor-Linie kleiner als die Kolbenlänge des Hydraulikkolbens im BOP ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Ultraschallsensoren sind Scheiben mit einem Durchmesser zwischen 5 und 50 mm, – das Trägermaterial der Sensor-Linien besteht aus einem Ultraschall schlecht leitendem Material, – vorteilhafter Weise besteht dieses Material aus einem glasfaserverstärktem Epoxydharz, – die Sensor-Linien sind mit einer Kontakteinheit versehen, – die elektrische Kontaktierung kann lösbar oder unlösbar sein, – die Ultraschallsensoren sind mit einem Klebstoff auf dem Trägermaterial angeordnet, – die dem Trägermaterial gegenüberliegende Seite ist gegebenenfalls mit einem ultraschalldurchlässigem Elastomer beschichtet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die das Echo verstärkende Einheit befindet sich ebenfalls in der gleichen Umhausung am Hydraulikzylinder oder in einer separaten Umhausung am BOP, – gegebenenfalls befinden sich weitere Elektronikeinheiten in diesen Umhausungen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Sensor-Linien sind über einen Analogschalter bei Bedarf wechselnd mit wenigstens einem ADC zur Amplitudenbewertung verbunden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Sensor-Linien sind über einen Analogschalter bei Bedarf wechselnd mit wenigstens zwei ADC zur Amplitudenbewertung verbunden.
Verfahren zur Messung der Funktion von Blow-Out-Preventern (BOP) mit außen seitlich zur Bewegungsrichtung angebrachten Ultraschallsensoren, insbesondere am Metallgehäuse der im BOP beinhalteten hydraulischen Stelleinheit, zur Positionsbestimmung beweglicher Teile am BOP, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – alle Sensoren der Sensor-Linien werden bei einem Messvorgang ohne oder mit einen Analogschalter mit wenigstens einem ADC zur Amplitudenbewertung verbunden, – die gemessenen Amplituden der einzelnen Sensoren werden verglichen, – der Vergleich der Amplituden erfolgt sowohl innerhalb der Sensor-Linien als auch zwischen den Sensor-Linien, – Ansteuerung der Sensoren mit einem Burst, dessen zeitliche Länge kürzer als die Laufzeit des ersten Ultraschallimpulses vom Sensor zur Hydraulikkolbenstange des BOP ist, – einlesen wenigstens eines Amplitudenwertes innerhalb eines Echos, – gegebenenfalls einlesen mehrerer Amplitudenwerte je empfangenem Echo, – gegebenenfalls einlesen mehrerer aufeinanderfolgender Echos (sogenannter Mehrfachechos), – abspeichern der den Sensoren zugeordneten Amplitudenwerte, – Ermittlung der vorderen und hinteren Kolbenflanke in Bezug auf die Bewegungsrichtung, – Analyse der ermittelten Amplitudenwerte auf Plausibilität untereinander und zur Kolbenlänge.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Erhöhung der Sicherheit durch Prüfung der Plausibilität einzelner Sensorwerte, – umschalten des Signalweges der Sensoren durch Analogschalter, – Elimination defekter Signalwege durch mindestens doppelten Signalweg.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Ermittlung der Amplitudenwerte der Echos in mindestens 2 verschieden Zeitfenstern, die mit der Laufzeit des Ultraschalls zum Innendurchmesser des Zylinders und dem Außendurchmesser der Kolbenstange korrelieren.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Berechnung des Verschiebungsweges des Hydraulikkolbens zwischen zwei benachbarten Sensoren durch Interpolation einzelner Messwerte, – Verwendung von mindestens zwei verschieden Näherungsfunktionen, von denen die erste Näherungsfunktion für die vordere Kolbenflanke gilt und die zweite Näherungsfunktion für die hintere Kolbenflanke gilt, – Definition und Bildung der Stützstelle 'Null' der Interpolationsfunktion aus den jeweils aktuellen Messwerten für die absolute Bedeckung des Sensors durch den Kolben soll der jeweilige Amplitude der geometrische Ort 'Null' zugeordnet werden, – Definition und Bildung der Stützstelle 'Abstand-Richtung hintere Flanke' der Interpolationsfunktion aus den jeweils aktuellen Messwerten für die absolute Nicht-Bedeckung des Sensors durch den Kolben, das bedeutet Reflektion an der Kolbenstange, soll der jeweiligen Amplitude der geometrische Ort 'Sensorabstand Richtung Bohrloch' zugeordnet werden, – Definition und Bildung der Stützstelle 'Abstand-Richtung vordere Flanke' der Interpolationsfunktion aus den jeweils aktuellen Messwerten für die absolute Nicht-Bedeckung des Sensors durch den Kolben, das Bedeutet Reflektion an der Innenwand des Hydraulikzylinders, soll der jeweiligen Amplitude der geometrische Ort 'Sensorabstand Richtung entgegen Bohrloch' zugeordnet werden, – Berechnung der interpolierten geometrischen Orte der vorderen und hinteren Kolbenflanken aus den mathematisch gemittelten und geglätteten Messwerten für Sensoren, welche die Bedingungen der Stützstellen nicht erfüllen, – Prüfung der berechneten geometrischen Orte der Flanken mit der wahren geometrischen Länge des Kolbens auf Plausibilität.
Verfahren nach Anspruch 6 und Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Respektive Berechnung der Stützstellen aus den Flächenintegralen der Hüllkurve an den relevanten geometrischen Orten.