JP6084300B2 - 噴出防止装置(bop)のための海中エネルギーストレージ - Google Patents

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Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2012年11月7日に出願された「SMART BLOW OUT PREVENTER (BOP) WITH SUBSEA ENERGY STORAGE」という題名の米国仮特許出願第61/723,591号に対して優先権の利益を主張する。上記文献は、参照することによって援用される。
(技術分野)
本開示は、海中坑井に関する。より具体的には、本開示は、海中坑井のための電力システムに関する。
(背景)
既存の噴出防止装置(「BOP」)は、油圧システム上で機能する。電気を使用する、それらのシステムの場合、電気システムは、ソレノイド等のフィードバックを伴わない、低電力一方向性アクチュエータを用いて、開ループに給電するために使用される。本一方向性アクチュエータは、次いで、油圧動力信号をSPM弁等の高電力アクチュエータにパスし、順に、BOPラムまたは他のBOP機能を動作させるために十分な流量率および圧力において、油圧動力をパスする、油圧パイロット弁を制御する。電子アクチュエータ、パイロット弁、および主弁の解放は、ばね復帰に依拠し、また、開ループ設計である。
既存のBOPシステムは、小型の電力アクチュエータ(前述)と限定されたセンサおよび演算能力とから成る、軽負荷のために電力を使用する。本電力は、船舶から、アンビリカルケーブルを介して、高電圧交流電流(AC)を通して送達される。しかしながら、ピーク電流を維持するために必要とされる高電圧は、絶縁応力および破壊につながり、塩水の進入、ケーブルのガルバニック腐食、および金属導体の可能性として考えられる水素脆化を可能にする。高電流要件は、終端が困難であり、座屈問題を生じさせる、重量のある非可撓性ケーブルの選択をもたらす。これらのケーブルは、船舶上に格納することが困難である。加えて、通信ラインも、アンビリカル内に統合され得、AC電力は、通信ラインに磁場擾乱およびライン雑音を生成する。
深海用途の場合、送達可能電流は、極端な伝送距離および通信ライン干渉のリスクの両方によって限定される。海上との電力結合の損失のリスクのため、既存のBOP構成要素は、非電力条件下でも動作するように設計される。例えば、油圧パイロット弁を制御する、一方向性アクチュエータは、電力が損失されたときでも、弁をオフにすることができる、前述のばね復帰を組み込む。しかしながら、アクチュエータの係合は、海上から持続的電力を要求し、どんな時でも係合され得るアクチュエータの量を制限する。さらに、海上からの電力の損失または擾乱は、通信の損失をもたらし、さらに、全給電型ソレノイドアクチュエータの位置に変化を生じさせる。これは、BOP機能に望ましくない油圧変化を生じさせ得る。
既存のBOP技術上で使用されるいくつかのセンサは、特定の機能が作動または完了されたことを確認することを試みることによって、開ループで動作している構成要素のためのフィードバックを提供する試みにおいて、圧力、流量、および他の物理的パラメータを測定する。中央センサの使用は、複数の機能が同時に動作された場合、中央圧力および流量センサのフィードバックが不明となるであろうため、1つのみの機能が1度に動作されることを余儀なくする。広範な共有インフラストラクチャが存在する、システムの統合性質は、有意なレベルの単一アプリケーションソフトウェアの使用を余儀なくする。本ソフトウェアおよびそのためのオフラインサポートシステムは、非常に限定された数のアプリケーションのために記述されている。結果、予測精度が不良となり、トラブルシューティングが困難であり、産業間にわたるサポートが脆弱となる。
(要約)
一実施形態では、海底上の坑井近傍に電気エネルギーを貯蔵することと、貯蔵された電気エネルギーを用いて、坑井制御機器をアクティブ化することとを含む、デバイスおよび方法が、開示される。海底機器上の海中アクチュエータは、電気設計を含んでもよい。海中アクチュエータは、代替として、ハイブリッド電気/機械的設計を含んでもよく、主油圧動力弁は、電気的に制御され、1つ以上の電気的に給電される油圧ポンプが、加圧された油圧システムと組み合わせて、またはそこから独立して、剪断ラムを動作することを可能にしてもよい。一実施形態によると、剪断ラム内のシリンダは、貯蔵された電力下、第1の距離だけ移動され、次いで、貯蔵された油圧エネルギー下、第2の距離だけ移動され、第1の距離は、ドリルパイプ等の障害物に接触する前に、剪断ラムが横断する経路の部分であってもよい。
別の実施形態によると、貯蔵された電気エネルギーは、ポンプを動作させ、油圧圧力を発生させるために使用されてもよい。発生された油圧圧力は、海底に貯蔵されてもよい。ある実施形態では、油圧流体は、流体を海に排出するのではなく、後に使用するために再捕捉されてもよい。過剰油圧流体は、海底上の坑井近傍に周囲圧力で貯蔵されてもよい。本過剰油圧流体は、貯蔵された電気エネルギーを使用して、海中ポンプによって加圧されてもよい。一実施形態では、遠隔操作式の船(ROV)が、周囲圧力油圧流体または加圧された油圧流体のいずれかを送達してもよい。加圧された流体が、ROVによって送達されるとき、ROVからの油圧エネルギーは、ある実施形態では、海中ポンプを発電機として動作させ、貯蔵された電気エネルギーを再充電してもよい。
一実施形態によると、本デバイスおよび方法は、完全独立型電力および通信システムと、複数のセンサと、イベントおよびシグネチャメモリと、機械的位置決めに関する閉ループフィードバックと、アクチュエータプロセスの数学モデルとを含む。坑井制御機器は、坑井近傍の1つ以上のセンサから受信されたデータに基づいてアクティブ化されてもよい。一実施形態では、データは、坑井近傍のセンサからワイヤレスで受信されてもよい。ある実施形態では、1つ以上のセンサから受信されたデータは、イベントが生じたことを判定する目的のために、一定周期の間、記録され、イベントシグネチャと比較されてもよい。加えて、BOPまたは坑井制御機器の全体的状態が、受信されたデータから判定されてもよい。
一実施形態によると、坑井制御機器と、坑井制御機器に連結され、坑井制御機器を動作させるように構成される、海中電力供給源とを備える、装置が存在する。油圧リザーバと、油圧リザーバに連結され、坑井制御機器に連結される、油圧ラインであって、海中電力供給源と組み合わせて、坑井制御機器を動作させるように構成される、油圧ラインとをさらに備える、装置が存在する。一実施形態では、本装置はさらに、油圧弁と、油圧弁に連結される油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに連結され、海中エネルギーストレージシステムに連結される、制御システムであって、海中電力供給源からの電気エネルギーおよび油圧ラインからの油圧エネルギーを用いて、坑井制御機器を動作させるように構成される、制御システムとを備える。なおも別の実施形態では、坑井制御機器は、剪断ラムを備える。海中エネルギーストレージは、剪断ラムを第1の距離だけ移動させるために使用され、油圧アクチュエータは、剪断ラムを第2の距離だけ移動させるために使用される。
ある実施形態では、本装置はさらに、制御システムに連結されたセンサを備え、制御システムは、少なくとも部分的に、センサから受信されたデータに基づいて、坑井制御機器をアクティブ化するように構成される。一実施形態では、坑井制御機器は、制御システムにワイヤレスで連結される。別の実施形態では、制御システムは、センサにワイヤレスで連結される。一実施形態によると、本装置はさらに、一定周期の間、センサからのデータを記録し、記録されたデータと所定のイベントシグネチャとを比較し、比較するステップに基づいて、イベントが生じたことを判定するように構成される。別の実施形態によると、海中電力供給源は、独立して、坑井制御機器を動作させるように構成される。なおも別の実施形態では、本装置はさらに、油圧ラインに連結され、海中電力供給源に連結される、海中ポンプを備え、海中ポンプは、海中電力供給源内のエネルギーから油圧ライン内に油圧圧力を発生させるように構成される。
一実施形態では、周囲圧力油圧リザーバを備える、油圧リザーバが存在し、海中ポンプは、周囲圧力油圧リザーバの油圧媒体を加圧し、油圧ラインを動作させるように構成される。なおも別の実施形態では、ROVから周囲圧力油圧媒体を受容するように構成される、ポートが存在する。本開示の一実施形態によると、ROVから加圧された油圧媒体を受容するように構成される、ポートが存在し、海中ポンプは、発電機として動作し、受容された加圧油圧媒体から海中電力供給源を再充電するように構成される。
前述は、以下の本開示の発明を実施するための形態が、より理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点をむしろ広義に概略している。本開示の付加的特徴および利点は、本開示の請求項の主題を形成する、本明細書に後述される。開示される概念および具体的実施形態は、本開示の同一の目的を実施するための他の構造の修正または設計のための基礎として、容易に利用され得ることは、当業者によって理解されるはずである。また、そのような同等構造が、添付の請求項に記載の本開示の精神および範囲から逸脱しないことも、当業者によって認識されるはずである。その編成および動作方法の両方に関して、本開示の特性であると考えられる、新規特徴は、さらなる目的および利点とともに、付随の図と併せて検討されることによって、以下の説明からより理解されるであろう。しかしながら、図はそれぞれ、例証および説明の目的のためだけに提供され、本開示の制限の定義として意図されるものではないことは、明示的に理解されたい。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
方法であって、前記方法は、
海底上の坑井近傍に電気エネルギーを貯蔵することと、
前記貯蔵された電気エネルギーを用いて、坑井制御機器をアクティブ化することと
を含む、方法。
(項目2)
前記海底上の坑井近傍に油圧エネルギーを貯蔵することと、
前記貯蔵された電気エネルギーおよび前記貯蔵された油圧エネルギーの油圧圧力の組み合わせを用いて、前記坑井制御機器をアクティブ化することと
をさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記坑井制御機器は、剪断ラムを備える、項目2に記載の方法。
(項目4)
前記アクティブ化するステップは、
前記貯蔵された電気エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化し、前記剪断ラムを第1の距離だけ移動させることと、
前記貯蔵された油圧エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化し、前記剪断ラムを第2の距離だけ移動させることと
を含む、項目3に記載の方法。
(項目5)
前記第1の距離は、前記第2の距離未満である、項目4に記載の方法。
(項目6)
前記第1の距離は、障害物に接触する前に、前記剪断ラムが横断する経路の部分である、項目4に記載の方法。
(項目7)
前記障害物は、ドリルパイプである、項目6に記載の方法。
(項目8)
前記貯蔵された電気エネルギーからポンプを動作させ、前記油圧圧力を発生させることをさらに含む、項目2に記載の方法。
(項目9)
前記ポンプによって発生された前記油圧圧力を貯蔵することをさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目10)
前記海底上の坑井近傍に周囲圧力において油圧媒体を貯蔵することと、
前記貯蔵された電気エネルギーによって給電される海中ポンプを用いて、前記油圧媒体を加圧することと
をさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目11)
遠隔操作式の船(ROV)から、周囲圧力油圧媒体を受容することをさらに含む、項目10に記載の方法。
(項目12)
遠隔操作式の船(ROV)から加圧された油圧媒体を受容することと、
前記受容された加圧油圧媒体から前記海中ポンプを発電機として動作させ、前記貯蔵された電気エネルギーを再充電することと
をさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目13)
前記坑井制御機器内で再使用されるために、油圧媒体を戻すことをさらに含む、項目2に記載の方法。
(項目14)
前記坑井近傍のセンサからデータを受信することと、
前記センサから受信されたデータに基づいて、前記坑井制御機器をアクティブ化することと
をさらに含む、項目2に記載の方法。
(項目15)
データは、前記坑井近傍のセンサから、ワイヤレスで受信される、項目14に記載の方法。
(項目16)
一定周期の間、前記センサからのデータを記録することと、
前記記録されたデータと所定のイベントシグネチャおよび履歴イベントシグネチャのうちの少なくとも1つとを比較することと、
前記比較するステップに基づいて、イベントが生じたことを判定することと
をさらに含む、項目14に記載の方法。
(項目17)
前記坑井制御機器を含有する噴出防止装置(BOP)の健全状態を判定することをさらに含む、項目14に記載の方法。
(項目18)
前記坑井制御機器を含有する噴出防止装置(BOP)の健全状態を示すことをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
装置であって、前記装置は、
坑井制御機器と、
前記坑井制御機器に連結され、前記坑井制御機器を動作させるように構成されている海中電力供給源と
を備える、装置。
(項目20)
油圧リザーバと、
前記油圧リザーバに連結され、前記坑井制御機器に連結されている油圧ラインであって、前記油圧ラインは、前記海中電力供給源と組み合わせて、前記坑井制御機器を動作させるように構成されている、油圧ラインと
をさらに備える、項目19に記載の装置。
(項目21)
油圧弁と、
前記油圧弁に連結されている油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに連結され、海中エネルギーストレージシステムに連結されている制御システムであって、前記制御システムは、前記海中電力供給源からの電気エネルギーおよび前記油圧ラインからの油圧エネルギーを用いて、前記坑井制御機器を動作させるように構成されている、制御システムと
をさらに備える、項目20に記載の装置。
(項目22)
前記制御システムは、メモリおよびプロセッサを有する制御基板を備える、項目21に記載の装置。
(項目23)
前記坑井制御機器は、剪断ラムを備える、項目21に記載の装置。
(項目24)
前記海中エネルギーストレージシステムを動作させ、前記剪断ラムを第1の距離だけ移動させることと、
前記油圧アクチュエータを動作させ、前記剪断ラムを第2の距離だけ移動させることと
をさらに含む、項目22に記載の装置。
(項目25)
前記制御システムに連結されているセンサをさらに備え、前記制御システムは、少なくとも部分的に、前記センサから受信されたデータに基づいて、前記坑井制御機器をアクティブ化するように構成されている、項目21に記載の装置。
(項目26)
前記センサは、前記制御システムにワイヤレスで連結されている、項目25に記載の装置。
(項目27)
前記センサは、湿度センサ、温度センサ、圧力センサ、振動センサ、加速度計、および流量センサのうちの少なくとも1つを備える、項目25に記載の装置。
(項目28)
前記制御システムはさらに、
一定周期の間、前記センサからのデータを記録することと、
前記記録されたデータと所定のイベントシグネチャおよび履歴イベントシグネチャのうちの少なくとも1つとを比較することと、
前記比較するステップに基づいて、イベントが生じたことを判定することと
を行うように構成されている、項目21に記載の装置。
(項目29)
前記坑井制御機器の構成要素の健全状態を表示するように構成されているインジケータをさらに備える、項目28に記載の装置。
(項目30)
前記海中電力供給源は、独立して、前記坑井制御機器を動作させるように構成されている、項目19に記載の装置。
(項目31)
前記油圧ラインに連結され、前記海中電力供給源に連結されている海中ポンプをさらに備え、前記海中ポンプは、前記海中電力供給源内のエネルギーから前記油圧ライン内に油圧圧力を発生させるように構成されている、項目19に記載の装置。
(項目32)
前記油圧リザーバは、周囲圧力油圧リザーバを備え、前記海中ポンプは、前記周囲圧力油圧リザーバの油圧媒体を加圧し、前記油圧ラインを動作させるように構成されている、項目31に記載の装置。
(項目33)
遠隔操作式の船から周囲圧力油圧媒体を受容するように構成されているポートをさらに備える、項目31に記載の装置。
(項目34)
遠隔操作式の船(ROV)から加圧された油圧媒体を受容するように構成されているポートをさらに備え、前記海中ポンプは、発電機として動作し、前記受容された加圧油圧媒体から前記海中電力供給源を再充電するように構成されている、項目31に記載の装置。
(項目35)
前記坑井制御機器は、前記制御システムにワイヤレスで連結されている、項目21に記載の装置。
開示されるシステムおよび方法のより完全な理解のために、次に、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照する。
図1は、噴出防止装置(BOP)ハイブリッドラムの実施形態の略図である。 図2は、本開示のある実施形態による、電気動作式油圧弁およびセンサパックを図示する、ブロック図である。 図3は、噴出防止装置(BOP)電力システム、油圧リザーバサブシステム、および遠隔操作式船(ROV)の再充電システムの実施形態を図示する、ブロック図である。 図4は、自律的アクチュエータ制御システムの一実施形態を描写する、ブロック図である。 図5は、本開示の一実施形態による、噴出防止装置(BOP)システムの一構成を描写する、ブロック図である。 図5は、本開示の一実施形態による、噴出防止装置(BOP)システムの一構成を描写する、ブロック図である。
(詳細な説明)
一実施形態では、噴出防止装置(BOP)システムは、閉ループハイブリッド電気/油圧システムを含んでもよい。海中エネルギーストレージが、提供され、坑井ボア電気構成要素への低電圧高電流信号等を通して、電力の必要に応じた送達を可能にする。
図1は、坑井ボア220の周囲の定位置にプッシュシリンダ設計を伴う、高圧ラム油圧シリンダ208を示す。あるラム設計が、図1のシステムに図示されるが、他のタイプのラムが、使用されてもよい。駆動系およびセンサパック202は、モータ204への電力を調整してもよい。モータ204は、閉鎖油圧ライン230内の油圧流体等の油圧媒体を移動させ、ラムシリンダを閉鎖位置に圧接する、油圧ポンプ206に接続されてもよい。油圧流体は、モータ204を通る方向に逆流され、モータ204を発電機として動作させてもよい。ラム208に描写されるもの等の剪断シールラムは、シリンダが障害無く移動する、低電力流の領域と、シリンダが係合し、坑井ボア220ケーシング(図示せず)またはドリルパイプ(図示せず)等の障害物を切断する、高電力流の領域とを有する。
従来の剪断ラムシステムでは、既存の海中の加圧された油圧流体タンクに対する弁が、低電力および高電力域の両方を通して、シリンダを操作するために使用される。油圧アキュムレータタンクが、油圧流体を閉鎖ラインの中に移動させるにつれて、圧力が急速に降下する。従来のラムシステムでは、油圧タンクの最高圧力ゾーンは、シリンダが切断される障害物に接触するために、単に、定位置に移動される低電力域を通してシリンダを移動する際に消耗される。
本実施形態は、油圧ポンプ206を使用して、低電力域を通してラム208の油圧シリンダを移動させることによって、効率増加を提供する。シリンダが、切断される障害物に接触すると、加圧された油圧流体タンク弁214Aが、開放され、タンク214からの高圧油圧流体を閉鎖油圧ライン230の中に通し得る。高エネルギー油圧流体は、ラム208のシリンダの閉鎖を補助し、坑井ボア220内の障害物を剪断し得る。このように、高エネルギー流体は、低電力域を通してシリンダを移動させるだけではなく、切断のためにも利用される。ハイブリッド電気/油圧システムが説明されるが、システムはまた、油圧ポンプ206を使用して、低電力相および高電力相の両方を通して、ラム208のシリンダを動作させてもよい。
海中システム内のポンプ206等の電気構成要素の使用は、冗長性が増加されることを可能にし得る。例えば、タンク214内の加圧された油圧流体は、低電力域を通してラム208のシリンダを移動させるために使用されてもよい。同様に、ポンプ206は、高電力域を通してラム208のシリンダを駆動させてもよい。一実施形態では、海水が、油圧流体が利用不可能である緊急状況等では、油圧流体の代わりに使用されてもよい。油圧流体は、海水によって残された汚染物質を除去するために、後に海中システムを通して洗浄されてもよい。
図1に示される実施形態の閉ループ設計はまた、付加的利点をもたらし得る。例えば、タンク214は、閉鎖ライン230内の弁(図示せず)を閉鎖することによって、ポンプ206から再充填されることができる。加えて、ポンプ206が、閉鎖ライン230および開放ライン232の両方に取り付けられると、ポンプはさらに、油圧流体をシリンダの剪断側から開放ライン232の中に引き込むことによって、ラム208を補助する。従来のシステムは、使用済み油圧流体を外洋に排出するが、図1に開示される海中システムのいくつかの実施形態は、油圧流体を再使用してもよい。油圧流体の再使用は、環境に優しい。さらに、油圧流体が、再使用されるとき、ラム208に対してより調整されたより高い品質の油圧流体が、使用され得る。また、タンク214またはタンク212の再加圧の監視は、ラム208内のシリンダの位置の付加的インジケータを提供する。最後に、電気油圧ハイブリッド設計は、本明細書に開示されるように、従来のBOPシステムの油圧パイロット弁の必要性を除去する。
海中電気/油圧設計はまた、他の機能性も提供し得る。海中に格納された電気サブシステムの可用性によって、BOPは、データの局所処理を行い得る。図2は、本開示の一実施形態による、電気システムのブロック図を示す。ブロック図内に位置する構成要素は、図2に示されるように、モータおよび油圧弁による自給式であってもよく、あるいはモータおよび/または弁から独立してもよい。いくつかの実施形態では、図2のある構成要素は、図1の駆動系およびセンサパック202内に組み込まれてもよい。電力は、電力接続350からシステム300に入電してもよい。電力は、変圧器を用いて、電圧レベルを通して段階化される、および/または電力供給源304および電力モジュール306内で調整されてもよい。電力モジュール306はまた、内部エネルギーストレージデバイス302から電力を再充電する、または引き込んでもよい。電力モジュール306は、モータ/アクチュエータ330のための可変周波数駆動系を含有してもよい。電力供給源304はまた、制御基板310に給電してもよく、弁およびセンサパック202内の1つ以上のセンサ312に給電してもよい。
制御基板310は、メモリと、プロセッサとを含んでもよい。プロセッサは、センサ312からのデータの収集およびモータ330および/または弁340の制御等の機能ならびに本開示で説明される他の機能を果たすように構成されてもよい。一実施例では、制御基板310は、貯蔵された電気エネルギーを用いて剪断ラムをアクティブ化し、剪断ラムを第1の距離だけ移動させ、貯蔵された油圧エネルギーを用いて剪断ラムをアクティブ化し、剪断ラムを第2の距離だけ移動させるように構成されてもよい。
制御基板310は、電力供給源304から電力を受電し、通信接続360から受信され得る、通信ブロック308によって処理された情報を受信してもよい。通信接続360は、ガルバニック電気接続を伴わずに、ワイヤレス接続であってもよく、これは、従来の電気コネクタおよび電気接続を海水から隔離するために使用される水密シールを除去する。通信伝送は、接続360を介して、弁およびセンサパック202に進入し、そこから出てもよい。加えて、通信ブロック308は、センサ312と通信するためのワイヤレス技術を組み込んでもよい。内蔵されたセンサ312は、ステータス情報を制御基板310に報告してもよい。1つ以上のセンサは、湿度、温度、圧力、振動、加速、流量、トルク、位置、電力、または所与の弁、モータ、またはアクチュエータに特定の他の情報を提供してもよい。制御基板310は、海上または他の海中構成要素への報告目的のために、センサ312の未加工測定を遠隔計測する。加えて、制御基板310は、計算、未加工測定データの解釈可能な遠隔計測値への変換、および/または他の処理を行ってもよい。例えば、制御基板310は、ユーザプログラム可能較正をセンサ312に適用してもよい。電力は、海中環境に貯蔵され、供給され得るため、システム300は、任意の機械的デバイス上で閉ループフィードバックを受信し得る。さらに、制御基板310は、1つ以上の遠隔デバイスの電気シグネチャの記録を可能にするためのメモリを含んでもよい。制御基板310は、次いで、電気シグネチャと遠隔デバイスの所定の電気シグネチャまたは履歴シグネチャとを比較することによって、遠隔デバイスからのステータス情報を解釈してもよい。例えば、制御基板310は、剪断ラムの故障を示し得る、剪断ラムからの経時的概算測定を含む、剪断ラム故障の電子シグネチャとともに事前にプログラムされてもよい。剪断ラムの記録された電子シグネチャは、次いで、本事前にプログラムされた電子シグネチャと比較され、故障が生じたかどうか、または点検が要求されるかどうかを判定してもよい。
制御基板310、アクチュエータ、モータ、弁、ラム、インジケータ、およびセンサ間の通信は、有線接続によるものであってもよい。ある実施形態では、構成要素間のワイヤレス通信は、無線周波数(RF)通信等を通して実装されてもよい。
制御基板310は、センサ312と通信し、そこからの情報を解釈することのみを行ってもよい。電力モジュール306への接続は、制御基板310が、モータ/アクチュエータ330ならびに弁340を能動的に操作することを可能にしてもよい。制御基板310は、動的メモリを含み、タイムスタンプとともに経時的センサデータの集約を可能にしてもよい。一実施形態によると、制御基板310は、設定された時間周期にわたってデータを記録し、正常またはさらに異常動作パラメータを判定し、次いで、組み込まれた比較アルゴリズムを使用して、電流データパラメータとこれらの履歴パラメータとを比較してもよい。このように、制御基板310は、あるイベントが生じたかどうかを判定することができる。さらに、制御基板310のメモリは、データロギングが、帯域幅限界または通信ライン360内のライン雑音によって制限されないことを可能にする。したがって、より高い分解能データ捕捉が、可能性である。オペレータは、次いで、通信ライン360を通して、所望に応じて、特定のタイムスタンプのイベントログをダウンロードしてもよい。制御基板310は、弁閉鎖速度、弁を閉鎖するために使用されたエネルギー量、弁閉鎖の際の温度上昇、高振動、または加速等、弁の健全性およびステータスに関する詳細情報を送信してもよい。さらに、制御基板310は、弁閉鎖と以前の閉鎖とを比較し、弁の健全性を判定してもよい。
一実施形態によると、制御基板310は、事前にプログラムされた条件に従って、坑井機器を自律的に操作する。したがって、海上への通信が遮断される場合でも、海中制御基板310は、電力およびプロセッサ能力を保有し、BOPを独立して動作させる。制御基板310はまた、ヒト介入の必要性なく、日々の動作補正を促進してもよい。
別の実施形態によると、制御基板310は、坑井ボア機器の種々の構成要素の正常または異常動作の数学モデルを処理してもよい。例えば、標準的油圧開始圧力、損失水頭アルゴリズム、機器の深度、切断される障害物の剪断強度等を前提として、数学モデル化は、所与のアキュムレータから流出する油圧流体の量を計算または推定可能となるであろう。その数字が、ある量だけ異なる場合、制御基板310は、海上のオペレータにアラートするであろう、イベントコードを発行してもよい。加えて、制御基板310は、イベントコードに基づいて、自律的措置を講じてもよい。経時的に、集約されたデータおよび数学モデル化は、オペレータに、特定のBOPの動作に関する付加的情報を提供する。オペレータは、次いで、予測されたシグネチャに従って、制御基板310の自律的応答パラメータを更新してもよい。
データの海中処理は、機器のより迅速な制御を可能にし得る。例えば、既存の油圧は、前述の乾舷の通信限界のため、限定された場所において流量を測定し得る。その結果、既存の海中油圧システムは、オペレータが各個々の弁を通る流量に関する情報を損失するであろうため、単一流量メータの上流の2つの弁を同時に開放することが防止される。しかしながら、電気システム制御の使用によって、各弁は、その独自の電動弁および搭載センサを具備したセンサパックが、流量、温度、振動、圧力等を測定するように維持し得る。したがって、より多くのセンサおよびより多くのアクチュエータが、独立して動作されてもよい。また、電気制御システムは、オペレータが、より多くの調節を行い、より迅速に調節を行うことを可能にする。したがって、本特徴は、船舶問題による緊急接続遮断のための時間を短縮し得る。
深海の高圧環境では、視覚的弁ステータスは、電力の可用性およびデータを処理するためのシステムへのアクセスによって限定され得る。一実施形態によると、弁のステータスの指示が、利用可能であり得る。図2の指示ブロック314は、センサ312から、制御基板310を通して、情報を受信してもよい。指示ブロック314は、弁ステータスのある側面を視覚的、聴覚的、磁気的に等で表示してもよい。例えば、閉鎖油圧弁は、遠隔操作式船(ROV)によって、弁の外側で可視である、内包された緑色発光ダイオード(LED)をトリガしてもよい。一例として、使用される油圧流体が正常パラメータを超えた閉鎖弁は、緑色LEDおよび黄色LEDの両方を表示してもよい。著しく高圧である環境では、LEDディスプレイは、非実践的であり得る。ある実施形態では、指示ブロック314は、磁気データ出力システムを採用してもよい。例えば、電磁石の分極が、弁の外側またはROVの内側に搭載されたコンパスを移動させてもよい。ある実施形態では、可聴合図が、指示ブロック314によって始動されてもよい。例えば、2回のピング音が、閉鎖弁を示し得る一方、3回のピング音は、圧力問題を伴う閉鎖弁を示す。本実施例は、噴出防止装置(BOP)弁を対象とするが、本設計はまた、他の坑井ボア機器に適用されてもよい。
一実施形態によると、本明細書に説明される閉ループ電気制御システムは、中央乾舷プロセッサおよびインフラストラクチャを使用せず、モジュール式設計であってもよい。本実施例では、坑井機器の複数の構成要素は、図2に説明されるように、同じ弁およびセンサパックを含有してもよい。海中アクチュエータは、同一のソフトウェアを含有し、したがって、遠隔計測および計算を標準化し得る。
システム400は、図3に描写されるように、本開示による、BOPの実施形態である。電力は、アンビリカル450(または、二次アンビリカル451)を通して、システム400の内外に送給されてもよい。交流電流(AC)または直流電流(DC)電力のいずれかが、必要に応じて、電力を変換および/または調整する電子機器パッケージ404を用いて移送されてもよい。アンビリカル450はまた、通信ラインを備えてもよい。深海配備の場合、AC電力の長距離伝送能力が、採用されてもよい。海中エネルギーストレージを伴わない従来のシステムでは、高電流AC電力は、前述のように、アンビリカルを通して伝送され、ライン雑音および通信擾乱をもたらす。しかしながら、システム400は、海中エネルギーストレージを含有するため、アンビリカル450を通した電力伝送の電流および電圧の両方が、低減され得る。海中システム400内の主要イベントは、一時的に、高電力を消費し得るが、海中システム400の多くの構成要素は、低電力感知モードにおいて、正常条件下で動作し得る。アンビリカル450を通して海中システム400に送電される電力は、正常条件の間、低電流および低電圧であり得る。小量の付加的電力が、ストレージのトリクル充電のために、アンビリカル450を経由して海中システム400内のストレージに移送されてもよい。高電力が要求されるとき、付加的電力の一部は、すでに海中に貯蔵されており、アンビリカル450を経由して伝送されることが要求される付加的電力を低減させ得る。本トリクル充電能力は、既存の海中AC電力システムの悪影響を低減させ得る。加えて、低電力要件によって、DC電力が、アンビリカル450上に送給されてもよい。ある状況では、アンビリカル450は、ストレージデバイス402の再調整の際等、海中システム400の乾舷から電力を移送してもよい。
海中電力ストレージは、各海中アクチュエータ/センサパックが、任意の複雑な電源から独立することを可能にし得る。配電は、低電圧であり、通信のために使用されるものと同一の導体にあることができる。DC配電を用いる実施形態では、導体を通る交流電場および磁場は、低減され、通信ラインからの雑音源を除去する。下側主ライザパッケージ(LMRP)等の海中システム内の電力のストレージは、アンビリカルケーブル回路からの高ピーク電流を除去する。さらに、ある実施形態では、海中システムは、海上からの電力の一時的または持続的損失を伴って動作し得る。トリクル充電能力を伴う実施形態では、電圧の管理は、より単純であり、海中機器における複雑な変圧器の使用を低減させ得る。さらに、海上レベル無停電電力システム(UPS)が、付加的冗長性のために、アンビリカルを経由して、DC電力を供給するために提供されてもよい。海上/海中アンビリカルライン上のDC電力はまた、複雑なインピーダンス問題を排除し、ケーブルの設計を著しく簡略化する。ピーク電流が低いほど、より小さいケーブルを可能にするため、より多くのケーブルが、海上船舶上に格納され得る。より低いゲージのケーブルはまた、終端がより容易かつ高速であり、座屈に抵抗し、修理を簡略化する。より低いゲージのケーブルはまた、交換がより迅速かつ安価であり、既存のROV技術を用いて終端されることができる。
電子機器パッケージ404は、システム400を通る電力を調整してもよい。図3に示される実施形態では、電子機器パッケージ404は、アンビリカル450からのトリクル充電を受け取り、電力を調整し、ストレージデバイス402を充電してもよい。ストレージデバイス402は、リチウムイオン(LiIon)、ニッケルカドミウム(NiCd)、またはニッケル金属水素化物(NiMH)等の当技術分野において公知の任意のバッテリ化学物質であってもよい。化学バッテリに加えて、またはその代替として、ストレージデバイス402は、燃料電池、キャパシタ、またはフライホイールを備えてもよい。ストレージデバイス402はまた、緊急動作のために、再充電不可能予備バッテリを含有してもよい。代替として、エネルギーストレージデバイス302等の予備バッテリおよび局所エネルギーストレージデバイスが、電子機器パッケージ404内、またはシステム400内の他の場所に位置してもよい。一実施形態では、ストレージデバイス402は、周囲圧力において、オイル充填容器内に存在してもよい。
電子機器パッケージ404は、ストレージデバイス402のための適切な充電を監視および維持する。示される実施形態では、電子機器パッケージ404は、前述の図2と関連付けられるような電子機器およびセンサを含有してもよい。電子パッケージ404はまた、駆動モータ414内で使用するための変速駆動系408を含んでもよい。電子機器パッケージ404内の内部で使用するため、または外部で使用するための付加的電力が、エネルギーストレージデバイス406内に貯蔵されてもよい。エネルギーストレージデバイス406はまた、電力を調整するために使用されてもよい。電子機器パッケージ404はまた、音響ポッド480等の指示構成要素を含有する、またはそれに接続されてもよい。
海中貯蔵電気エネルギーは、順に、油圧ポンプ416に連結される、モータ414を駆動するために使用されてもよい。モータ414およびポンプ416は、海中システムにおいて、複数の用途を有し得る。例えば、ポンプ416は、油圧再充電流体をROV434から受け取り、流体を油圧リザーバ410の中に送出してもよい。油圧リザーバ410は、保護筐体411内に含有される、周囲圧力流体ブラダであってもよい。ポンプ416はまた、油圧流体を周囲圧力リザーバ410から高圧油圧エネルギーストレージタンク430に移送してもよい。ポンプ416は、タンク430を加圧し、ラム470において使用するため、またはバッテリ402を充電する際に使用するために、油圧エネルギーストレージを生成してもよい。ポンプ416はまた、油圧リザーバ410に再供給する際に使用するために、アンビリカル452に沿って、海上から油圧流体を受け取ってもよい。ポンプ416はまた、油圧流体をROV432から受け取ってもよい。加えて、ポンプ416は、モータ414を駆動し、ストレージデバイス402を再充電してもよい。発電モードでは、ROV434は、ポンプ416を通して周囲圧力リザーバ410に油圧流体を押動させる。ポンプ416は、モータ414を回転させ、電気を発生させ、ストレージデバイス402を充電する。代替実施形態では、油圧流体は、外部弁420を通して、海に廃棄されてもよい。油圧流体はまた、または代替として、ポンプ416を通して、加圧された油圧エネルギーストレージタンク430から送流されてもよい。
システム400は、ROVのための付加的用途を提供する。述べられたように、ROV432およびROV434は、油圧流体をシステム400に補充してもよい。ROV434はまた、ポンプ416および発電機414を通して、ストレージデバイス402を再充電してもよい。加えて、ROV434は、アンビリカル450に問題がある場合、直接、電子機器パッケージ404と通信してもよい。同様に、ROV434は、システム400に給電する際に使用するため、またはストレージデバイス402を再充電するために、未加工DC電力を電子機器パッケージ404に提供してもよい。ROV434は、銅/銅接続を伴わずに、電力および通信の両方を移送可能である、誘導およびRF結合デバイス442を通して接続する。
システム400は、従来の油圧エネルギーストレージサブシステムを含んでもよい。加圧された油圧アキュムレータタンク430は、油圧動作式弁およびポンプユニット460に連結されてもよい。ユニット460は、ポンプ462と、弁464と、センサおよび電子機器パック466と、インジケータ468とを含有する。従来の油圧ラム動作に従って、高圧油圧流体は、調整器476を通して弁464に通過されてもよく、そこで、ラム470を開閉するように指向される。過剰油圧流体は、ポート469を通して、海に排出されてもよい。図3の実施形態では、ポンプ462は、ラム470シリンダの開閉を補助してもよい。ポンプ462は、低圧油圧流体を油圧リザーバ410またはROV432から引き込んでもよい。弁464は、次いで、油圧ライン472またはライン474のいずれかに沿って、ポンプ462によって加圧された油圧流体を指向し、それぞれ、ラム470のシリンダを開閉してもよい。一実施形態によると、ユニット460はまた、電子機器およびセンサパック466を含有する。電子機器およびセンサパック466は、図2に関連して説明されるように、流量率、振動、加速、圧力、温度、湿度、弁位置、トルク、または電力等の測定を記録および遠隔計測してもよい。電子機器センサパック466は、例えば、誘導およびRF結合444を通して、電子機器パッケージ404から給電されてもよい。加えて、電子機器およびセンサパック466は、内部エネルギーストレージデバイスを含んでもよい。電子機器センサパック466は、電力ラインに沿って通信を伝送してもよく、または電子機器パッケージ404と別個の有線またはワイヤレス通信接続を維持してもよい。インジケータ468は、データおよび情報を電子機器およびセンサパック466または電子機器パッケージ404から受信し、情報を適宜表示してもよい。例えば、インジケータ468は、図2における指示ブロック314に関連して論じられるシステムのいずれかを採用してもよい。ある実施形態では、インジケータ468は、遠隔場所においてヒトとインターフェースをとるためのビデオカメラインターフェースを含んでもよい。
ある他の実施形態では、インジケータ468は、BOPが船のデッキ上またはストレージ置場でアクセス可能である間、技術者によってアクセスされるハンドヘルドデバイスへの弁データの報告を可能にするためのワイヤレスインターフェースであってもよい。海中システムのある構成要素は、デッキ上またはストレージ置場内に位置するが、電力および通信インターフェースが提供され、海中に据え付ける前に、センサデータの受信および動作構成要素の検証を可能にしてもよい。加えて、いずれかに論じられる閉ループ油圧回路は、乾舷ハードウェアおよび油圧流体を伴わずに、ストレージ置場内の船のデッキ上でBOPの動作を可能にする。
図4は、本開示の一実施形態による、通信レイアウトを描写する。図4では、電子機器パッケージ530は、複数の油圧動作式弁およびポンプユニット460と通信するように拡張されている。本実施形態では、制御基板310、例えば、マルチプレクサ/デマルチプレクサ等の通信分配ハブ532を通して、チャネリングされた複数の入力/出力ポートを有してもよい。電子機器パッケージ530内に位置する制御基板310は、図4に示されるように、5つの油圧動作式弁およびポンプユニット460のそれぞれからセンサデータを受信し、処理してもよい。図4では、一次乾舷電力522は、エネルギーストレージデバイス406にトリクル充電されてもよく、次いで、ポンプユニット460に給電する。エネルギーストレージデバイス406またはストレージデバイス402は、油圧動作式弁およびポンプユニット460を起動させるために十分な電力を保有し得るため、乾舷電力522に関する制限は、低減され、低電圧、低電流、AC、またはDC電力の使用を可能にし得る。
乾舷電子機器512は、電子機器パッケージ530と通信してもよい。遠隔計測値が、乾舷に送信されてもよく、動作コマンドが、坑井機器に伝達されてもよい。遠隔計測値および実行されたコマンドは、データロギング機器516上にログ付けされてもよい。遠隔計測値は、乾舷ディスプレイ514上に表示され、また、インターネットワークまたはイントラネットワーク510を介して、遠隔場所に送信されてもよい。コマンドはまた、ネットワーク510を介して中継されてもよい。
図5は、ライザストリングに取り付けられた海中LMRPおよびBOPの構成における本開示の一実施形態を描写する。システム600の船舶搭載ハードウェア610は、乾舷に着座し、油圧流体ストレージ616、油圧ポンプ614、および/または油圧リザーバ612を含んでもよい。油圧流体は、流体供給ライン452または二次供給ライン453を通して送達されてもよい。通信および電力は、アンビリカル450または二次アンビリカル451を介して、送達されてもよい。一実施形態によると、アンビリカルは、通信から独立して、電力を搬送するように構成されてもよい。例えば、アンビリカル450は、電力のみを搬送してもよく、アンビリカル451は、通信のみを搬送してもよい。これは、ライン雑音を低減させ、通信を改善し得る。冗長性目的のために、アンビリカルは、アンビリカル451が電力のみを搬送し、アンビリカル450が通信のみを搬送するように逆転されてもよく、またはいずれかのアンビリカルが、両方を同時に搬送するように構成されてもよい。同様に、電子機器パッケージ640および642は、完全に冗長となるように、タンデムに構成されてもよく、または電力調整および供給専用の電子機器パッケージ640あるいは通信および制御専用の電子機器パッケージ642と直列動作するように設定されることができる。電子機器パッケージ640および642は、電力および通信ライン641によって結合されてもよい。電子機器パッケージ640および642は、図5に示されるように、LMRP630内に位置する、またはポッドとして搭載されてもよい。電子機器パッケージ640および/または642は、油圧弁644および646ならびに油圧分配および主機能調整器650に給電し、それを制御してもよい。電子機器パッケージ640および642はまた、バッテリ652を管理および調整してもよい。
LMRP630は、独立油圧エネルギーストレージ654を含有する、またはラムおよび弁への油圧動力接続のために、例えば、多経路油圧スタブ660を通して、BOP670油圧エネルギーストレージ664に接続されてもよい。電力および通信は、通信およびエネルギー移送ポート656および662を通して、LMRP630とBOP670との間で移送されてもよい。ポート656および662は、有線で接続される、または誘導を通してワイヤレスで結合されてもよい。BOP670は、坑井ボア454を囲繞する複数のラム470を含んでもよい。一実施形態では、ラム470は、独立油圧動作式弁およびポンプユニット460を含んでもよい。他の実施形態では、油圧動作式弁およびポンプユニット460は、相互接続され、複数のラム470を制御および監視してもよい。
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、拡張可能であり、既存のまたは新しい坑井機器のいずれかに適用されてもよい。本開示およびその利点が、詳細に説明されたが、種々の変更、代用、および改変が、添付の請求項によって定義される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に行なわれ得ることを理解されたい。さらに、本願の範囲は、明細書に説明されるプロセス、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制限されることを意図するものではない。当業者が、本発明の開示から容易に理解するであろうように、本明細書に説明される対応する実施形態と実質的に同一の機能を果たす、または実質的に同一の結果を達成する、既存のまたは後に開発される、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップが、本開示に従って、利用されてもよい。故に、添付の請求項は、その範囲内に、そのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップを含むものと意図される。

Claims (28)

  1. 噴出防止装置(BOP)システムの動作の方法であって、前記方法は、
    海底上の坑井近傍に電気エネルギーを貯蔵することと、
    油圧エネルギーストレージタンク内に前記海底上の前記坑井近傍で油圧エネルギーを貯蔵することであって、前記油圧エネルギーストレージタンクは、貯蔵された油圧エネルギーを提供して剪断ラムを動作させるように構成されている、ことと、
    前記貯蔵された電気エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化して、前記剪断ラムを第1の距離だけ移動させること、および、
    前記貯蔵された油圧エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化して、前記剪断ラムを第2の距離だけ移動させること
    により、前記貯蔵された電気エネルギーおよび前記貯蔵された油圧エネルギーの組み合わせを用いて、前記剪断ラムをアクティブ化することと
    を含む、方法。
  2. 前記第1の距離は、前記第2の距離未満である、請求項に記載の方法。
  3. 前記第1の距離は、障害物に接触する前に、前記剪断ラムが横断する経路の部分である、請求項に記載の方法。
  4. 前記障害物は、ドリルパイプである、請求項に記載の方法。
  5. 前記貯蔵された電気エネルギーからポンプを動作させ油圧圧力を発生させることをさらに含む、請求項に記載の方法。
  6. 前記ポンプによって発生された前記油圧圧力を貯蔵することをさらに含む、請求項に記載の方法。
  7. 前記海底上の坑井近傍に周囲圧力において油圧媒体を貯蔵することと、
    前記貯蔵された電気エネルギーによって給電される前記ポンプを用いて、前記油圧媒体を加圧することと
    をさらに含む、請求項に記載の方法。
  8. 遠隔操作式の船(ROV)から、油圧媒体を受容することをさらに含む、請求項に記載の方法。
  9. 遠隔操作式の船(ROV)から加圧された油圧媒体を受容することと、
    前記受容された加圧された油圧媒体から前記ポンプを発電機として動作させ前記貯蔵された電気エネルギーを再充電することと
    をさらに含む、請求項に記載の方法。
  10. 前記剪断ラム内で再使用されるために、油圧媒体を戻すことをさらに含む、請求項に記載の方法。
  11. 前記坑井近傍のセンサからデータを受信することと、
    前記センサから受信されたデータに基づいて、前記剪断ラムをアクティブ化することと
    をさらに含む、請求項に記載の方法。
  12. データは、前記坑井近傍の前記センサから、ワイヤレスで受信される、請求項11に記載の方法。
  13. 一定周期の間、前記センサからのデータを記録することと、
    前記記録されたデータと所定のイベントシグネチャおよび履歴イベントシグネチャのうちの少なくとも1つとを比較することと、
    前記比較することに基づいて、イベントが生じたことを判定することと
    をさらに含む、請求項11に記載の方法。
  14. 前記剪断ラムの健全状態を判定することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  15. 前記剪断ラムの健全状態を示すことをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  16. 噴出防止装置(BOP)システムであって、前記システムは、
    剪断ラムと、
    前記剪断ラムに連結され、前記剪断ラムを動作させるように構成されている海中電力供給源と、
    油圧リザーバと、
    前記油圧リザーバに連結され、前記剪断ラムに連結されている油圧ラインと、
    前記海中電力供給源および前記油圧ラインに連結された制御システムであって、前記制御システムは、前記海中電力供給源からの電気エネルギーと、前記油圧ラインからの油圧エネルギーとの組み合わせを用いて前記剪断ラムをアクティブ化するように構成される、制御システムと
    を備え、
    前記制御システムは、
    前記電気エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化して、前記剪断ラムを第1の距離だけ移動させることと、
    前記油圧エネルギーを用いて前記剪断ラムをアクティブ化して、前記剪断ラムを第2の距離だけ移動させることと
    を行うように構成されている、システム。
  17. 油圧弁と、
    前記油圧弁に連結されている油圧アクチュエータ
    をさらに備える、請求項16に記載のシステム
  18. 前記制御システムは、メモリおよびプロセッサを有する制御基板を備える、請求項17に記載のシステム
  19. 前記制御システムに連結されているセンサをさらに備え、前記制御システムは、少なくとも部分的に、前記センサから受信されたデータに基づいて、前記剪断ラムをアクティブ化するように構成されている、請求項17に記載のシステム
  20. 前記センサは、前記制御システムにワイヤレスで連結されている、請求項19に記載のシステム
  21. 前記センサは、湿度センサ、温度センサ、圧力センサ、振動センサ、加速度計、および流量センサのうちの少なくとも1つを備える、請求項19に記載のシステム
  22. 前記制御システムはさらに、
    一定周期の間、前記センサからのデータを記録することと、
    前記記録されたデータと所定のイベントシグネチャおよび履歴イベントシグネチャのうちの少なくとも1つとを比較することと、
    前記比較することに基づいて、イベントが生じたことを判定することと
    を行うように構成されている、請求項19に記載のシステム
  23. 前記剪断ラムの健全状態を表示するように構成されているインジケータをさらに備える、請求項22に記載のシステム
  24. 前記油圧ラインに連結され、前記海中電力供給源に連結されている海中ポンプをさらに備え、前記海中ポンプは、前記海中電力供給源内のエネルギーから前記油圧ライン内に油圧圧力を発生させるように構成されている、請求項16に記載のシステム
  25. 前記油圧リザーバは、周囲圧力油圧リザーバを備え、前記海中ポンプは、前記周囲圧力油圧リザーバの油圧媒体を加圧し、前記油圧ラインを動作させるように構成されている、請求項24に記載のシステム
  26. 遠隔操作式の船から油圧媒体を受容するように構成されているポートをさらに備える、請求項24に記載のシステム
  27. 遠隔操作式の船(ROV)から加圧された油圧媒体を受容するように構成されているポートをさらに備え、前記海中ポンプは、発電機として動作し、前記受容された加圧された油圧媒体から前記海中電力供給源を再充電するように構成されている、請求項24に記載のシステム
  28. 前記剪断ラムは、前記制御システムにワイヤレスで連結されている、請求項17に記載のシステム

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