JP4828605B2 - モジュール方式バックアップ流体供給システム - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本出願は、仮特許出願第６０／７０５，５３８号に対する優先権を主張する。

（技術分野）
本発明は、概して流体供給システムおよび装置に関し、より具体的には、モジュール方式バックアップ油圧流体供給システムおよび装置に関する。

海中掘削作業では、掘削井戸への地層流体の制御されない流れである噴出を経験することがある。噴出は、危険であり、犠牲が大きい。噴出は、人命の損失、汚染、掘削設備の損傷、および坑井生産の損失を引き起こし得る。噴出を防止するためには、噴出防止（ＢｌｏｗＯｕｔ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ；ＢＯＰ）設備が必要である。ＢＯＰ設備は、一般に、掘削現場において地層圧および地層流体を安全に隔離し制御することができる一連の機能を含む。ＢＯＰ機能は、油圧動作パイプラム、環状シール、パイプを切断するように設計されたシアラム、掘削流体の制御された流れを可能にするための一連の遠隔操作弁、および坑井リエントリ設備を開閉することを含む。加えて、プロセスおよび状態監視デバイスがＢＯＰシステムを完成させる。掘削業界では、ＢＯＰシステム全体をＢＯＰスタックと称する。

坑井およびＢＯＰは、マリンライザパイプを介して水上掘削艦に接続し、当該パイプは地層流体（例えば、油等）を水面に運搬し、掘削流体を循環させる。マリンライザパイプは、ＢＯＰと接続するためのデバイス、坑井制御用の環状シール、およびＢＯＰの操作用の油圧流体を供給するための流量制御デバイスを含む、ロアーマリンライザパッケージ（Ｌｏｗｅｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｒｉｓｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ；「ＬＭＲＰ」）を介してＢＯＰに接続する。通例、ＬＭＲＰとＢＯＰは単にＢＯＰと総称される。多くのＢＯＰ機能は油圧制御されており、油圧流体およびその他の坑井制御流体を供給しているライザに配管が付着されている。一般に、中央制御ユニットにより、オペレータは水面からＢＯＰ機能を監視および制御することができる。中央制御ユニットは、様々なＢＯＰ機能を制御するための油圧制御システムを含み、そのそれぞれは、その上流に様々な流量制御コンポーネントを有する。水上艦に乗っているオペレータは、一般に、電子多重制御システムを介して流量制御コンポーネントおよびＢＯＰ機能を操作する。

いくつかの掘削または環境状況では、オペレータがＢＯＰからＬＭＲＰの接続を切り、ライザおよびＬＭＲＰを水上艦へ回収する必要がある。ＢＯＰ機能は、ＬＭＲＰの接続が切り離されるときに、地層流体が環境に流出しないよう、坑井を封じ込めなくてはならない。転覆または切断状態で坑井が封じられる可能性を増加させるために、企業は一般に、１つの制御コンポーネントが機能しなくなった場合の制御不能を防止するように設計された冗長システムを含む。通常、企業は、２つの別個の独立した中央制御ユニットを設置してすべての臨界制御ユニットを二倍にすることにより、冗長性を提供する。当業界では、この２つの中央制御ユニットを、ブルーポッドおよびイエローポッドと称する。一度に使用されるのは一方のポッドのみであり、このとき他方はバックアップを提供する。

当業界では、当該ポッドの初期バージョンをコンポーネント故障時に回収可能なように設計していたが、後期バージョンはサイズが増大し、効率的に回収できなくなった。さらに、先行技術のシステムは二重の冗長性を有するが、この冗長性は、安全性の冗長性であるのみで操業の冗長性でない場合が多く、これは、単一のコンポーネント故障により、掘削作業の停止、坑井の安全確保、および機能しなくなったコンポーネントの置換が必要となることを意味する。コンポーネントを置換するために掘削を停止することは、多くの場合、長期にわたる運転休止期間ならびに掘削請負業者およびオペレータの大幅な収入減少を表す。

当業界は、さらなる冗長性を提供し、計画外のスタック回収を防止するための、単純且つ費用効率が高い方法を必要としている。当業界は、コンポーネント動作不能時間中における継続的な安全操業を可能にし、既存の坑井制御システムと容易且つ迅速に統合する、容易に回収可能なシステムを必要としている。当業界は、海中坑井制御設備を制御する、より単純で、合理的で、有効な方法を必要としている。

いくつかの実施形態において、本発明は、代替流路を介して流体流動コンポーネントに冗長性を提供するために、改良された方法および装置を提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、機能または目的地への継続的な流れを可能にしながら、故障したコンポーネントの安全且つ効率的なバイパスを可能にする。本発明は、効率的な冗長性の層を提供するために、既存の様々な流動システムに統合されてもよいし、全く新しい流動システムに載置されてもよい。その他の実施形態において、本発明は、海中噴出防止（ＢＯＰ）制御機能のためのスタンドアロン型制御システムに関する。本発明は、特に、水深１０，０００フィート以上における油圧動作制御システムおよび機能に有用である。

いくつかの実施形態において、流体供給装置は、１つ以上の一次流量制御コンポーネント、介入シャトル弁、および目的地を含む一次流体流路と；一次流量制御コンポーネントをバイパスし、１つ以上の二次流量制御コンポーネントのモジュラ着脱式ブロック、介入シャトル弁、二次流量制御コンポーネントのモジュラ着脱式ブロックを介入シャトル弁に接続する選択的に着脱可能なホース、および目的地を含む二次流体経路とを備える。遠隔操作ビークル（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＲＯＶ）は、従来の制御を失ったＢＯＰ機能への選択的な油圧供給を配備することができる。いくつかの実施形態において、介入シャトル弁は、ＢＯＰ機能にパイプで強固に接続された出口と、レシーバプレートからパイプで強固に接続された二次注入口とを有する。

いくつかの実施形態において、モジュラ弁ブロックは着脱可能であり、方向制御弁を含む。モジュラ弁ブロックには、より多くの方向制御弁が載置されてよく、方向制御弁の数は、同時に果たし得るＢＯＰ機能の数に対応している。モジュラ弁ブロックは、概してＲＯＶによって回収可能であり、これにより、修理および交換が容易になる。さらに、弁ブロックのモジュラ性は、置換用弁ブロックを保管して、既存の弁ブロックが保守または補修を必要とする際に配備することができることを意味する。パイロット弁および圧力調整器アキュムレータを含むその他多くのコンポーネントが、モジュラ弁ブロックに載置され得る。パイロット弁は、油圧パイロットであってもよいし、電磁操作されるものであってもよい。

モジュラ弁ブロックは、いくつかの実施形態においては圧力平衡型スタブ接続を介して、電気的接続を必要とする実施形態においては湿式電気接続を介して、ＢＯＰスタックに接続する。いくつかの実施形態において、モジュラ弁ブロックは、ＢＯＰスタックに固定可能に付着されたモジュラブロックレシーバの上に取り付けられる。好ましくは、モジュラブロックレシーバは、異なる多くのモジュラ弁ブロックが接続できるようにユニバーサルである。いくつかの実施形態においては、モジュラ弁ブロックまたはモジュラブロックレシーバのいずれかが、モジュラ弁ブロックを介入シャトル弁に接続するホースを受けるための仮コネクタに接続される。

いくつかの実施形態において、介入シャトル弁は、略円筒型の空洞を有するハウジングと、ハウジングの側面に入る一次注入口と、ハウジングの端面に入る二次注入口と、戻り止め手段を有するスプール型シャトルと、ハウジングの側面から出る出口とを備える。いくつかの実施形態において、出口は目的地にパイプで強固に接続されており、一次注入口は一次流体源にパイプで強固に接続されている。正常流の間、シャトルは正常流位置にあり、流体は一次注入口に入ってシャトル軸の周囲を流れ、出口から出る。シャトル設計は、流体が他のエリアに移動しないように密封するものである。予備流が二次注入口に導入されると、当該流体はシャトルを作動位置に押し進め、一次注入口を分離して二次注入口からの流れのみを可能にする。

いくつかの実施形態において、複合介入シャトル弁は、その出口がゲートシャトル弁の注入口に付着された２つの介入シャトル弁を備える。したがって、複合介入シャトル弁は、２つの一次注入口、２つの二次注入口、および出口を備える。ゲートシャトル弁は、一方の注入口からの流れを可能にし、他方の注入口からの流れを隔離するためにシフトするシャトルを有しているという点では介入シャトル弁と同様であるが、概して異なるシャトル設計を有する。

いくつかの実施形態において、ＢＯＰ油圧制御システムは、ブルー中央制御ポッド、イエロー中央制御ポッド、および、すべての制御ポッドコンポーネントにユニバーサルなバックアップを提供するために各ポッドと関連付けられた、少なくとも１つのモジュラ弁ブロックを含む。モジュラ弁ブロックは、仮接続を介してホースと付着した出口を有し、当該ホースの他端は、それぞれＢＯＰ機能と関連付けられた多数の介入シャトル弁のうちいずれか１つに付着される。したがって、各モジュラ弁ブロックは、少なくとも１つのＢＯＰ機能に冗長性を提供する。

別の実施形態において、本発明は、モジュラ型の構造であり、海中ＢＯＰシステムで一般的に用いられる複数の油圧コンポーネントの回収可能で、局所的で、独立した制御を提供する、スタンドアロン型海中制御システムを備える。そのようなシステムにより、別個の制御ポッドの必要性がなくなる。その他の実施形態では、すべてのＢＯＰ機能の壊滅的なシステム制御故障の場合に、水面からＩＳＶに送られる緊急用油圧ラインを使用する独立したＲＯＶ介入が可能である。

ＢＯＰ機能の独立および／または冗長制御は、動作不能時間を減少させ、安全性を増大させる。さらに、容易に回収可能なコンポーネントを有する制御システムにより、高速且つ容易な保守および置換が可能になる。本発明は、いくつかの実施形態において、数多くの確立したシステムと互換性があり、ＢＯＰシステムコンポーネントに安価な冗長性を提供する。本発明の別の実施形態において、モジュラブロック弁の制御は、既存の多重制御システムと透過的に統合され、それにより、オペレータは既存の制御システムを使用してモジュラ弁ブロックを制御することができる。

上記では、以下の本発明の詳細な説明をさらによく理解できるよう、本発明の特徴および技術的利点をかなり大まかに概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明のさらなる特徴および利点を以下に記載する。開示されている概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実行するその他の構造物を修正または設計するための基礎として容易に利用され得ることが、当業者には十分に理解されるはずである。当業者は、そのような同等の構成が、添付の特許請求の範囲で説明しているような本発明の精神および範囲を逸脱するものでないことも十分に認識すべきである。本発明の特性と考えられる新規の特徴は、添付の図を併せて考慮すれば、その機構および動作方法の両方に関して、さらなる目的および利点と共に、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、図のそれぞれは図解および説明のみを目的として提供されるものであり、本発明の制限の定義として意図されるものでないことは、明白に理解すべきである。

本発明をより完全に理解するために、添付の図面と併せて解釈される以下の説明を参照されたい。

本書において使用する場合、単数形を示す語の使用は、特許請求の範囲および／または明細書中で「を備える（含む）」（または同義語「有する」）と併せて使用される場合には「１つ」を意味し得るが、「１つ以上」「少なくとも１つ」および「１つまたは１つを超える」の意味とも一致する。また、本書で使用する場合、「に（と）接続する」という語句は、直接的に、または中間コンポーネントを介して、接合または連通させることを意味する。

図１を参照すると、本発明の一実施形態は、冗長な流体供給装置１０を備え、該装置は一次流体流路１１と二次流体流路１２とを備えている。一次流体流路１１は、流体源１３から開始し、一次流量制御コンポーネント１４および１５を通り、介入シャトル弁１６の一次注入口１００を通って、目的地１７へ続いている。二次流体流路１２は、流体源１３または代替流体源１０２のいずれかから開始し、モジュラ弁ブロック１８を通り、選択的に着脱可能なホース１９を通り、介入シャトル弁１６の二次注入口１０１を通って、目的地１７へ続いている。

図１では２つの一次流量コンポーネント１４および１５を示しているが、任意の数のコンポーネントがあってよい。一次流量コンポーネント１４および１５は、流体流動システム内に、弁、パイプ、ホース、シール、接続、および計装等であるがこれらに限定されない任意のコンポーネントを備えてよい。モジュラ弁ブロック１８は、任意のモジュラ、つまり着脱可能な流量制御コンポーネントを備えてよく、それらの少なくとも１つは、バイパスされた流体コンポーネント１４および１５を補償する。以下でさらに詳細に説明するが、介入シャトル弁１６は、一次注入口１００または二次注入口１０１のいずれかを介して流体を受け入れる。流れが二次注入口１０１を通る場合、一次注入口１００の上流のコンポーネントは隔離されバイパスされるが、流体は二次流体流路１２を介して目的地１７まで流れ続ける。

ホース１９は、仮接続１０３を介してモジュラ弁ブロック１８に、および仮接続１０４を介して介入シャトル弁１６の二次注入口１０１に接続する。いくつかの実施形態において、仮接続１０３はモジュラ弁ブロック１８に直接付着し、一方、その他の実施形態においては、それらの間に配管およびその他の設備が存在する。同様に、いくつかの実施形態において、仮接続１０４は二次注入口１０１に直接付着し、一方、その他の実施形態においては、それらの間に配管およびその他の設備が存在する。

仮接続１０３および１０４は、接続ポートまで伸び、その油圧回路と結合する自己整列外部油圧リンクを有するもの等、市販のスタブ接続を備える。概して、スタブ接続は、レシーバすなわち雌部およびスタブすなわち雄部を備え、いずれの部分をも総称してスタブ接続という場合がある。一実施形態において、二次注入口１０１は、仮接続１０４を格納し、その他の仮接続も格納し得るレシーバプレート１０５に、配管を介して接続する。

いくつかの実施形態において、流体供給装置１０は、ホース１９を配備し、それをモジュラ弁ブロック１８と介入シャトル弁１６の二次注入口１０１とに接続する遠隔操作ビークル（Ｒｅｍｏｔｅ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＲＯＶ）１０６を備える。ＲＯＶ１０６は、ホース１９の接続を切ること、ならびに、モジュラ弁ブロック１８を接続することおよびその接続を切ることもできる。ＲＯＶ１０６は、人間のオペレータによって水面から操作されてもよいし、多重制御システムからの入力に基づいて特定の接続または切断を実行するよう事前にプログラムされていてもよい。

いくつかの実施形態において、流体供給装置１０は、ＢＯＰコンポーネントに油圧流体を供給するために使用される。図２を参照すると、水面２１上の水上艦２０は、マリンライザパイプ２３を介してＢＯＰスタック２２と接続している。マリンライザパイプ２３は、油圧供給ライン、チョークライン、キルライン等、様々な供給ラインおよびパイプを持つことができる。そのような実施形態において、流体源１３は概して、マリンライザパイプ２３を下降する主要油圧供給ラインである。代替流体源１０２は、アキュムレータ、補助油圧供給ライン、マリンライザ２３上の補助導管、または制御ポッド２４からの油圧送りを含み得るが、これらに限定されない。

一実施形態において、制御ポッド２４はＢＯＰスタック２２に付着し、モジュラ弁ブロック１８は制御ポッド２４に付着している。ホース１９は、モジュラ弁ブロック１８をＢＯＰスタック２２に接続する。制御ポッド２４は、様々なＢＯＰ機能を制御するために使用される任意のシステムであってよく、弁、計測器、配管、計装、アキュムレータ、調整器等の様々な組み合わせを含んでよい。従来、当業界では、制御ポッド２４およびその冗長対応物である制御ポッド２５を、ブルーポッドおよびイエローポッドと称している。本発明に従ってバックアップを作っていない制御ポッド２４の内部にあるコンポーネントのいずれか１つが故障または機能不良となった場合、掘削停止および制御ポッドの補修が必要となることがあり、多額の費用がかかる。しかしながら、ＲＯＶ１０６、ホース１９およびモジュラ弁ブロック１８を含む本発明の一実施形態では、正常に機能していないコンポーネントをバイパスして隔離し、モジュラ弁ブロック１８およびホース１９を介して流体流動を別の経路に切り換えることにより、制御ポッド２４の内部にあるコンポーネントの冗長性を可能にする。

図３に明示されている本発明の実施形態を参照すると、制御ポッド２４（例えば、ブルーポッド）はＢＯＰスタック２２に付着し、モジュラ弁ブロック１８は制御ポッド２４に付着している。また、第二の制御ポッド２５（例えば、イエローポッド）はＢＯＰスタック２２に付着し、第二のモジュラ弁ブロック３１は制御ポッド２５に付着している。これらの実施形態において、油圧流体の目的地は、ＢＯＰ機能である。制御ポッド２４および２５は様々なＢＯＰ機能に制御を提供し、それらのいくつかを番号３０１、３０３、および３０４で参照する。ＢＯＰ制御機能は、油圧動作パイプラム、環状シール、パイプを切断するように設計されたシアラム、掘削流体の制御流れを可能にするための一連の遠隔操作弁、ライザコネクタ、および坑井リエントリ設備、を開閉することを含むがこれらに限定されない。制御ポッド２４および２５は、ＢＯＰ機能３０１、３０３、および３０４を含む様々なＢＯＰ機能とパイプで強固に接続されており、これは、制御ポッド２４または２５内にある１つのコンポーネントが機能しなくなり、修理しなくてはならない場合、制御ポッド全体またはＬＭＲＰの接続を切らなくてはならず、制御ポッドによるＢＯＰ機能の制御は、中止または限定されることを意味する。本書で使用する場合、「パイプで強固に接続されている」または「強固な配管」は、永久的な、または、ＲＯＶによって容易に除去されない配管および関連する接続をいう。また、安全性および規制上の理由により、掘削作業を１つの制御ポッドの稼働のみで行うことはできない、または行うわけにいかない。したがって、１つのポッドにおける１つのコンポーネントの故障により、掘削作業を停止せざるを得なくなる。本発明の一実施形態は、制御モジュール２４および／または２５内にある多くのコンポーネントに、モジュール方式で選択可能なバックアップ制御を提供することにより、海中掘削におけるこの問題を克服するものである。

図３を参照すると、ＢＯＰ機能３０１、３０３、および３０４は強固な配管を介してそれぞれ介入シャトル弁１６、３００、および３０２に接続している。この実施形態において、介入シャトル弁１６は、強固な配管３２を介してレシーバプレート１０５上の仮接続１０４とパイプで強固に接続されている。介入シャトル弁３００および３０２も、強固な配管を介してレシーバプレート１０５上のその他の仮接続レシーバと接続している。また、制御ポッド２４は、強固な配管３３を介して介入シャトル弁１６と接続している。図示しないが、制御ポッド２４は介入シャトル弁３００および３０２にも接続している。制御ポッド２４内にある制御コンポーネントが正常に機能していない場合、当該制御コンポーネントが対応するＢＯＰ機能は、通常のコマンドに応答しない（例えば、アニュラが閉じない）ことになる。ＢＯＰコンポーネントが稼働していないと判断された後、ＲＯＶ１０６は、応答していない機能とパイプで強固に接続されたレシーバプレート１０５上の接続レシーバにおいて接続ホース１９へ方向付けられ得る。図３において、ＲＯＶはホース１９を、レシーバプレート１０５上にあるいくつかの仮接続のうち１つである仮接続１０４に接続している。ＲＯＶ１０６はホース１９を、仮接続１０３でモジュラ弁ブロック１８にも接続する。その他の実施形態において、ＲＯＶ１０６はホース１９をまずモジュラ弁ブロック１８に、続いて介入シャトル弁１６に接続する。いずれの場合も、制御ポッド２４の正常に機能していない制御コンポーネントはバイパスされ、油圧流体は、モジュラ弁ブロック１８、ホース１９、および介入シャトル弁１６を含む二次経路を通って流れる。ＢＯＰ機能は適切に稼働するようになり、動作不能時間を回避する。

いくつかの実施形態において、モジュラ弁ブロック１８は、いくつかの異なるＢＯＰ機能を果たすことができる点でロバストであるように設計され、当該機能のそれぞれは、制御の問題に直面しているＢＯＰ機能と関連付けられた特定の介入シャトル弁にホース１９を差し込むことによって選択される。以下で詳細に説明するモジュラ弁ブロック１８上のコンポーネントは、制御ポッド２４および／または２５内にある多数のコンポーネントに冗長性を提供し、モジュラ弁ブロックを概してユニバーサル且つ金銭効率の高いものにする。コンポーネント故障が生じる前であっても、ホース１９は、特定のコンポーネントの機能不良を予期するために、モジュラ弁ブロック１８およびレシーバプレート１０５上の特定の接続に接続され得る。当然ながら、後に予期したものと異なるコンポーネントが機能しなくなった場合には、ＲＯＶ１０６はレシーバプレート１０５上の第一の接続とのホース１９の接続を切り、それを異なる接続（正常に機能していないＢＯＰ機能に対応するもの）に接続して、バックアップ制御を可能にすることができる。

（モジュラ弁ブロック）
図４ＡおよびＢは、モジュラ弁ブロック１８の一実施形態を明示しており、これは、方向制御弁４０および４２ならびにパイロット弁４１および４３を含む。２セットの弁およびパイロット弁を図示しているが、任意の数の弁がモジュラ弁ブロック１８に載置され得る。方向制御弁の数は、モジュラ弁ブロック１８が同時に果たし得るＢＯＰ機能の数に対応している。しかしながら、モジュラ弁ブロック１８は、ほとんどの場合、ＲＯＶ１０６によって回収されるのに十分なほど小型である。いくつかの実施形態において、モジュラ弁ブロック１８は、方向制御弁４０および４２の下流にあるシステムコンポーネントへの油圧流体供給圧力を制御するためのマニホールド圧力調整器４５と、パイロットシステムに利用可能な圧力を制御するためのパイロット圧力調整器４６とを備える。いくつかの実施形態において、パイロット圧力調整器４６は、制御ポッド２４に逆送り油圧を提供するようにも構成される。

いくつかの実施形態において、モジュラ弁ブロック１８は、パイロット弁４１および４３をシフトさせた際のあらゆる圧力損失を回避するための圧力アキュムレータ４４と、通常動作中に要求される、アキュムレータ４４の通気を可能にするためのアキュムレータ放出弁４７とを備える。いくつかの実施形態において、パイロット弁４１および４３、圧力アキュムレータ４４、マニホールド圧力調整器４５、およびパイロット圧力調整器４６はモジュラ弁ブロック１８に格納されておらず、むしろ上流に載置されるか、または必要とされない。多くのＢＯＰコンポーネントは同じ圧力の油圧流体を必要とするが、モジュラ弁ブロック１８が一般的に油圧流体を異なる圧力で異なるＢＯＰコンポーネント（シアラムと比較した場合のアニュラ等）に供給することができる実施形態においては、マニホールド圧力調整器４５が有利である。弁、パイロット、調整器、アキュムレータ、およびその他の制御コンポーネントの様々な組み合わせが可能であり、いくつかの実施形態においては、パイロット弁４１および４３は電磁操作されるパイロット弁であり、一方、その他の実施形態においては、それらは油圧パイロット弁である。また、いくつかの実施形態において、ＢＯＰスタック２２は、複数のモジュラ弁ブロックに接続され、当該ブロックのそれぞれは１つ以上の制御コンポーネントについてバックアップを提供することができる。

モジュラ弁ブロック１８は、ＢＯＰスタック２２と接続するために、接続４００、４０１、４０２、および４０３をさらに備える。いくつかの実施形態において、接続４００、４０１、４０２、および４０３は、ＲＯＶ１０６を介して除去および再設置を可能にする圧力平衡型スタブ接続である。電気的接続を必要とする実施形態において、接続４１０は、水中における電気的接続の作成および遮断を可能にする湿式電気接続である。図４Ｂを参照すると、モジュラ弁ブロック１８は、いくつかの実施形態においてモジュラブロックレシーバ４８上に取り付けられている。モジュラブロックレシーバ４８はＢＯＰスタック２２と固定可能に付着され、油圧流体供給はそれとパイプで強固に接続されている。図４Ｂの実施形態によると、モジュラブロックレシーバ４８は、接続４００、４０１、４０２、および４０３を受けるためのレセプタクル４０４、４０５、４０６、および４０７を含む。レセプタクル４０４、４０５、４０６、および４０７ならびに接続４００、４０１、４０２、および４０３は、本発明を任意の数のＢＯＰスタックに設置することができ、様々なモジュラ弁ブロックをモジュラブロックレシーバ４８に付着させることができるよう、好ましくはユニバーサルである。

油圧供給接続４０８および４０９は、モジュラ弁ブロック１８に油圧流体およびパイロット油圧流体を供給する。主要油圧供給、アキュムレータ、補助油圧供給ライン、マリンライザ２３上の補助導管、または制御ポッド２４からの油圧送り等であるがこれらに限定されない任意の適切な源が、油圧供給接続４０８および４０９を供給し得る。仮接続１０３はモジュラ弁ブロック１８に直接格納されていてよいが、モジュラブロックレシーバ４８に格納されていてもよい。また、１つ以上のさらなる仮接続４１１が含まれてもよい。モジュラ弁ブロック１８に接続される仮接続の数は概して、モジュラ弁ブロック１８上にある方向制御弁の数に対応し、概していくつのＢＯＰ機能が同時に果たされ得るかを決定付けることにもなる。仮接続１０３はモジュラブロックレシーバ４８の側面に出るものとして示されているが、底部等のモジュラブロックレシーバ４８のその他の位置に、緊急のスタック引き上げの間に容易に接続を切るため海底に対して垂直に向いて出してもよい。

（介入シャトル弁）
図５ＡおよびＢを参照すると、介入シャトル弁１６は、ハウジング５８と、略円筒型の空洞５００と、一次注入口１００と、二次注入口１０１と、略円筒型のスプール型シャトル５１と、出口５０とを備える。空洞５００は、上部略円形エリア５０１と、底部略円形エリア５０２と、側面円筒型エリア５０３とを備える。ハウジング５８は、上部略円形エリア５０３の上に縁５２を有する。いくつかの実施形態において、シャトル５１は、二次注入口１０１に最も近く、空洞５００のそれと実質的に同様の半径を有する第一の領域５０４、二次注入口１０１からはより遠く、第一の領域５０４のそれよりも小さい半径を有する第二の領域５０５、二次注入口１０１からはさらに遠く、空洞５００のそれと実質的に同様の半径を有する第三の領域５０６、二次注入口１０１から最も遠く、第三の領域５０６のそれよりも小さい半径を有する第四の領域５０７、および、第一の領域５０４と第二の領域５０５との間に遷移面５６を備える。遷移面５６は、第一の領域５０４と第二の領域５０５の半径の間で徐々に傾斜してもよいし、第一の領域５０４の半径から第二の領域５０５の半径に急激に変化してもよい（この場合、遷移面５６は、第二の領域５０５の円筒型側面に垂直な平面である）。いくつかの実施形態において、出口５０は、ＢＯＰ機能等の目的地とパイプで強固に接続されており、一次注入口１００は制御ポッド２４とパイプで強固に接続されており、二次注入口１０１はレシーバプレート１０５とパイプで強固に接続されている。図１の一次流体流路１１に沿った流れに対応する正常流の間、シャトル５１は正常流位置にあり、流体は一次注入口１００に入り、第二の領域５０５の周囲を流れて、出口５０から出る。第一の領域５０４および第三の領域５０６にそれぞれ対応するシールエリア５４および５３が、流体が漏れたりそれらを越えて流れたりするのを防止するので、流体がその他のエリアに流れることはない。一次注入口１００を通って流れる流体は、シャトル５１を平衡に保つための力を遷移領域５６に対して与える。したがって、シャトル弁は通常位置のままである。

正常流からバックアップ流に切り換えることが望ましい場合、流体は二次注入口１０１に導入され、シャトル５１の幅広面５５に圧力を与える。幅広面５５の表面積は遷移帯５６の表面積よりも大きいため、一次注入口１００を通って入る流体と等しい圧力での二次注入口１０１における流体の流れは、シャトル５１を作動位置に押し進めることになる。図５Ｂは、シャトル５１が作動位置にある介入シャトル弁１６の実施形態を描写している。図１の二次流路１２に沿った流れと対応する作動位置での流れの間、流体は二次注入口１０１に入り、出口５０から出る。シールエリア５４が流れを防止するので、流体がシャトル５１を越えて流れることはない。また、第三の領域５０６が縁５２に衝突し、これによってシャトル５１がそれ以上作動するのを防止する。したがって、シャトル５１が作動位置にある場合、一次注入口１００およびその上流のコンポーネントは、隔離されバイパスされる。シャトル５１は、ブリードポート（ｂｌｅｅｄ ｐｏｒｔ）５７に流体を供給し、シャトルを通常位置に押し進めることによって、いかなる時点でもリセットされ得る。

図６を参照すると、いくつかの実施形態において、介入シャトル弁１６は、他の弁と組み合わせられて複合介入シャトル弁６０を形成する。いくつかの実施形態において、複合介入シャトル弁６０は、２つの介入シャトル弁１６および６１と、ゲート介入シャトル弁６２と、一次注入口１００および６００と、二次注入口１０１および６０１と、ゲートシャトル６４と、出口６５とを備える。コネクタ６３は、複合介入シャトル弁６０をＢＯＰ機能に接続する。「ゲートシャトル」という用語は、任意の特定種類のシャトルまたは弁に限定することを意味するのでなく、介入シャトル弁１６と区別するためにのみ使用される。ゲート介入シャトル弁６２は、片側のみからの流れを受け入れるためにシフトし、反対側を分離する、いかなるシャトル弁であってもよい。

図６中の１つの考えられる流路を辿ると、流れはシャトル弁１６の二次注入口１０１を通って入り、シャトル５１を作動位置に押し進める。流れは介入シャトル弁１６から出てゲート介入シャトル弁６２へ続き、ゲートシャトル６４を左に押し進めて流れが出口６５から出られるようにし、介入シャトル弁６１を隔離する。介入シャトル弁１６を通る流れが中止して、シャトル弁６１に流れが導入された場合には、ゲートシャトル６４は右に押し進められ、シャトル弁１６を隔離するであろう。いくつかの実施形態において、複合介入シャトル弁６０は、ブルーポッドまたはイエローポッドのいずれか（例えば、図３の制御ポッド２４および２５）からの油圧流体の正常流および図３のモジュラ弁ブロック１８または３１からの代替流を提供するために使用され得る。そのような実施形態において、複合介入シャトル弁６０は、４つの異なる源からＢＯＰ機能に繋がる出口へ油圧流体を送ることができるであろう。いくつかの実施形態において、介入シャトル弁１６、６１、および６２のハウジングは単一の材料で作られており、一方、その他の実施形態において、ハウジングは異なるコンポーネントで作られており、介入シャトル弁１６、６１、および６２は、介入シャトル弁１６および６１の出口がゲート介入シャトル弁６２の注入口６０２および６０３に流れ込むよう、互いに固定可能に付着している。

（概略流れ図）
図７は、ＢＯＰパイプラム７００および関連する油圧送りシステムを含む概略である。流体源１３は、主要油圧注入口を備え、弁７０を通って制御ポッド２４または制御ポッド２５のいずれかへ流れる。１つの考えられる流路において、弁７０は制御ポッド２４に流れを送り、弁７０３は制御コンポーネント１４および１５を介して複合介入シャトル弁６０に流れを送る。図６および７を参照すると、一実施形態において、複合介入シャトル弁６０は、制御ポッド２４の下流に一次注入口１００、制御ポッド２５の下流に一次注入口６００、仮接続１０４の下流に二次注入口１０１、および仮接続７４の下流に二次注入口６０１を有する。ゲートシャトル６４は、コネクタ６３を通るＢＯＰ機能への流れを可能にするために、複合介入シャトル弁６０の非アクティブ側を隔離する。この例において、介入シャトル弁１６は、二次注入口１０１からの流れを可能にするために作動位置にあり、ゲートシャトル６４は介入シャトル弁６１を隔離して介入シャトル弁１６を通る流れを可能にする。

油圧流体の目的地はあらゆるＢＯＰ機能を含み得るが、図７では、２つの相補的な目的地を含む実施形態を描写しており、第一の機能「パイプラム閉鎖」７０１は、複合介入シャトル弁６０と関連付けられパイプラム７００を開放し、第二の機能「パイプラム開放」７０２は複合介入シャトル弁７８と関連付けられパイプラム７００を閉鎖する。この例において、ホース１９は、複合介入シャトル弁６０の介入シャトル弁１６にバックアップ油圧流を送るために仮接続１０３と仮接続１０４とを接続している。したがって、通常は流体を機能「パイプラム閉鎖」７０１に方向付ける制御ポッド２４の制御コンポーネント１４および１５は隔離およびバイパスされており、流体流れは、モジュラ弁ブロック１８、ホース１９、および複合介入シャトル弁６０の介入シャトル弁１６を通って送られる。

図７の実施形態において、パイプラム開放７０２およびパイプラム閉鎖７０１はいずれも、制御ポッド２４および制御ポッド２５を迂回する流れのバックアップを作ることができる。したがって、制御ポッド２４および制御ポッド２５の両方に、制御コンポーネントの完全な冗長性が提供される。モジュラブロック弁１８は仮接続４１１用のさらなる出口を含み、モジュラ弁ブロック７７は仮接続７５および７６を含む。同様に、レシーバプレート１０５は、仮接続７２、７３、および７４用のさらなるポートを含む。描写しているように、仮接続４１１、７５、７６、７２、７３、または７４のいずれにもホースは付着されていないが、ＲＯＶ１０６は、必要に応じてそれらの接続にホースを付着させることができる。いくつかの実施形態において、モジュラブロック弁１８および７７のユニバーサルな性質により、ＲＯＶは、仮接続１０３、４１１、７５、および７６のいずれかまたはすべてにホースを付着させ、その他のＢＯＰ機能（図示せず）に繋がる任意の数の仮接続に当該ホースを送ることができる。いくつかの実施形態において、パイプラム開放７０２およびパイプラム閉鎖７０１等のＢＯＰ機能は、複合介入シャトル弁６０および７８を通る逆流を使用して、油圧流体に出口ライン（図示せず）への出口を与えることができる。

油圧制御を完全に失ってしまった場合に、介入シャトル弁１６がＢＯＰ機能に緊急用バックアップ直通流を提供することも可能である。そのような実施形態において、ＲＯＶ１０６は、水面から緊急用油圧供給ラインを運搬し、それを仮接続１０４に直接接続し、これが介入シャトル弁１６の二次注入口１０１に接続されることによって、他の油圧流体供給故障の場合に油圧流体を供給する。このようにして、油圧流体は、壊滅的なシステム故障の場合に、任意の数のＢＯＰ機能に漸次供給され得る。

いくつかの実施形態においては、電子多重制御システム（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；「ＭＵＸ」）および水面にいるオペレータが、ＢＯＰ機能および油圧供給を制御および／または監視する。単純な意味で、ＭＵＸはオペレータがボタンを押すこと等によってＢＯＰ機能を制御できるようにするものである。例えば、オペレータは、ボタンを押下することによって、または、油圧システムにアニュラを閉鎖するよう信号で伝えるための電子コマンドを入力することによって、アニュラを閉鎖する。いくつかの実施形態において、本発明は、バックアップ油圧供給の開始がボタンを押すことによって命令され得るような、既存の多重システムに統合される。また、ソフトウェアによって、正常流とバックアップ流のいずれが使用されているかにかかわらず、特定の機能を制御するためにオペレータが同じボタンを押すという点で、正常流とバックアップ流との間の切り換えを透過的にすることを可能にし得る。

図８に示す本発明の別の実施形態において、中央制御ポッド（図７の制御ポッド２４および２５等）はＢＯＰ油圧供給システムから完全に除去されている。中央制御ポッドの代わりに、複数の一次専用モジュラ弁ブロックおよび関連する介入シャトル弁が様々なＢＯＰ機能とパイプで強固に接続されている。限定的でない例として、一次モジュラ弁ブロック８０および８１は一般に、それぞれ複合介入シャトル弁６０’および７８’とパイプで強固に接続されているが、仮接続を介して接続されてもよい。一次モジュラ弁ブロック８０および８１は一般に、モジュラレシーバプレートに回収可能なように取り付けられているが、ＢＯＰスタック上に直接取り付けられてもよい。ＲＯＶは、中央制御ポッド全体を回収する代わりに、特定の正常に機能していない一次モジュラ弁ブロックを回収することができるため、複数の一次モジュラ弁ブロックを有することにより、正常に機能していない一次制御コンポーネントを修理することは、より容易に且つ費用効率が高いものになる。いくつかの実施形態において、一次モジュラ弁ブロックは、二次モジュラ弁ブロック１８’および７７’´等、１本以上のホース１９’を介して介入シャトル弁に接続する１つ以上の二次モジュラ弁ブロックをバックアップとする。したがって、全油圧制御は、容易に回収可能なモジュラ弁ブロックを介して冗長的に供給される。容易に回収可能であることに加えて、複数のモジュラ弁ブロックは、大量生産され得るため、スケールメリットを介してコストを節約する。

（流れ図）
図９Ａを参照すると、一実施形態において、ある方法は、バックアップ流体流を目的地に提供する。ボックス９１を参照すると、いくつかの実施形態において、オペレータは、正常に機能していない機能を検出した場合、および／または、制御コンポーネントを迂回して流れを送る必要がある場合等に、代替流体流路を始動させる。いくつかの実施形態において、流体は油圧流体であり、目的地はＢＯＰ機能である。ボックス９２および９３を参照すると、ＲＯＶは、モジュラ弁ブロックおよび介入シャトル弁の二次注入口にホースを接続するために配備される。ホースが接続された後、流れは、ボックス９４に示すように、モジュラ弁ブロック、ホース、および介入シャトル弁の二次注入口を通って目的地へ送出される。いくつかの実施形態において、ボックス９５に示すように、機能への油圧流の多重制御は、オペレータが、正常に機能していない制御コンポーネントを制御したものと同じボタンまたは入力手段を使用し、モジュラ弁ブロックを介してＢＯＰ機能を制御することができるよう、透過的に切り換えられる。

図９Ｂは、１つ以上のＢＯＰ機能に油圧流体を供給するためにブルーおよびイエロー中央制御ポッドを伴う、本発明の実施形態を示す。一実施形態において、油圧流体はブルーポッドによって供給されるが、ボックス９０２に示すように、制御コンポーネント機能不良が検出される。いくつかの実施形態において、ボックス９０３に示すように、油圧供給はブルーポッドからイエローポッドに切り換えられ、当該切り換えは、オペレータ入力または自動コンピュータ始動のいずれかにより生じるものである。当然ながら、別の実施形態においては、制御はブルーポッドにとどまる一方で、バックアップ流が開始される。ボックス９０４を参照すると、ＲＯＶが配備され、モジュラ弁ブロックに、および、適切なＢＯＰ機能と関連付けられた複合介入シャトル弁に、ホースを接続する。いくつかの実施形態において、ボックス９０５に示すように、機能への油圧流の多重制御は、オペレータが、現在正常に機能していない制御コンポーネントを制御したものと同じボタンまたは入力手段を使用し、モジュラ弁ブロックを介してＢＯＰ機能を制御することができるよう、透過的に切り換えられる。ボックス９０６を参照すると、油圧供給は元のブルーポッドに切り換えられてよく、油圧流体は正常に機能していない制御コンポーネントを迂回し、またモジュラ弁ブロックを通ってＢＯＰ機能に流れ、ブルーポッドによってＢＯＰ機能の油圧制御を修復する。

本発明およびその利点について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく、そこに様々な変更、代用、および代替が為され得ることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載したプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、およびステップの、特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者であれば本発明の開示から容易に理解するように、本書に記載した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行する、またはそれらと実質的に同じ結果に到達する、現存するまたは後に開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップは、本発明に従って利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップをその範囲内に含むことを意図するものである。

図１は、本発明の一実施形態を表す海中制御モジュールの概略図である。 図２は、本発明の実施形態を組み込んだ深海掘削作業の概略図である。 図３は、本発明の実施形態を組み込んだＢＯＰ装置の側面図である。 図４Ａは、本発明の実施形態によるモジュラ弁ブロックの概略図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態によるモジュラ弁ブロックの斜視図である。 図５ＡおよびＢは、本発明の実施形態による介入シャトル弁の断面側面図である。 図６は、本発明の実施形態による複合介入シャトル弁の断面側面図である。 図７は、本発明の実施形態を組み込んだＢＯＰ油圧制御システムの概略図である。 図８は、本発明の実施形態を組み込んだＢＯＰ油圧制御システムの概略図である。 図９Ａは、本発明を使用する方法の実施形態を示すフローチャートである。 図９Ｂは、本発明を使用する方法の実施形態を示すフローチャートである。

Claims (26)

1. 水中ＢＯＰシステムで使用するための油圧流体供給装置であって、
   油圧流体源に接続された注入口および弁ブロックスタブ接続に接続された出口を有するモジュラ着脱式弁ブロックと、
   油圧流体供給ラインにパイプで強固に接続された一次注入口、バックアップ注入口スタブ接続レシーバと接続されたバックアップ注入口、油圧動作ＢＯＰ機能と接続された出口、およびシャトルをそれぞれが有する複数の介入シャトル弁と、
   該弁ブロックスタブ接続と着脱可能に接続可能な第一端および該バックアップ注入口スタブ接続のうちのいずれか１つに接続可能な第二端を有する、選択的に係合可能なホースと、
   該弁ブロックスタブ接続からの該ホースを、該バックアップ注入口スタブ接続に接続および除去する遠隔操作ビークルと
   を備える、油圧流体供給装置。
2. 前記モジュラ着脱式弁ブロックは、方向制御弁を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記モジュラ着脱式弁ブロックは、マニホールド圧力調整器、アキュムレータ、パイロット弁、パイロット圧力調整器、およびそれらの任意の組み合わせから成る群より選択されるコンポーネントをさらに備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記パイロット弁は、電磁パイロット弁または油圧パイロット弁である、請求項３に記載の装置。
5. 前記バックアップ注入口スタブ接続は、レシーバプレート上に格納され、前記介入シャトル弁の前記バックアップ注入口にパイプで強固に接続されている、請求項１に記載の装置。
6. 前記バックアップ注入口スタブ接続のうちの１つに選択的且つ着脱可能に付着された緊急用油圧源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記ＢＯＰシステムは、第一の中央制御ポッドに接続された複数の一次流量制御コンポーネントセットを備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記ＢＯＰシステムは、複数の一次流量制御コンポーネントセットを備え、該複数の一次流量制御コンポーネントセットのそれぞれは、対応する複数の一次モジュラ着脱式弁ブロックの１つに接続され、各一次モジュラ着脱式弁ブロックは対応する介入シャトル弁および目的地に接続される、請求項１に記載の装置。
9. 前記第一の中央制御ポッドの前記一次流量制御コンポーネントに一次流量制御コンポーネントの冗長性セットを提供する第二の中央制御ポッドと、
   該第二の中央制御ポッドと関連付けられた、少なくとも１つのさらなるモジュラ着脱式弁ブロックと、
   をさらに備える、請求項７に記載の装置。
10. 前記介入シャトル弁のうち１つ以上は、それぞれが第一の一次注入口、第二の一次注入口、第一の二次注入口、第二の二次注入口、第一のシャトル、第二のシャトル、ゲートシャトル、およびＢＯＰ機能への出口を備える複合介入シャトル弁である、請求項９に記載の装置。
11. 前記モジュラ着脱式弁ブロックは、前記ホースとの接続用の少なくとも１つのスタブ型レシーバ接続を格納する別個のモジュラブロックレシーバにそれぞれが付着し、
    該モジュラ着脱式弁ブロックは、前記第一の中央制御ポッドまたは前記第二の中央制御ポッドを通る流れを中断することなく該モジュラブロックレシーバから除去可能である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記モジュラブロックレシーバにおける前記ホースとの接続用の前記スタブ型レシーバ接続は、海底に対して垂直方向に配向される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記モジュラ着脱式弁ブロックは、圧力平衡型スタブ接続および湿式電気接続を介して前記別個のモジュラブロックレシーバに付着する、請求項１１に記載の装置。
14. 電子多重制御システムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
15. 前記モジュラ着脱式弁ブロックの制御は、前記電子多重制御システムに統合されている、請求項１４に記載の装置。
16. 油圧流体のバックアップ供給を水中ＢＯＰ機能に提供するための方法であって、
    複数の一次流体制御コンポーネントセットとＢＯＰスタックに着脱可能に接続されたモジュラ弁ブロックとを提供するステップであって、該モジュラ弁ブロックは弁ブロックスタブ接続に接続された出口を有する、ステップと、
    複数の介入シャトル弁を提供するステップであって、該複数の介入シャトル弁のそれぞれは、一次流体制御コンポーネントセットを通って油圧流体供給にパイプで強固に接続された一次注入口と、バックアップ注入口スタブ接続と接続されたバックアップ注入口と、油圧動作ＢＯＰ機能とパイプで強固に接続された出口とを有する、ステップと、
    着脱可能なスタブ接続を介して、該弁ブロックスタブ接続にホースの第一端を、該バックアップ注入口スタブ接続のうち１つに該ホースの第二端を接続するように、遠隔操作ビークルを制御するステップと
    を含む、方法。
17. オペレータまたは電子監視システムからの信号に基づいて、いずれの介入シャトル弁に前記ホースを接続するかを選択するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記モジュラ弁ブロックを制御するための電子制御を提供するステップと、
    前記モジュラ弁ブロックの該電子制御を電子多重制御システムに統合するステップと
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記介入シャトル弁のうち１つの前記バックアップ注入口スタブ接続内へ、そして、該介入シャトル弁を介して前記ＢＯＰ機能へ流体を送るステップをさらに含み、該介入シャトル弁を通る該流れは、作動するようにシャトルを押し進め、該介入シャトル弁の該一次注入口および該一次注入口の上流にある前記一次流体制御コンポーネントセットを隔離する、請求項１６に記載の方法。
20. 前記ホースを接続するよう遠隔操作ビークルを制御するステップの前に、前記モジュラ弁ブロックへの油圧供給を確立するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
21. 前記バックアップ注入口スタブ接続をレシーバプレートに取り付けるステップと、
    該バックアップ注入口スタブ接続を前記介入シャトル弁の前記バックアップ注入口にパイプで強固に接続するステップと
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
22. 前記複数の一次流体制御コンポーネントセットを第一の中央制御ポッドに付着させるステップと、
    一次流体制御コンポーネントの冗長性セットを提供する第二の中央制御ポッドを提供するステップと、
    少なくとも１つのさらなるモジュラ弁ブロックに該第二のポッドを提供するステップと
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
23. 前記複数の介入シャトル弁に、第二の一次注入口、第二のバックアップ注入口、第一のシャトル、第二のシャトル、およびゲートシャトルを提供するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記第一の中央制御ポッドから油圧流体が供給されている間に、ＢＯＰ機能が正常に機能していないという指示を受信するステップと、
    油圧流を前記第二の中央制御ポッドに切り換えるステップと
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記モジュラ弁ブロックに方向制御弁を提供するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
26. 前記モジュラ弁ブロックに、マニホールド圧力調整器、アキュムレータ、パイロット弁、パイロット圧力調整器、およびそれらの任意の組み合わせから成る群より選択されるコンポーネントを提供するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。

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