KR20200014886A - 분출 방지기 제어를 위한 sil 등급 시스템 - Google Patents

Abstract

하부 마린 라이저 패키지(LMRP, lower marine riser package)와 착탈 가능하게 체결되는 하부 스택에 위치되는 해저 분출 방지기(BOP, subsea blowout preventer)를 위한 제어 시스템. 제어 시스템은 해저 BOP를 동작시키기 위한 명령들을 발생시키는 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 해면 로직 솔버, LMRP에 부착되고 제1 해저 로직 솔버가 해면 로직 솔버로부터 명령들을 수신하도록 해면 로직 솔버와 통신하는 제1 해저 로직 솔버, 및 하부 스택의 유압 제어 장치에 부착되는 제2 해저 로직 솔버를 포함한다. 제2 해저 로직 솔버는 제2 해저 로직 솔버가 제1 해저 로직 솔버로부터 명령들을 수신하고 BOP를 동작시키기 위해 유압 제어 장치를 활성화시킴으로써 명령들을 구현하도록 해저 BOP 및 제1 해저 로직 솔버와 유압 통신한다.

Description

분출 방지기 제어를 위한 SIL 등급 시스템

관련 출원 상호 참조

본 출원은 미국 정규 특허 출원 번호 14/870,249의 일부 계속 출원이며, 이는 2015년 9월 30일에 출원되었고, 미국 가 특허 출원 번호 62/057,586의 우선권을 주장하며, 이는 2014년 9월 30일에 출원되었고, 미국 가 특허 출원 번호 62/067,829의 우선권을 주장하며, 이는 2014년 10월 23일에 출원되었으며, 이의 전체 개시 내용은 이에 의해 그 전체가 참고로 여기에 통합된다.

기술분야

여기에 개시된 실시 예들은 일반적으로 해저 분출 방지기들(BOP들)에 대한 제어 시스템들에 관한 것이다. 특히, 여기에 개시된 실시 예들은 BOP 제어 시스템에 추가하여 백업 또는 강화된 기능들을 제공하기 위한 시스템들에 관한 것이다.

원유 및 가스에 대한 해저 시추는 통상적으로 선박을 사용하는데, 이는 해저 근처로 연장되는 라이저를 갖는, 해면 상의, 예를 들어, 시추선 또는 플랫폼일 수 있다. 라이저의 하단은 하부 마린 라이저 패키지에 부착되며, 이는 몇몇 다른 것 중에서도, 해저 근처 시추 시스템의 구성요소들을 제어하기 위한 제어 포드들을 포함한다. 라이저 아래에는 통상적으로 하위 스택이 위치되며, 이는 웰헤드에 장착되는 분출 방지기(BOP, blowout preventer)를 포함한다. 시추 파이프는 산유 형성을 위해 해면의 선박으로부터, 해저로의 라이저를 통해, BOP를 통해, 그리고 웰헤드를 통해 웰보어로 연장된다.

BOP의 하나의 목적은 웰보어로부터 환경으로 원유 및 가스가 빠져 나가는 것을 방지하기 위한 페일 세이프 메커니즘으로서의 역할을 하기 위한 것이다. 이러한 작업을 실현하기 위해, BOP는 통상적으로 복수의 램을 포함한다. 몇몇 램은 탄성 중합체 시일들을 가지며 파이프 주위 애뉼러스를 밀봉하는 데 필요할 경우 드릴 파이프 주위를 폐쇄시키도록 설계된다. 그렇게 하면, 예기치 않은 압력 서지로 인해 오일과 가스가 웰보어로부터 애뉼러스를 통과하려 할 경우, BOP가 폐쇄되어 유출을 막을 수 있다. 블라인드 시어 램들을 비롯한 다른 몇몇 램이 시어링 램들로 알려져 있고, 굴착 파이프 및 웰보어 내로 연장되는 다른 몇몇 아이템을 통해 내뚫어져 주변 환경으로부터 웰보어를 완전히 밀봉하도록 설계된다.

해저 시추 작업 시 BOP에 의해 수행되는 안전 기능들에 기인하여, 모든 BOP 제어 시스템 및 구성요소가 올바르게 작동하는지 확인하고 장애 발생 시 가외 백업 시스템들을 제공할 필요가 있다. 따라서, 안전 계장 시스템(instrumented system) 형태로 된 가외성 및 모니터링 기능을 추가하는 것이 바람직하다.

또한, 해저 시추가 더 깊은 수역으로 확장됨에 따라, BOP가 위치되는 해저의 압력이 증가한다. 압력이 높을수록, 웰 샐 경우 결과가 막대해지고, BOP들 자체는 안전 확보를 위해 설계 수정을 필요로 한다. 따라서, BOP 제어 시스템을 백업하고 그 기능을 모니터링하기 위한 새로운 안전 계장 시스템이 필요하다.

본 발명의 일 양태는 하부 마린 라이저 패키지(LMRP, lower marine riser package)와 착탈 가능하게 체결되는 하부 스택에 위치되는 해저 분출 방지기(BOP, subsea blowout preventer)를 위한 제어 시스템을 제공한다. 제어 시스템은 해저 BOP를 동작시키기 위한 명령들을 발생시키는 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 해면 로직 솔버, LMRP에 부착되고 제1 해저 로직 솔버가 해면 로직 솔버로부터 명령들을 수신하도록 해면 로직 솔버와 통신하는 제1 해저 로직 솔버, 및 하부 스택의 유압 제어 장치에 부착되는 제2 해저 로직 솔버를 포함한다. 제2 해저 로직 솔버는 제2 해저 로직 솔버가 제1 해저 로직 솔버로부터 명령들을 수신하고 BOP를 동작시키기 위해 유압 제어 장치를 활성화시킴으로써 명령들을 구현하도록 해저 BOP 및 제1 해저 로직 솔버와 유압 통신한다.

일부 실시 예에서, 하부 스택은 유압 연결기에 의해 LMRP에 부착될 수 있고, 유압 제어 장치는 유압 연결기를 제어할 수 있다. 다른 몇몇 실시 예에서, 하부 스택은 유압 연결기에 의해 LMRP에 부착될 수 있고, 유압 연결기는 어큐뮬레이터에 의해 전력을 공급 받을 수 있다.

특정 실시 예들에서, 해면 로직 솔버, 제1 해저 로직 솔버 및 제2 해저 로직 솔버는 각각 중앙 처리 장치(CPU)를 포함할 수 있다. 다른 몇몇 실시 예에서, 해면 로직 솔버는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함할 수 있고, 제1 해저 로직 솔버 또는 제2 해저 로직 솔버, 또는 양자는 확장 입력/출력(I/O) 카드를 포함할 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 해면 로직 솔버는 고압선들 및 광통신선들을 갖는 케이블에 의해 제1 해저 로직 솔버에 연결될 수 있고, 제1 해저 로직 솔버는 저압선들을 갖고 광통신선들은 갖지 않는 케이블에 의해 제2 해저 로직 솔버에 연결될 수 있다. 또한, 시스템은 제2 해저 로직 솔버와 통신하고 그에 의해 제어 가능한 어쿠스틱 포드(acoustic pod)를 더 포함할 수 있다.

대안적인 실시 예들에서, 시스템은 로직 솔버에 연결되는 인간 기계 인터페이스 패널, 및 해면 로직 솔버에 의해 검출되는 미리 결정된 조건들에 기초하여 해면 로직 솔버에 명령들을 자동으로 발행하는 해면 로직 솔버와 통신하는 자동 제어기를 더 포함할 수 있다. 그러한 실시 예에서, 시스템은 또한 제1 위치 및 제2 위치를 갖는 키 스위치, 해면 로직 솔버와 인간 기계 인터페이스 패널 사이에서 개방 통신하는 제1 포지션 및 해면 로직 솔버와 자동 제어기 사이에서 개방 통신하는 제2 포지션을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태는 BOP를 제어하기 위해 각각 BOP와 유압 통신하는 제1 및 제2 제어 포드들을 갖는 LMRP와 착탈 가능하게 체결되는 하부 스택에 위치되는 해저 BOP를 위한 가외 제어 시스템을 제공한다. 시스템은 해저 BOP를 동작시키기 위한 명령들을 발생시키는 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 해면 로직 솔버, 및 제1 제어 포드에 부착되고 해면 로직 솔버와 통신하는 제1 해저 로직 솔버를 포함하며, 제1 해저 로직 솔버는 제1 해저 로직 솔버가 해면 로직 솔버로부터 명령들을 수신하고 BOP를 동작시키기 위해 제1 제어 포드를 활성화시킴으로써 명령들을 구현할 수 있도록 제1 제어 포드와 통신한다. 또한, 시스템은 제2 제어 포드에 부착되고 해면 로직 솔버와 통신하는 제2 해저 로직 솔버를 포함하며, 제2 해저 로직 솔버는 제2 해저 로직 솔버가 해면 로직 솔버로부터 명령들을 수신하고 BOP를 동작시키기 위해 제2 제어 포드를 활성화시킴으로써 명령들을 구현할 수 있도록 제2 제어 포드와 통신한다.

몇몇 실시 예에서, 하부 스택은 유압 연결기에 의해 LMRP에 부착될 수 있고, 유압 연결기는 제1 해저 로직 제어기 및 제2 해저 로직 제어기와 통신할 수 있다. 다른 몇몇 실시 예에서, 하부 스택은 유압 연결기에 의해 LMRP에 부착될 수 있고, 유압 연결기는 어큐뮬레이터에 의해 전력을 공급 받을 수 있다.

특정 실시 예들에서, 해면 로직 솔버, 제1 해저 로직 솔버 및 제2 해저 로직 솔버는 각각 CPU를 포함할 수 있다. 다른 몇몇 실시 예에서, 해면 로직 솔버는 CPU를 포함할 수 있고, 제1 해저 로직 솔버 또는 제2 해저 로직 솔버, 또는 양자는 확장 I/O 카드를 포함할 수 있다. 또한, 제어 시스템은 제1 해저 로직 솔버 및 제2 해저 로직 솔버와 통신하고 그에 의해 제어 가능한 어쿠스틱 포드(acoustic pod)를 더 포함할 수 있다.

대안적인 실시 예들에서, 시스템은 상기 로직 솔버에 연결되는 인간 기계 인터페이스 패널, 및 상기 해면 로직 솔버에 의해 검출되는 미리 결정된 조건들에 기초하여 상기 해면 로직 솔버에 명령들을 자동으로 방행하는 해면 로직 솔버와 통신하는 자동 제어기를 더 포함할 수 있다. 그러한 실시 예에서, 시스템은 또한 제1 위치 및 제2 위치를 갖는 키 스위치, 해면 로직 솔버와 인간 기계 인터페이스 패널 사이에서 개방 통신하는 제1 포지션 및 해면 로직 솔버와 자동 제어기 사이에서 개방 통신하는 제2 포지션을 가질 수 있다.

본 기술의 또 다른 일 양태는 해저 분출 방지기(BOP)를 제어하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 해면 로직 솔버에 명령 신호를 발생시키는 단계, 명령 신호를 하부 마린 라이저 패키지에 부착되는 제1 해저 로직 솔버에 송신하는 단계, 명령 신호를 해저 BOP와 통신하는 하부 스택의 유압 제어 장치에 부착되는 제2 해저 로직 솔버에 송신하는 단계, 명령 신호에 따라 유압 제어 장치로 해저 BOP를 동작시키는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 해면 로직 솔버와 제1 해저 로직 솔버 사이 제1 송신 단계는 해면 로직 솔버와 제1 해저 로직 솔버 사이 광케이블을 통해 수행될 수 있다. 유사하게, 제1 로직 솔버와 제2 로직 솔버 사이 제2 송신 단계는 제1 해저 로직 솔버와 제2 해저 로직 솔버 사이 구리선을 통해 수행될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 제1 해저 로직 솔버는 명령 신호를 광 신호에서 구리 신호로 변환할 수 있다.

본 기술의 다른 실시 예는 프로세스 제어기, 기능을 실행하기 위해 상기 해저 BOP에 유압유를 제공하기 위해 제1 유압 회로를 통해 상기 프로세스 제어기와 통신하는 유압 펌프, 및 복수의 밸브를 포함하는 유압 제어 장치로서, 각각의 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP 사이 상기 유압의 흐름을 조절하기 위한, 유압 제어 장치을 포함하는 해저 BOP를 위한 제어 시스템을 제공한다. 제어 시스템은 상기 기능을 모니터링하는 상기 해저의 표면에 또는 그 위에 위치되는 로직 솔버, 및 복수의 밸브를 포함하는 제어 패널로서, 각각의 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP 사이 상기 유압의 흐름을 조절하기 위한 것인, 상기 제어 패널을 더 포함한다. 상기 제어 패널은 상기 기능상의 이상을 검출 시, 상기 로직 솔버가 상기 프로세스 제어기를 오버라이드하고 상기 기능을 완료할 수 있도록 상기 로직 솔버에 연결되고 제2 유압 회로를 통해 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP와 유압 통신할 수 있다.

본 기술의 대안적인 실시 예는 해저 BOP를 위한 가외 제어 시스템을 제공한다. 상기 제어 시스템은 상기 BOP 상의 기능들을 제어하기 위한 프로세스 제어기, 로직 솔버, 및 제1 유압 회로를 포함한다. 상기 제1 유압 회로는 상기 프로세스 제어기와 통신하는 유압 펌프들을 갖는 마스터 제어 스키드(master control skid), 및 상기 마스터 제어 스키드 및 상기 BOP와 유압 통신하는 유압 제어 장치로서, 상기 유압 제어 장치는 상기 BOP의 상기 기능들을 조절하기 위한 밸브들을 갖고, 각각의 밸브는 기능을 제어하기 위해 개방과 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능한, 상기 유압 제어 장치를 포함하는, 상기 제1 유압 회로를 포함한다. 상기 제어 시스템은 상기 마스터 제어 스키드 및 상기 BOP의 상기 기능들을 조절하기 위한 밸브들을 갖고, 각각의 밸브는 기능을 제어하기 위해 개방과 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능한, 상기 제어 패널을 포함하는 제2 유압 회로를 더 포함한다. 상기 제어 시스템에서, 상기 로직 솔버는 상기 제1 유압 회로의 상기 마스터 제어 스키드, 유압 펌프들 및 유압 제어 장치에 의해 수행될 때 상기 기능들의 수행을 모니터링하고, 상기 기능들 중 하나의 수행의 장애 검출 시, 상기 로직 솔버는 상기 제2 유압 회로의 상기 마스터 제어 스키드, 유압 펌프들 및 제어 패널에 의한 상기 기능들 중 하나의 수행을 개시한다.

본 기술의 또 다른 대안적인 실시 예는 해저 BOP를 제어하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 프로세스 제어기에 의해 제1 명령 신호를 발생시키는 단계, 유압 펌프를 갖는 마스터 제어 스키드에 제1 명령 신호를 송신하는 단계, 상기 해저 BOP와 통신하는 유압 제어 장치에 파일럿 유압 신호를 송신하는 단계, 및 상기 해저 BOP의 동작이 상기 명령 신호에 따르는지를 결정하기 위해 로직 제어기를 이용하여 그러한 동작을 모니터링하는 단계를 포함한다.

본 기술은 비제한적인 실시 예들에 대한 다음의 상세한 설명을 읽고 첨부 도면들을 검토함으로써 더 잘 이해될 것이며, 첨부 도면들에서:
도 1은 본 기술의 일 실시 예에 따른 안전 계장 시스템의 개략적인 측면도를 도시한다;
도 2는 본 기술의 대안적인 실시 예에 따른 안전 계장 시스템의 개략적인 측면도를 도시한다;
도 3은 본 기술의 실시 예들의 안전 계장 시스템을 위한 자동 및 맨-인-더 루프(man-in-the loop) 제어를 비롯한 제어 시스템을 도시한다; 그리고
도 4는 본 기술의 다른 대안적인 실시 예에 따른 안전 계장 시스템의 개략도를 도시한다.

본 기술의 전술한 양태들, 특징들 및 이점들은 다음의 바람직한 실시 예들의 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 고려될 때 더 이해될 것이며, 동일한 참조 부호는 동일한 요소들을 나타낸다. 다음은 본개시의 다양한 대표적인 실시 예에 관한 것이다. 개시되는 실시 예들은 청구범위를 비롯한 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되거나 달리 사용되지 않아아 한다. 또한, 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 다음 설명이 광범위하게 응용되고, 임의의 실시 예에 대한 논의는 단지 그러한 실시 예의 대표적인 것으로 여겨질 뿐이고, 청구범위를 비롯한 본 개시의 범위가 그러한 실시 예로 제한된다는 것을 나타내도록 의도되지 않는다.

스택 전반에 사용하기 위한 안전 계장 시스템

도 1은 안전 무결성 수준(SIL) 등급 시스템에 사용하기 위한 해저 분출 방지기(BOP)(12)를 제어하기 위한 시스템(10)을 도시한다. SIL은 적어도 부분적으로 시스템에 내장된 안전 기능들(이 기능들은 아래에서 더 상세히 설명된다)로 인해 상대적으로 낮은 위험 수준을 갖는 시스템을 지칭하는 것으로 본 기술분야에서 이해되는 용어이다. 예를 들어, "SIL1" 등급을 갖는 시스템은 요구에 따라서 시스템 장애 가능성을 10배 줄이고, "SIL 2 등급은 요구에 따라서 시스템 장애 가능성을 100배 줄이고, "SIL 3 " 등급은 가능성을 1,000배 줄이며, "SIL 4" 등급은 10,000 배 등이다. 본 기술의 SIL 시스템에서, 해저 BOP(12)는 통상적으로 하부 마린 라이저 패키지(LMRP)(18) 아래 해저(16) 상에 위치되는 하부 스택(14)에 하우징된다.

해저 BOP(12)는 실링 램들(sealing rams), 시어 램들(shear rams) 등을 포함할 수 있는 개별 BOP 램들(13)로 나뉜다. 하부 스택(14) 및 LMRP(18)는 하부 스택(14)에서 LMRP(18)의 분리를 허용하도록 제어될 수 있는 유압 연결기(20)에 의해 서로 연결될 수 있다. LMRP(18)의 상단(22)은 LMRP(18)의 상단(22)으로부터 해면(28)의 선박(26)으로 연장되는 라이저(24)에 연결된다. 또한, 시스템에는 제1 제어 포드(30)(보통 옐로 제어 포드로 지칭됨) 및 제2 제어 포드(32)(보통 블루 제어 포드로 지칭됨)가 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 제1 및 제2 제어 포드들(30, 32)은 LMRP(18)에 부착된다. 제1 제어 포드(30) 및 제2 제어 포드(32)는 선박(26) 상에 위치된 제1 및 제2 제어 캐비닛들(31, 33)에 의해 제어될 수 있다. 선박(26)은 예를 들어, 시추선 또는 플랫폼을 비롯한 임의의 적절한 선박일 수 있다.

정상 작동 하에서, 해저 BOP 램들(13)은 제1 또는 제2 포드(30, 32)에 의해 유압식으로 제어된다. 구체적으로, 유압선들(36)은 제1 및 제2 제어 포드들(30, 32) 각각으로부터 BOP(12)의 개개의 램들(13)로 이어진다. 통상적으로, 2개의 제어 포드(30, 32) 중 하나는 그것의 각각의 유압선들(36)을 통해 램(13)을 유압식으로 제어하는 것에 대해 책임이 있는 반면, 다른 제어 포드(30, 32)는 유휴 상태를 유지한다. 이러한 방식으로, 실제로 램들(13)을 제어하는 제어 포드(30, 32)가 불능이 되거나 그 외 유지 보수 또는 교체를 필요로 할 경우, 다른 제어 포드(30, 32)는 램들(13)의 동작을 계속할 수 있기 때문에 가외성이 시스템에 내장된다.

본 기술의 일 실시 예는 스택 전반에 걸쳐 해저 BOP(12)를 제어하기 위한 안전 계장 시스템을 포함한다. 그러한 시스템의 한 가지 목적은 BOP 제어 시스템을 확인 및 백업하고 석유 산업의 많은 시스템 및 하위 시스템에 적용되 가능한 특정 규제적 표준들을 준수하는 데 적절한 안전 계장 기능들을 제공하는 것이다. 안전 계장 시스템은 선박(26)에 위치되고 제1 케이블(42)에 의해 제1 해저 로직 솔버(40)에 연결된 해면 로직 솔버(38) 또는 로직 제어기를 포함한다. 제1 해저 로직 솔버(40)는 차례로 제2 케이블(46)에 의해 제2 해저 로직 솔버(44)에 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 해저 로직 솔버(44)는 하부 스택(14)에 위치한 유압 제어 장치(34)에 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제2 해저 로직 솔버(44)는 배터리에 연결될 수 있어서, LMRP(18)가 하부 스택(14)에서 분리된 후에도 제2 해저 로직 솔버(44)가 계속 동작할 수 있게 된다. 해면 로직 솔버(38)는 오퍼레이터가 해면 로직 솔버(38)와 통신할 수 있도록 인간 기계 인터페이스(HMI) 패널(47)을 포함할 수 있다.

실제로, 해면 로직 솔버(38)는 명령들을 발생시킬 수 있으며, 그 다음 이것들은 제1 케이블(42)을 통해 제1 해저 로직 솔버(40)로 전송된다. 제1 해저 로직 솔버(40)로부터, 그 다음 명령들은 유압 제어 장치(34)와 통신하고 그것에 부착될 수 있는 제2 해저 로직 솔버(44)로 전달된다. 차례로 유압 제어 장치(34)는 유압선들(36)을 통해 해저 BOP 램들(13)과 통신한다. 제2 해저 로직 솔버(44)는 유압 제어 장치(34)에 해저 BOP 램(13)을 오퍼레이터가 원하는대로 제어할 것을 지시하는 명령들을 구현할 수 있다. 여기에 설명된 임의의 실시 예의 로직 솔버들(38, 44, 46)은 본 기술의 요건들에 따라 신호들을 송신 및 수신할 수 있는 임의의 장비일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 로직 솔버들은 중앙 처리 장치들(CPU)을 포함하거나 포함할 수 있다.

도시된 실시 예에서, 각각의 램(13)은 제1 제어 포드(30), 제2 제어 포드(32) 및 유압 제어 장치(34)를 비롯한 상이한 제어 소스로부터 각각 나오는 다수의 유압선(36)에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 임의의 소정의 순간에 BOP 램(13)을 제어하는 이 회선은 BOP 램들(13)에 부착된 밸브들(39)에 의해 제어될 수 있다. 도면들에서, 유압선들(36)은 각각의 제1 및 제2 제어 포드들(30, 32) 및 유압 제어 장치(34)를 램들(13)의 전부가 아닌 일부에 연결하는 것으로 도시되어 있다. 기능 시스템에서, 각각의 제어 구성요소들은 모든 램(13)에 연결될 수 있고, 그러한 구성은 단지 도면들의 명확성을 향상시키기 위해 도면에 도시되지 않았다는 것을 이해해야 한다.

위에서 설명한 안전 계장 시스템의 한 가지 이점은 시스템에 추가 가외성을 제공하고 BOP의 안전과 신뢰성을 향상시키는 페일 세이프 역할을 한다는 점이다. 시스템에서 일부 가외성을 만들어 내기 위해 2개의 제어 포드(30, 32)가 이미 제공되었지만, 실제로는 제1 제어 포드(30)가 작동 불능일 경우 제2 제어 포드(32)를 사용하는 것은 시간 소모적이고 어려울 수 있다. 이는 정부 규제 및 모범 사례 절차들에 따라 BOP를 위한 백업 제어 시스템이 항상 마련되어 있기 때문이다. 그에 따라, 가외성이 없기 때문에 제1 제어 포드(30)가 불능일 경우, 제2 제어 포드(32)는 사용될 수 없다. 여기에 설명된 안전 계장 시스템은 제2 가외 제어 시스템을 제공함으로써 이 문제를 완화시키는 것을 돕는다.

또한, 본 기술의 안전 계장 시스템은 양 제어 포드(30, 32)가 모두 올바르게 기능할 때에도, BOP 램들(13)을 제어하기 위한 추가 수단을 제공함으로써 전체 시스템(12)의 기능들을 강화시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 안전 계장 시스템은 유압 제어 장치(34)를 통해 제어 포드들(30, 32)이 대안적인 램들(13)을 제어하는 것과 동시에 특정 램들(13)을 제어할 수 있다. 그에 따라, BOP 램들(13)을 제어하기 위한 시스템(12)의 용량이 증가된다. 뿐만 아니라, 시스템은 다양한 상태, 상황, 파라미터 등을 모니터링하는 것과 같은 모니터링 기능들 뿐만 아니라, BOP 제어 시스템이 제대로 작동하는지 여부를 결정하는 정보를 제공할 수 있다. 본 기술은 또한 고압 시추 작업들의 요건을 준수하도록 설계될 수 있고, 예를 들어, 20ksi BOP 시스템과 함께 사용될 수 있지만, 그러한 시스템들로 제한되지 않고, 15ksi 시스템과 같은 다른 몇몇 유형의 시스템들에도 사용될 수 있다. 또한, 여기에 설명된 바와 같은 안전 계장 시스템은 1차 제어 시스템과 상이한 유형의 제어 시스템이므로, 제어 아키텍처의 다양성을 증가시키는 추가 이점을 제공한다.

이제 본 기술의 몇몇 이점이 설명될 것이다. 그러나, 이점들을 이해하려면, 먼저 해양 시추 시스템들의 요건들 중 일부를 이해하는 것이 중요하며, 이들 중 하나는 하부 스택(14)에서 LMRP(18)의 분리 및 후속 재연결을 허용하는 것이다. 이는 예를 들어, 허리케인 또는 다른 몇몇 폭풍이 시추선 또는 플랫폼을 위협할 때 유용할 수 있다. 그러한 폭풍을 견디기 위해, 오퍼레이터는 하부 스택(14)에서 LMRP(18)를 분리하고, LMRP(18), 라이저(24) 및 선박(26)을 위험이 없는 곳으로 옮기려고 할 수 있다. 폭풍이 지나간 후에는, LMRP(18)를 하부 스택(14)에 재연결하여 작업들을 재개할 필요가 있다. LMRP(18)의 분리 및 후속 하부 스택(14)에의 재연결은 이들 구성요소 사이의 연결 수를 감소시킴으로써, 그리고 또한 만들어진 연결 유형들을 제어함으로써 크게 단순화될 수 있다.

LMRP(18)와 하부 스택(14)의 재연결을 단순화하는 한 가지 방법은 도 1에 도시되고 상술된 바와 같이, 한 쌍의 해저 로직 솔버를 제공하는 것이다. 이는 해면 로직 솔버(38)를 제1 해저 로직 솔버(40)에 연결하는 제1 케이블(42)이 이들 두 구성요소 사이에서 전력 및 통신을 전달해야 하기 때문이다. 보통, 라이저(24)를 통한 해면 로직 솔버(38)와 LMRP(18)(그리고 그에 따라 제1 해저 로직 솔버(40)) 사이의 거리는 최대 약 2 마일 이상 길이와 같이 매우 길 수 있다. 그에 따라, 케이블의 전력선들은 상대적으로 고압선들이어야 하고, 통신은 보통 광 회선들을 통해 전달된다(그러나 구리선들도 사용될 수 있다).

시스템이 하부 스택에 단일 해저 로직 솔버를 구비한 경우, 오퍼레이터는 LMRP(18)와 하부 스택(14) 사이 고전압 전력선들 및 손상되기 쉬운 광 통신선들을 모두 분리했다가 재연결해야 한다. 그러한 연결은 위험할 수 있고(고전압 전력선들의 경우) 통신 신호들의 품질을 저하시킬 수 있다(광 통신선들의 경우). 대안적으로, 시스템이 LMRP(18) 상에 단일 해저 로직 솔버만을 구비한 경우, 다수의 유압선이 LMRP(18)으로부터 하부 스택(14)으로 가로질러 램들(13)에 연결되어야 할 수 있다. 그러한 구조는 이들 구성요소 사이에 더 많은 회선을 분리했다가 재연결해야 하기 때문에 문제가 될 수 있다.

LMRP(18) 상에 하나 그리고 하부 스택(14) 상에 하나를 비롯하여, 두 개의 별개의 해저 로직 솔버(40, 44)를 제공함으로써, 이러한 문제들이 완화될 수 있다. 실제로, 본 기술에 따르면, 해면 로직 솔버(38)를 제1 해저 로직 솔버(40)에 연결하는 케이블(42)은 고전압 전력선들 및 광 통신선들을 포함할 수 있다. 제1 해저 로직 솔버(40)의 하나의 기능은 전압을 변환 및 낮추고, 광 신호들을 구리로 변환함으로써, 제1 해저 로직 솔버(40)와 제2 해저 로직 솔버(44) 사이의 통신이 케이블(46)을 이루는 저전압 구리선들 통할 수 있게 하는 것일 수 있다. 그러한 저전압 구리선은 LMRP(18)와 하부 스택(14) 사이의 인터페이스에서 필요에 따라 더 쉽게 분리 및 재연결될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시 예에서, 유압 제어 장치(34)는 하부 스택(14)에서 LMRP(18)를 분리 또는 재연결하기 위해 유압 연결기(20)에 연결될 수 있다. 유압 연결기(20)가 LMRP(18)에 부착되기 때문에, 단일 유압선(48)은 유압 제어 장치(34)와 유압 연결기(20) 사이에 유압 통신을 제공하기 위해 LMRP(18)와 하부 스택(14) 사이의 인터페이스를 가로질러야 할 수 있다. 대안적으로, 도시된 실시 예에서, LMRP(18)에 부착될 수 있는 어큐뮬레이터(50)로부터 유압 연결기(20)에 전력을 제공하기 위한 그러한 회선의 사용을 피할 수 있다.

설명을 위해, 다음 단락에는 안전 계장 시스템이 다른 몇몇 기존의 BOP 시스템과 작동하여 BOP 또는 LMRP 및 하위 스택 상의 다른 몇몇 구성요소의 특정 기능들을 작동하는 방법에 대한 설명이 포함되어 있다. 이러한 설명은 단지 예로서 제시된 것이고, 본 기술이 실제로 적용될 수 있는 가능한 모든 방법을 나타내는 것은 아님을 이해해야 한다.

첫 번째 예는 파이프 램 BOP와 관련된 안전 계장 시스템의 기능의 일례를 설명한다. 파이프 램 기능은 모든 접점 폐쇄 입력 또는 HMI 패널에 의해 개시될 수 있다. 램을 폐쇄할 필요성은 오퍼레이터에 의해 결정되므로, 기능의 개시는 맨-인-더-루프(man-in-the-loop)에 의해 결정된다. 선박(26) 상의 해면 로직 솔버(38)가 입력을 인식할 때, 그것은 해면 유량계를 모니터링할 수 있다. BOP가 기본 프로세스 제어 시스템(BPCS)에 의해 성공적으로 폐쇄되지 않는 경우, 해면 로직 솔버(38)는 신호를 제1 해저 로직 솔버(40)에 전송할 수 있다. 제1 해저 로직 솔버(40)는 차례로 신호를 제2 해저 로직 솔버(44)로 전송할 수 있으며, 이는 개방 유압을 파이프 램으로 방출하고 폐쇄 압력을 파이프 램에 가함에 따라, BOP를 폐쇄하는 기능을 시동시킬 수 있다.

두 번째 예는 블라인드 시어 램(blind shear ram)과 관련된 안전 계장 시스템의 기능의 일례를 설명한다. 블라인드 시어 램 기능은 접점 폐쇄 입력 또는 HMI 패널에 의해 개시될 수 있다. 램을 폐쇄할 필요성은 오퍼레이터에 의해 결정되므로, 기능의 개시는 맨-인-더-루프에 의해 결정된다. 선박(26) 상의 해면 로직 솔버(38)가 입력을 인식할 때, 그것은 해면 유량계를 모니터링할 수 있다. BOP가 BPCS에 의해 성공적으로 폐쇄되지 않는 경우, 해면 로직 솔버(38)는 신호를 제1 해저 로직 솔버(40)에 전송할 수 있으며, 이는 차례로 신호를 제2 해저 로직 솔버(44)에 전송할 수 있다. 제2 해저 로직 솔버(44)는 개방 유압을 블라인드 시어 램으로 방출하고 폐쇄 압력을 블라인드 시어 램에 가함에 따라, BOP를 폐쇄하는 기능을 시동시킬 수 있다.

세 번째 예는 케이싱 시어 램(casing shear ram) BOP와 관련된 안전 계장 시스템의 기능의 일례를 설명한다. 케이싱 시어 램 기능은 접점 폐쇄 입력 또는 HMI 패널에 의해 개시될 수 있다. 램을 폐쇄할 필요성은 오퍼레이터에 의해 결정되므로, 기능의 개시는 맨-인-더-루프에 의해 결정된다. 선박(26) 상의 해면 로직 솔버(38)가 입력을 인식할 때, 그것은 해면 유량계를 모니터링할 수 있다. BOP가 BPCS에 의해 성공적으로 폐쇄되지 않는 경우, 해면 로직 솔버(38)는 신호를 제1 해저 로직 솔버(40)에 전송할 수 있으며, 이는 차례로 신호를 제2 해저 로직 솔버(44)에 전송할 수 있다. 제2 해저 로직 솔버(44)는 개방 유압을 케이싱 시어 램으로 방출하고 폐쇄 압력을 케이싱 시어 램에 가함에 따라, BOP를 폐쇄하는 기능을 시동시킬 수 있다.

네 번째 예는 유압 연결기(20)와 관련된 안전 계장 시스템의 기능의 일례를 설명한다. 유압 연결기(20) 기능은 접점 폐쇄 입력 또는 HMI 패널에 의해 개시될 수 있다. LMRP를 해제할 필요성은 오퍼레이터에 의해 결정되므로, 기능의 개시는 맨-인-더-루프에 의해 결정된다. 선박(26) 상의 해면 로직 솔버(38)가 입력을 인식할 때, 그것은 해면 유량계를 모니터링할 수 있다. 유압 연결기(20)가 BPCS에 의해 성공적으로 해제되지 않는 경우, 해면 로직 솔버(38)는 신호를 제1 해저 로직 솔버(40)에 전송할 수 있으며, 이는 차례로 신호를 제2 해저 로직 솔버(44)에 전송할 수 있다. 제2 해저 로직 솔버(44)는 래치 유압(latch hydraulic pressure)을 유압 연결기(20)로 방출하고 언래치 압력(unlatch pressure)을 1차 및 2차 언래치 기능들 양자에 가하는 기능을 시동시킬 수 있다.

다섯 번째 예는 비상 분리 시퀀스와 관련된 안전 계장 시스템의 기능의 일례를 설명한다. EDS 기능은 접점 폐쇄 입력 또는 HMI 패널에 의해 개시될 수 있다. 분리의 필요성은 오퍼레이터에 의해 결정되므로, 기능의 개시는 맨-인-더-루프에 의해 결정된다. 선박(26) 상의 해면 로직 솔버(38)가 입력을 인식할 때, 그것은 각각의 기능에 대해 순차적으로 해면 유량계 또는 스택 상의 다른 몇몇 센서를 모니터링할 수 있다. EDS 기능이 BPCS에 의해 성공적으로 완료되지 않는 경우, 해면 로직 솔버(38)는 신호를 제1 해저 로직 솔버(40)에 전송할 수 있으며, 이는 차례로 신호를 제2 해저 로직 솔버(44)에 전송할 수 있다. 그 다음 해저 로직 솔버는 기능들의 다음 또는 다른 몇몇 유사한 시퀀스를 시동시킬 수 있다:

● 파이프 램 기능부에 개방 압력을 방출하고 폐쇄 압력을 가한다

● CSR 램 기능부에 개방 압력을 방출하고 폐쇄 압력을 가한다

● BSR 램 기능부에 개방 압력을 방출하고 폐쇄 압력을 가한다

● 스탭 기능부(stab function)에 확장 압력을 방출하고 수축 압력을 가한다

● LMRP 연결기 기능부에 래치 압력을 방출하고 1차 및 2차 언래치 압력을 가한다

포드별로 사용하기 위한 안전 계장 시스템

이제 도 2를 참조하면, 해저 분출 방지기(BOP)(112)를 제어하기 위한 대안적인 시스템(110)이 도시되어 있다. 해저 BOP(112)는 통상적으로 하부 마린 라이저 패키지(LMRP)(118) 아래 해저(116) 상에 위치되는 하부 스택(114)에 하우징된다. 해저 BOP(112)는 실링 램들, 시어 램들 등을 포함할 수 있는 개별 BOP 램들(113)로 나뉜다. 하부 스택(114) 및 LMRP(118)는 하부 스택(114)에서 LMRP(118)의 분리를 허용하도록 제어될 수 있는 유압 연결기(120)에 의해 서로 연결될 수 있다. LMRP(118)의 상단(122)은 LMRP(118)의 상단(122)으로부터 해면(128)의 선박(126)으로 연장되는 라이저(124)에 연결된다. 또한, 시스템에는 제1 제어 포드(130)(보통 옐로 제어 포드로 지칭됨) 및 제2 제어 포드(132)(보통 블루 제어 포드로 지칭됨) 및 유압 제어 장치(134)가 포함될 수 있다. 도 2에 도시된 실시 예에서, 제1 및 제2 제어 포드들(130, 132)은 LMRP(118)에 부착된다. 제1 제어 포드(130) 및 제2 제어 포드(132)는 선박(126) 상에 위치한 제1 및 제2 제어 캐비닛들(131, 133)에 의해 제어될 수 있다. 선박(126)은 예를 들어, 시추선 또는 플랫폼을 비롯한 임의의 적절한 선박일 수 있다.

정상 작동 하에서, 해저 BOP 램(113)은 제1 또는 제2 포드(130, 132)에 의해 유압식으로 제어된다. 구체적으로, 유압선들(136)은 제1 및 제2 제어 포드들(130, 132) 각각으로부터 BOP(112)의 개개의 램들(113)로 이어진다. 통상적으로, 2개의 제어 포드(130, 132) 중 하나는 그것의 각각의 유압선들(136)을 통해 램(113)을 유압식으로 제어하는 것에 대해 책임이 있는 반면, 다른 제어 포드(130, 132)는 유휴 상태를 유지한다. 이러한 방식으로, 실제로 램들(113)을 제어하는 제어 포드(130, 132)가 불능이 되거나 그 외 유지 보수 또는 교체를 필요로 할 경우, 다른 제어 포드(130, 132)는 램들(13)의 동작을 계속할 수 있기 때문에 가외성이 시스템에 내장된다.

도 2의 실시 예는 포드별로 작동하는 해저 BOP(112)를 제어하기 위한 대안적인 안전 계장 시스템이다. 안전 계장 시스템은 선박(126)에 위치되고 제1 케이블(142)에 의해 제1 해저 로직 솔버(140)에, 그리고 제2 케이블(146)에 의해 제2 해저 로직 솔버(144)에 연결된 해면 로직 솔버(138) 또는 로직 제어기를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 해저 로직 솔버(140) 및 제2 해저 로직 솔버(144)는 각각 I/O 확장부(151)가 하부 스택(114)에 위치된 유압 제어 장치(134)와 통신하는 케이블들(149)에 의해 확장되는 입력/출력(I/O) 확장부(151)에 연결될 수 있다. 해면 로직 솔버(138)는 오퍼레이터가 해면 로직 솔버(138)와 통신할 수 있도록 HMI 패널(147)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, HMI 패널(147)은 푸시 버튼들 및 점등 표시기들을 갖는 패널일 수 있는 반면, 다른 몇몇 실시 예는 터치 스크린 디스플레이를 포함할 수 있다.

실제로, 해면 로직 솔버(138)는 명령들을 발생시킬 수 있으며, 그 다음 이것들은 제1 케이블(142)을 통해 제1 해저 로직 솔버(140)로, 그리고/또는 제2 케이블(146)을 통해 제2 해저 로직 솔버(144)로 전송된다. 제1 해저 로직 솔버(140) 및/또는 제2 해저 로직 솔버(144)로부터, 그 다음 명령들은 유압 제어 장치(134)와 통신하고 그것에 부착될 수 있는 I/O 확장부(151)로 전달된다. 차례로 유압 제어 장치(134)는 유압선들(136)을 통해 해저 BOP 램들(113)과 통신한다. I/O 확장부(151)는 유압 제어 장치(134)에 해저 BOP 램들(113)을 오퍼레이터가 원하는대로 제어할 것을 지시하는 명령들을 구현할 수 있다.

도 2에 도시된 실시 예에서, 각각의 램(113)은 제1 제어 포드(130), 제2 제어 포드(132) 및 유압 제어 장치(134)를 비롯한 상이한 제어 소스로부터 각각 나오는 다수의 유압선(136)에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 임의의 소정의 순간에 BOP 램(113)을 제어하는 이 회선은 BOP 램들(113)에 부착된 밸브들(139)에 의해 제어될 수 있다. 도면들에서, 유압선들(136)은 각각의 제1 및 제2 제어 포드들(130, 132) 및 유압 제어 장치(134)를 램들(113)의 전부가 아닌 일부에 연결하는 것으로 도시되어 있다. 기능 시스템에서, 각각의 제어 구성요소들은 모든 램(113)에 연결될 수 있고, 그러한 구성은 단지 도면들의 명확성을 향상시키기 위해 도면에 도시되지 않았다는 것을 이해해야 한다.

도 1의 실시 예에 대하여 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 하부 스택(14)에서 LMRP(18)의 분리 및 후속 재연결을 허용하는 것은 이를테면 선박(126), 라이저(124) 및 LMRP(118)를 위험이 없는 곳으로 옮길 수 있는 기능을 제공하는 것에 매우 바람직할 수 있다. LMRP(18)의 분리 및 후속 하부 스택(14)에의 재연결은 이들 구성요소 사이의 연결 수를 감소시킴으로써, 그리고 또한 만들어진 연결 유형들을 제어함으로써 크게 단순화될 수 있다.

LMRP(118)와 하부 스택(114)의 재연결을 단순화하는 한 가지 방법은 도 2에 도시되고 상술된 바와 같이, 제어 포드들(130, 132)에 대응하는 한 쌍의 해저 로직 솔버를 제공하는 것, 그리고 I/O 확장부(151)를 제공하는 것이다. 이는 해면 로직 솔버(138)를 제1 및 제2 해저 로직 솔버들(140, 144)에 각각 연결하는 제1 및 제2 케이블들(142, 146)이 LMRP(118)와 하부 스택(114) 사이에서 전력 및 통신을 전달해야 하기 때문이다. 보통, 라이저(124)를 통한 해면 로직 솔버(138)와 LMRP(118)(그리고 그에 따라 제1 및 제2 해저 로직 솔버들(140, 144)) 사이의 거리는 최대 약 2 마일 이상 길이와 같이 매우 길 수 있다. 그에 따라, 케이블에서의 전력선들은 초고압선이어야하고, 통신은 보통 광 회선들을 통해 전달된다.

시스템이 하부 스택에 하나의 해저 로직 솔버를 구비한 경우, 오퍼레이터는 LMRP(118)와 하부 스택(114) 사이 고전압 전력선들 및 손상되기 쉬운 광 통신선들을 모두 분리했다가 재연결해야 한다. 그러한 연결은 위험할 수 있고(고전압 전력선들의 경우) 통신 신호들의 품질을 저하시킬 수 있다(광 통신선들의 경우). 대안적으로, 시스템이 유압 제어 장치(134) 부근에 I/O 확장부 없이, LMRP(118) 상에 단일 해저 로직 솔버만을 구비한 경우, 다수의 유압선이 LMRP(118)으로부터 하부 스택(114)으로 가로질러 램들(113)에 연결되어야 할 수 있다. 그러한 구조는 이들 구성요소 사이에 더 많은 회선을 분리했다가 재연결해야 하기 때문에 문제가 될 수 있다.

LMRP(118) 상에 해저 로직 솔버들(140, 144)을 그리고 하부 스택(114) 상에 별도의 I/O 확장부(134)를 제공함으로써, 이러한 문제들이 완화될 수 있다. 실제로, 본 기술에 따르면, 해면 로직 솔버(138)를 제1 및 제2 해저 로직 솔버들(140, 146)에 연결하는 케이블들(142, 146)은 고전압 전력선들 및 광 통신선들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 해저 로직 솔버들(140, 146)의 하나의 기능은 전압을 변환 및 낮추고, 광 신호들을 구리로 변환함으로써, 제1 및 제2 해저 로직 솔버들(140, 146)과 I/O 확장부(134) 사이의 통신이 케이블들(149)을 이루는 저전압 구리선들 통할 수 있게 하는 것일 수 있다. 그러한 저전압 구리선은 LMRP(118)와 하부 스택(114) 사이의 인터페이스에서 필요에 따라 더 쉽게 분리 및 재연결될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시 예에서, 유압 제어 장치(134)는 하부 스택(114)에서 LMRP(118)를 분리 또는 재연결하기 위해 유압 연결기(120)에 연결될 수 있다. 유압 연결기(120)가 LMRP(118)에 부착되기 때문에, 단일 유압선(148)은 유압 제어 장치(134)와 유압 연결기(120) 사이에 유압 통신을 제공하기 위해 LMRP(118)와 하부 스택(114) 사이의 인터페이스를 가로질러야 할 수 있다. 대안적으로, 도시된 실시 예에서, LMRP(118)에 부착될 수 있는 어큐뮬레이터(150)로부터 유압 연결기(120)에 전력을 제공하기 위한 그러한 회선의 사용을 피할 수 있다.

본 기술의 안전 계장 시스템을 위한 제어 시스템

도 3은 해면 로직 솔버(238), 그리고 그에 따라 상술된 해저 BOP를 제어하기 위한 안전 계장 시스템을 제어하기 위해 맨-인-더-루프와 자동 구성 간을 전환할 수 있는 기능을 비롯한 본 기술의 다른 양태를 도시한다. 보다 구체적으로, 본 기술은 무엇보다도 해저 로직 솔버들의 성능, BOP 램들의 동작, 셔틀 밸브들의 동작, 압력 센서들, 온도 센서들 및 해저 시스템의 다른 몇몇 구성요소를 비롯하여 BOP 시스템의 기본 프로세스 및 제어를 모니터링할 수 있는 해면 로직 제어기(238)를 제공한다. BOP 램들의 동작을 모니터링하기 위해, 해면 로직 제어기(238)는 제어 포드들의 동작을 모니터링할 수 있다.

도 3의 실시 예에 따르면, 해면 로직 제어기는 맨-인-더-루프 상태와 자동 상태 간을 전환할 수 있는 키 스위치(252)를 구비할 수 있다. 키 스위치는 물리적 스위치일 수도 있고 로직 솔버의 코드에 통합되는 소프트웨어 코드일 수도 있다.

키 스위치(252)가 맨-인-더-루프 상태에 있을 때, 표면 로직 솔버(238), 그리고 그에 따라 해저 BOP를 제어하기 위한 안전 계장 시스템들은 HMI 패널(247)을 통해 또는 다른 몇몇 적절한 수단을 통해 표면 로직 솔버(238)에 명령들을 발행하는 오퍼레이터에 의해 제어될 수 있다. 그에 따라, 오퍼레이터는 안전 계장 시스템을 사용하여 작업을 개시할지 또는 작업을 개시하지 말아야 할지를 전면 제어할 것이다.

대안적으로, 키 스위치(252)가 자동 상태에 있을 때에는, 자동 제어기(254)가 상술된 안전 계장 시스템들을 통해 해저 BOP를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 자동 제어기는 오퍼레이터의 확인 없이 작동할 수 있다.

파일럿 구동 BOP 제어 시스템에 사용하기 위한 안전 계장 시스템

이제 도 4를 참조하면, 해저 분출 방지기(BOP)(312)를 제어하기 위한 파일럿 시스템(310)이 도시되어 있다. 해저 BOP(312)는 통상적으로 하부 마린 라이저 패키지(LMRP) 아래 해저상에 위치되는 하부 스택에 하우징된다. 해저 BOP(312)는 실링 램들, 시어 램들 등을 포함할 수 있는 개별 BOP 램들(313)로 나뉜다. 하부 스택 및 LMRP는 하부 스택에서 LMRP의 분리를 허용하도록 제어될 수 있는 유압 연결기(320)에 의해 서로 연결될 수 있다. LMRP의 상단은 LMRP의 상단으로부터 해면의 선박으로 연장되는 라이저에 연결된다.

또한, 시스템에는 제1 엄빌리컬 릴(umbilical reel)(330) 및 제2 엄빌리컬 릴(332) 및 유압 제어 장치(334)가 포함될 수 있다. 유압 제어 장치는 비상 시이든 다른 때이든 램들을 폐쇄할 수 있는 오토시어(autoshear)(335) 또는 데드맨 회로(deadman circuit)를 포함할 수 있다. 파일럿 신호들은 오토시어(335) 회로의 키 포인트로부터 해면으로 송신될 수 있다. 도 4에 도시된 실시 예에서, 제1 및 제2 엄빌리컬 릴들(330, 332)은 해면에 위치된다. 하부 스택, LMRP, 유압 커넥터(320), 라이저 및 선박은 도 1 및 도 2에서 식별된 같은 특징부들과 유사할 수 있다. 선박은 예를 들어, 잭-업(jack-up) 및/또는 반잠수형 리그(semi-submersible type rig)와 같은 치수선 또는 플랫폼을 비롯한 임의의 적절한 선박일 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 시스템은 기본 프로세스 제어 시스템(BPCS)(356), 전기/유압(E/H) 제어 패널(358), 푸시 버튼 패널(360), 안전 통신 제어 장치(CCU)(362) 및 유압 제어 장치(334)에 부착된 해저 모듈(SPM)(365)과 같은 전자 부품들을 포함할 수 있다. E/H 제어 패널(358)은 필터링, 파일럿 신호를위한 솔레노이드 밸브들 및 압력 센서들을 위한 장착부를 포함할 수 있다. 안전 CCU(362)는 진단 인간 기계 인터페이스(HMI)(364), 프로그램 가능한 로직 솔버(PLC) 및 진단 컴퓨터를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 유압 펌프들(368)을 제어하기 위한 마스터 제어 스키드(366)와 같은 비전자 부품들도 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 어큐뮬레이터들을 포함할 수도 있다.

도 4에서, 라인(370)은 해면의 개략도를 제공한다. 해면(370) 위에 도시된 장비는 시추선 또는 플랫폼과 같은 해면 선박에 부착된다. 해면(370) 아래에 도시된 장비는 하부 스택에 부착되지만, 일부 실시 예에서 몇몇 장비는 대안적으로 LMRP에 부착될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, BCPS(356)는 파일럿 시스템(310)의 해면 용기에서부터 이어진다. 정상 조건 하에서, BCPS(356)는 유압 파일럿 신호를 엄빌리컬 아래로 송신하여 해저 밸브들을 작동시키고 기능을 실행함으로써, BOP 램(313)을 폐쇄하는 것과 같은 기능을 실행할 수 있다. 몇몇 시스템에서, BPCS(356)는 마스터 제어 스키드(366)에 명령을 송신할 수 있으며, 이는 차례로 유압 제어 장치(334)를 통해(뿐만 아니라 선택적으로 매니폴드(374)를 통해) 유압 파일럿 신호를 라우팅한다. 기능을 실행하는 대안적인 방법은 BPCS(356)가 아니라, 푸시 버튼 패널(360)로부터 명령을 송신하는 것이다. 푸시 버튼 패널(360) 및 BPCS(356) 양자는 가외성을 위해 제공될 수 있다.

본 기술은 선박 상에 또한 위치되고 BPCS(356)에 의해 마스터 제어 스키드(366)로 송신되는 신호들이 안전 CCU(362)를 통과하도록 BPCS(356)와 마스터 제어 스키드(366) 사이에 위치될 수 있는 안전 CCU(362)를 비롯한 안전 계장 시스템(SIS)을 더 포함한다. 그에 따라, 안전 CCU(362)는 특정 기능이 작동될 때 BPCS(356)로부터 신호를 수신한다. 안전 CCU(362)는 또한 통신 경로(376)를 통해 마스터 제어 스키드(366)로부터 흐름 및 압력 데이터, 뿐만 아니라 통신 경로(378)를 통해 BOP 램(313)에 걸친 차동 압력에 대한 데이터를 수신할 수 있다.

안전 CCU(362)에 의해 수집된 흐름, 압력 또는 다른 몇몇 데이터에 기초하여, 안전 CCU(362)가 기능이 실행되지 않았거나 에러가 달리 발생했다고 결정할 경우, SIS는 기능을 제어하기 위해 BPCS(356)를 오버라이드할 수 있다. 실제로, 이는 안전 CCU(362)가 솔레노이드들, 밸브들 및 다른 몇몇 기구를 포함하는 E/H 제어 패널(358)에 명령 신호를 송신함으로써 실현된다. E/H 제어 패널(358)은 유압선(380)을 통해 마스터 제어 스키드(366)와, 그리고 유압선들(382, 384) 및 SPM(365)을 통해 해저 유압 제어 장치(334)와 유압 통신한다. 그렇게 함으로써 E/H 제어 패널(358)은 이러한 대안적인 경로를 통해 BPCS(356)와 독립적인 기능을 실행할 수 있다. 대안적으로, E/H 제어 패널(358)은 BOP 램들(313)과 직접 유압 소통할 수 있다.

예를 들어, BPCS(356)가 해저 파일럿 신호를 전송하고 해저 밸브가 BOP(312) 상의 시어 램(313)을 폐쇄하려고 시도하는 상황이 발생할 수 있다. 기능 장애인 경우, 그러한 기능은 해면에서의 흐름 또는 압력 데이터, 및/또는 폐쇄되어야 하는 시어 램(313)에서의 BOP(312)에 걸친 예상되는 압력 차이의 이상에 의해 나타날 것이다. 안전 CCU(362)에 의해 기능 장애가 검출되면, 안전 CCU(362)는 통신 경로(382)를 통해 E/H 제어 패널(358)로 신호를 송신할 수 있으며, 이는 차례로 신호를 유압 파일럿 신호로 변환하고 그러한 신호를 SPM(365) 해저로 송신한다. 이는 SPM(365)이 BPCS(356) 주위에서 BOP(312)를 제어하고 시어 램(313)을 폐쇄할 수 있게 한다. SPM(365)은 도 4에서 유압 제어 장치(334)에 직접 부착되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 몇몇 적절한 배열이 가능하다. 예를 들어, SPM(365)은 유압 제어 장치(334)로부터 떨어져 위치될 수 있고 전기 및/또는 유압 통신선들에 의해 연결될 수 있다.

파일럿 구동 BOP 제어 시스템상에 SIS를 포함시키는 한 가지 이점은 제어 시스템에 추가 가외성을 제공하여, 제어 시스템 장애의 위험을 100% 이상 줄인다는 점이다. 따라서, 본 기술의 시스템들은 보다 안전하고, 훨씬 엄격한 정부 규제를 준수한다.

본 개시는 제한된 수의 실시 예에 대하여 설명되었지만, 본 개시의 이점을 갖는 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 여기에 설명된 바와 같이 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시 예들이 고안될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (20)

1. 해저 분출 방지기(BOP, subsea blowout preventer를 위한 제어 시스템으로서,
   프로세스 제어기;
   기능을 실행하기 위해 상기 해저 BOP에 유압유를 제공하기 위해 제1 유압 회로를 통해 상기 프로세스 제어기와 통신하는 유압 펌프로서;
   복수의 밸브를 포함하는 유압 제어 장치로서, 각각의 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP 사이 상기 유압의 흐름을 조절하기 위한, 유압 제어 장치;
   상기 기능을 모니터링하는 상기 해저의 표면에 또는 그 위에 위치되는 로직 솔버(logic solver); 및
   복수의 밸브를 포함하는 제어 패널로서, 각각의 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP 사이 상기 유압의 흐름을 조절하기 위한 것이고, 상기 제어 패널은 상기 기능상의 이상을 검출 시, 상기 로직 솔버가 상기 프로세스 제어기를 오버라이드하고 상기 기능을 완료할 수 있도록 상기 로직 솔버에 연결되고 제2 유압 회로를 통해 상기 유압 펌프와 상기 해저 BOP와 유압 통신하는, 상기 제어 패널을 포함하는, 제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 로직 솔버는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는, 제어 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 시스템은:
   상기 로직 솔버에 연결되는 인간 기계 인터페이스 패널을 더 포함하는, 제어 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 유압 제어 장치는:
   상기 기능을 수행하기 위해 상기 프로세스 제어기 및 상기 로직 솔버 양자의 장애 시 상기 BOP를 폐쇄시키기 위해 오토시어(autoshear)를 더 포함하는, 제어 시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세스 제어기, 유압 펌프, 로직 솔버 및 제어 패널은 상기 해저의 표면에 또는 그 위에 위치되는, 제어 시스템.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 프로세스 제어기와 상기 유압 펌프 사이에 위치외고, 상기 프로세스 제어기와 상기 유압 펌프 양자와 통신하는, 제어 시스템.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 기능 모니터링을 돕기 위해 상기 유압 펌프로부터 흐름 및 압력을 수신하는, 제어 시스템.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 기능 모니터링을 돕기 위해 상기 BOP에 걸친 차동 압력에 대한 데이터를 수신하는, 제어 시스템.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 재어 패널은 솔레노이드들 및 밸브들로 이루어진 군으로부터 선택되는 구성요소들을 포함하는, 제어 시스템.
10. 해저 분출 방지기(BOP)를 위한 가외 제어 시스템으로서,
    상기 BOP 상의 기능들을 제어하기 위한 프로세스 제어기;
    로직 솔버;
    제1 유압 회로로서,
    상기 프로세스 제어기와 통신하는 유압 펌프들을 갖는 마스터 제어 스키드(master control skid); 및
    상기 마스터 제어 스키드 및 상기 BOP와 유압 통신하는 유압 제어 장치로서, 상기 유압 제어 장치는 상기 BOP의 상기 기능들을 조절하기 위한 밸브들을 갖고, 각각의 밸브는 기능을 제어하기 위해 개방과 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능한, 상기 유압 제어 장치를 포함하는, 상기 제1 유압 회로; 및
    제2 유압 회로로서,
    상기 마스터 제어 스키드; 및
    상기 BOP의 상기 기능들을 조절하기 위한 밸브들을 갖는 제어 패널로서, 각각의 밸브는 기능을 제어하기 위해 개방과 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능한, 상기 제어 패널을 포함하는, 상기 제2 유압 회로;
    상기 로직 솔버는 상기 제1 유압 회로의 상기 마스터 제어 스키드, 유압 펌프들 및 유압 제어 장치에 의해 수행될 때 상기 기능들의 수행을 모니터링하고;
    상기 기능들 중 하나의 수행의 장애 검출 시, 상기 로직 솔버는 상기 제2 유압 회로의 상기 마스터 제어 스키드, 유압 펌프들 및 제어 패널에 의한 상기 기능들 중 하나의 수행을 개시하는, 제어 시스템.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 로직 솔버는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는, 제어 시스템.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 시스템은:
    상기 로직 솔버에 연결되는 인간 기계 인터페이스 패널을 더 포함하는, 제어 시스템.
13. 청구항 10에 있어서, 상기 유압 제어 장치는:
    상기 기능을 수행하기 위해 상기 프로세스 제어기 및 상기 로직 솔버 양자의 장애 시 상기 BOP를 폐쇄시키기 위해 오토시어(autoshear)를 더 포함하는, 제어 시스템.
14. 청구항 10에 있어서, 상기 프로세스 제어기, 마스터 제어 스키드, 로직 솔버 및 제어 패널은 상기 해저의 표면에 또는 그 위에 위치되는, 제어 시스템.
15. 청구항 10에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 프로세스 제어기와 상기 유압 펌프 사이에 위치외고, 상기 프로세스 제어기와 상기 유압 펌프 양자와 통신하는, 제어 시스템.
16. 청구항 10에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 기능 모니터링을 돕기 위해 상기 마스터 제어 스키드로부터 흐름 및 압력을 수신하는, 제어 시스템.
17. 청구항 10에 있어서, 상기 로직 솔버는 상기 기능 모니터링을 돕기 위해 상기 BOP에 걸친 차동 압력에 대한 데이터를 수신하는, 제어 시스템.
18. 청구항 10에 있어서, 상기 재어 패널은 솔레노이드들 및 밸브들로 이루어진 군으로부터 선택되는 구성요소들을 포함하는, 제어 시스템.
19. 해저 분출 방지기(BOP)를 제어하기 위한 방법으로서,
    (a) 해면에 또는 그에 인접하여 위치되는 프로세스 제어기에 의해 제1 명령 신호를 발생시키는 단계;
    (b) 유압 펌프를 갖는 마스터 제어 스키드에 제1 명령 신호를 송신하는 단계;
    (c) 상기 해저 BOP와 통신하는 유압 제어 장치에 파일럿 유압 신호를 송신하는 단계;
    (d) 상기 해저 BOP의 동작이 상기 명령 신호에 따르는지를 결정하기 위해 로직 제어기를 이용하여 그러한 동작을 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 청구항 19에 있어서,
    (e) 상기 해저 BOP의 상기 동작이 상기 제1 명령 신호를 따르지 않을 경우, 상기 로직 제어기에 의해 제2 명령 신호를 발생시키는 단계;
    (f) 상기 제2 명령 신호를 상기 해저 BOP와 통신하는 제어 패널에 송신하는 단계; 및
    (g) 상기 제2 명령 신호에 따라 상기 해저 BOP를 동작시키는 단계를 포함하는, 방법.

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