KR102475015B1 - Subsea bop hydraulic fluid flow monitoring - Google Patents
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Abstract
특히 관심 대상 기능의 블로아웃 방지기(BOP) 시스템(200)에서 작동액의 누적된 용적을 정확하게 측정 및 모니터링하는 방법 및 시스템이 개시된다. 방법은: 관심 대상 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘(600)을 초기화하는 단계; 상기 상태 머신 알고리즘에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 초기 유압 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 측정하는 단계; 시간 경과에 따른 BOP 시스템의 작동액의 총 유량 및 압력을 모니터링하는 단계; 상기 관심 대상 BOP 기능에 무관한 BOP 시스템 유압 유량을 무효화하도록 상기 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계; 및 상기 관심 대상 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 응답하여 완료되는 때를 결정하도록 상기 상태 머신 알고리즘(600)을 적용하는 단계를 포함한다.A method and system for accurately measuring and monitoring the accumulated volume of operating fluid in a blowout preventer (BOP) system (200) of a function of particular interest is disclosed. The method includes: initializing a state machine algorithm (600) responsive to activation of a BOP function of interest; measuring an initial hydraulic flow rate reference value and an initial pressure reference value to generate hydraulic impedance variables used in the state machine algorithm; monitoring the total flow rate and pressure of the working fluid of the BOP system over time; applying the hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow rates that are unrelated to the BOP function of interest; and applying the state machine algorithm (600) to determine when the BOP function of interest is complete in response to the total cumulative volume of working fluid.
Description
관련 출원related application
본 출원은 그 전체가 참고로 여기에 포함된, 2014년 11월 11일자 출원된 미국 가출원 제62/078,236호를 우선권으로 주장하는 PCT 출원이다. 미국 출원 제14/884,563호는 2015년 10월 15일에 출원되었으며, 2014년 10월 17일자 출원된 미국 가출원 제62/065,431호를 우선권으로 주장하며, 이들의 개시 내용 전체는 모두 본원에 참고로 포함된다.This application is a PCT application claiming priority to U.S. Provisional Application Serial No. 62/078,236, filed on November 11, 2014, which is hereby incorporated by reference in its entirety. U.S. Application Serial No. 14/884,563 was filed on October 15, 2015, and claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/065,431, filed on October 17, 2014, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety. included
발명의 분야field of invention
본 개시 내용은 개괄적으로 석유 및 가스 장비에 관한 것으로서, 특히 특정 기능을 수행하기 위해 유압 제어가 수행되었는지 여부를 결정하기 위해 흐름을 측정하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시 내용은 특정의 관심 부하에 관한 정보를 실현하기 위해 유압 제어 시스템 내의 집계된 유량 및 압력을 모니터링하는 시스템 및 방법을 제공한다.This disclosure relates generally to oil and gas equipment, and more particularly to methods of measuring flow to determine whether hydraulic control has been performed to perform a particular function. In particular, the present disclosure provides systems and methods for monitoring aggregated flow rates and pressures within a hydraulic control system to realize information about specific loads of interest.
불로아웃(blowout) 방지기(BOP) 시스템은 해저 유정 및 가스정으로부터의 블로아웃을 방지하기 위해 사용되는 유압 제어식의 시스템이다. 해저 BOP 장비는 일반적으로 BOP 스택에서 지정된 BOP 기능을 작동시키는 별도의 유압 경로가 있는 2개 이상의 리던던트(redundant) 제어 시스템의 세트를 포함한다. 리던던트 제어 시스템은 일반적으로 블루 및 옐로우 제어 포드(pod)로 지칭된다. 공지된 시스템에서, 통신 및 전력 케이블은 정보 및 전력을 특정 어드레스를 갖는 액츄에이터로 전송한다. 그에 따라 액츄에이터는 유압 밸브를 이동시켜 일련의 다른 밸브/배관으로 이어지는 유체 경로를 개방함으로써 BOP의 일부를 제어하게 된다.A blowout preventer (BOP) system is a hydraulically controlled system used to prevent blowout from subsea oil and gas wells. Subsea BOP equipment typically includes a set of two or more redundant control systems with separate hydraulic pathways that operate designated BOP functions in the BOP stack. Redundant control systems are commonly referred to as blue and yellow control pods. In known systems, communication and power cables transmit information and power to actuators with specific addresses. The actuator then controls a portion of the BOP by moving a hydraulic valve to open a fluid path leading to a series of other valves/piping.
현재의 BOP 시스템의 하나의 단점은, 해상으로부터의 작동액의 연통이 한 쌍의 리던던트 도관을 통해 이루어지고, 유체는 제한된 측정 수단, 주로 단일의 유량계를 가지는 단일 공급원으로부터 공급된다는 점이다. 해저 구성 요소를 운반하기 위하여 공통의 유압 공급원을 사용하는 해상에 다수의 개별 제어 시스템이 있는 경우에, 해상의 여러 개별 제어 시스템은 공통 유량계 또는 공통 압력계와 같은 공통 측정 기기를 기초로 다른 제어 시스템에 의해 기능이 수행되었음을 정확히 인식하지 못할 수 있다. 예를 들어, 해저 구성 요소에 유압을 공급하여 기능을 실행하는 데 사용되는 주요 해상 제어 시스템은 해당 시스템에 공통 유량계가 있는 경우 상기 실행 기능을 백업 안전 시스템에 정확하게 전달하지 못할 수 있다.One disadvantage of current BOP systems is that the communication of the working fluid from the sea is through a pair of redundant conduits, and the fluid is supplied from a single source with limited measuring means, usually a single flow meter. In the case where there are multiple separate control systems at sea that use a common hydraulic supply to convey subsea components, the multiple separate control systems at sea can be used to control other control systems on the basis of a common measuring instrument such as a common flow meter or a common pressure gauge. It may not be accurately recognized that the function has been performed by For example, a primary offshore control system used to energize subsea components to execute a function may not accurately communicate that execution function to a backup safety system if that system has a common flowmeter.
공지된 시스템에서, 시스템이 하나의 유압원을 이용하는 2개 이상의 독립적 제어 시스템을 가지는 경우 특정 부하(specific load)에 이르는 유체를 측정하는 것은 곤란하다. 추가의 유량계 및 압력계를 부가하는 것은 시스템을 복잡하게 하고 다른 결점을 초래할 수 있다.In known systems, it is difficult to meter the fluid to a specific load when the system has two or more independent control systems using one hydraulic source. Adding additional flow and pressure gauges complicates the system and can lead to other drawbacks.
본 개시 내용의 시스템 및 방법의 실시예는, 다수의 제어 시스템을 가지는 시스템의 유량계의 모니터링 및 특정 부하로 가는 흐름의 차단을 허용한다. 방법의 실시예는 부하의 초기 활성화 및 초기 판독 신호의 동기화를 가능하게 한다. 유량계의 모니터링은 유량계의 노이즈 신호를 분리하고 다중 제어 시스템을 가지는 시스템 내의 의도된 부하로 진행하는 유량을 필터링하는 데 사용된다.Embodiments of the systems and methods of the present disclosure allow monitoring of flow meters in systems having multiple control systems and blocking of flow to specific loads. Embodiments of the method enable synchronization of the initial activation of the load and the initial readout signal. Monitoring of the flow meter is used to isolate the flow meter's noise signal and filter the flow going to the intended load in a system having multiple control systems.
본 개시 내용의 시스템 및 방법은 다중 제어 시스템을 위한 공통의 유압 시스템 및 유량계의 사용을 가능하게 한다. 본 개시 내용의 시스템 및 방법은 BOP 시스템의 분석 능력을 실질적으로 향상시키고 최소한의 센서 추가를 통해 개선된 진단 및 안전성을 허용한다.The systems and methods of the present disclosure enable the use of a common hydraulic system and flow meter for multiple control systems. The systems and methods of the present disclosure substantially enhance the analytical capabilities of BOP systems and allow for improved diagnostics and safety with minimal sensor additions.
본 발명은 블로아웃 방지기(BOP) 시스템 내의 작동액의 누적된 용적을 정확하게 측정 및 모니터링하는 방법을 개시한다. 이 방법은 관심 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즈(state machine algorithm)을 초기화하는 단계와 상태 머신 알고리즘에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 초기 유압 유량 기준치(baseline) 및 초기 압력 기준치를 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 시간에 따른 BOP 시스템의 총 유압 유량 및 압력을 모니터링하는 단계와 관심 BOP 기능과 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 관심 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 따라 완료되는 때를 결정하도록 상태 머신 알고리즘을 적용하는 단계를 더 포함한다.The present invention discloses a method for accurately measuring and monitoring the accumulated volume of working fluid in a blowout preventer (BOP) system. The method involves initializing a state machine algorithm responsive to activation of the BOP function of interest and measuring an initial hydraulic flow baseline and initial pressure baseline to generate hydraulic impedance variables used in the state machine algorithm. It includes steps to In some embodiments, the method further comprises monitoring the total hydraulic flow rate and pressure of the BOP system over time and applying a hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest. In some embodiments, the method further comprises applying a state machine algorithm to determine when the BOP function of interest is complete according to the total cumulative volume of working fluid.
또한, 본 명세서에는 관심 블로아웃 방지기(BOP) 기능에서 작동액의 누적된 용적을 정확하게 측정하고 모니터링하는 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 유압 파워 유닛((HPU)과 HPU에 유체 결합되어 HPU로부터 작동액의 흐름을 야기하도록 독립적으로 동작 가능한 적어도 2개의 제어 시스템을 포함하는 해상 유압 구성 요소; 상기 HPU로부터의 작동액의 흐름에 의해 수행되도록 동작 가능한 BOP 스택 기능을 가지는 BOP 스택을 포함하는 해저 BOP 구성 요소; 상기 HPU와 상기 BOP 스택 사이에 강성 도관 상에 배치되어 상기 HPU로부터 상기 BOP 스택으로의 작동액의 총 흐름을 측정하도록 동작 가능한 유체 유량계를 포함한다.Also disclosed herein is a system for accurately measuring and monitoring the accumulated volume of working fluid in a blowout preventer (BOP) function of interest. The system is a marine hydraulic component comprising a hydraulic power unit (HPU) and at least two control systems fluidly coupled to the HPU and independently operable to cause a flow of hydraulic fluid from the HPU; A subsea BOP component comprising a BOP stack having a BOP stack function operable to be performed by a subsea BOP component disposed on a rigid conduit between the HPU and the BOP stack to measure the total flow of hydraulic fluid from the HPU to the BOP stack. and a fluid flow meter operable to
일부 실시예에서, 시스템은 강성 도관에 작동액을 공급하는 HPU 상에 또는 HPU 근처에 배치되어 상기 HPU로부터 BOP 스택으로 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 측정하도록 동작 가능한 압력계와, 상기 유체 유량계로부터의 총 유체 흐름 데이터와 상기 압력계로부터의 라인 압력 데이터를 수신하도록 동작 가능한 프로세서를 구비하는 처리 유닛을 더 포함한다. 상기 처리 유닛은 저장된 명령들의 세트를 가지는 상기 프로세서와 통신하는 유형(有形)의 비일시적 메모리 매체를 포함하고 해당 메모리 매체와 통신하며, 상기 저장된 명령들의 세트는 상기 프로세서에 의해 실행 가능하고, 관심 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘을 초기화하는 단계; 상기 상태 머신 알고리즘에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 측정된 초기 유압 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 적용하는 단계; 시간에 따른 상기 HPU로부터 상기 BOP 스택으로의 작동액의 총 흐름 및 상기 HPU로부터 상기 BOP 스택으로의 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 모니터링하는 단계; 관심 BOP 기능과 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계; 상기 상태 머신 알고리즘을 적용하여 관심 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 따라 완료되는 때를 결정하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the system includes: a manometer disposed on or near the HPU supplying hydraulic fluid to a rigid conduit and operable to measure the line pressure of the total flow of hydraulic fluid from the HPU to the BOP stack; and a processing unit comprising a processor operable to receive total fluid flow data from the manometer and line pressure data from the manometer. The processing unit includes a tangible, non-transitory memory medium in communication with the processor having a stored set of instructions, the stored set of instructions executable by the processor, and the BOP of interest initiating a state machine algorithm responsive to activation of the function; applying a measured initial hydraulic flow rate reference value and an initial pressure reference value to generate a hydraulic impedance variable used in the state machine algorithm; monitoring the line pressure of the total flow of working fluid from the HPU to the BOP stack and the total flow of working fluid from the HPU to the BOP stack over time; applying a hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest; and applying the state machine algorithm to determine when the BOP function of interest is complete according to the total cumulative volume of working fluid.
추가로 개시된 장치는 명령들의 세트를 저장하는 유형의 비일시적 메모리 매체를 포함하며, 상기 명령들의 세트는 적절한 처리 유닛에 의해 실행될 때 상기 처리 유닛으로 하여금 이하의 단계들을 포함하는 방법을 수행하게 하며, 상기 단계들은: 관심 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘을 초기화하는 단계; 상기 상태 머신 알고리즘에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 측정된 초기 유압 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 적용하는 단계; 시간에 따른 상기 HPU로부터 상기 BOP 스택으로의 작동액의 총 흐름 및 상기 HPU로부터 상기 BOP 스택으로의 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 모니터링하는 단계; 상기 관심 대상의 BOP 기능과 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 상기 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계; 상기 상태 머신 알고리즘을 적용하여 상기 관심 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 따라 완료되는 때를 결정하는 단계를 포함한다.The further disclosed apparatus includes a tangible, non-transitory memory medium storing a set of instructions, which when executed by an appropriate processing unit cause the processing unit to perform a method comprising the steps of: The steps may include: initializing a state machine algorithm responsive to activation of the BOP function of interest; applying a measured initial hydraulic flow rate reference value and an initial pressure reference value to generate a hydraulic impedance variable used in the state machine algorithm; monitoring the line pressure of the total flow of working fluid from the HPU to the BOP stack and the total flow of working fluid from the HPU to the BOP stack over time; applying the hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest; and applying the state machine algorithm to determine when the BOP function of interest is complete according to the total cumulative volume of working fluid.
도 1은 BOP 스택의 대표적인 시스템 개요이다.
도 2는 BOP 시스템의 대표적인 시스템 다이어그램이다.
도 3은 본 개시 내용의 시스템 및 방법에 대한 최상위 시스템 다이어그램의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 해상 유압 장치 시뮬레이션의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 해저 유압 장치 시뮬레이션의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 상태 머신 시스템으로도 불리는 상태 머신 알고리즘을 사용한, 도 3~5에 기술된 시스템의 시뮬레이션을 위한 흐름도이다.
도 7은 시간에 따라 S(시스템이 허용하는 최대 유속)를 변화시키는 흐름 보상기 기능(S2)을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 5에 설명한 해저 유압 시스템에서의 반복 시퀀스 블록을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에 따른 흐름을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예를 통해 해상에서 기록된 압력을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예를 통해 해상에서 기록된 흐름을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에서 시간에 따라 유동하는 분당 갤론(gallons per minute: GPM) 및 총 갤론을 나타낸 그래프이다.
도 13은 제1 BOP 기능을 수행하는데 사용된 흐름의 정확한 판독을 획득하도록 총 흐름으로부터 제2 BOP 기능으로부터의 흐름 및 누설 흐름을 제거하기 위해 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 사용한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 제1 BOP 기능을 수행하는데 사용된 흐름의 정확한 판독을 획득하도록 총 흐름으로부터 제2 BOP 기능으로부터의 흐름 및 누설 흐름을 제거하기 위해 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 사용하는 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 개시 내용의 시스템 및 방법과 함께 유량 보상기 기능의 사용을 예시한 그래프이다.
도 16은 본 개시 내용의 시스템에서 모델링된 고장 기능의 결과에 대한 그래프를 나타낸다.
도 17은 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 위한 프로그램 로직을 나타내는 의사 결정 분지도(decision tree)에 대한 일 실시예를 제공한다.1 is a representative system overview of a BOP stack.
2 is a representative system diagram of a BOP system.
3 is a flow diagram illustrating one embodiment of a top-level system diagram for the systems and methods of the present disclosure.
4 is a flowchart illustrating an embodiment of a marine hydraulic system simulation.
5 is a flowchart illustrating one embodiment of subsea hydraulic system simulation.
Figure 6 is a flow chart for simulation of the system described in Figures 3-5 using a state machine algorithm, also referred to as a state machine system.
7 is a graph showing a flow compensator function (S 2 ) that varies S (maximum flow rate allowed by the system) over time.
FIG. 8 is a graph showing a repetitive sequence block in the subsea hydraulic system described in FIG. 5 .
9 is a graph illustrating a flow according to one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
10 is a graph showing pressure recorded at sea through one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
11 is a graph illustrating flow recorded at sea through one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
12 is a graph showing gallons per minute (GPM) and total gallons flowing over time in one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
13 is a graph illustrating the results of using the systems and methods of the present disclosure to remove flow from a second BOP function and leakage flows from the total flow to obtain an accurate reading of the flow used to perform the first BOP function. .
14 is a graph showing the results of using the systems and methods of the present disclosure to remove flow from a second BOP function and leakage flows from the total flow to obtain an accurate reading of the flow used to perform the first BOP function. to be.
15 is a graph illustrating the use of a flow compensator function with the systems and methods of the present disclosure.
16 shows a graph of the results of a modeled failure function in a system of the present disclosure.
17 provides one embodiment of a decision tree representing program logic for the systems and methods of the present disclosure.
설명된 방법과 시스템은 해저 BOP 시스템의 구성 요소와 함께 사용되며, 기본 처리 제어 시스템(BPCS)이 동일 유압원으로부터 비동기적으로 부하를 작동 온/오프시킬 수 있는 경우 안전 무결성 레벨(safety Integrity Level: SIL) 등급의 부하 또는 BPCS 기능(관심 기능)에 이르는 흐름을 결정하는 능력을 제공한다. 본 개시 내용의 시스템 및 방법은 BPCS의 상태 스위칭 및 스위칭 전이(switching transients) 현상에 의해 야기되는 흐름 노이즈뿐 아니라 시스템 내의 누출로 인한 흐름 노이즈를 제거한다.The described methods and systems are used with components of a subsea BOP system, where a basic process control system (BPCS) can operate loads on and off asynchronously from the same hydraulic source. SIL) rated load or flow to the BPCS function (function of interest). The systems and methods of the present disclosure eliminate flow noise caused by state switching and switching transients phenomena of the BPCS as well as flow noise due to leakage within the system.
본 명세서에 개시된 방법 및 시스템의 다른 용도는 예를 들어, 시스템에 존재하는 임의의 누출로부터의 흐름을 무시하면서 기능으로부터의 유량을 측정할 필요가 있는 시추 제어 시스템 등의 BPCS에 있다. 시스템 및 방법은 누설로 인한 기본 노이즈에서 기능 신호를 끌어낼 수 있다.Another use for the methods and systems disclosed herein is in BPCS, such as, for example, drilling control systems where it is necessary to measure flow from a function while ignoring flow from any leaks present in the system. Systems and methods can derive functional signals from fundamental noise due to leakage.
또한, 본 명세서에 개시된 방법의 보다 일반적인 용도는, 몇몇 독립적 제어 시스템이 공통의 유압원으로부터 기능을 작동시키는 설비 내에서 하나의 제어 시스템으로부터의 흐름을 측정하는 것을 포함한다. 시스템 및 방법은 로직 분지도(logic tree) 및 특정 알고리즘을 사용하여 다른 독립 제어 시스템을 무시하면서 관심 신호를 식별할 수 있다. A more common use of the methods disclosed herein also involves measuring flow from one control system in a facility where several independent control systems operate functions from a common hydraulic pressure source. The systems and methods may use a logic tree and specific algorithms to identify signals of interest while ignoring other independent control systems.
먼저, 도 1을 참조하면, BOP 스택의 대표적인 시스템 개요가 예시되어 있다. 도 1에는 하부 해양 수직관(riser) 패키지(LMRP)(102) 및 하부 스택(104)을 포함하는 BOP 스택(100)이 도시되어 있다. LMRP(102)는 환형부(annular)(106), 블루 제어 포드(108) 및 옐로우 제어 포드(110)를 포함한다. 핫 라인(112), 블루 도관(114) 및 옐로우 도관(120)은 수직관(122)으로부터 LMRP(102) 내로 그리고 도관 매니폴드(124)를 통해 제어 포드(108, 110)로 하방으로 이어진다. 블루 전력 및 통신 라인(116)과 옐로우 전력 밑 통신 라인(118)은 제어 포드(108, 110)로 각각 진행한다. LMRP 커넥터(126)는 LMRP(102)를 하부 스택(104)에 연결한다. 유압식으로 작동되는 웨지(128 및 130)는 셔틀 패널(134)과 같은 셔틀 패널에 접속될 수 있는 연결 가능한 호스 또는 파이프(132)를 현수하도록 배치된다.Referring first to Figure 1, a representative system overview of a BOP stack is illustrated. 1 shows a
하부 스택(104)은 블라인드 전단 램 BOP(136), 케이싱 전단 램 BOP(138), 제1 파이프 램(140) 및 제2 파이프 램(142)은 물론, 셔틀 패널(134)을 포함할 수 있다. BOP 스택(100)은 유정 헤드 연결부(144) 위에 배치된다. 하부 스택(104)은 BOP 스택(100) 내의 특정 기능을 작동시키기 위해 필요한 양의 작동액을 수용하는 선택적인 스택 장착 어큐뮬레이터(146)를 더 포함할 수 있다.The
이제 도 2를 참조하면, BOP 시스템에 대한 대표적인 시스템 다이어그램이 도시된다. BOP 시스템(200)은 해상 유닛(202)과 도 1에도 도시된 수직관(122)을 가지는 BOP 스택(100)을 포함한다. 해상 유닛(202)은 유압 파워 유닛(HPU)(210)과 통신하는 별개의 독립 제어 시스템(204, 206, 208)을 포함한다. 이들 독립 제어 시스템 중 임의의 하나가 작동 중일 때, 다시 말하면 HPU(210)로 하여금 BOP 스택(100)에 작동액[예를 들어, 유압 저장부(미도시)로부터] 및/또는 전류를 공급하도록 명령하면, 공통 도관(212)을 사용하여 BOP 스택(100)에 작동액 및/또는 전류를 제공한다. 작동액의 유량은 유량계(214)에 의해 측정된다. 또한, BOP 시스템(200)은 공통 압력 센서(216)를 포함할 수 있다. 이들 계량기(214, 216)는 해상 근처와 HPU(210) 근처에 배치된다.Referring now to FIG. 2, a representative system diagram for a BOP system is shown. The
BOP 시스템(200)의 하나의 예에서, 블라인드 전단 램 BOP(136) 및 케이싱 전단 램 BOP(138)는 활성화되는 것이 필요할 수 있다. 독립 제어 시스템(204)은 블라인드 전단 램 BOP(136)를 폐쇄하도록 작동액을 제공할 수 있다. 그러나, 이 작동액의 일부는 누출될 수 있다. 또한, 독립 제어 시스템(204)은 2가지 기능을 모두 수행하기에 충분한 작동액을 제공하지 못할 수 있고, 케이싱 전단 램 BOP(138)를 활성화시키지 못할 수 있다. 이 경우, 케이싱 전단 램 BOP(138)는 독립 제어 시스템(206 또는 208)에 의해 활성화되는 것이 필요할 수 있다. 이 경우, 독립 제어 시스템(206 또는 208)은 어느 하나의 기능 또는 양자의 기능을 수행하기 위해 독립 제어 시스템(204)에 의해 먼저 전달된 작동액 또는 부하의 양을 알 필요가 있다.In one example of
본 개시 내용의 시스템 및 방법이 없으면, 계량기(214)는 독립 제어 시스템(204)에 의해 수행되는 기능의 정확한 측정을 독립 제어 시스템(206, 208)에 제공할 수 없다. 총 유량 판독은 BOP 스택에서 해저의 개별 기능들을 수행하기 위해 얼마나 많은 작동액이 공급되었는지를 알기에 충분치 않다.Without the systems and methods of the present disclosure,
기술된 시스템 및 방법에서, 램(ram)과 같은 관심 기능이 작동 또는 활성화될 때, 상태 머신 시스템(600)(본 명세서에서 상태 머신 알고리즘으로도 지칭됨)과 같은 상태 머신은 모든 내부 변수와 플래그를 제거하고 초기 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 판독한다. 이 판독치는 관심 기능 이전에 실행되는 다른 기능 및/또는 누설로 인한 임의의 흐름을 무효화하는 데 사용되는 "유압 임피던스" 또는 수두 손실(head loss) 변수를 생성한다. 이 변수는 본 명세서에서 K로서 지칭되는 데, 여기서 K는 P/F이다. F는 작동액 흐름을 나타내며 P는 압력을 나타낸다. 상태 머신은 도 2의 계량기(214)와 같은 총량 유량계를 사용하며, 유량을 용적으로 적분한다. 상태 머신 내에서는 여기서 dF/dt로도 지칭되는 유량의 변화를 검출하는 조건이 모니터링된다.In the described systems and methods, when a function of interest, such as a ram, is actuated or activated, a state machine, such as state machine system 600 (also referred to herein as a state machine algorithm), executes all internal variables and flags. Remove and read the initial flow rate reference value and initial pressure reference value. This reading creates a “hydraulic impedance” or head loss variable that is used to negate any flow due to leakage and/or other functions that run before the function of interest. This variable is referred to herein as K, where K is P/F. F represents the working fluid flow and P represents the pressure. The state machine uses a total flow meter, such as
dF/dt가 큰 값으로 검출되고 관심 기능이 아직 완전치 않으면, 시스템은 총 흐름, 또는 달리 말하면, 관심 기능에 대한 흐름 및 갱신된 압력 값을 이용하여 기준치가 재설정된다. BOP 시스템에서, dF/dt가 큰 값으로 검출되고 기능이 아직 완전치 않은 상황은, 일부 실시예에서, 제1 기능이 완료되기 전에 제2 기능이 작동되는 것이 요청되는 것(도 13의 영역 B~C) 또는 호스 파손과 같은 유압 연결 실패를 포함할 수 있다. 로직 루프는 기능이 완료되거나 오류 상태를 판정할 때까지 계속된다. 오류 상태에는 주어진 기능이 완료되지 않았거나 주어진 기능에 대해 너무 많은 양의 작동액이 존재하는 상황이 포함될 수 있다. 예를 들어, 오류 상태는 (1) 기능의 경과 시간이 예컨대, 45초 등의 예상된 시간보다 길 때, (2) 용적이 필요한 기능 용적보다 크거나 같을 때, 또는 (3) 관심 기능이 비활성화된 경우에 생길 수 있다.If dF/dt is detected as a large value and the function of interest is not yet complete, the system is baselined using the total flow, or in other words, the flow for the function of interest and the updated pressure value. In a BOP system, a situation where dF/dt is detected as a large value and the function is not yet complete is, in some embodiments, a second function is requested to be activated before the first function is completed (area B in FIG. 13 ). ~C) or a hydraulic connection failure, such as a broken hose. The logic loop continues until the function is completed or an error condition is determined. Error conditions may include situations where a given function is not completed or there is too much fluid present for a given function. For example, an error condition may be (1) when the function's elapsed time is longer than expected, such as 45 seconds, (2) the volume is greater than or equal to the required function volume, or (3) the function of interest is inactive. may occur in case of
이제 도 3을 참조하면, 최상위 시스템 다이어그램의 일 실시예를 나타낸 흐름도가 제공된다. 본 개시 내용의 실험 및 시뮬레이션은 MATLAB® 컴퓨터 프로그램을 사용하여 프로그래밍, 실행 및 검증되었지만, 당업자는 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법이 예컨대, Siemens® 프로그래밍 가능한 로직 제어기와 같은 다른 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 사용하여 프로그래밍되고 실행될 수 있음을 알 것이다. Referring now to FIG. 3 , a flow diagram illustrating one embodiment of a top-level system diagram is provided. Although the experiments and simulations of the present disclosure were programmed, run, and verified using MATLAB® computer programs, those skilled in the art will understand that the systems and methods disclosed herein may be implemented using other software and/or hardware, such as, for example, Siemens® programmable logic controllers. and can be programmed and executed.
이제 도 3을 참조하면, 최상위 시스템 다이어그램의 일 실시예를 나타낸 흐름도가 제공된다. 시스템(300)에서는 단계(302)에서 해상 유압 장치(surface hydraulics)의 완전한 서브 시스템 모델[예, 도 2의 독립 제어 시스템(204, 206, 208) 참조]이 제공된다. 단계(302)는 도 4와 관련하여 아래에 더 설명된다. 단계(304)에서는 유압 누출, 관심 기능 및 예상되는 기능(즉, 관심 기능) 중에 행해지는 예상치 못한 기능을 모델링하는 서브 시스템 모델이 제공된다. 단계(304)는 도 5와 관련하여 아래에 더 설명된다. Referring now to FIG. 3 , a flow diagram illustrating one embodiment of a top-level system diagram is provided. In
단계(306)에서는 상태 머신의 필수 구성 요소인 하드웨어 타이머 및 신호가 정의된다. 일부 실시예에서, 단계(306)는 내부 컴퓨터 및/또는 프로그램 가능 로직 제어기 구성 요소 및/또는 독립형 타이밍 메커니즘을 정의하는 단계를 포함한다. 단계(308)에서는 상태 머신이 구현된다. 단계(310)에서는 시스템(300)에서 허용 가능한 최대 dF/dt가 정의된다. 허용 가능한 최대 dF/dt는 해상 유압 장치와 해저 유압 장치 사이의 긴 파이프(강체 도관)(도 2의 212 참조)로 인해 야기되는 기하급수적으로 증가하는 흐름을 수용하도록 동적으로 조정될 수 있다. 당업자는 예를 들어, 시스템(300)용 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터 내의 검증을 위해 추가적인 단계가 적용될 수 있다는 것을 알 것이다.In
이제 도 4를 참조하면, 해상 유압 장치 시뮬레이션의 일 실시예를 나타낸 흐름도가 제공된다. 시스템(400)은 도 3을 참조하여 설명된 단계(302)를 추가로 정의한다. 단계(402)에서, HPU의 기능 모델은 예를 들어 도 2의 HPU(210)와 같은 등가 회로로서 간단한 저장소를 사용하여 제공된다. 단계(404)에서, 선택적으로 GPM의 흐름을 측정하는 작동액 센서가 제공된다. 단계(406)에서, HPU 스키드 모델로부터 나오는, 선택적으로 GPM의 총 유량이 계산된다. 단계(404 및 406)는 유량계를 나타낸다. 단계(404 및 406)의 물리적인 일 실시예는 유체 유량계이다.Referring now to FIG. 4 , a flow diagram illustrating one embodiment of an offshore hydraulics simulation is provided.
단계(408)에서, 유압 센서가 제공된다. 단계(410)에서, HPU로부터의 배관과 강성 도관 사이의 시스템(400)의 압력계가 "압력 변환기"를 생성하는데 사용된다. 단계(408 및 410)는 함께 압력 전송기를 나타낸다. 다시 한번, 단계(402)는 HPU를 나타낸다. 단계(412)에서, 도 2의 도관(212)과 같은 강성 도관의 모델이 제공된다. 일부 실시예들에서, BOP 시스템의 해상 및 해저 구성 요소들 사이에 최대 2 마일의 강성 도관이 사용될 수 있고, 임의의 잠정적인 길이의 도관이 정확하게 모델링될 수 있다. 당업자는 예를 들어 시스템(400)용 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터 내의 검증을 위해 추가적인 단계가 적용될 수 있다는 것을 알 것이다.At
이제 도 5를 참조하면, 해저 유압 장치 시뮬레이션의 일 실시예를 나타낸 흐름도가 제공된다. 시스템(500)은 도 4을 참조하여 논의된 단계(304)를 추가로 정의한다. 단계(502)에서, 도 4에 도시된 해상 유압 장치 시뮬레이션으로부터의 작동액이 시스템(500)에 제공된다. 블록(504, 506, 508)은 각각 BPCS 기능, 안전 무결성 레벨(SIL) 기능 및 누설 흐름을 나타낸다. 이들 블록은 유사한 기능을 나타내지만, 블록(504)에서 BPCS 동기 신호는 고유하고, 누설 흐름을 나타내는 블록(508)에서는 보다 낮은 유량이 원하는 기능보다 누설을 나타내는데 사용된다.Referring now to FIG. 5 , a flow diagram illustrating one embodiment of a subsea hydraulic system simulation is provided.
단계(510)에서, 반복 시퀀스를 나타내는 신호가 시뮬레이션되고 단계(512)에서 나타낸 게이트 밸브를 개폐한다. 단계(512)에 나타낸 게이트 밸브는 작동액을 BOP 스택의 관심 기능에 공급하는 밸브이다. 단계(514)에서, BPCS에 대한 동기 신호가 계산되고, 이는 블록(504)에만 적용 가능하고, 블록(506 및 508)에는 적용 가능하지 않다. 단계(516)는 BOP 스택 기능에 요구되는 것과 거의 동일한 유량을 설정하는 파이프를 나타낸다. 당업자는 예를 들어 시스템(500)용 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터 내의 검증을 위해 추가적인 단계가 사용될 수 있음을 알 것이다.In
이제 도 6을 참조하면, 도 3~5에 설명된 시스템의 시뮬레이션을 위한 흐름도가 제공된다. 도 6은 본 개시 내용의 상태 머신 알고리즘에서 실행될 수 있는 기능들의 일 실시예를 제공한다. 본 명세서에 기술된 도면 및 실시예에서, 다음과 같은 약어가 적용 가능하다: A는 갤런으로 누적된 작동액 용적을 지칭하며; F는 작동액 흐름을 나타내며; P는 압력을 말하며; FM은 해상 유압 장치로부터의 유량계 측정치를 말하며; PM은 해상 유압 장치로부터의 압력계 측정치를 말하며; K는 "유압 임피던스" 또는 수두 손실 변수(P/F)를 나타내며; T는 초 단위의 시간을 나타내며; 오류는 오류의 감지 여부를 나타내는 플래그를 말하며; S는 시스템이 허용하는 최대 유량을 나타내며; S2는 시간에 따라 S(시스템이 허용하는 최대 유량)를 변화시키는 보상기를 지칭한다. S2는 제품이 극단적으로 짧은 배관 또는 커패시터가 포함되지 않은 전자 제품에 사용하는 경우 조정될 수 있다.Referring now to FIG. 6, a flow chart for simulation of the system described in FIGS. 3-5 is provided. 6 provides one embodiment of functions that may be implemented in the state machine algorithm of the present disclosure. In the figures and examples described herein, the following abbreviations are applicable: A refers to the accumulated hydraulic fluid volume in gallons; F represents the working fluid flow; P stands for pressure; FM refers to flow meter readings from offshore hydraulics; PM refers to pressure gauge readings from offshore hydraulics; K stands for “hydraulic impedance” or head loss parameter (P/F); T represents time in seconds; error refers to a flag indicating whether an error was detected; S represents the maximum flow rate allowed by the system; S 2 refers to a compensator that changes S (the maximum flow rate allowed by the system) over time. S 2 may be adjusted if the product is used for extremely short piping or electronic products that do not contain capacitors.
소정의 첨자 번호는 지시된 변수에 대한 일시적인 저장 위치를 나타낸다. 예를 들어, t2는 루프가 진행될 때 처리 시간에 사용되는 임시 위치이거나, F4는 일시적 유량을 저장하는 위치이다. "SilFnct"란 용어는 도 5와 관련하여 기술된 BPCS 동기 변수의 국부적인 표현이다.A predefined subscript number indicates a temporary storage location for the indicated variable. For example, t 2 is a temporary location used for processing time when the loop is running, or F 4 is a location to store a temporary flow rate. The term "SilFnct" is a local representation of the BPCS synchronization variable described with respect to FIG. 5 .
도 6의 단계(602)에서, 상태 머신 시스템(600)은 흐름을 모니터링하지 않는다. 단계(604)에서, 흐름 모니터링은 다음 함수들로 초기화된다: 입력: A = 0; 입력: F1 = FM; 입력: P1 = PM; 출력: K = P1/F1; 입력: 플래그 = 0; 입력: dt = 0; 입력: t2 = 0; 입력: t = 0; 입력: 오류 = 0; 입력: S2 = 5*S; 입력: F4 = 0; 및 출력: K2 = P1/F1. 단계(604)는 동기화 신호 이전에 변수의 시작 값을 설정하는 초기화 상태이다. 단계(606)에서, 흐름 모니터링은 다음 함수들로 계속 진행된다 : 입력: F2 = FM; P2 = PM; 입력: t = t+1; 입력: dt = t-t2; 출력: t2 = t; 출력: A = A +((FM-(PM/K))*dt/60); 및 출력: S2 = S*(1+5^exp(-t/2)). 흐름 모니터링을 위한 단계(606)는 주요 상태이다. 모니터링 상태 중에, 유량계 및 압력계가 모니터링되고, 도 3의 단계(306)에서 하드웨어 타이머 및 신호와 같은 하드웨어 클록에 응답하여 시간 변수가 업데이트된다. 또한, 합산기(totalizer)가 유량계를 통합하고 S2 보정기가 시간에 따라 계산된다. 단계(608)에서, 저장 기능은 입력: Fi-F1-(P1/K) 및 출력: 플래그 = 1로 수행된다. 모니터링 단계(606)에 제1 시간이 적용되면, 저장 기능에 대한 단계(608)가 실행된다. 단계(608)는 누설 또는 다른 기능에 기인할 수 있는 초기 유량을 포착한다.In
단계(610)에서, 갱신 기능은 다음 함수들로 수행된다: 입력 t = t+1; 입력: K3 = PM/(FM-F4); 및 출력: K =(K2*K3)/(K2+K3). 단계(612)에서, 세이브 프라이머리 S[save primary S(시스템이 허용하는 최대 유량)] 기능은 다음에 의해 수행된다: 입력: F4 = F2; P4 = P2; 및 입력: t = t-1. 단계(614)에서, 루프 체크는 출력: dF = FM-F2 및 입력: t = t+1로 수행된다. 단계(614)는 루프에 의해 사용되는 dF/dt를 계산한다. dF/dt가 GPM인 S2보다 작고 기능이 완료되지 않은 경우, 시스템은 모니터링 단계(606)로 복귀한다. dF/dt가 너무 크면, 프로세스는 단계(610, 612)에서 새로운 유압 임피던스 변수(K)를 계산함으로써 기준치를 재설정한다. 단계(616)는 더미 상태이다.At
더미 상태는 변수를 업데이트하지 않고 루프가 2개의 시간 사이클을 실행하여 시스템 내의 루프와 물리적 장치 사이의 동기화 기능을 제공하는 일시적인 상태이다.A dummy state is a transient state in which a loop executes two time cycles without updating a variable, providing synchronization between the loop and the physical device in the system.
단계(618)는 입력: 오류=1의 오류 상태이다. 단계(618)는 상태 머신 시스템(600)이 기능의 실패를 판정한 지점이다. 예를 들어, A>75, 즉 누적된 용적이 75 갤론보다 많고 관심 기능이 완료되지 않은 경우 오류 상태가 존재할 수 있다. 그렇지 않으면, 예를 들어, t>45이면서 A<67, 즉 경과 시간이 45초를 초과하고 누적된 용적이 관심 기능을 실행한 후에 여전히 67 갤론 미만인 경우 오류 상태가 존재할 수 있다. 이것은, 45초는 미국 석유 협회(API)가 요구하는 BOP 폐쇄 시간이고 67 갤론은 전단 램 BOP 폐쇄에 필요한 용적이므로 중요하다. 당업자는 예를 들어 시스템(600)용 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터 내의 검증을 위해 추가적인 단계가 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.Step 618 is an error condition of input: error=1. Step 618 is the point at which
이제 도 7을 참조하면, 시간에 따라 S(시스템이 허용하는 최대 유량)를 변화시키는 보상기(S2)를 나타내는 그래프가 제공된다. 도 6과 관련하여 언급된 바와 같이, S는 시스템이 허용하는 최대 유량을 지칭하고, S2는 시간에 따라 S(시스템이 허용하는 최대 유량)를 변화시키는 보상기를 지칭한다. 제품이 극히 짧은 배관 또는 커패시터가 포함되지 않은 전자 장치에 사용하는 경우 S2를 조정하는 것이 필요할 수 있다. S2는 초기 유량을 보상한다. 라인(700)은 시스템에 의해 허용되는 분당 최대 갤론인 S를 나타낸다. S2 보상기는 시간 경과에 따른 최대 허용 유량을 조정하여 유압 시스템의 과도 응답을 보상한다.Referring now to FIG. 7 , a graph is provided showing compensator S 2 varying S (maximum flow rate allowed by the system) over time. As mentioned in relation to FIG. 6, S refers to the maximum flow rate allowed by the system, and S 2 refers to a compensator that changes S (the maximum flow rate allowed by the system) over time. It may be necessary to adjust S 2 if the product is used for extremely short piping or electronic devices that do not contain capacitors. S 2 compensates for the initial flow rate.
이제 도 8을 참조하면, 도 5에서 설명한 해저 유압 시스템의 반복 시퀀스 블록을 나타내는 그래프가 제공된다. 라인(802)은 시스템(500)에서 모델링된 "누설"을 나타내며, 누설은 항시 활성화되어 모델링된다. 라인(804)은 시뮬레이션이 시작된 후 25초에 BPCS(관심 기능)가 활성화됨을 나타낸다. 라인(806)은 시뮬레이션이 시작된 후 50초에 SIL이 활성화됨을 나타낸다. 라인(808)은 BPCS가 오프 상태로 비활성화되었음을 나타낸다. 라인(810)은 SIL이 오프 상태로 비활성화되었음을 나타낸다.Referring now to FIG. 8 , a graph representing the repeating sequence blocks of the subsea hydraulic system described in FIG. 5 is provided.
도 9는 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에 따른 흐름을 나타내는 그래프이다. 도 1에 나타낸 BOP 스택(100)과 같은 BOP 스택에서, BOP 스택이 도 2의 공통 도관(212)과 같은 공통 도관으로부터 작동액을 수용할 때 일정량의 작동액 누출이 있을 것이다. 도 9에서, 누출은 라인(902)에 의해 일정량이 표시된다. 선택되는 누출량은 시뮬레이션시 행해지는 결정이다. 유효성을 검사하는 동안 시스템의 여러 오류에 대해 알고리즘이 안정적인지 확인하기 위해 여러 다양한 수준을 시험할 수 있다.9 is a graph illustrating a flow according to one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure. In a BOP stack, such as
25초에서, 라인(904)으로 나타낸 BPCS 기능이 BOP 스택의 기능을 수행하도록 유압 공급을 위해 활성화된다. 초기에, 유량은 약 600 GPM으로 빠르게 증가한 다음 약 74초에 단계적으로 0 GPM으로 다시 감소한다. 50초에서, 라인(906)으로 표시된 SIL 기능이 활성화되며, 이는 해상으로부터 추가적인 유압 부하를 필요로 한다. 알 수 있는 바와 같이, SIL 유량은 초기에 약 500 GPM으로 빠르게 증가한 다음 약 100초에서 0 GPM으로 감소한다.At 25 seconds, the BPCS function, represented by
여전히 도 9를 참조하면, 라인(908)은 해상으로부터 BOP 스택까지 측정된 총 유량을 나타낸다. 라인(908)은 라인(902)(누출), 라인(904)(관심 기능) 및 라인(906)(SIL 기능)의 흐름의 합계를 나타낸다. BOP 시스템(200)과 같은 BOP 시스템에서, 예컨대, 계량기(214)[도 9에서 라인(908)으로 나타냄]에 의해 해상에서 기록된 총 유량은 라인(902)으로 표시된 누출의 합, 라인(904)으로 나타낸 BPCS 기능(관심 기능) 및 라인(906)으로 표시된 SIL 기능을 포함한다. 예시된 바와 같이, 라인(908)은 BPCS 기능 흐름 및 SIL 기능 흐름 모두가 종료된 후 약 104초에서 감소되어 누출 흐름으로만으로 복귀된다.Still referring to FIG. 9 ,
도 10은 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에 따라 해상에서 기록된 압력을 나타내는 그래프이다. 라인(1002)은 도 9에 나타낸 시뮬레이션의 실시예에 대한 라인 압력의 감소를 나타낸다. 총 유량이 증가하면 라인 압력이 감소한다. 이러한 라인 압력 및 유량의 변화는 일부 실시예에서 도 2의 실시예에 예시된 계량기(214, 216) 등의 계량기에 의해 측정될 수 있다.10 is a graph showing pressure recorded at sea according to one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
도 11은 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에 따라 해상에서 기록된 유량을 나타내는 그래프이다. 라인(908)은 도 9에 예시된 시뮬레이션의 실시예에 대한 유량의 증가를 나타낸다. 총 유량이 증가함에 따라, 라인 압력은 감소한다(도 10에 예시됨). 이러한 라인 압력 및 유량의 변화는 일부 실시예에서 도 2의 실시예에 예시된 계량기(214, 216) 등의 계량기에 의해 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, BOP 시스템 내의 BOP 스택의 구성 요소들에 대한 작동액 유량을 정확하게 측정하기 위해 집계 압력 및 유량 측정치의 조합이 함께 사용된다. 다시, 본 명세서에서 시뮬레이션된 시스템 및 방법의 실시예는 MATLAB®에 의해 시뮬레이션되지만, 다른 상용 소프트웨어가 시스템 및 방법을 구현하기 위해 하드웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 압력 및 유량 곡선은 역전된 형상이므로, 유압 임피던스(P/F)는 주어진 상황에 대해 일정하다.11 is a graph showing flow rates recorded at sea in accordance with one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
도 12는 본 개시 내용의 시스템 및 방법의 시뮬레이션의 일 실시예에서 시간에 따라 흐르는 GPM 및 총 갤론을 나타내는 그래프이다. 라인(908)은 도 9에 설명된 시뮬레이션의 실시예로부터의 GPM 단위의 총 유량을 나타낸다. 시뮬레이션 내에는 적분 기능이 제공될 수 있다. 라인(1202)은 시간에 따라 BOP 스택으로 유동된 총 갤론 수를 나타내며, 이 라인은 총 유량을 시간에 대해 적분하여 계산된다.12 is a graph showing GPM and total gallons flowing over time in one embodiment of a simulation of the systems and methods of the present disclosure.
도 13은 누출 흐름 및 제2 기능의 흐름을 총 흐름으로부터 제거하여 BPCS 기능으로도 지칭되는 관심 기능으로의 작동액 흐름을 획득하기 위해 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 사용한 결과를 나타낸다. 도 9와 관련하여 논의된 바와 같이, 라인(908)은 해상으로부터 BOP 스택까지의 전체 흐름을 나타낸다. 라인(908)은 라인(902)(누출), 라인(904)(관심 대상 기능) 및 라인(906)(SIL 기능)의 흐름의 합계를 나타낸다. BOP 시스템(200)과 같은 BOP 시스템에서, 계량기(214)[도 9에서 라인(908)에 의해 나타냄]에 의해 해상에 기록된 총 유량은 라인(902)으로 표시된 누출, 라인(904)으로 표시된 BPCS(관심 기능) 및 라인(906)으로 표시된 SIL의 합을 포함한다. 라인(1202)은 BOP 스택에 대해 시간에 따라 유동된 총 갤론 수를 나타내며, 이 라인은 총 유량을 시간에 따라 적분함으로써 계산된다.FIG. 13 shows results of using the systems and methods of the present disclosure to remove leaky and secondary functional flows from the total flow to obtain a fluid flow to a function of interest, also referred to as a BPCS function. As discussed with respect to FIG. 9 ,
여전히 도 13을 참조하면, 계단식 라인(1302)은 무시할 필요가 있는 흐름을 보상하는, 도 6에 기술된 것과 유사한 상태 머신 알고리즘을 나타낸다. 예를 들어, 도 13의 실시예에서, 관심 대상의 값은 (1) BPCS(관심 기능)로의 GPM 단위의 흐름 및/또는(2) 시간 경과에 따라 BPCS(관심 기능)로 유동된 갤론 단위의 총 유량일 수 있다. 도 13의 A 영역에서, 25초 이전에서, 라인(908)은 GPM 단위의 누출을 나타낸다. 이 영역의 라인(1202)은 적분 함수로서 주어진 시간에서의 갤론 단위의 총 누출량을 나타낸다. 누출이 적분 함수[라인(1202)]에 누적됨에 따라, 상태 머신 알고리즘은 0 GPM으로 유지되다가 라인(1202)으로부터 분기하는 라인(1302)으로 나타낸 바와 같이 누적 누출량을 무시한다. 다시 말해, 도 2의 BOP 시스템(200)과 같은 BOP 시스템은 주어진 기능을 수행하는 데 필요한 작동액의 총량 측에 누출량을 포함해서는 안된다.Still referring to FIG. 13 , stepped
도 13의 B 영역에서, 25초 내지 50초 사이에서, 시스템에서 측정된 총 유량에 대한 라인(908)은 누출 및 BPCS 기능으로부터의 흐름을 포함한다. BPCS 기능은 25초에서 활성화된다. 이 영역에서, 통합된 총 유량에 대한 라인(1202)과 상태 머신 알고리즘에 대한 라인(1302)은 누출량만큼 오프셋되지만, 거의 동일한 기울기를 가진다. 50초에서, 제2 기능으로 지칭되는 SIL 기능이 활성화된다. 따라서, C 영역에서, 약 50초 내지 약 76초 사이에서, 라인(908)은 시스템에서의 총 누출량과 BPCS 기능에 대한 흐름 및 SIL 기능에 대한 흐름의 합을 나타낸다. 라인(1202)이 C 영역에서의 총 흐름의 집계를 계속하는 동안, 라인(1302)은 상태 머신 기능 알고리즘이 제2 SIL 기능으로부터의 흐름을 무시하고 있음을 보여준다. 상태 머신 알고리즘은 도 6의 변수 K와 관련하여 설명된 바와 같이 유량계 및 압력계에 의해 제공되는 측정치를 사용함으로써 누출 및 SIL 기능으로부터의 유량을 제거함으로써 BPCS 기능으로 진행하는 유량을 계산한다.In area B of FIG. 13 , between 25 and 50 seconds,
예를 들어, C 영역의 70초에서, 상태 머신 알고리즘에 대한 라인(1302)은 BPCS 기능으로 진행된 총 유량이 약 68 갤론임을 나타낸다. 상태 머신 알고리즘은 시스템의 누출 및 SIL 기능으로부터의 흐름을 카운트하지 않는다. 라인(1202)의 C 영역의 70초에서, 총 유량 수집기는 총 유량이 약 95 갤론임을 나타낸다. 이것은 누출로 인한 유량, 제1 BPCS 기능으로부터의 유량 및 제2 SIL 기능으로부터의 유량을 포함한다. 따라서, 상태 머신 알고리즘에 대한 라인(1302)은 관심 기능으로 진행하는 총 흐름의 정확한 판독을 제공하고, 누출 또는 2차 기능과 다른 유동원은 배제한다.For example, at 70 seconds of region C,
적용시, 관심 값은 BOP 기능이 수행된 때, 또는 다시 말해 해당 기능을 수행하기에 충분한 양의 작동액이 제공된 경우를 포함한다. 예를 들어, 라인(1304)은 상태 머신 알고리즘에 대한 라인(1302)이 약 76초에서 약 73 갤론에 도달함을 보여준다. 그러나, 총 유량의 적분을 위한 라인(1202)을 기초로, 약 62초에서 약 76 갤론에 도달한다. 따라서, 상태 머신 알고리즘은 관심 기능에 관련된 총 작동액 유량의 정확한 측정치를 제공함으로써 기능 달성시의 정확한 측정치를 제공한다.As applicable, the value of interest includes when the BOP function is performed, or in other words when a sufficient amount of working fluid is provided to perform the function. For example,
도 14는 제1 BOP 기능을 수행하는데 사용된 흐름의 정확한 판독을 획득하도록 집계 흐름으로부터 제2 BOP 기능으로부터의 흐름 및 누출 흐름을 제거하기 위해 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 사용한 결과를 나타내는 그래프이다. 25초에서, 라인(1302)으로 나타낸 상태 머신 알고리즘은 BPCS 기능이 활성화될 때 누적된 흐름의 총 용적을 계산하기 시작한다. 유사한 라벨의 라인은 이전 도면들에서 동일한 라인을 나타낸다.14 is a graph depicting the results of using the systems and methods of the present disclosure to remove leakage flows and flows from a second BOP function from an aggregate flow to obtain an accurate reading of flows used to perform a first BOP function. . At 25 seconds, the state machine algorithm represented by
도 15는 제1 BOP 기능을 수행하는 데 사용된 흐름의 정확한 판독을 획득하도록 집계 흐름으로부터 제2 BOP 기능으로부터의 흐름 및 누출 흐름을 제거하기 위해 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 사용한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 15에서, 라인(1502)은 도 6 및 도 7과 관련하여 전술한 유량 보상기 기능(S2)과 같은 유량 보상기 기능을 나타낸다. 제2 기능인 SIL이 활성화되는 50초에서, 총 유량을 측정하는 시스템의 유량계를 나타내는 라인(908)의 상승 시간은 시스템(200)에 예시된 도관(212)과 같은 강성 도관의 길이로 인해 느려진다. 즉, 제2 기능의 활성화와 유량계에서의 판독 사이에는 지연이 있다. 유량 보상기 기능(S2)과 같은 유량 보상기 기능을 추가하는 것은 라인(1504)에 의해 나타낸 직선형 라인 전이를 제공하며, 이는 상태 전이의 수행에 유리하다.15 is a graph showing the results of using the systems and methods of the present disclosure to remove flow from a second BOP function and leakage flows from an aggregate flow to obtain an accurate reading of the flow used to perform the first BOP function. to be. In FIG. 15 ,
도 16은 본 개시 내용의 시스템에서 모델링된 고장 기능의 결과에 대한 그래프를 나타낸다. 도 16은 잘못된 시간에 밸브를 작동 정지하도록 BPCS 타이밍 드라이버를 변경한 실험 시뮬레이션을 나타낸다. 그래프는 모든 결과를 보여주기 위해 정규화된다. 라인(1602)은 결함이 있는 기능을 나타내고, 라인(1604)은 총 유량을 나타내며, 라인(1606)은 에러 신호를 나타낸다. 실험은 일부 실시예에서, 기능이 작동되는 시간동안 허용 가능한 최소 유량이 추가될 필요가 있음을 보여준다. 또한, 일부 실시예에서, 예를 들어, 고정구에서 호스가 제거되는 것과 같이 높은 유속으로 인해 생기는 잘못된 경우를 잡기 위해 소정의 기능에 대해 최대 유량이 추가된다.16 shows a graph of the results of a modeled failure function in a system of the present disclosure. Figure 16 shows an experimental simulation where the BPCS timing driver is modified to deactivate the valve at the wrong time. Graphs are normalized to show all results.
도 17은 본 개시 내용의 시스템 및 방법을 위한 프로그램 로직을 나타내는 의사 결정 분지도(decision tree)에 대한 일 실시예를 제공한다. BOP 시스템(200)과 같은 BOP 시스템에서, 단지 하나의 집계 유량계 및 하나의 집계 압력계가 제공된다. 도 17에서, S는 허용 가능한 유량 스텝 변화, t는 시간, K는 "유압 저항", P는 압력, F는 유량, A는 누적 용적을 나타낸다. 시작시, 단계(1702)에서 A=0이다. 단계(1704)에서, 제1 유량(F1)이 측정되고 제1 압력(P1)이 측정된다. 단계(1706)에서, K에 대한 값이 계산되는데, 여기서 K=P1/F1이다. 단계(1708)에서, BOP 기능이 활성화된다. 단계(1710)에서, 제2 유량 측정치(F2)가 측정되고 제2 압력 측정치(P2)가 측정된다. 단계(1712)에서, 로직이 A=0인지 여부를 검사한다. 긍정이면, 단계(1714)에서, 초기 유량(Fi)이 저장되고, Fi=F2-(P2/K)이다. 단계(1714) 후에, 프로세스는 단계(1716)로 진행한다.17 provides one embodiment of a decision tree representing program logic for the systems and methods of the present disclosure. In a BOP system, such as
단계(1712)에서 A가 0이 아닌 경우, 단계(1716)에서 다음이 계산된다: A = A +(F2-P2/K)*t. 단계(1718)에서, 제3 유량(F3)이 측정된다. 단계(1720)에서, △F가 다음과 같이 유량의 변화에 대해 계산된다: △F=F3-F2. 단계(1722)에서, |△F| > S이면 의사 결정 분지도는 단계(1724)로 진행한다. |△F|가 S보다 크지 않으면, 의사 결정 분지도는 단계(1710)로 진행한다. 단계(1724)에서, A가 완료되거나, 또는 다시 말해 누적된 용적이 원하는 누적 용적에 도달하면, 의사 결정 분지도는 단계(1726)에서 완료된다. 누적된 용적이 원하는 누적 용적에 도달하지 못하거나 A가 완료되지 않은 경우, 의사 결정 분지도는 제1 유량값(F4)과 제4 압력값(P4)을 판독하는 단계(1728)로 전환된다. 단계(1730)에서, K는 K = P4/(F4-Fi)에 따라 다시 한번 계산된다. 단계(1730) 후에, 의사 결정 분지도는 단계(1710)로 되돌아가고, A가 완료되거나 원하는 누적된 용적이 달성될 때까지 로직이 수행된다.If A is non-zero in
기술된 개시 내용의 다양한 실시예에서, 당업자는 다양한 컴퓨터 및 서버, 예를 들어 컴퓨터, 컴퓨터 서버, 웹 서버 또는 본 개시 내용의 실시예에서의 다른 컴퓨터와 관련하여 기술된 메모리와 같은 다양한 종류의 메모리가 컴퓨터에 의해 판독 가능하다는 것을 인식할 것이다.In various embodiments of the described disclosure, those skilled in the art will appreciate various types of memory, such as memory described in connection with various computers and servers, such as computers, computer servers, web servers, or other computers in embodiments of the present disclosure. It will be appreciated that is readable by a computer.
지정되지 않은 단수 형태와 지정된 단수 형태는 문맥이 분명히 달리 지시하지 않는 한, 복수 대상을 포함한다.The unspecified singular form and the designated singular form include the plural unless the context clearly dictates otherwise.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예는 한정되지 않지만: 판독 전용 메모리(ROM), CD-ROM 및 DVD-ROM과 같은 하나 이상의 비휘발성의 하드 코딩형 매체, 또는 소거 가능하고 전기적으로 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM); 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, CD-R/RW, DVD-RAM, DVD-R/RW, DVD+R/RW, 플래시 드라이브, 메모리 스틱 및 기타 최신 유형의 메모리와 같은 기록 가능한 종류의 매체; 및 디지털 및 아날로그 통신 링크와 같은 전송 방식의 매체를 포함한다. 예를 들어, 이러한 매체는 이전에 기술된 시스템 및 방법 단계와 관련된 명령뿐만 아니라 운영 명령을 포함할 수 있고 컴퓨터 상에서 작동할 수 있다. 당업자는 이러한 매체가 예컨대, 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터 프로그램물을 저장하도록 기술된 위치 대신에 또는 그에 추가하여 다른 위치에 있을 수 있음을 이해할 것이다. 당업자는 이전에 기술된 다양한 소프트웨어 모듈들 또는 전자 부품들이 전자 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들 둘의 조합에 의해 구현되고 유지될 수 있고, 이러한 실시예들이 본 개시 내용의 실시예들에 의해 고려될 수 있음을 이해할 것이다.Examples of computer-readable media include, but are not limited to: read-only memory (ROM), one or more non-volatile hard-coded media such as CD-ROMs and DVD-ROMs, or removable, electrically programmable read-only memory (EEPROM). ); recordable media such as floppy disks, hard disk drives, CD-R/RW, DVD-RAM, DVD-R/RW, DVD+R/RW, flash drives, memory sticks and other modern types of memory; and transmission-type media such as digital and analog communication links. For example, such media may contain operational instructions as well as instructions relating to the previously described system and method steps and operable on a computer. Those skilled in the art will understand that such media may be located in other locations instead of or in addition to the locations described for storing computer program products, including, for example, software. Those skilled in the art can understand that various previously described software modules or electronic components may be implemented and maintained by electronic hardware, software, or a combination of both, and that such embodiments may be considered by embodiments of the present disclosure. will understand
도면 및 명세서에서는 본 개시 내용의 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체의 실시예가 개시되어 있으며, 특정 용어가 사용되었지만, 해당 용어는 한정의 목적이 아니라 설명의 의미로만 사용된 것이다. 본 개시 내용의 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체의 실시예는 이들 예시된 실시예를 특히 참조하여 매우 상세하게 설명되었다. 그러나, 전술한 명세서에 기재된 본 개시 내용의 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체의 실시예의 취지 및 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 분명하며, 이러한 수정 및 변경은 본 개시 내용의 균등물 및 일부로 간주되어야 한다.In the drawings and specifications, embodiments of a non-transitory computer-readable medium storing a method, system, and computer program of the present disclosure are disclosed, and specific terms are used, but the terms are used only for descriptive purposes and not for limiting purposes. it was used Embodiments of methods, systems, and non-transitory computer-readable media storing computer programs of the present disclosure have been described in great detail with particular reference to these illustrated embodiments. However, it is clear that various modifications and changes may be made within the spirit and scope of the embodiments of the method, system, and non-transitory computer-readable medium storing the computer program of the present disclosure described in the foregoing specification, and such modification and modifications are to be considered equivalents and parts of this disclosure.
Claims (20)
관심 대상 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘(600)을 초기화하는 단계;
상기 상태 머신 알고리즘(600)에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 초기 유압 유량 기준치(baseline) 및 초기 압력 기준치를 측정하는 단계;
시간 경과에 따른 상기 BOP 시스템(200)의 총 유압 유량 및 압력을 모니터링하는 단계;
상기 관심 대상 BOP 기능에 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 상기 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계;
상기 관심 대상 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 응답하여 완료되는 때를 결정하도록 상기 상태 머신 알고리즘(600)을 적용하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A method for accurately measuring and monitoring the accumulated volume of working fluid in a blowout preventer (BOP) system (200), the method comprising:
initializing a state machine algorithm (600) responsive to activation of the BOP function of interest;
measuring an initial hydraulic flow baseline and an initial pressure baseline to generate hydraulic impedance variables used in the state machine algorithm (600);
monitoring the total hydraulic flow rate and pressure of the BOP system 200 over time;
applying the hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest;
applying the state machine algorithm (600) to determine when the BOP function of interest is complete in response to the total accumulated volume of working fluid.
A method comprising a.
유압 파워 유닛(HPU)(210) 및 적어도 2개의 제어 시스템(204, 206)을 포함하는 해상 유압 장치 구성 요소로서, 상기 적어도 2개의 제어 시스템(204, 206)은 상기 HPU(210)와 유체 결합되고(fluidly coupled), 상기 HPU(210)로부터 작동액이 유동되도록 독립적으로 작동 가능한 것인 해상 유압 장치 구성 요소;
BOP 스택(100)을 포함하는 해저 BOP 구성 요소로서, 상기 BOP 스택(100)은 상기 HPU(210)로부터의 작동액의 흐름에 의해 수행되도록 작동 가능한 BOP 스택 기능들을 포함하는 것인 해저 BOP 구성 요소(100, 122);
상기 HPU(210)와 상기 BOP 스택(100) 사이에서 강성 도관(212) 근처에 배치되고, 상기 HPU(210)로부터 상기 BOP 스택(100)까지의 작동액의 총 흐름을 측정하도록 작동 가능한 유체 유량계(214);
작동액을 상기 강성 도관(212)에 공급하는 상기 HPU(210) 근처에 배치되고, 상기 HPU(210)로부터 상기 BOP 스택(100)까지 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 측정하도록 작동 가능한 압력계(216);
다음의 단계들을 포함하는 방법을 수행하도록 작동 가능한 처리 유닛
을 포함하고, 상기 단계들은:
상기 관심 대상 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘(600)을 초기화하는 단계;
상기 상태 머신 알고리즘(600)에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 측정된 초기 유압 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 적용하는 단계;
시간 경과에 따라 상기 HPU(210)로부터 상기 BOP 스택(100)까지 작동액의 총 흐름 및 상기 HPU(210)로부터 상기 BOP 스택(100)까지 상기 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 모니터링하는 단계;
상기 관심 대상 BOP 기능에 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 상기 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계; 및
상기 관심 대상 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 응답하여 완료되는 때를 결정하도록 상기 상태 머신 알고리즘(600)을 적용하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.A system for accurately measuring and monitoring the accumulated volume of working fluid in a blowout preventer (BOP) function of interest, the system comprising:
A marine hydraulic system component comprising a hydraulic power unit (HPU) (210) and at least two control systems (204, 206), said at least two control systems (204, 206) being fluidly coupled to said HPU (210). A marine hydraulic system component that is fluidly coupled and independently operable so that the hydraulic fluid flows from the HPU 210;
A subsea BOP component comprising a BOP stack (100), wherein the BOP stack (100) includes BOP stack functions operable to be performed by the flow of hydraulic fluid from the HPU (210). (100, 122);
A fluid flow meter disposed near a rigid conduit 212 between the HPU 210 and the BOP stack 100 and operable to measure the total flow of working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100. (214);
A manometer disposed near the HPU 210 supplying the working fluid to the rigid conduit 212 and operable to measure the line pressure of the total flow of the working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100 ( 216);
A processing unit operable to perform a method comprising the steps of:
Including, the steps are:
initializing a state machine algorithm (600) responsive to activation of the BOP function of interest;
applying a measured initial hydraulic flow rate reference value and an initial pressure reference value to create a hydraulic impedance variable used in the state machine algorithm (600);
Monitoring the total flow of working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100 and the line pressure of the total flow of the working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100 over time;
applying the hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest; and
applying the state machine algorithm (600) to determine when the BOP function of interest is complete in response to the total accumulated volume of working fluid.
A system comprising a.
상기 단계들은:
관심 대상 BOP 기능의 활성화에 응답하는 상태 머신 알고리즘(600)을 초기화하는 단계;
상기 상태 머신 알고리즘(600)에 사용되는 유압 임피던스 변수를 생성하도록 측정된 초기 유압 유량 기준치 및 초기 압력 기준치를 적용하는 단계;
시간 경과에 따라 HPU(210)로부터 BOP 스택(100)까지 작동액의 총 흐름 및 상기 HPU(210)로부터 상기 BOP 스택(100)까지 상기 작동액의 총 흐름의 라인 압력을 모니터링하는 단계;
상기 관심 대상 BOP 기능에 무관한 BOP 시스템 유압 흐름을 무효화하도록 상기 유압 임피던스 변수를 적용하는 단계; 및
상기 관심 대상 BOP 기능이 작동액의 총 누적 용적에 응답하여 완료되는 때를 결정하도록 상기 상태 머신 알고리즘(600)을 적용하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.A tangible non-transitory memory medium that stores a set of instructions, wherein the set of instructions when executed by a processing unit causes the processing unit to perform a method comprising the steps of: As a device characterized in that,
These steps are:
initializing a state machine algorithm (600) responsive to activation of the BOP function of interest;
applying a measured initial hydraulic flow rate reference value and an initial pressure reference value to create a hydraulic impedance variable used in the state machine algorithm (600);
Monitoring the total flow of the working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100 and the line pressure of the total flow of the working fluid from the HPU 210 to the BOP stack 100 over time;
applying the hydraulic impedance variable to negate BOP system hydraulic flow unrelated to the BOP function of interest; and
applying the state machine algorithm (600) to determine when the BOP function of interest is complete in response to the total accumulated volume of working fluid.
A device comprising a.
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