KR102186672B1 - 수중 시추 작업을 위한 해저 프로세서 - Google Patents

수중 시추 작업을 위한 해저 프로세서 Download PDF

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트랜스오션 이노베이션 랩스 리미티드
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Abstract

해저 프로세서는 시추 현장의 해저 근방에 위치될 수 있으며, 수중 시추 요소들의 작동을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 해저 프로세서는, 분출 방지기(BOP)와 같은, 수중 시추 요소 상에 수용기를 합치시키는 단일 교체 가능 유닛에 둘러싸일 수 있다. 상기 해저 프로세서는 상기 BOP를 제어하기 위한 명령들을 송출할 수 있고 또한 상기 BOP에 걸쳐 위치된 센서들로부터 측정치들을 수용할 수 있다. 상기 해저 프로세서는 기록 또는 감시를 위해 표면에 정보를 중계할 수 있다. 상기 해저 프로세서는 또한, 비상 상태들과 같은, BOP의 기본 작동으로부터의 모델로 프로그래밍될 수 있다.

Description

수중 시추 작업을 위한 해저 프로세서{SUBSEA PROCESSOR FOR UNDERWATER DRILLING OPERATIONS}
동일 출원인에 의해 동시 계류 중인 출원서들에 대한 참고 문헌들
본 출원은, 2012년 10월 17일자로 구티어레즈 호세(Jose Gutierrez)에 의해 "수중 시추 작업용 해저 CPU"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 가출원 제61/715,113호와, 2012년 10월 24일자로 쿠티어레즈 호세에 의해 "개량된 수중 시추 작업용 해저 CPU"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 가출원 제61/718,061호, 및 2013년 9월 27일자로 페레이라 루이스(Luis Pereira)에 의해 "차세대 분출 방지기(BOP) 제어 작동 시스템 및 통신"이라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 가출원 제 61/883,623호의 우선권 이득을 청구하며, 상기 각각의 문헌들은 참고를 위해 그 전체가 본원에 합체되었다.
정부 지원 내역
본 발명은 미국 에너지국에 의해 수여되는 기타 협약 제 NFE-12-04104를 위한 사업하의 정부 지원을 획득했다. 정부는 본 발명에 있어서 특정 권리를 갖는다.
종래의 분출 방지기들(BOP)은 일반적으로 작동 능력이 제한되고 유압기에 기초하여 작동된다. 특정 압력 상태가 검출될 때, 상기 분출 방지기들 내의 유압기는 BOP가 부착되는 벽을 밀봉하도록 작동된다. 이와 같은 종래 BOP들은 어떠한 처리 능력, 측정 능력 또는 통신 능력도 갖지 않는다.
분출 방지기(BOP)는 상기 분출 방지기와 함께 수중 위치된 해저 처리 장치를 구비함으로써 개선될 수 있다. 상기 처리 장치는, 상기 처리 장치가 문제 상태들을 결정할 수 있어 가능한 분출 상태를 방지 및/또는 차단하기 위한 상기 분출 방지기 내에서의 동작을 보장할 수 있으므로, 상기 분출 방지기가 분출 차단기(BOA)로서 기능하도록 부여할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 장치는 제 1 프로세서 유닛을 수용하도록 구성된 물리적 수용기를 포함할 수 있는 수중 시추 요소, 상기 물리적 수용기를 통해 상기 제 1 프로세서 유닛으로 전력을 전송하도록 구성된 유도성 전력 디바이스, 및 상기 물리적 수용기를 통해 상기 제 1 프로세서와 통신하도록 구성되는 무선 통신 시스템을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 장치는 프로세서; 상기 프로세서에 결속되고 상기 프로세서를 위해 전력을 수신하도록 구성되는 유도성 전력 디바이스; 및 상기 프로세서에 결속되고 수중 시추 요소와 통신하도록 구성된 무선 통신 시스템을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 수중 시추 요소를 제어하기 위한 방법은 해저 프로세서에서 수중 시추 요소와의 유도성 커플링을 통해 전력을 수신하는 단계, 및 해저 프로세서로부터 수중 시추 요소를 제어하기 위해 상기 수중 시추 요소와 무선 통신하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 장치는 수중 시추 공구의 적어도 하나의 해저 요소; 및 상기 해저 요소와 무선 통신하도록 구성된 적어도 하나의 해저 프로세서를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 해저 요소와 상기 적어도 하나의 해저 프로세서는 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라 통신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 시스템은 수중 시추 공구의 적어도 하나의 해저 요소와; 상기 적어도 하나의 해저 요소와 통신하도록 구성되는 적어도 2개의 해저 프로세서들; 및 상기 적어도 하나의 해저 요소 및 해저 네트워크를 포함하는 상기 적어도 2개의 해저 프로세서들 사이의 공유 통신 버스를 포함하며, 상기 적어도 2개의 해저 프로세서들은 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라 상기 공유 통신 버스 상에서 통신하도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 방법은 해저 프로세서에서, 수중 시추 공구의 해저 요소로부터 데이터를 수신하는 단계와; 상기 해저 프로세서에서, 상기 해저 요소를 제어하기 위한 명령을 결정하도록 상기 수신된 데이터를 처리하는 단계; 및 상기 명령을 상기 해저 프로세서로부터, 해저 네트워크에서 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라, 공유 통신 버스를 통해 상기 해저 요소로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
상술된 내용은 본 발명의 상세한 설명이 더욱 명료하게 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 특징 및 기술적 장점들에 대해 다소 폭넓게 개괄되었다. 이 후, 본 발명의 청구범위들의 주제를 형성하는 본 발명의 추가의 특징 및 장점들이 설명될 것이다. 설명되는 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조들로서 변경 및 설계될 수 있는 기반으로서 용이하게 사용될 수 있음을 당업자들에 의해 인식될 수 있을 것이다. 또한, 그와 같은 등가의 구성들은 첨부된 청구범위들에 개시된 바와 같은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는다는 사실을 당업자들이라면 인식할 수 있을 것이다. 추가의 목적들 및 장점들과 함께, 그의 작동 방법 및 조직 모두로서, 본 발명의 특징으로서 신뢰될 수 있는 신규의 특징들이 첨부 도면들과 관련하여 고려할 때 다음의 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다. 그러나, 상기 특징들 각각은 본 발명을 제한하고자 하는 개념으로서 의도되지 아니하고 오직 예시와 설명을 목적으로만 제공될 수 있다는 사실이 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
다음의 도면들은 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명의 특정 양태들을 추가로 입증하도록 포함시켰다. 본 발명은 참조로 상기 도면들 중 하나 이상을 특정 실시예들의 상세한 설명과 결합시킴으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 해저 CPU 유닛 및 수용기를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 해저 CPU를 수용하기 위한 장치를 설명하는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들의 하이브리드 무선 구현을 설명하는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOP에 대한 결합 전력 및 통신 시스템을 설명하는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU로 전력 및 데이터를 분배시키는 방법을 설명하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 네트워크로 고주파 전력을 분배하기 위한 방법을 설명하는 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들을 갖는 라이저 스택(riser stack)을 설명하는 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 TDMA 방식을 통해 통신하는 해저 네트워크의 요소들을 설명하는 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들 상에서 실행되는 애플리케이션들 사이의 통신을 위한 TDMA 방식을 설명하는 블록도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 요소들을 통신시키기 위한 방법을 설명하는 흐름도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델에 기초하여 BOP를 제어하기 위한 방법을 설명하는 흐름도.
분출 방지기(BOP)는 상기 분출 방지기와 함께 수중 위치되는 해저 처리 장치를 구비함으로써 개선될 수 있다. 상기 처리 장치는, 상기 처리 장치가 문제 상태들을 결정할 수 있어 가능한 분출 상태를 방지 및/또는 차단하기 위한 상기 분출 방지기 내에서의 동작을 보장할 수 있으므로, 상기 분출 방지기가 분출 차단기(BOA)로서 기능하도록 부여할 수 있다.
상기 BOP 상의 수용기는 BOP가 수중에 있는 동안 상기 처리 장치의 신속한 설치 및 교체를 위해 상기 처리 장치에 용이하게 접근할 수 있도록 설계될 수 있다. 상기 수용기는 도 1에서 수용기(102)로서 설명된다. 상기 수용기(102)는 처리 장치(104)를 수용하도록 설계되며, 상기 처리 장치는 마이크로프로세서 또는 마이크로콘트롤러와 같은 논리 디바이스들, 및 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브, 및/또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 메모리를 구비하는 회로 보드(106)를 포함한다. 비록 상기 수용기(102)에 대한 특정 형상이 설명되었지만, 다른 형상들도 선택될 수 있으며, 상기 처리 장치(104)는 상기 수용기(102)를 합치시키도록 조절된다.
상기 수용기(102)의 특정 실시예들에 따르면, 상기 수용기(102)는 상기 BOP와의 전기 접촉 없이 상기 BOP를 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 유도성 전력 시스템이 상기 BOP 및 상기 처리 장치(104)에 매립된 유도성 수신기에 합체될 수 있다. 다음에, 전력이 상기 처리 장치(104) 내의 회로(106)를 작동시키기 위해 해저 배터리와 같은 상기 BOP 상의 전력 소스로부터 전달될 수 있다. 다른 예에서, 상기 BOP는 상기 처리 장치(104)에서 상기 회로(106)와 무선 통신할 수 있다. 상기 통신은 예를 들면 무선 주파수(RF) 통신일 수 있다.
상기 처리 장치(104)와의 통신, 특히 상기 처리 장치(104) 내의 회로(106)는 상기 BOP 내의 센서들로부터 상기 회로(106)로의 데이터 운반 및 상기 회로(106)로부터 상기 BOP 내 디바이스로의 명령 운반을 포함할 수 있다. 상기 센서들은 머드(mud)의 구성과 용량을 측정할 수 있는 디바이스들과 킥 검출(kick detection)을 위한 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 센서들은 상기 처리 장치(104)에 의해 판독될 수 있으며 상기 BOP 내의 동작을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 비록 상기 BOP가 여기에 언급되었지만, 상기 처리 장치(104)는 다른 해저 장치들에 부착될 수 있다. 또한, 비록 상기 BOP 내의 센서들 및 디바이스들이 여기에 언급되었지만, 상기 회로(106)는 데이터를 상기 처리 장치(104)와 같은 장치들에 부착되지 않은 다른 해저 디바이스들에 전송 및 전달할 수 있다.
상기 수용기(102)는 상기 BOP를 설치 및 유지하는 것과 관련된 당면 과제들을 감소시킨다. 예를 들어, 상기 처리 장치(104)와 상기 수용기(102) 사이의 어떠한 물리적 연결도 필요로 하지 않기 때문에, 새로운 처리 장치가 상기 수용기(102) 내로 용이하게 삽입될 수 있다. 이와 같은 교체 작업은 원격 작동 차량(ROV)과 같은 수중 차량이 쉽게 작업 완료될 수 있게 한다.
또한, 상기 처리 장치(104)와 상기 수용기(102) 사이에 어떠한 물리적 연결도 없으므로, 상기 처리 장치(104)는 일체 성형 유닛으로서 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 처리 장치(104)는, 상기 회로(106)를 상기 처리 장치(104) 내에 합체시킬 수 있는, 3차원 인쇄기에 의해 제조될 수 있다. 상기 처리 장치(104)가 구조적인 이음매들 없이 일체 성형으로서 제조될 수 있으므로, 상기 처리 장치(104)는 견고할 수 있고, 또한, 심층수에 존재하는 높은 수압과 같은, 깊은 수중 시추 작업들에 있어서의 극한 환경에 대해 내성을 가질 수 있다.
상기 처리 장치(104)의 회로(106)가 메모리를 포함할 때, 상기 처리 장치(104)는 수중 작동을 기록하기 위한 블랙 박스로서 기능할 수 있다. 파국적 사건이 발생할 때, 상기 처리 장치(104)는 복구될 수 있으며, 상기 파국적 사건까지 선도해온 사건들 및 상기 파국적 사건을 방지 및/또는 처리하기 위해 어느 정도의 노력이 상기 복구 노력에 도움을 주는지를 더욱 잘 이해하기 위해 상기 처리 장치(104)로부터의 데이터가 포획된다.
해저 시스템에서 상기 처리 장치(104)를 실행하기 위한 블록도가 도 2에서 설명된다. 램들(206)을 갖는 분출 차단기(BOA)(208)를 포함하는 LMRP(204)이 하나 이상의 처리 장치들(202a-202c)에 부착될 수 있다. 상기 처리 장치들(202a-202c)은 도 1에서 설명된 것과 유사한 수용기를 통해 하부 해양 라이저 패키지(Lower Marine Riser Package; LMRP)(204)에 부착될 수 있다. 하나 이상의 처리 장치가 상기 LMRP(204)에 부착될 때, 상기 처리 장치들은 공통 데이터 버스를 통해 상기 LMRP(204)를 제어하도록 공동 작업할 수 있다. 비록 상기 처리 장치들(202a-202c)이 공통 데이터 버스를 공유할지라도, 상기 처리 장치들(202a-202c)은 각각 별도의 메모리를 포함할 수 있다. 상기 처리 장치들(202a-202c) 각각은 판독 포트를 포함할 수 있고, 판독 포트는 해저 차량이 상기 처리 장치들(202a-202c) 각각의 메모리에 저장된 데이터를 검색하도록 상기 처리 장치들(202a-202c) 중 하나에 연결되게 한다.
상기 처리 장치들(202a-202c)은 다수결에 따르도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 모든 처리 장치들(202a-202c)은 상기 BOP(208) 내의 센서들로부터 데이터를 수신할 수 있다. 다음에, 상기 처리 장치들(202a-202c)의 각각은 독립적인 논리 회로를 사용하여 상기 BOP(208)를 위한 행동 방침을 결정할 수 있다. 다음에, 상기 처리 장치들(202a-202c)의 각각은 그들의 결정을 통신할 수 있으며, 상기 처리 장치들(202a-202c) 중 다수(예를 들면, 3 중의 2)에 의해 동의된 행동 방침이 실행될 수 있다.
상기 LMRP(204) 상에, 또는 상기 BOP 스택 내 다른 위치에 다중 처리 장치들을 가짐으로써, 또한 상기 처리 장치들의 고장으로 인한 상기 LMRP(204)의 고장 가능성은 감소된다. 즉, 다중 처리 장치들의 존재로 인해 고장 허용 범위가 증가된다. 만약 상기 처리 장치들(202a-202c) 중 어느 하나, 심지어는 2개가 고장일 경우, 상기 BOP(208)를 연속으로 작동시키기 위한 처리 장치가 잔존한다.
상기 처리 장치들(202a-202c)은 또한 상기 표면 상에 위치된 컴퓨터(210)와 무선 통신할 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터(210)는 감시자가 상기 처리 장치들(202a-202c)에 의해 측정된 바와 같은 상기 BOP(208) 내의 상태들을 감시할 수 있도록 사용자 인터페이스를 가질 수 있다. 상기 컴퓨터(210)는 또한 명령들을 상기 처리 장치들(202a-202c)로 무선 송출할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터(210)는 무선 통신을 통해 상기 처리 장치들(202a-202c)을 재프로그래밍할 수 있다. 예를 들어, 상기 처리 장치들(202a-202c)은 플래시 메모리를 포함할 수 있으며, 새로운 논리 함수들이 상기 컴퓨터(210)로부터 상기 플래시 메모리 내로 프로그래밍될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 상기 처리 장치들(202a-202c)은 시추 파이프를 전단시키기 위해 램들(206)을 완전히 개방 또는 완전히 폐쇄시킴으로써 상기 램들(206)을 작동시키도록 초기에 프로그래밍될 수 있다. 상기 처리 장치들(202a-202c)은 나중에 상기 램들(206)의 가변적 작동을 허용하기 위해 재프로그래밍될 수 있으며, 이 경우 상기 램들(206)을 부분적으로 폐쇄시킨다. 비록 상기 컴퓨터(210)가 상기 처리 장치들(202a-202c)과 인터페이스될지라도, 상기 처리 장치들(202a-202c)은 상기 컴퓨터(210)와의 통신이 손실되는 경우 독립적으로 기능할 수 있다.
상기 처리 장치들(202a-202c)은 전자 신호들을 통해 명령들을 상기 BOP(208)와 같은 다양한 해저 디바이스들로 송출할 수 있다. 즉, 도선은 상기 처리 장치들(202a-202c)을 위한 수용기를 상기 디바이스에 결속할 수 있다. 명령을 포함하는 무선 신호는 상기 처리 장치들(202a-202c)로부터 상기 수용기로 운반될 수 있으며, 다음에 상기 도선을 통해 상기 디바이스로 운반될 수 있다. 상기 처리 장치들(202a-202c)은 상기 컴퓨터(210)로부터 수신된 명령을 일련의 작은 명령들로 변환시킴으로써 연속 명령들을 상기 BOP(208) 내의 디바이스들로 송출할 수 있다.
상기 처리 장치들(202a-202c)은 또한 하이브리드 유압 전자 연결부를 통해 다양한 해저 디바이스들로 명령들을 송출할 수 있다. 즉, 명령을 포함하는 무선 신호가 상기 처리 장치들(202a-202c)로부터 상기 수용기로 운반될 수 있으며, 다음에, 상기 BOP(208) 또는 다른 해저 디바이스들로 전송된 유압 신호들로 전환될 수 있다.
상기 BOP(208) 상의 상기 처리 장치들(202a-202c)과 같은, BOP 상의 독립 프로세서가 상기 BOP 상에, BOP 유지 보수의 감소와 같은, 추가의 장점을 제공할 수 있다. 분출을 차단하기 위해 상기 BOP를 요구하는 비상 상황이 발생하기 전에, BOP들은 상기 BOP 기능을 변경시키기 위해 특정 간격으로 상기 표면으로 회수될 수 있다. 상기 BOP의 표면으로의 회수는 상기 BOP가 서비스되는 동안 웰(well)을 사용하지 않는 위치에 위치시킬 수 있다. 또한, 상기 BOP를 표면으로 회수하기 위해서는 중요한 노력이 요구된다. 이와 같은 유지 보수 사건들은 매번 필요하지는 않으나, 상기 BOP에 대한 통신 없이는 상기 BOP의 상태를 알 수 없으며, 따라서 상기 BOP는 검사를 위해 주기적으로 회수된다.
상기 처리 장치들(202a-202c)이 상기 BOP(208)와 함께 위치되고 상기 BOP(208) 내의 센서들과 통신할 때, 상기 처리 장치들(202a-202c)은 상기 BOP(208)가 서비스될 때를 결정할 수 있다. 즉, 상기 BOP(208)는 램들(206)과 같은 상기 BOP(208)의 요소들의 작동을 확인하기 위한 절차들로 프로그래밍될 수 있다. 상기 확인 절차들은 샘플 파이프를 절삭하고, 압력 특징을 측정하고, 마모를 검출하고, 그리고/또는 요소들로부터 피드백을 수신하는 단계를 포함할 수 있다(예를 들면, 밀폐를 지시받을 때 상기 램들은 실제로 밀폐된다). 상기 확인 절차들은 특정 시간에 실행될 수 있으며, 상기 BOP(208)는 상기 확인 절차들에 의해 문제점이 발견되지 않는 한 회수될 수 없다. 따라서, 상기 BOP(208)를 서비스하는데 소모되는 시간의 양은 감소될 수 있다.
상기 처리 장치들은, 도 3의 블록도에서 도시하고 있는 바와 같이, 표면에 대한 일부 와이어 연결부를 갖는 하이브리드 무선 시스템에서 실행될 수 있다. 전력 시스템(102), 제어 시스템(104), 및 유압기 시스템(106)이 상기 해수면 상의 시추 용기 또는 시추 리그(rig) 상에 위치될 수 있다. 와이어 연결부는 상기 전력 시스템(102) 및 상기 제어 시스템(104)을 해저 장치 상의 무선 분배 센터(110)에 연결할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 와이어 연결부들은 상기 표면에 대한 전력 라인들 위로 광대역 연결부를 제공할 수 있다. 상기 무선 분배 센터(110)는 상기 전력 시스템(102) 및 상기 제어 시스템(104)으로부터의 신호들을, 처리 장치(112), 솔레노이드(114), 배터리(116), 파일럿 밸브((118), 고전력 밸브(120), 및 센서(122)와 같은, 해저 요소들로 그리고 해저 요소들로부터 중계할 수 있다. 상기 유압기(106)는 또한 상기 파일럿 밸브(118)와 같은 해저 요소들로 연장하는 물리적 라인을 가질 수 있다. 상기 유압기 라인, 통신 라인, 및 전력 라인은 해저 상의 해저 요소들에 대해 하향으로 연장하는 단일 파이프에 매설될 수 있다. 물리적 라인들을 갖는 파이프는 상기 해저 상의 상기 웰에 대한 상기 시추 리그 또는 시추 용기로부터 연장하는 라이저 파이프에 부착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유선 통신 시스템은 통신 및 전력 분배를 위해 도 2의 처리 장치들(202a-c)을 상호 연결할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 BOP를 위한 결합 전력 및 통신 시스템을 설명하는 블록도이다. 도 4는 데이터 신호(402) 및 전력 신호(404)의 수신, 상기 데이터 신호(402) 및/또는 상기 전력 신호(404)를 전달하기 위한 기구, 및 BOP와 연관된 복수의 해저 CPU들(426a-426f)로의 데이터 및/또는 전력의 분배를 설명한다. 일부 실시예들에 따라, 도 4에 의해 설명된 통신들은 해상 플랫폼과 BOP 및/또는 해저 근방에 위치된 BOP 요소들과 통신하는 네트워크 사이의 통신에 대응한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들로 전력 및 데이터를 분배하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법(500)은 블록 502에서 상기 데이터 신호(402)와 같은 데이터 신호를 수신하는 것에서 시작된다. 블록 504에서, 상기 전력 신호(404)와 같은 전력 신호가 수신될 수 있다. 상기 수신된 전력 신호(404)는 예를 들면 직류(DC) 또는 교류(AC) 전력 신호일 수 있다. 상기 수신된 데이터 신호(402) 및 상기 수신된 전력 신호(404)는 육상 네트워크(도시되지 않음)로부터, 해저 네트워크(도시되지 않음)로부터, 또는 해상 플랫폼 또는 시추 리그와 같은 표면 네트워크(도시되지 않음)로부터 수신될 수 있다.
블록 506에서, 상기 데이터 신호(402) 및 상기 전력 신호(404)는 결합 전력 및 데이터 신호를 생성하기 위해 결합될 수 있다. 예를 들어 도 4에 있어서, 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 상기 데이터 신호(402) 및 전력 신호(404)를 수신할 수 있고, 적어도 하나의 결합 전력 및 데이터 신호(412a)를 출력할 수 있다. 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 또한 여분의 결합 전력 및 신호들(412b 및 412c)을 출력할 수 있다. 여분의 신호들(412b 및 412c)은 각각 복제 신호(412a)일 수 있으며, 가외성을 제공하기 위해 함께 전달될 수 있다. 다중 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)에 의해 제공되는 가외성은 신뢰성, 유효성 및/또는 상기 BOP의 고장 허용 범위를 개선할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 상기 데이터 신호(402) 및 상기 전력 신호(404)를 유도 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 상기 전력 신호(404)를 상기 데이터 신호(402)로 유도성 조절할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 상기 데이터 신호(402)와 상기 전력 신호(404)를 결속시키기 위해 광대역 전력 라인(BPL) 표준을 사용할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 상기 데이터 신호(402) 및 상기 전력 신호(404)를 함께 결속시키기 위해 디지털 가입자 라인(DSL) 표준을 사용할 수 있다.
도 5에 있어서, 방법(500)은 블록 508에서 결합 전력 및 데이터 신호(412)를 BOP 내의 네트워크로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 BOP 내의 네트워크는 제어 네트워크 및 해저 처리 장치, 모니터링, 및/또는 상기 해저 처리 장치들 또는 상기 BOP 내의 기타 프로세싱 시스템들 상에서 실행되는 분석 애플리케이션들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)은 신호들(412a-c)의 전압을 상승 및/또는 하강시키는 일 없이 전달될 수 있으며, 이 경우 변압기 블록들(414 및 416)은 바이패스될 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 여분의 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)은 상기 BOP 및/또는 해저 근방의 다른 요소들로 상기 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)을 전달하기 전에 변압기 블록(414)을 통해 전압 상승을 가질 수 있다. 상기 여분의 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)은 BOP 또는 해저에 위치된 다른 요소들에서 수신에 기초하여 변압기 블록(416)을 통해 전압 하강을 가질 수 있다. 각각의 변압기 블록은 각각의 결합 전력 및 데이터 라인(412a-412c)을 위한 별도의 변압기 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 변압기 블록(414)은 상기 BOP로 전달되는 여분의 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)의 횟수를 BOP 제어 작동 시스템 네트워크/해저에서의 요소들에 매칭시키기 위한 변압기 쌍들(414a-414c)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 변압기 블록(416)은 BOP 또는 해저에서의 다른 요소들로 전달되는 여분의 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)의 횟수를 또한 매칭시키기 위한 변압기 쌍들(416a-416c)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 변압기 블록(414)은 해저로 전달된 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)의 전압을 상승시키도록 해상 플랫폼/시추 리그에 위치될 수 있다. 상기 변압기 블록(416)은 상기 해저 근방에 위치될 수 있으며 또한 상기 해상 플랫폼으로부터 전달된 결합 전력 및 데이터 신호들(412a-412c)을 수신하기 위해 상기 BOP에 결속될 수 있다.
상기 BOP에 의해 수신된 후에, 상기 결합 전력 및 데이터 신호(412)는 전력 신호로부터의 데이터 신호를 전력 및 데이터 디커플링 요소(420)와 분리시키도록 분리될 수 있다. 상기 결합 전력 및 데이터 신호(412)가 상기 BOP에서 수신된 후 상기 전력 신호로부터 상기 데이터 신호를 분리시킴으로써, 전력 신호들(422a-422c)을 생성하기 위해 상기 전력 신호로부터의 데이터 신호를 유도적으로 디커플링시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 데이터 신호들은 데이터 신호들(424a-424c)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전력 및 디커플링 요소(420)는 상기 수신된 결합 전력 및 신호들(412a-412c)을 유도 복조시킴으로써 상기 데이터 및 전력 신호들을 분리시킬 수 있다. 전력 신호들(422a-422c) 및 데이터 신호들(424a-424c)을 얻기 위해 상기 전력 및 데이터 신호들을 분리시킨 후에, 상기 신호들은 상기 해저 CPU들(426a-426f) 또는 섹션 408에서 도시된 바와 같이 BOP 또는 LMRP의 다른 요소들로 분배될 수 있다.
상술된 바와 같이, 전압은 BOP로의 전력 송신을 위해 상승될 수 있다. 마찬가지로, 주파수는, 해저 프로세서들(426a-426f)을 포함하는, BOP의 섹션(408)에서의 요소들로 분배하기 위해 증가될 수 있다. 고주파수 전력 분배의 사용은 신호들의 전달을 위해 사용되는 변압기들의 크기와 중량을 감소시킬 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 네트워크로의 전력의 고주파수 분배를 위한 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법(600)은 블록 602에서 AC 전력 신호를 수신하는 것으로 시작된다. 블록 604에서, 상기 AC 전력 신호의 주파수는 증가될 수 있고, 고주파 AC 전력 신호를 생성하기 위해, 상기 AC 전력 신호의 전압은 선택적으로 증가될 수 있다. 상기 AC 전력 신호는 상기 AC 전력 신호가 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 결합 전력 및 데이터 신호를 포함하도록 데이터 신호와 결합될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 상기 주파수 및/또는 AC 전력 신호의 전압은 해상 플랫폼에서 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 다시 참조하면, 상기 해상 플랫폼 상에 위치될 수 있는 상기 전력 및 데이터 결속 요소(410)는 또한 주파수를 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 상기 데이터, 전력, 및/또는 결합 전력 및 데이터가 전달된다. 상기 AC 전력 신호의 주파수는 주파수 변환기로 증가될 수 있다. 또한 상기 해상 플랫폼에 위치될 수 있는 변압기 블록(414)은 전압을 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 상기 데이터, 전력, 및/또는 결합 전력 및 데이터가 전달된다.
도 6에 있어서, 상기 방법(600)은 블록 606에서 고주파 AC 전력 신호를 해저 네트워크로 전달시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 해저에 또는 상기 해저 근방에서 수신된 후에, 전달된 고주파 AC 전력 신호는 변압기 블록(416)으로 인해 전압이 감소될 수 있으며 그리고/또는 상기 전달된 고주파 신호의 주파수는 상기 해저 네트워크에서 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 상기 전력 및 데이터 디커플링 요소(420)는 수신된 고주파수 전력 또는 결합 전력 및 데이터 신호의 주파수를 감소시키기 위한 기능성을 포함한다.
상기 고주파 AC 전력 신호는 DC 전력 신호를 생성하기 위해 전달된 후 정류될 수 있으며, 상기 DC 전력 신호는 도 4의 섹션(408) 내의 다른 요소들로 분배될 수 있다. 예를 들어, 상기 정류된 전력 신호들은 DC 전력 신호들일 수 있는 전력 신호들(422a-422c)일 수 있다. 구체적으로 말하면, 상기 DC 전력 신호들(422a-422c)은 복수의 해저 CPU들(426a-426f)로 분배될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 고주파 AC 전력 신호의 정류는 상기 해저 근방에서 발생될 수 있다. DC 신호의 분배는 덜 복잡한 전력 분배를 허용하며 또한 상기 DC 전력 신호들(422a-422c)에 전력을 제공하기 위해 배터리의 사용을 허용한다.
상기 해저 CPU들(426a-426f)은, 전기 및 유압 시스템들을 포함하는, BOP의 다양한 기능들을 제어하는 제어 애플리케이션을 실행할 수 있다. 예를 들어, 상기 해저 CPU(426a)는 BOP의 램 전단을 제어할 수 있는 반면, 상기 해저 CPU(426e)는 상기 웰에서의 압력을 감시 및 감지하는 센서 애플리케이션을 실행할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 단일 해저 CPU는 복합 업무들을 수행할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 해저 CPU들은 할당된 개별 업무들일 수 있다. 해저 CPU들에 의해 실행된 다양한 업무들은 도 7을 참고로 더욱 상세히 설명된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들을 갖는 라이저 스택을 설명하는 블록도이다. 시스템(700)은 해상 시추 리그(702)와 해저 네트워크(704)를 포함할 수 있다. 상기 시스템(700)은 상기 해상 시추 리그(702) 상의 명령 및 제어 유닛(CCU)(706)을 포함할 수 있다. 상기 해상 시추 리그(702)는 또한 원격 모니터(708)를 포함할 수 있다. 상기 해상 시추 리그(702)는 또한 도 4와 관련하여 설명되는 바와 같은 전력 및 통신 결속 유닛(710)을 포함할 수 있다. 상기 해저 네트워크(704)는 도 4와 관련하여 설명되는 바와 같은 전력 및 통신 디커플링 유닛(712)을 포함할 수 있다. 상기 해저 네트워크(704)는 또한 해저 CPU(714) 및 통합 밸브 서브시스템(716) 및/또는 셔틀 밸브(718)와 같은 복수의 유압 제어 장치를 포함할 수 있다.
가외성이 상기 시스템(700) 내에 합체될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 및 통신 디커플링 유닛들(712a-712c) 각각은 상기 전력 및 통신 라인(720)의 다른 분기 상에 결속될 수 있다. 또한, 요소 그룹들이 가외성을 제공하기 위해 조직화될 수 있다. 예를 들어, 요소들의 제 1 그룹은 전력 및 통신 디커플링 유닛(712a), 해저 CPU(714a), 및 유압 장치(716a)를 포함할 수 있다. 요소들의 제 2 그룹은 전력 및 통신 디커플링 유닛(712b), 해저 CPU(714b), 및 유압 장치(716b)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 그룹은 상기 제 1 그룹과 평행하게 배열될 수 있다. 요소들의 제 1 그룹에 있는 요소들 중 하나가 오작동하거나 고장일 때, 상기 BOP 기능은 여전히 상기 BOP 기능의 제어를 제공하는 요소들의 제 2 그룹을 통해 이용 가능할 수 있다.
상기 해저 CPU들은 주로, 웰 제어, 원격 작동된 차량(ROV) 조정, 명령 및 비상 연결 또는 연결 해제, 파이프 홀드, 웰 감시, 상태 감시, 및/또는 압력 검사를 포함하는 공정들을 관리할 수 있다. 상기 해저 CPU들은 또한 상기 공정들 각각의 예측과 진단을 실행할 수 있다.
상기 해저 CPU들은 동작, 사건, 상태, 및 환경에 대한 데이터를 BOP 내에 기록할 수 있다(log). 이와 같은 기록 능력은 최적의 예측 알고리즘을 허용할 수 있으며, 연속적으로 품질관리 공정을 위한 정보를 제공하며, 그리고/또는 실패 모드 분석을 위한 상세하고 자동적인 입력을 제공한다. 상기 데이터 기록 애플리케이션은 또한, 모의실험 환경에서, 데이터 기록들이 오프라인에서 진행될 때 BOP 시스템의 정확한 거동을 재생할 수 있는 최적의 분배 데이터 기록 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 빌트-인(built-in) 메모리 저장 시스템이 상기 BOP를 위한 블랙 박스로서 작용할 수 있어, 그 안에 저장된 정보가 언제든지 시스템 포렌식스(forensics)를 위해 사용될 수 있다. 상기 블랙 박스 기능은, 본원에서 설명하고 있는 바와 같이, 제어 애플리케이션으로 상기 BOP 제어 작동 시스템 내에 채용된 BOP에 의해 자가 검사 또는 자가 치료를 허용할 수 있다. 각각의 상태 기반 활동(동작, 트리거, 사건, 센서 상태, 등등)은 상기 최적의 데이터 기록 시스템에 기록될 수 있어, 상기 BOP의 어떠한 기능 기간도 온라인 또는 오프라인 상에서 재생될 수 있다.
다양한 통신 방식들이 해저 CPU들 사이의 그리고/또는 해저 CPU들과 해저 네트워크, 육상 네트워크, 및 해상 네트워크의 다른 요소들 사이의 통신을 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, 데이터가 공통 데이터 버스 상에서 다중 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 시분할 다중 접속(TDMA)이 요소들과 상기 요소들 상에서 실행되는 애플리케이션들 사이에 채용될 수 있다. 그와 같은 통신/데이터 전송 방식은 감지 데이터, 제어 상태, 및 결과들과 같은 정보가 공통 버스 상에서 이용 가능하도록 허용한다. 일 실시예에 있어서, 해저 CPU들을 포함하는 각각의 요소는 미리 결정된 시간 내의 데이터 및 모든 애플리케이션들 및 요소들에 의해 액세스되는 데이터를 전달할 수 있다. 통신 교환을 위한 타임 슬롯(time slot)을 구비함으로써, 큐잉(queuing)으로 인한 데이터 손실의 가능성이 감소되거나 제거될 수 있다. 또한, 어떠한 센서/요소들이 특정 시간대에서 데이터를 생성하는데 실패할 경우, 상기 시스템은 고정 시간 간격 내에서 이상을 검출할 수 있으며, 또한 긴급/비상 공정이 활성화될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 요소들 사이의 통신 채널은, 한번에 하나의 메세지를 전송하는 브로드캐스트 버스(broadcast bus)와 같은, 수동적 근거리 통신망(LAN)일 수 있다. 상기 통신 채널로의 액세스는 타이밍이 공통의 또는 별도의 실시간 클록(clock)들을 사용하는 클록 동기화 알고리즘에 의해 제어되는 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 의해 결정될 수 있다.
도 8은 TDMA 방식을 통해 통신하는 해저 네트워크의 요소들을 설명하는 블록도이다. 해저 네트워크(800)는 센서들(802 및 804), 전단 램(806), 솔레노이드(808 및 810), 및 기타 디바이스들(812)을 포함할 수 있다. 상기 해저 네트워크(800)의 요소들은 TDMA 방식(820)을 통해 통신할 수 있다. 상기 TDMA 방식(820)에 있어서, 공유 버스 상에서 통신하기 위한 기간은 타임 슬롯들로 분할될 수 있으며, 이와 같은 타임 슬롯들은 다양한 요소들에 할당된다. 예를 들어, 타임 슬롯(820a)은 램(806)에 할당될 수 있으며, 타임 슬롯(820b)은 솔레노이드(808)에 할당될 수 있으며, 타임 슬롯(820c)은 솔레노이드(810)에 할당될 수 있으며, 타임 슬롯(820d)은 센서(802)에 할당될 수 있으며, 타임 슬롯(802e)은 센서(804)에 할당될 수 있다. 상기 TDMA 방식(820)에서 설명된 기간은 동일한 타임 슬롯을 수용하는 각각의 요소로 반복될 수 있다. 대안적으로, 상기 TDMA 방식(820)은 동적일 수 있으며, 상기 슬롯들(820a-e) 각각은 상기 시스템(800) 내의 요소들의 요구에 기초하여 동적으로 할당된다.
해저 CPU들 상에서 실행되는 애플리케이션들은 또한 유사한 방식으로 공유 통신 버스의 타임 슬롯들을 공유할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 CPU들 상에서 실행되는 애플리케이션들 사이의 통신을 위한 TDMA 방식을 설명하는 블록도이다. 실시예에 따르면, 시스템(900)은 복수의 애플리케이션들(902a-902n)을 포함할 수 있다. 애플리케이션(902)은 프로세서로 실행되는 소프트웨어 요소, 논리 회로로 실행되는 하드웨어 요소, 또는 소프트웨어 및/또는 하드웨어 요소들의 조합일 수 있다.
애플리케이션들(902a-902n)은 제어, 감시, 및/또는 BOP의 분석과 관련된 다양한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션(902)은 BOP와 관련된 정역학적 압력을 감지하기 위한 센서 애플리케이션으로서 구성될 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 애플리케이션(902)은 상기 BOP의 진단 및/또는 예측 분석을 실행하도록 구성될 수 있다. 추가의 예에 있어서, 애플리케이션(902)은 BOP에 결속될 수 있으며, BOP의 현재 작동에서의 에러를 식별하기 위해 BOP와 관련된 매개변수들을 처리할 수 있다. 상기 감시되는 처리 매개변수들은 압력, 유압 유체 유동, 온도 등을 포함할 수 있다. BOP 또는 해상 시추 리그와 같은, 구조체와 애플리케이션의 결속은, 상기 애플리케이션이 다른 위치의 프로세서 상에서 실행되는 동안, 상기 BOP 또는 상기 해상 시추 리그 상에 위치된 프로세서에 의한 상기 애플리케이션과 관련된 소프트웨어의 설치 및 실행 및/또는 상기 애플리케이션에 의한 BOP 기능의 작동을 포함할 수 있다.
BOP 제어 작동 시스템은 상기 제어, 감시, 및/또는 상기 애플리케이션들(902a-902n)을 갖는 BOP의 분석을 관리하기 위한 작동 시스템 애플리케이션(902j)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 작동 시스템 애플리케이션(902j)은 상기 애플리케이션들(902a-902n) 사이의 통신을 중개할 수 있다.
상기 시스템(900)은 상기 해저에 해저 중앙 처리 장치(CPU)(906a)를 포함할 수 있으며 또한 애플리케이션(902a)에 할당될 수 있다. 상기 시스템(900)은 또한 상기 BOP와 통신하는 해상 시추 리그에 결속되는 프로세서일 수 있는 명령 및 제어 유닛(CCU)(908a)을 포함할 수 있으며, 또한 애플리케이션(902c)에 할당될 수 있다. 상기 시스템(900)은 또한 상기 해상 시추 리그 및/또는 상기 BOP와 통신하는 육상 제어 스테이션에 결속되는 개인용 컴퓨터(PC)(910a)를 포함할 수 있으며, 애플리케이션(902e)에 할당될 수 있다. 프로세싱 리소스(processing resource)를 애플리케이션에 할당함으로써, 상기 프로세싱 리소스는 상기 애플리케이션과 관련된 소스트웨어를 실행하고 그리고/또는 상기 애플리케이션을 실행하도록 구성된 하드웨어 논리 회로를 제공할 수 있다.
상기 해저 CPU들(906a-906c) 각각은 해저 버스(912)를 통해 서로 통신할 수 있다. 상기 CCU들(908a-908c) 각각은 상기 표면 버스(914)를 통해 서로 통신할 수 있다. 상기 PC들(910a-910c) 각각은 상기 육상 버스(916)를 통해 서로 통신할 수 있다. 상기 버스들(912-916) 각각은 유선 또는 무선 통신 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 상기 해저 버스(912)는 이더넷 통신 프로토콜을 채용하는 광섬유 버스일 수 있으며, 상기 표면 버스(914)는 Wi-Fi 통신 프로토콜을 채용하는 무선 링크일 수 있으며, 또한 상기 육상 버스(916)는 TCP/IP 통신 프로토콜을 채용하는 무선 링크일 수 있다. 상기 해저 CPU들(906a-906c) 각각은 상기 해저 버스(912)와 통신할 수 있다.
애플리케이션들 사이의 통신은 근거리 해저 통신 네트워크(912), 상기 표면 통신 네트워크(914), 또는 상기 육상 통신 네트워크(916)에서 통신하도록 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 해저 CPU(906a)에 의해 실행되는 애플리케이션(902a)은 상기 해저 버스(912), 라이저 브릿지(918), 상기 표면 버스(914), SAT 브릿지(920), 및 상기 육상 버스(916)를 통해 상기 PC(910c)에 의해 실행되는 애플리케이션(902f)과 통신할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 라이저 브릿지(918)는 상기 해저 네트워크(912)와 근거리 수표면 네트워크(914) 사이의 통신을 허용하는 통신 네트워크 브릿지일 수 있다. 상기 SAT 브릿지(920)는 상기 표면 네트워크(914)와 상기 육상 네트워크(916) 사이의 통신을 허용하는 통신 네트워크 브릿지일 수 있으며, 또한 상기 SAT 브릿지(920)는 유선 통신 매체 또는 무선 통신 매체를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 상기 해저 네트워크(912)와 관련된 애플리케이션들(902a-902n)은 SAT 브릿지(920)를 구성할 수 있는 육상 통신 네트워크들의 글로벌 리치(global reach)때문에 세계 어느 곳에서 실행되는 애플리케이션들(902a-902n)과 통신할 수 있다. 예를 들어, 상기 SAT 브릿지(920)는, 초소형 지구국(VSAT) 네트워크 및/또는 인터넷과 같은, 위성 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 애플리케이션(902)에 할당될 수 있는 프로세싱 리소스는, 상기 프로세서가 VSAT 및/또는 인터넷과 같은 글로벌 통신 네트워크에 대한 액세스를 갖는 한, 세계 어느 곳에 위치되는 임의의 프로세서를 포함할 수 있다.
복수의 애플리케이션들로부터 공유 버스 상으로 정보를 전송하는 스케쥴링의 예가 도 10에 도시되어 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 요소들의 통신 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법(1000)은, 또한 복수의 애플리케이션들로부터 버스 상으로의 정보 전송을 스케쥴링하도록 구성될 수 있는, 도 9의 작동 시스템 애플리케이션(902j)에 의해 실행될 수 있다. 상기 방법(1000)은 블록 1002에서, BOP와 관련된 것과 같은, 복수의 애플리케이션들을 식별하는 것으로부터 시작한다. 예를 들어, 상기 통신 네트워크들(912-916) 각각은 애플리케이션들을 식별하기 위해 스캐닝될 수 있다. 다른 예에서, 상기 애플리케이션들은 애플리케이션이 설치되었다는 사실을 나타내는 통지를 발생시킬 수 있다. 식별된 복수의 애플리케이션들은, 도 9의 애플리케이션들(902a-902n)과 같은, 상기 BOP와 관련된 복수의 기능들을 제어, 감시 및/또는 분석하는 애플리케이션들일 수 있다.
블록 1004에서, 정보 전송을 위한 타임 슬롯은 상기 애플리케이션들 각각에 할당될 수 있다. 상기 애플리케이션들은 타임 슬롯 동안 상기 버스 상으로 정보를 전송할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 애플리케이션은, 비상 사태 동안과 같은, 다른 애플리케이션들에 할당된 타임 슬롯 동안 상기 버스 상으로 정보를 전송할 수 있다. 애플리케이션이 데이터를 전송할 수 있는 동안의 타임 슬롯은 주기적일 수 있으며, 또한 기간이 정보 전송을 위해 애플리케이션들에 할당되는 모든 타임 슬롯들의 합과 일치한 후 반복될 수 있다.
다시 도 9에 있어서, 애플리케이션들(902a-902n) 각각은 상기 시스템(900)의 버스들(912-916)을 통해 가상 기능 버스(904)에 결속될 수 있다. 상기 가상 기능 버스(904)는, 2개의 애플리케이션들이 동시에 상기 버스 상으로 정보를 전송하는 것과 같은 가능성을 감소시키기 위한, 상기 모든 버스들(912-916) 사이의 협력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 만약 표면 네트워크(914)와 관련된 애플리케이션이 할당된 타임 슬롯 동안 상기 표면 버스(914)로 정보를 전송하도록 시도하는 경우, 상기 해저 버스(912) 또는 상기 육상 버스(916) 중 어느 하나와 관련되는 애플리케이션과 같은, 어떠한 다른 애플리케이션도 각각의 근거리 네트워크 버스들 상에 정보를 전송할 수 없게 된다. 이는 상기 가상 기능 버스(904)가 상기 표면 버스(914) 내의 애플리케이션을 위한 타임 슬롯을 할당했기 때문이다. 상기 가상 기능 버스(904)는 상기 버스들(912-916)과 상기 애플리케이션들(902a-902n) 사이의 중개자로서 작용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 기간(922)은 타임 슬록이 할당될 시스템에서 모든 애플리케이션을 위해 필요한 모든 시간을 나타낼 수 있다. 상기 타임 슬롯들 각각은 동일한 지속 시간일 수 있거나 또는 동일한 지속 시간이 아닐 수도 있다. 예를 들어, 제 1 타임 슬롯은 10 ms일 수 있고, 반면 제 2 타임 슬롯은 15 ms일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 타임 슬롯들 각각은 동일한 지속 시간일 수 있다. 타임 슬롯의 할당 및 타임 슬롯의 지속 시간은 상기 애플리케이션과 관련된 정보에 기초할 수 있다. 예를 들면, 상기 BOP의 유압 기능을 감시하도록 구성된 애플리케이션에는 단순하게 메모리로부터의 정보를 판독하는 애플리케이션보다 더 많은 시간이 할당될 수 있다. 상기 애플리케이션들 각각은 상기 애플리케이션들 각각을 동기화하는 클록을 가질 수 있다.
도 10에 있어서, 블록 1006에서는, 상기 버스 상으로의 정보의 전송은 어떠한 정보도 상기 버스 상에서 이용할 수 없을 때를 검출하거나 또는 상기 버스 상의 정보 결핍이 검출되는 동안 타임 슬롯이 할당되는 애플리케이션을 식별하도록 감시될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 정보의 결핍이 상기 버스 상에서 검출될 때, BOP 램 작동과 같은, 비상 BOP 제어 공정이 활성화될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 정보의 결핍이 상기 버스 상에서 검출될 때, 사용자 인터페이스 상의 통지 및/또는 경보와 같은, 통지 및/또는 경보가 활성화될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 정보의 결핍이 상기 버스 상에서 검출될 때, 상기 데이터가 재발송되도록 요청이 이루어지거나 또는 어떠한 동작도 취하지 않을 수 있다.
상기 애플리케이션들(902a-g)은 미리 프로그래밍된 모델들에 따라 BOP를 자체적으로 제어할 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델에 기초하여 BOP를 제어하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법(1100)은 블록 1102에서 BOP가 할당된 제 1 식별자를 수용하는 것에서 시작된다. 상기 제 1 식별자는 상기 BOP의 구조 및 상기 BOP의 복수의 제어 가능한 기능들을 명시하는 제 1 모델을 식별하도록 서비스 검색 프로토콜 내에서 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 모델은 수용된 식별자를 BOP 모델의 데이터베이스와 비교함으로써 식별될 수 있으며, BOP 모델들의 데이터베이스에 있는 각각의 BOP 모델은 수용된 식별자와 비교될 수 있는 유일한 식별자와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 모델은 행동 모델(behavioral model) 또는 상태 기계 모델(state machine model)을 포함할 수 있다. 블록 1106에서, 상기 BOP의 기능은 식별된 모델에 제공된 사양에 따라 제어될 수 있다.
식별된 모델의 대표적인 디스플레이는 사용자 인터페이스에서 출력될 수 있다. 사용자 인터페이스는 해저에 있는 BOP를 위한 사용자 인터페이스, 해상 시추 리그로부터 상기 BOP로 통신하기 위한 사용자 인터페이스, 및/또는 육상 제어 스테이션으로부터 해상 시추 리그 및/또는 제 1 BOP로 통신하기 위한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 사용자 인터페이스는 도 9의 애플리케이션들(902a-902n) 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 도 9에 있어서, 사용자 인터페이스 애플리케이션은 인간-기계간 인터페이스(HMI)인 애플리케이션(902g)을 포함할 수 있다. 상기 HMI 애플리케이션은 임의의 타임 슬롯 동안 정보를 판독하고 그리고/또는 임의의 타임 슬롯 동안 버스들(912-916) 중 임의의 버스 상으로 정보를 전송하기 위한 액세스를 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, HMI로부터의 정보는 오버라이드 메카니즘(override mechanism)을 집행하기 위해 임의의 타임 슬롯 동안 버스들(912-916) 중 임의의 버스 상으로 전송되게 할 수 있으며, 사용자는 비상 사태에서 상기 시스템을 오버라이드할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 HMI 애플리케이션은 임의의 애플리케이션에 저장 및 처리된 임의의 정보를 액세스할 수 있으며 또한 정보의 시각적 표시를 디스플레이할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 사용자 입력은 상기 사용자 인터페이스에 수용될 수 있으며, 상기 BOP의 제 1 기능에 대한 제어는 수용된 입력에 기초할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 BOP와 관련된 매체개변수들은 해저에서 BOP에 결속된 프로세서, 상기 BOP와 통신하는 해상 시추 리그에 결속된 프로세서, 및 상기 해상 시추 리그 및/또는 상기 BOP와 통신하는 육상 제어 스테이션에 결속된 프로세서 중 적어도 하나로 수용 및 처리될 수 있다. 다음에, 상기 BOP의 제 1 기능의 제어는 수신된 매개변수들의 처리에 기초하여 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 BOP는 해저에서 작동하는 BOP와 같은 실제 운영 BOP(live-running BOP)를 포함할 수 있으며, 상기 모델은 상기 실제 운영 BOP를 위한 실시간 모델을 포함할 수 있다. 만약 상기 BOP가 실제 운영 BOP인 경우, 상기 BOP 기능의 제어가 상기 제 1 BOP와 관련된 매개변수들의 사용자 인터페이스 및/또는 처리시에 제공되는 사용자 입력에 기초하여 실시간으로 발생할 수 있다.
비록 본 발명 및 그의 장점이 구체적으로 기술되었다 할지라도, 그에 대한 다양한 변화, 대체 및 변경이 첨부된 청구범위들에 의해 한정되고 있는 내용의 범위와 정신으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 가능하다는 사실을 명시한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에서 설명된 공정, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 및 단계에 대한 특정 실시예에 한정되도록 의도되지 않는다. 당업자라면 본 발명으로부터, 본원에 설명된 대응 실시예들이 본 발명에 따라 사용될 수 있는 것과 실제로 같은 기능을 수행하거나 또는 그와 실제로 동일한 결과를 성취하는, 현재 존재하거나 후에 발전하게 될 공시, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 및 단계를 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위들은 그의 범위 내에서 그와 같은 공정, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 및 단계를 포함하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 프로세싱 유닛을 포함하는 시스템으로서,
    상기 프로세싱 유닛은:
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 결합되고 상기 하우징 내에 배치되는 유도성 전력 수용 디바이스;를 포함하고,
    상기 유도성 전력 수용 디바이스는 상기 하우징을 통해 상기 프로세서를 위한 전력을 수용하도록 구성되며,
    상기 유도성 전력 수용 디바이스는 수중 시추 요소의 리셉터클에 의해 제거 가능하게 수용되도록 구성되며,
    상기 리셉터클은 상기 유도성 전력 수용 디바이스와의 유도성 커플링을 통해 상기 프로세싱 유닛의 상기 유도성 전력 수용 디바이스에 전력을 전송하도록 구성되는 유도성 전력 전송 디바이스를 포함하며,
    상기 유도성 전력 전송 디바이스는 상기 프로세싱 유닛이 상기 수중 시추 요소의 외부로부터 상기 리셉터클에 결속되게 하기 위해 상기 수중 시추 요소 상에 위치하도록 구성되며,
    상기 프로세서는 무선 통신 시스템을 통해 상기 수중 시추 요소의 센서와 통신하도록 구성되고,
    상기 프로세서는 적어도 부분적으로 상기 센서에 의해 발생되는 데이터에 기초하여 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는 시스템
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은 제 1 프로세싱 유닛이고, 상기 리셉터클은 제 1 리셉터클이고, 상기 시스템은:
    상기 제 1 리셉터클 또는 제 2 리셉터클에 의해 수용되도록 구성되는 제 2 프로세싱 유닛을 추가로 포함하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 3 프로세싱 유닛을 추가로 포함하며,
    상기 제 1 프로세싱 유닛, 상기 제 2 프로세싱 유닛, 및 상기 제 3 프로세싱 유닛은 다수결 방식(majority voting scheme)에 따라 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수중 시추 요소는 분출 방지기(BOP)를 포함하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은 상기 센서에 의해 발생된 상기 데이터를 저장하도록 구성된 메모리에 작동 가능하게 결합되도록 구성되는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 해상 네트워크 또는 육상 네트워크 중 적어도 하나로부터의 명령들을 수신하도록 구성되는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 상기 수중 시추 요소를 제어하기 위해 상기 명령들을 상기 수중 시추 요소로 전송하도록 구성되는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 수중 시추 요소의 모델에 따라 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 수중 시추 요소로부터 식별자를 수용하고 또한 상기 수용된 식별자에 대응하는 상기 수중 시추 요소의 모델에 따라 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세서는 제 1 프로세싱 유닛이고, 상기 무선 통신 시스템은 상기 제 1 프로세싱 유닛과 제 2 프로세싱 유닛 사이에 통신을 제공하도록 구성되는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 일체 성형 무이음매 유닛인 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 머드(mud)의 구성을 모니터링하고, 머드의 용량을 모니터링하고, 킥(kick)을 검출하고, 웰(well) 내의 압력을 모니터링하고, 정역학적 압력을 모니터링하고, 유압 유체 유동을 모니터링하거나, 또는 온도를 모니터링하는 것들 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 상기 유도성 전력 수용 디바이스 및 상기 유도성 전력 전송 디바이스와 구분되는 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 상기 센서와 상기 프로세싱 유닛 사이에 통신을 제공하도록 구성되는 시스템.
  15. 제 4 항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은 상기 BOP의 램을 개방하거나 또는 폐쇄하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 방수되는 시스템.
  17. 수중 시추 요소로서,
    (1) 프로세서 유닛을 제거 가능하게 수용하도록 구성되고, (2) 상기 프로세서 유닛의 유도성 전력 수용 디바이스에 전력을 전송하도록 구성되는 유도성 전력 전송 디바이스를 포함하는 리셉터클로서, 상기 프로세서 유닛은 하우징 내에 배치되며 또한 상기 하우징 내에 배치된 상기 유도성 전력 수용 디바이스에 결속되며, 상기 유도성 전력 수용 디바이스는 상기 하우징을 통해 상기 프로세서 유닛을 위한 전력을 수용하도록 구성되는, 상기 리셉터클; 및
    무선 통신 시스템을 통해 상기 프로세서 유닛과 통신하도록 구성되는 센서로서, 상기 프로세서 유닛은 적어도 부분적으로 상기 센서에 의해 포획된 데이터에 기초하여 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는, 상기 센서를 포함하는 수중 시추 요소.
  18. 제 17 항에 있어서, 분출 방지기(BOP)를 추가로 포함하는 수중 시추 요소.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 해상 네트워크 또는 육상 네트워크 중 적어도 하나로부터의 명령들을 수신하도록 구성되는 수중 시추 요소.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 프로세서 유닛은 상기 수중 시추 요소의 모델에 따라 상기 수중 시추 요소를 제어하도록 구성되는 수중 시추 요소.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 프로세서 유닛은 상기 BOP의 램을 개방하거나 또는 폐쇄하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 수중 시추 요소.
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