DE69928469T2

DE69928469T2 - Druckkontrollvorrichtung

Info

Publication number: DE69928469T2
Application number: DE69928469T
Authority: DE
Inventors: Gordon Thomas Bieldside Milloy
Original assignee: Elmar Services Ltd
Current assignee: National Oilwell Varco UK Ltd
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: GB9911491D0; ATE310894T1; NO317364B1; EP0959225B1; NO992394L; EP0959225A3; DE69928469D1; AU752338B2; AU3014199A; NO992394D0; NO317364B3; SG90051A1; GB2337545B; EP0959225A2; US6305471B1; GB9810683D0; GB2337545A

Description

Die vorliegende Erfindung stellt eine Drucksteuerungsvorrichtung und ein Verfahren bereit, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Seildrucksteuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von bei der Exploration, Produktion und/oder Gewinnung von Kohlenwasserstoffen benutzter Druckapparatur.
Herkömmlich wird, wenn eine Seildruckapparatur wie etwa ein Seil-Blowout-Preventer (BOP) als Teil eines Gestänge- oder Förderstrangs, der sich von einer Bohranlage oder dergleichen nach unten erstreckt, installiert wird, ein standardmäßiger Seildruckschlitten benutzt, um eine derartige Apparatur zu steuern. Der Seildruckschlitten ist im Allgemeinen auf dem Boden der Bohranlage angeordnet und weist eine Anzahl von Ventilen auf, welche den auf eine derartige Apparatur aufgebrachten Flüssigkeitsdruck steuern. Diese Steuerungen müssen überwacht und unter Umständen in kurzen Zeitabständen durch eine an dem Schlitten befindliche Bedienungsperson verändert werden. Sonst verfügt niemand anders über die Steuerung des Schlittens, es sei denn, er/sie befindet sich neben ihm.
Darüber hinaus lassen bestehende Systeme nicht die automatische Steuerung von Seilfetteinpressdruck zu. Dieser Druck erfordert Einstellung, wenn ein Seil in ein Bohrloch gelassen oder aus ihm herausgeholt wird. Jegliche Variationen der Kabelgeschwindigkeit oder des Bohrlochdrucks resultieren darin, dass der Seilfetteinpressdruck eingestellt werden muss.
Es existieren ferngesteuerte Systeme zur Betätigung von Untertagewerkzeugen durch Druckveränderungssignale, die durch eine Flüssigkeitssäule in dem Bohrloch, wie in US Patent Nr. 5,490,564 an Halliburton Company beschrieben, übertragen werden, hingegen beziehen sich diese Systeme auf die Benutzung bei der Steuerung eines Untertageventils innerhalb eines Gestängeteststrangs, der im Bohrloch angeordnet ist. Das Patentdokument GB 2,233,365 an Otis Engineering Corporation offenbart ein Unterwasser-Seilfettsteuerungssystem, in dem Fett bei kontinuierlichem Druck zugeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Drucksteuerung bereitgestellt, die einen ersten Abschnitt mit mindestens einem Flüssigkeitsdruckauslass und mindestens einem Steuermechanismus zur Erleichterung der Steuerung des Flüssigkeitsdruckauslass beinhaltet, wobei der Steuermechanismus durch ein Steuerungssystem, von dem mindestens ein Abschnitt vom ersten Abschnitt entfernt angeordnet ist, betätigt werden kann, wobei mindestens ein Flüssigkeitsdruckauslass mit einer Seildrucksteuerungsapparatur zur Steuerung des Drucks in einem Bohrloch gekoppelt ist, wobei die Seildrucksteuerungsapparatur eine Seilfettpumpe mit einem Betätigungsdruck umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Drucksignale von dem Bohrloch erhalten und den Betätigungsdruck der Seilfettpumpe auch automatisch einstellen kann, so dass sie bei einem höheren Druck als den Bohrlochdruck funktioniert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Seildrucksteuerungsapparatur, die in der Exploration, Produktion und/oder Gewinnung von Kohlenwasserstoffen benutzt wird, bereitgestellt, wobei die Seildrucksteuerungsapparatur zur Steuerung des Drucks in einem Bohrloch ist und eine Seilfettpumpe mit einem Betätigungsdruck umfasst, wobei das Verfahren die Anordnung eines ersten Abschnitts einer Vorrichtung zur Drucksteuerung in relativ dichter Nähe zu der Seildrucksteuerungsapparatur beinhaltet, wobei der erste Abschnitt mindestens einen Flüssigkeitsdruckauslass, der mit der Seildrucksteuerungsapparatur gekoppelt ist, und mindestens einen Steuermechanismus aufweist, um die Steuerung des Flüssigkeitdruckauslasses zu erleichtern, und die Anordnung eines zweiten Abschnittes der Vorrichtung zur Drucksteuerung in relativ entfernter Nähe von der Seildrucksteuerungsapparatur beinhaltet, wobei der zweite Abschnitt ein Steuerungssystem, das den Steuermechanismus des ersten Abschnitts betätigt, aufweist und Fett über die Seilfettpumpe in die Seildrucksteuerungsapparatur eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Folgendes beinhaltet:
Erhalten von Drucksignalen vom Bohrloch und die automatische Einstellung des Betätigungsdrucks der Seilfettpumpe, so dass sie bei einem höheren Druck als dem Bohrlochdruck funktioniert.
Typischerweise beinhaltet das Steuerungssystem eine erste Steuereinheit, die von dem ersten Abschnitt entfernt angeordnet ist, eine zweite Steuereinheit, die am ersten Abschnitt angeordnet ist, und ein Telemetriesystem zur Übertragung von Steuersignalen von der ersten Steuereinheit zur zweiten Steuereinheit.
Typischerweise beinhaltet der erste Abschnitt ein Gerüst und kann ferner eins oder eine Kombination von Pumpen, Behältern, Steuerventilen und/oder Schläuchen umfassen.
Typischerweise ist eine Vielzahl von Steuermechanismen zur Erleichterung der Steuerung einer Vielzahl von Flüssigkeitsdruckauslässen bereitgestellt.
Die erste Steuereinheit beinhaltet typischerweise einen Personal- Computer. Auf dem Computer ist typischerweise Software vorinstalliert, die es einem Benutzer ermöglicht, die Einstellungen der Steuermechanismen zu verändern.
Die zweite Steuereinheit beinhaltet typischerweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
Die Software ermöglicht typischerweise ein manuelles Einstellen der Einstellungen. Als Alternative dazu können die Einstellungen automatisch eingestellt werden. Typischerweise weist die Software den Computer an, analoge Messanzeigen auf einem Datensichtgerät (DSG) anzuzeigen, auf dem sich die analogen Messanzeigen auf die Einstellungen des Steuerungsmechanismus beziehen. Als Alternative dazu können die Messanzeigen in digitaler Form angezeigt werden. Des Weiteren kann die Software die periodische Probenahme der Anzeigewerte auf den Messanzeigen ermöglichen. Die Proben können entweder in elektronischer Form oder in nicht elektronischer Form aufgezeichnet werden.
Das Telemetriesystem beinhaltet typischerweise eine Überträgereinheit, die elektrisch mit der Steuereinheit verbunden ist, eine Empfängereinheit, die elektrisch mit dem Steuermechanismus verbunden ist, und ein Übertragungsmedium zum Kommunizieren von Signalen zwischen dem Überträger und dem Empfänger.
Das Übertragungsmedium beinhaltet typischerweise Glasfaserkabel oder Kupferkabel. Als Alternative dazu kann das Übertragungsmedium elektromagnetische Wellen, wie etwa Radiowellen, Mikrowellen oder dergleichen sein.
Typischerweise funktionieren die Steuermechanismen unter Benutzung von Kleinleistungselektronik. Die Elektronik wird vorzugsweise von mindestens einem Akkumulator angetrieben. Die Batterie kann extern wieder aufgeladen werden, wie etwa durch eine Solarzelle oder typischerweise eine Vielzahl von Solarzellen oder durch einen luftbetriebenen Generator. Vorzugsweise funktioniert der Schlitten bis zu 6 Tage, ohne dass die Batterien ausgewechselt werden müssen.
Die Steuermechanismen werden typischerweise von mindestens einem Luftventil angetrieben. Die Luftventile sind vorzugsweise piezoelektrische Luftventile. Diese sind dabei behilflich, den Stromverbrauch zu reduzieren. Die Luftventile erleichtern typischerweise die Betätigung eines hydraulischen Kreislaufs.
Die Flüssigkeitsdruckauslässe sind typischerweise mit einer Druckapparatur gekoppelt. Eine derartige Druckapparatur, die durch die Vorrichtung betätigt wird, umfasst typischerweise eines von Folgendem:

i) Durchflussrohr und BOP-Fetteinpresssystem;
ii) Blowout-Preventer, Werkzeugfalle, Werkzeugfänger und Seilabstreifer;
iii) Stopfbuchse;
iv) Glykoldosierpumpe;
v) Hauptschieber; und
vi) Untertagesicherheitsventil.

Typischerweise sind die Steuermechanismen in eine Vielzahl von Kanälen unterteilt. Jeder Kanal betätigt typischerweise einen einzelnen Teil der Druckapparatur. Dies ermöglicht das Modularisieren des Systems, wodurch sich die Einsatzflexibilität der Vorrichtung erhöht. Des Weiteren kann die Vorrichtung auf bestimmte Bedürfnisse angepasst werden, wenn eine gewisse Druckapparatur erforderlich ist und keine andere Apparatur. Infolgedessen können Kosten gespart werden.
Die Steuermechanismen werden vorzugsweise mit vollständiger manueller Steuerung bereitgestellt. Dies ermöglicht, dass das System im Falle eines elektronischen oder Kommunikationsausfalls funktioniert.
Typischerweise beinhaltet das Gerüst einen Drucksteuerungsschlitten. Als Alternative dazu kann das Gerüst ein mit Diesel angetriebener Verstärkerschlitten sein. Typischerweise ist der Drucksteuerungsschlitten ein Seilsteuerungsschlitten.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer typischen Seilvorrichtung unter Inkorporation der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Ansicht der hydraulischen und elektrischen Verbindungen der Seildrucksteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist; und
3 eine Schnittansicht eines Regelmittels, das in Verbindung mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt werden soll, ist.
1 zeigt eine typische Seil- und Bohrvorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 kann an Land oder als Alternative dazu auf einem Bohranlageboden 12 angeordnet sein, welcher unter Benutzung einer geeigneten Anlagestruktur oder -plattform über dem Meeresspiegel suspendiert ist. Die Vorrichtung 10 ist in flüssiger Kommunikation mit einem Bohrlochkopf 14. Unter dem Bohrlochkopf 14 kann sich ein Futterrohrstrang 18 befinden, oder als Alternative dazu ein Gestängestrang, Steigrohr oder Wickelrohr, je nach Kohlenwasserstoffgewinnungsphase.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Bohrturmstruktur 20. Eine typische Seildrucksteuerungsvorrichtung wird von dem Bohrturm 20 suspendiert, welche einen Blowout Preventer (BOP) 22 umfasst, der normalerweise durch hydraulischen Druck in Bewegung gesetzt wird. Ein Seil-BOP 22 ist eine Einrichtung, die Formationsdruck in einem Bohrloch steuert, indem sie den Ringraum um ein Bohrgestänge oder ein Seil herum abdichtet, wenn das Bohrgestänge oder das Seil in dem Loch suspendiert ist, oder als Alternative dazu, indem sie das gesamte Loch abdichtet, wenn kein Bohrgestänge oder Seil in ihm vorhanden ist.
Auf dem Bohrturm 20 ist ein Seilrollensystem montiert, durch welches ein Seil 24 gespeist wird. Das Seil 24 ist im Allgemeinen ein langer, schmaler Draht, der um eine Speichertrommel 26 gewickelt ist, die für Bohrlochmessungen/-perforierungen und andere Untertagearbeiten benutzt wird. Es können eine Vielzahl von Einrichtungen zum Messen von Untertagebedingungen an dem Seil 24 befestigt werden.
Während das Seil 24 aus dem Bohrloch gezogen wird, sammelt es Fremdkörper wie Öl und Fett an. Derartige Fremdkörper sollten entfernt werden, um den Bereich sauber und betriebssicher zu halten. Deshalb wird ein Seilabstreifer 28 benutzt, um das Seil, während es gespult wird, zu reinigen. Der Seilabstreifer 28 besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Gummiringen, die unter Benutzung von hydraulischem Druck in Bewegung gesetzt werden können. Durch das sorgfältige Steuern dieses Drucks können die Ringe behutsam mit dem Seil 24 in Kontakt gebracht werden und dabei wird das Seil 24 abgestreift, während es sich durch diese hindurch bewegt. Die Fremdstoffe werden die Fettrücklaufleitung 100 herab in einen Sammel- oder Lagerbehälter 78 geleitet. Es sei bemerkt, dass der Lagerbehälter 78 (wie schematisch in 2 gezeigt) an einer Anzahl von Stellen in 2 mit Verweisen versehen ist, obgleich nur ein Behälter bereitgestellt ist.
Unter dem Seilabstreifer 28 ist eine Stopfbuchse 30 montiert. Sie besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Gummiringen, die durch Aufbringen von hydraulischem Druck in Bewegung gesetzt werden können, ähnlich wie der Seilabstreifer 28. Die Gummiringe umgeben das Seil 24, wodurch sich eine Flüssigkeitsdichtung ergibt.
Um zu ermöglichen, dass sich das Seil 24 innerhalb der Vorrichtung 10 reibungslos und mit der geringstmöglichen Reibung bewegt, wird Fett benutzt, um für Schmierung zu sorgen. Dabei ist noch wichtiger, dass das Fett um das Seil 24 herum abdichtet, welches durch eng anliegende Durchflussrohre verläuft, und somit den Bohrlochdruck zurückhält. Deshalb sind unter der Stopfbuchse 30 ein Fettrücklauf 32 und eine Fettpumpe 34 angeordnet. Die Fettpumpe 34 wird benutzt, um Fett in die Vorrichtung 10 einzupressen, und wird normalerweise hydraulisch gesteuert, wobei die hydraulischen Steuerungen herkömmlicherweise auf einem Drucksteuerungsschlitten angeordnet sind.
Herkömmlicherweise wird die Einpressung von Fett durch eine Bedienungsperson, die sich neben den hydraulischen Steuerungen befindet, überwacht und gesteuert. Die Aufgabe der Bedienungsperson besteht darin, den Druck, bei dem das Fett eingepresst werden soll, auf der Grundlage des Bohrlochdrucks manuell einzugeben. Dies erfordert jedoch, dass sich eine Bedienungsperson lediglich, um die Fetteinpressung und/oder den Bohrlochdruck zu überwachen, jederzeit in unmittelbarer Bereitschaft befindet.
Der Fettrücklauf 32 wird abgesperrt, wenn der Durchfluss die Rücklaufleitung 100 herab exzessiv wird. Wenn die Fettabdichtung verloren geht, werden die Kohlenwasserstoffe bei hohem Druck aus dem Bohrloch gezwungen. Diese Kohlenwasserstoffe laufen der Fettrücklaufleitung 100 entlang nach unten und an dem Seilabstreifer 28 vorbei. Wenn somit die Fettabdichtung verloren gegangen ist, wird das Seil 24 angehalten und der Fettrücklauf 32 und die Stopfbuchse 30 werden geschlossen, um die Kohlenwasserstoffe einzugrenzen. Zur gleichen Zeit wird mehr Fett in die Vorrichtung 10 eingepresst, wobei versucht wird, die Kohlenwasserstoffe einzugrenzen.
Unter der Fettpumpe 34 befindet sich ein Kopffänger 36. Der Kopffänger 36 oder Werkzeugfänger, als was er auch bekannt ist, ist ein hydraulischer Bund, der angetrieben wird, damit er sich um den Kopf eines Werkzeugs schließt. Der Fänger 36 wird benutzt, um zu verhindern, dass ein Werkzeug, das aus dem Bohrloch zurückgezogen wird, in das Bohrloch fallen gelassen wird, wenn es das Oberteil des Fängers 36 stößt und das Seil 24 reißt.
Eine (oder mehrere) Seilschleusen 38 sind unter dem Fänger 36 montiert und zwei Seilschleusen 38 sind in 1 gezeigt. Die Seilschleusen 38 sind hohle Rohre, deren Durchmesser ausreichend sein muss, damit die Reihe an elektronischen und nicht elektronischen Werkzeugen dort hindurch gereicht werden kann.
Eine Werkzeugfalle 40 ist zwischen dem BOP 22 und den Seilschleusen 38 angeordnet. Die Falle 40 weist eine hydraulisch betätigte Klappe auf, die geöffnet und geschlossen werden kann. Das Werkzeug sitzt auf der Klappe der Falle 40, während es aufgegriffen wird. Sobald das Werkzeug von dem Fänger 36 lokalisiert ist, wird die Falle 40 dann geöffnet, wodurch ermöglicht wird, dass es in das Bohrloch eingereicht wird.
Um die verschiedenen Drücke und die Funktionalität dieser Apparatur zu steuern, wird ein Seildrucksteuerungsschlitten 50 gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt. Der Schlitten 50 weist eine Vielzahl von Flüssigkeitsauslässen auf, die durch analoge Messanzeigen überwacht werden, welche die Drücke in der Leitung zeigen. Jeder Auslass gehört zu einer Art von Druckapparatur, wie etwa der oben beschriebenen. Herkömmlicherweise muss sich eine Bedienungsperson neben diesem Schlitten aufhalten, um diese Drücke zu überwachen und einzustellen.
Der Steuerungsschlitten 50 der vorliegenden Erfindung kann jedoch ferngesteuert werden. Daher ist die Bedienungsperson, die normalerweise an dem Steuerungsschlitten 50 erforderlich ist, nicht notwendig und kann anderen Arbeiten zugeordnet werden, oder die Zahl an Angestellten, die bei der Vorrichtung 10 erforderlich sind, kann dementsprechend reduziert werden.
Als Teil des Schlittens 50 sind eine Steuertafel und ein Rechenmittel (nicht gezeigt) vorhanden. Das Rechenmittel kann Drucksignale von dem Bohrloch nehmen und den Fetteinpressdruck dementsprechend automatisch einstellen. Der Druck in dem Bohrloch wird gemessen und die Fettpumpe 32 wird so festgesetzt, dass sie Fett bei einem höheren Druck, etwa 20 % über dem Bohrlochdruck, einpumpt. Dieser Prozentsatz kann nach Bedarf variiert werden. Wenn sich der Bohrlochdruck erhöht, erhöht sich somit der Fetteinpressdruck. Im Gegensatz dazu nimmt der Fetteinpressdruck ab, wenn dies der Bohrlochdruck tut.
2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Steuerungssystems für einen Seildrucksteuerungsschlitten 50, der ferngesteuert werden kann. Die Betätigung des Schlittens 50 wird durch kundenspezifische Software auf einem Personalcomputer (PC) 52 überwacht und gesteuert. In 1 ist der PC 52 in dem Windenraum 42 angeordnet gezeigt. Es versteht sich, dass der PC 52 an einer beliebigen geeigneten Position angeordnet werden kann. Der PC 52 ist vorzugsweise in dem Windenraum 42 auf der Anlage angeordnet und wird von dem Windenfahrer betätigt.
Der PC 52 ist mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 54 in Kommunikation, welche auf dem Schlitten 50 montiert ist. Zwischen dem PC 52 und der SPS 54 befindet sich ein Telemetriesystem, das in 2 schematisch als 56 gezeigt ist. Das Telemetriesystem 56 kann ein Glasfaserkabel beinhalten, das von dem PC 52 bis hin zu dem Schlitten 50 verläuft. Dies würde jedoch das Legen eines Kabels zwischen diesen erfordern, obgleich bei der Benutzung von Faseroptik sehr wenig oder keine Leistungsabgabe besteht. Mit Faseroptik kann auf dem erforderlichen niedrigeren Leistungspegel eine höhere Datenrate erreicht werden.
Als Alternative dazu kann das Telemetriesystem 56 ein Kommunikationssystem mit elektromagnetischen Wellen beinhalten. Dieses kann Radiowellen, Mikrowellen oder dergleichen benutzen. Die Benutzung von Radiowellen wird bevorzugt, da dies nicht das Legen von Kabeln zwischen dem PC 52 und dem Schlitten 50 erfordert. Jedoch wird es eine Leistungsabgabe geben. Jedes Kommunikationssystem mit elektromagnetischen Wellen, wie etwa Radiowellen, muss explosionssicher sein. Es wäre auch von Vorteil, wenn es geschaltet würde, um Leistung zu sparen.
Leistung wird dem System durch eine Batterieversorgung 58 bereitgestellt. Daher ist die Abgabe von der Batterie 58 eine Betrachtung wert. Die Batterie 58 wird benutzt, um Kleinleistungselektronik der Zone 1 mit Leistung zu versehen und ist vorzugsweise wiederaufladbar. Die Batterie 58 kann extern zum Beispiel durch Solarzellen oder einen luftbetriebenen Generator wieder aufgeladen werden. Es wäre von Vorteil, wenn die Batterie 58 dem Schlitten über Perioden von bis zu 6 Tagen Leistung bereitstellen könnte, ohne dass sie wieder aufgeladen werden muss.
Die SPS 54 weist eine Anzahl von Verbindungen zu piezoelektrischen Luftventilen auf. Es werden piezoelektrische Luftventile benutzt, da sie bei Kleinleistung funktionieren und somit Batterieleistung sparen. Ein typisches Beispiel eines Ventils, das benutzt werden kann, ist ein von Hoerbiger hergestelltes Piezo 2000 Ventil. Die Ventile erleichtern die Steuerung eines Kanals, der zu einem bestimmten Teil der Druckapparatur gehört. Es sei bemerkt, dass die SPS 54 im Falle eines Elektronikausfalls durch eine Bedienungsperson manuell gesteuert werden kann. Die piezoelektrischen Ventile betätigen Druckluftkreisläufe, die wiederum die hydraulischen Systeme steuern.
Jeder Kanal weist im Allgemeinen sein eigenes Pumpsystem auf, da sie alle mit unterschiedlichen Drücken und/oder Flüssigkeiten arbeiten. Jeder Kanal erfordert auch ein Rückmeldungssystem, um den Durchfluss und Druck der Flüssigkeiten einzustellen und zu steuern.
Der Kanal für den Seilabstreifer 28 weist zwei piezoelektrische Ventile 62, 64 auf. Das Ventil 62 wird benutzt, um den Druck zu erhöhen, und das Ventil 64 wird benutzt, um ihn zu senken. Der Druck der dem Seilabstreifer 28 zugeführten hydraulischen Flüssigkeit wird im Allgemeinen genau gesteuert, da zu viel Druck ein enges Schließen der Gummiringe in dem Seilabstreifer 28 um das Seil 24 bewirkt, was nicht wünschenswert ist. Der Zweck des Abstreifers 28 besteht im behutsamen Abstreifen des Seils 24, nicht im Ergreifen dieses.
Zum Erhöhen des Drucks wird das Ventil 62 für einen kurzen Zeitraum gepulst. Dieser Impuls erhöht den Druck um einige psi, bis der Druck gerade ausreicht, um die Gummiringe um das Seit 24 zu schließen, damit sich das Abstreifen dessen erleichtert. Der Druck wird von einem Druckwandler 66 überwacht, dessen Signal zurück in den PC 52 gespeist wird, um das Vornehmen von entsprechenden Einstellungen zu ermöglichen.
Der hydraulische Flüssigkeitsdruck kann von einer allgemeinen Quelle zugeführt werden (als P gekennzeichnet). Der Druck P wird von einer hydraulischen Pumpe 68 erzeugt. Ein Regler 70 stellt der Pumpe 68 eine konstante Luftzufuhr bereit. Der Druck bei P ist im Allgemeinen auf die Größenordnung 1 500 psi festgesetzt. Manche Seildruckapparatur erfordert jedoch einen höheren Druck als diesen, und es können gegebenenfalls individuelle hydraulische Pumpen benutzt werden.
Der Wandler 66 weist einen niedrigeren Leistungsverlust auf und kann in den Schlauch, der den hydraulischen Druck liefert, eingebaut sein. Das elektrische Kabel für den Wandler ist in die äußere Ummantelung des Schlauchs eingehüllt.
Der Druck P für den Seilabstreifer 28 wird durch einen Durchflusswiderstand 76 gespeist, so dass der Druckfluss zu dem Seilabstreifer 28 genau und richtig gesteuert werden kann. Wenn das Ventil 64 geschlossen wird, wird der Druck der hydraulischen Flüssigkeit, die dem Abstreifer 28 zugeführt wird, gesenkt, indem die hydraulische Flüssigkeit in den Behälter 78 abgeleitet wird.
Der Druck der hydraulischen Flüssigkeit zu der Stopfbuchse 30 kann unter Benutzung der Ventile 80 und 82 gesteuert werden. Das Schließen des Ventils 80 speist Luftdruck durch ein Reguliermittel in der Form eines abgewandelten Dom-Reglers 200a (in 3 als 200 gezeigt), wie nachfolgend beschrieben wird. Der abgewandelte Regler 200a ist erforderlich, da herkömmliche, die einen Gewindezapfen zum Steuern des Luftdurchflusses von dem Lufteinlass zu dem Auslass benutzen, zu einem kleinen Luftleck neigen, was für diese Anwendung nicht akzeptabel ist. Es sei bemerkt, dass vorzugsweise alle benutzten Reguliermittel von der abgewandelten Art sind. Das Reguliermittel 200 weist ein eingeschlossenes Volumen auf und hat daher kein Luftleck.
Nun unter Bezugnahme auf 3 umfasst das Reguliermittel 200 (das in 2 für sowohl Regler 200a als auch 200b benutzt wird) einen Lufteinlass 202 und einen Luftauslass 204. Der Luftdurchfluss zwischen dem Einlass 202 und dem Auslass 204 ist durch einen Pilotluftdruck steuerbar, welcher durch eine Öffnung 234 eingeführt wird. Der Einlass 202 und der Auslass 204 sind in einem Reglerkörper 206 geformt. Der Körper 206 ist ein standardmäßiger Reglerkörper, der in einem herkömmlichen Schrauben eingestellten Regler benutzt wird.
Über dem Reglerkörper 206 ist eine Kappe 208 montiert, wobei der Körper 206 und die Kappe 208 durch eine Membran 210 getrennt sind. Ein Halteelement 216 hält die Membran 210 an Stelle und stellt außerdem einem Kolben 218, der innerhalb der Kappe 208 montiert ist, Halt bereit. Die Kappe 208 und der Kolben 218 sind vorzugsweise aus Messing hergestellt.
Um eine Messung des Druckes an dem Luftauslass 204 bereitzustellen, wird ein kleiner Anteil der Luft in dem Auslass 204 durch eine Öffnung 214 in eine Kammer 212 unter der Membran 210 geführt.
Der Kolben 218 ist mit einem Abdichtungsmittel in der Form eines O-Rings 220 versehen und wird von einer Feder 222 nach oben vorgespannt. Die Feder 222 wird von einem Anordnungselement 224, das mit einer oberen Fläche der Membran 210 gekoppelt ist, in Position gehalten.
Ein Ventil 226 ist durch einen Zentriersitz 228 mit einer unteren Fläche der Membran 210 und dem Anordnungselement 224 gekoppelt. Somit erleichtert die Bewegung des Kolbens 218 nach unten die Bewegung des Ventils 226 nach unten. Ähnlich wird das Ventil 226 durch eine Feder 230 nach oben vorgespannt, wobei eine obere Fläche des unteren Endes des Ventils 226 somit an eine Schulter 232 des Reglerkörpers 206 stößt, wie in der Konfiguration von 3 gezeigt ist. Wenn das Ventil 226 an die Schulter 232 anstößt, kann zwischen dem Einlass 202 und dem Auslass 204 keine Luft fließen.
Um das Fließen von Luft durch das Reglermittel 200 zu ermöglichen, wird ein relativ kleiner Pilotluftdruck durch die Öffnung 234 in der Messingkappe 208 aufgebracht. Der Pilotluftdruck bewirkt eine Bewegung des Kolbens 218 nach unten. Infolgedessen bewegt sich das Ventil 226 auch nach unten, demnach von der Schulter 232 weg, und ermöglicht das Fließen von Luft durch den Regler 200.
Die Elastizität der Federn 222, 230 wird so gewählt, dass ein gegebener, auf den Kolben 218 aufgebrachter Pilotluftdruck in einem gegebenen Luftdruck an dem Auslass 204 resultiert. Somit produziert der Pilotluftdruck einen direkt proportionalen Druck an dem Auslass des Reglers 200.
Es sei bemerkt, dass der Pilotluftdruck kein kontinuierlicher Luftdurchfluss sein muss. Der durch die Öffnung 234 gelieferte Druck muss jedoch für die Zeitdauer, über die der Regler 200 betätigt werden soll, kontinuierlich sein.
Der Regler 200a führt einer hydraulischen Pumpe 86 Luft zu. Die Pumpe 86 wird benutzt, da der hydraulische Druck P, der von der Pumpe 68 zugeführt wird, nicht ausreicht, um die Stopfbuchse 30 zu steuern. Die hydraulische Pumpe 86 treibt also den Druck P in die Höhe bis zum erforderlichen Pegel. Ein Druckwandler 88 wird benutzt, um den Druck an der Stopfbuchse 30 zu überwachen. Das Signal von dem Wandler 88 wird benutzt, um den Druck an der Stopfbuchse 30 an dem PC 52 zu steuern und überwachen.
Das Ventil 82 kann gepulst werden, um den Druck zu der Stopfbuchse 30 zu senken. Der Druck wird durch ein Einwegventil 92 in den Behälter 78 abgeleitet.
Die Ventile 94, 96 steuern den Druck zu dem Fettrücklauf 32. Das Impulsventil 96 verbindet den Druck P mit dem Fettrücklauf 32 über ein Dreiwegeventil 98. Dies würde den Fettrücklauf 32 im Falle eines Bohrlochausbruchs absperren.
Bei einem Bohrlochausbruch fließen Hochdruckkohlenwasserstoffe das Leitungsrohr 100 hinunter, was für das Personal und die Apparatur gefährlich ist. Um dies zu verhindern, wird ein Ventil 104 in Reihe mit dem Leitungsrohr 100 verbunden. Bei normalem Betrieb kann das Ventil 104 betätigt werden, um den Durchfluss von Kohlenwasserstoffen, die das Leitungsrohr 100 hoch in den Lagerbehälter 78 fließen können, abzulenken. Während des Schwunds der Fettabdichtung werden die Hochdruckkohlenwasserstoffe durch das Ventil 104 blockiert.
Das Ventil 94 kann gepulst werden, um das Dreiwegehydraulikventil 98, welches das Fettrückschlagventil 104 betätigt, zu betätigen. Ein Druckwandler 110 überwacht den Druck zu dem Fettrückschlagventil 104 und informiert die Bedienungsperson des PCs 52 darüber, ob das Ventil 104 offen oder geschlossen ist.
Die vielleicht wichtigste Funktion des Steuerschlittens 50 ist die Betätigung der Fettpumpe 34. Der Fettkanal erfordert zum effektiven Funktionieren mehrere Informationen, die im Allgemeinen wie folgt sind:

i) Fettdruck an dem Ende des Schlauchs, der mit den Durchflussrohren verbunden ist;
ii) Bohrlochkopfdruck;
iii) Pumpdurchflussrate und Spiele in der Minute;
iv) Fettdruck an dem Pumpenauslass;
v) Fettbehälterpegel;
vi) Einlassluftdruck; und
vii) Seilgeschwindigkeit und -richtung.

Das Rechenmittel, das Teil der Steuerplatte auf dem Schlitten 50 bildet, kann den Fettdruck an dem Schlauchende unter Benutzung eines Druckwandlers 112 überwachen. Der Fettpumpendruck kann dann automatisch auf etwa 20 % über dem Bohrlochdruck eingestellt werden. Der Druck in dem Bohrloch kann unter Benutzung eines Bohrlochkopfdruckwandlers 102 überwacht werden. Dieser Prozentsatz kann nach Bedarf variiert werden. Da der PC benutzt wird, um die Fettpumpe 34 automatisch zu steuern und einzustellen, kann dieser Teil des gesamten Systems allein stehend, ohne Verbindung zurück zu dem Windenraum 42 sein. Dies würde mindestens mehr Steuerung als herkömmliche Systeme bieten, die von einem festen Einlassluftdruck aus funktionieren, der nicht für den zusätzlichen Druckabfall entlang den Schläuchen bei der Zunahme des Durchflusses aufkommt.
Die Benutzung aller vorhandenen Informationen und die Übertragung dieser zurück an den Windenraum 42 stellt der Bedienungsperson des Seils 24 (dem Windenfahrer) Warnungen bereit, damit er die Geschwindigkeit des Seils 24 senkt, wenn die Einpressrate nicht weiter erhöht werden kann. Die Informationen können auch benutzt werden, um den Einpressdruck des Fettes in das Bohrloch fernzusteuern.
Wiederum unter Bezugnahme auf 2 weist der Fettpumpenkanal zwei piezoelektrische Ventile 114, 116 auf. Das Betreiben des Ventils 116 erhöht den Druck und das Betreiben des Ventils 114 senkt den Druck. Die Ventile 114, 116 betätigen einen zweiten abgewandelten Dom-Regler 200b, der eine erste hydraulische Pumpe 120 treibt. Eine zweite hydraulische Pumpe 122 wird als Reserve benutzt, für den Fall, dass die erste Pumpe 120 ausfällt. Es sei bemerkt, dass das Steuerungssystem für die zweite Pumpe 122 der Klarheit halber ausgelassen wurde, jedoch dasselbe wie für die erste Pumpe 120 ist. Die beiden Fettpumpen 120, 122 können entweder unabhängig voneinander oder simultan betätigt werden.
Die Ventile 114, 116 werden gepulst, bis der Druck, der an dem Wandler 112 gemessen wird, sich auf dem erforderlichen Prozentsatz über dem Bohrlochdruck, der von dem Wandler 102 gemessen wird, befindet.
Ein Druckwandler 124 in der Hauptluftleitung überwacht den Luftdruck, der in den Regler 200b gespeist wird. Ein zweiter Wandler 126 überwacht den Druck, der in die hydraulische Pumpe 120 gespeist wird. Diese Drücke können wieder in den PC 52 zurück gespeist werden, um das effektive Betätigen der Fettpumpe 34 zu ermöglichen.
Das Fett wird in einem Lagerbehälter 130 gelagert. Um die Apparatur abzubauen, wird der Druck in dem Fettsystem unter Benutzung des Ventils 128 abgelassen und zu dem Lagerbehälter 130 zurück geleitet. Ein Füllstandsanzeiger (nicht gezeigt) überwacht den Pegel des Fetts in dem Behälter 130, da dieser die Fettpumpe 34 betätigen soll. Des Weiteren sind die Geschwindigkeit und Richtung des Seils 24, wie auch die Durchflussrate und Spiele in der Minute der Pumpe 120 (122) erforderlich.
Die zweite Pumpe 122 kann auch benutzt werden, um unter Benutzung des Leitungsrohrs 132, das mit einem Ventil 134 gekoppelt ist, Fett in den BOP 22 einzupressen. Dies presst Fett aus dem Behälter 130 in den BOP 22 ein. Fett wird benutzt, wenn der BOP 22 betätigt wird, um die kleinen Löcher um das Seil 24 herum abzudichten, welche offen gelassen werden, wenn die Gummidichtungen des BOP 22 um es herum schließen. Das Fett tritt in diese kleinen Löcher ein und verhindert, dass die Kohlenwasserstoffe durch diese hindurch gehen.
Der Werkzeugfänger 36 wird durch das Impulsventil 136 in Bewegung gesetzt. Dies betätigt ein Dreiwegefederventil 138, um den Fänger 36 mit dem Druck P zu verbinden. Das Ventil 138 wird normalerweise mittels einer Feder vorgespannt, um den Fänger 36 mit dem Lagerbehälter 78 zu verbinden. Wiederum überwacht ein Druckwandler 142 den Druck in dem Seil zu dem Fänger 36 und leitet das Signal zurück zu dem PC 52.
Zwei Ventile 144, 146 erleichtern die Betätigung der Werkzeugfalle 40. Das Betätigungsventil 144 betreibt ein Zweiwegeventil 148, das den Druck P mit dem Werkzeugfallenkolben 156 verbindet, wodurch die Falle 40 geschlossen wird.
Ein Durchflussmesser 150 wird benutzt, um zu messen, wie viel hydraulisches Öl gepumpt worden ist. Durch die Ablesung von dem Durchflussmesser sieht die Bedienungsperson in dem Windenraum 42 (der Windenfahrer), ob die Falle 40 gegenwärtig offen oder geschlossen ist. Eine gewisse Menge an Durchfluss gibt an, dass die Falle 40 offen ist. Um die Falle 40 zu schließen, wird das Ventil 146 zum Bewegen des Zweiwegeventils 148 betätigt, um den Druck P in der entgegengesetzten Richtung mit dem Betätigungskolben 156 zu verbinden.
Die Druckwandler 152, 154 sind in den Schläuchen 180, 182 eingeschlossen, die zu und von dem Betätigungskolben 156 führen, um das Überwachen des Druckes in den Schläuchen 180, 182 zu ermöglichen.
Die Betätigung des BOP 22 wird durch ein zentral vorgespanntes Dreiwegeventil 160 erleichtert. Um den BOP 22 zu betätigen, wird das Ventil 162 zum Bewegen des Dreiwegeventils 160 geöffnet, um den Druck P mit dem Leitungsrohr 166 zu verbinden. Der Druck wird von einem Wandler 168 gemessen.
Ein Durchflussmesser 170 wird benutzt, um den gegenwärtigen Zustand des BOP 22 anzuzeigen (d. h. ob er offen oder geschlossen ist), wobei der Messer 170 sich in den Behälter 78 entleert. Herkömmlicherweise sind BOPs mit einer visuellen Anzeige versehen, um anzuzeigen, ob er offen oder geschlossen ist. Eine Bedienungsperson muss sich jedoch in der Blickrichtung befinden, um diese Anzeige zu sehen. Die Werteablesung von dem Durchflussmesser 170 zeigt der Bedienungsperson, die sich in dem Windenraum 42 (dem Windenfahrer) befindet, den Zustand des BOP 22 an, ohne dass er die visuelle Anzeige sehen muss.
Der BOP 22 wird durch das Öffnen des Ventils 164 außer Betrieb gesetzt, was die Position des Ventils 160 ändert, so dass der hydraulische Druck P in die entgegengesetzte Richtung läuft. Ein Akkumulator 172 wird aufgeladen und sein Druck von dem Ventil 174 zurückgehalten. Ein Druckwandler 176 überwacht den Druck in diesem Seil. Wenn der Luftdruck verloren ist und der Druck P verloren ist, kann der BOP 22 trotzdem in einem Notfall noch durch das manuelle Öffnen des Ventils 174 und des Ventils 160 betätigt werden.
Der BOP 22 wird im Allgemeinen nur im Notfall benutzt und die Betätigung erfolgt nicht umgehend. Somit kann es sein, dass es nicht nötig ist, den BOP 22 mittels Fernsteuerung zu betätigen. Es wäre möglich, die Kosten der Drucksteuerungsvorrichtung durch das Nicht-Einschließen dieses Kanals zu senken.
Wenn der BOP 22 geschlossen ist, kann es sein, dass Fett um das Seil 24 herum eingepresst werden muss. Das Pulsen des Ventils 178 presst Fett von dem Behälter 130 in den BOP 22 ein. Als ausfallsichere Zugabe, wenn die Kommunikation oder die Elektronik des Systems ausfallen, wird das Ventil 178 kontinuierlich gepulst, um Fett in den BOP 22 einzupressen. Wenn dies geschieht, alarmiert ein rotes Licht in dem Windenraum 22, zum Beispiel auf dem Bildschirm des PCs, die Bedienungsperson.
Es sei bemerkt, dass alle der oben beschriebenen Funktionen, zusätzlich zu der Fernsteuerungsbetätigung, manuell von dem Schlitten betätigt werden können. In dem Falle eines Kommunikations- oder Elektronikausfalls kann somit die Betätigung des gesamten Systems zu einer manuellen Steuerung zurückkehren.
Alle Signale von den unterschiedlichen Wandlern werden an den PC 52 in dem Windenraum 42 zurück zur kontinuierlichen Überwachung durch eine Bedienungsperson übertragen werden. Dies ermöglicht das kontinuierliche Aktualisieren der Systemparameter, während sich die Bedingungen ändern. Die Signale von den Wandlern können bei Bedarf bei variablen Abtastraten aufgezeichnet werden.
Der PC 52 kann ein Tischcomputer oder ein Laptop sein. Es wird kundenspezifische Software in ihm vorinstalliert. Eine standardmäßige Steuertafel für den Schlitten 50 kann zur leichten Ablesung auf dem Bildschirm mit analogen Messanzeigen reproduziert werden.
Wie oben bereits erwähnt, ist das System modular und es können eine Anzahl von Kanälen gesteuert werden. Wenn nur das Fetteinpresssystem ferngesteuert werden soll, sind nur die Fettdruckwandler und das Behälterpegelüberwachungsgerät erforderlich, wodurch die Kosten gesenkt werden. Für den Windenfahrer (in dem Windenraum 42) kann es auch von Vorteil sein, zu wissen, ob das Werkzeug die Klappe der Werkzeugfalle 40 gestoßen hat, damit dieser Kanal ebenfalls hinzugefügt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt also eine Seildrucksteuerungsvorrichtung bereit, die ferngesteuert werden kann, aber auch die Möglichkeit aufweist, manuell betätigt zu werden. Das System kann von einer Messkabine oder einer Windeneinheit automatisch oder manuell gesteuert werden, ohne dass hydraulische Schläuche benötigt werden. Es hält auch die Flexibilität bestehender Systeme aufrecht, indem für Leistung nur ein Luftseil an dem Anlagenboden angeschlossen werden muss.
Des Weiteren ist das System vollständig modular und somit kann der Kunde auswählen, welche Module er benötigt. Dies wird zwingend zu gesenkten Kosten für ein maßgeschneidertes System führen, das nicht alle der vorher erwähnten Komponenten aufweist.
Obgleich die obige Ausführungsform unter Bezugnahme auf einen Seildrucksteuerungsschlitten beschrieben wurde, kann das System benutzt werden, um einen mit Diesel getriebenen Seilfettverstärkerschlitten zu steuern.
Änderungen und Verbesserungen können am Vorangehenden vorgenommen werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen spezifiziert ist, zu verlassen.

Claims

Eine Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung, die einen ersten Abschnitt (50) mit mindestens einem Flüssigkeitsdruckauslass (62, 64; 80, 82; 94, 96; 114, 116; 136; 144, 146; 162, 164; 178) und mindestens einem Steuermechanismus zur Erleichterung der Steuerung des Flüssigkeitsdruckauslasses beinhaltet, wobei der Steuermechanismus durch ein Steuerungssystem, von dem mindestens ein Abschnitt vom ersten Abschnitt (50) entfernt angeordnet ist, betätigt werden kann, wobei mindestens ein Flüssigkeitsdruckauslass mit einer Seildrucksteuerungsapparatur (28; 30; 32; 34; 36; 40; 22) zur Steuerung des Drucks in einem Bohrloch gekoppelt ist, wobei die Seildrucksteuerungsapparatur eine Seilfettpumpe (34) mit einem Betätigungsdruck umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) Drucksignale von dem Bohrloch erhalten und auch den Betätigungsdruck der Seilfettpumpe (34) automatisch einstellen kann, so dass sie bei einem höheren Druck als dem Bohrlochdruck funktioniert.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem eine erste Steuereinheit (52), die von dem ersten Abschnitt (50) entfernt angeordnet ist, eine zweite Steuereinheit (52), die am ersten Abschnitt (50) angeordnet ist, und ein Telemetriesystem zur Übertragung von Steuersignalen von der ersten Steuereinheit (52) zur zweiten Steuereinheit (52) beinhaltet.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Abschnitt (50) ein Gerüst (20) beinhaltet und ferner eins der Gruppe, die aus Pumpen (68), Behältern (130), Steuerventilen und Schläuchen (180; 182) besteht, umfasst.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von Steuermechanismen zur Erleichterung der Steuerung einer Vielzahl von Flüssigkeitsdruckauslässen (62, 64; 80, 82; 94, 96; 114, 116; 136; 144, 146; 162, 164; 178) bereitgestellt ist.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 und 4, wenn von Anspruch 2 abhängig, wobei die erste Steuereinheit einen Computer (52) beinhaltet.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß Anspruch 5, wobei auf dem Computer Software vorinstalliert ist, die es einem Benutzer ermöglicht, die Einstellungen der Steuermechanismen zu verändern.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 6, wenn von Anspruch 2 abhängig, wobei die zweite Steuereinheit (52) eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (52) beinhaltet.
Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung gemäß Anspruch 6, wobei die Software den Computer (52) anweist, Messanzeigen auf einem Datensichtgerät (DSG) anzuzeigen, die sich auf die Einstellungen des Steuerungsmechanismus beziehen.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Seildrucksteuerungsapparatur, die in der Exploration, Produktion und/oder Gewinnung von Kohlenwasserstoffen benutzt wird, wobei die Seildrucksteuerungsapparatur zur Steuerung des Drucks in einem Bohrloch ist und eine Seilfettpumpe mit einem Betätigungsdruck umfasst, wobei das Verfahren die Anordnung eines ersten Abschnitts (50) einer Vorrichtung (50) zur Drucksteuerung in relativ dichter Nähe zu der Seildrucksteuerungsapparatur beinhaltet, wobei der erste Abschnitt (50) mindestens einen Flüssigkeitsdruckauslass (62, 64; 80, 82; 94, 96; 114, 116; 136; 144, 146; 162, 164; 178), der mit der Seildrucksteuerungsapparatur gekoppelt ist, und mindestens einen Steuermechanismus aufweist, um die Steuerung des Flüssigkeitsdruckauslasses zu erleichtern, und die Anordnung eines zweiten Abschnittes der Vorrichtung zur Drucksteuerung in relativ entfernter Nähe von der Seildrucksteuerungsapparatur beinhaltet, wobei der zweite Abschnitt ein Steuerungssystem, das den Steuermechanismus des ersten Abschnitts (50) betätigt, aufweist, und Fett über die Seilfettpumpe (34) in die Seildrucksteuerungsapparatur eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Folgendes beinhaltet: das Erhalten von Drucksignalen vom Bohrloch und das automatische Einstellen des Betätigungsdrucks der Seilfettpumpe (34), so dass sie bei einem höheren Druck als dem Bohrlochdruck funktioniert.