減小液壓流/水錘的BOP控制系統迴路的製作方法

2023-06-20 18:44:06 2

相關申請的交叉參考

本申請要求於2015年1月30日提交的美國臨時專利申請no.62/110242的優先權，其全部內容通過參引結合到本文中。

本文中公開的主題的實施例大致涉及海底石油和氣體鑽探設備。更具體地，本技術涉及用於海底石油和氣體鑽探液壓迴路的蓄能器閥。

背景技術：

防噴器(bop)是水下油井鑽探作業的重要安全部件。一般地，bop在海底附連至井口，並且提供鑽柱能夠從bop的頂部穿過並且向下通過底部以及進入鑽井內的孔。bop裝備有bop閘板，bop閘板位於孔的相對側上並且設計成在需要時跨過孔關閉。一些閘板是密封閘板，密封閘板圍繞鑽管密封以在鑽井的環空中關閉。其他閘板是剪切閘板，並且設計成剪切鑽管和孔中任何其他物體，以在孔中完全關閉。bop及其閘板提供克服可能在鑽井中發展的危險壓力驟增的有效屏障。

為了操作bop閘板，液壓設備一般用於將閘板從打開位置驅動至關閉位置。液壓流體經由將閘板連接至流體儲器或蓄能器的流體管路施加到閘板。流體管路中的閥或系列閥控制通過管路的流體流，流體流接著確定施加至閘板的液壓力。驅動bop閘板所需的力可能較大，因為設備很重，並且可能需要很大的力以剪切孔中的鋼鑽柱和其他部件。因此，如果對於操作人員來說激發閘板以及關閉bop變得必要，巨大的液壓力被施加以關閉閘板。

由於關閉閘板所需的液壓力較高，因此通過管路的液壓流體流的相應速率也高。因此，當供給閥打開以允許流體流驅動閘板，閘板處的流體的速度的變化可以較大並且急劇。類似地，當供給閥在運行結束時關閉時，流體流突然停止。速度的這些突變引起打開和關閉供給閥時流體中的壓力尖峰，壓力尖峰一般在工業中指代液壓衝擊或水錘。水錘可能引起對bop上的部件的嚴重破壞。

另外，在維護之後或在bop設備的初始起動期間，液壓管線可能需要從系統清除空氣。這一般通過循環設備以填充管線來實現。在空氣清除期間，可能通過涉及這種填充和清除的快速液壓速度引起水錘。

技術實現要素：

本技術的一個實施例提供一種減小水錘的海底防噴器(bop)液壓控制系統。該系統包括第一液壓流體源、第一流體供給管路和第一供給閥，第一流體供給管路在上遊端與第一液壓流體源以及在下遊端與bop功能部件流體連通，第一供給閥位於第一流體供給管路中用於控制通過第一流體供給管路至bop功能部件的流體流的量，第一供給閥具有接通狀態和關閉狀態。第一供給閥包括第一節流閥，第一節流閥控制第一供給閥在接通狀態與關閉狀態之間的運動以及反之亦然，使得當第一供給閥狀態接近完全接通或完全關閉狀態時延遲所述運動，以減小第一流體供給管路的流體中的壓力尖峰。

本技術的另一個實施例提供一種減小水錘的海底bop液壓控制系統。該系統包括蓄集器、流體供給管路以及供給閥，所述流體供給管路在上遊端與蓄集器以及在下遊端與bop功能部件流體連通，所述供給閥位於流體供給管路中，用於控制通過流體供給管至bop功能部件的流體流的量，供給閥具有接通狀態和關閉狀態。供給閥成形為相對於供給閥上遊的流體供給管路中的流體流量減小供給閥下遊的流體供給管路中的流體流量，以便減小液壓衝擊。

在本技術的又一個實施例中，提供一種激發bop功能部件的方法。該方法包括以下步驟：利用來自液壓流體源的液壓流體驅動bop功能部件，液壓流體經由液壓流體源與bop功能部件之間的流體供給管路輸送至該功能部件，以及，利用定位在液壓流體源與bop功能部件之間的流體供給管路內的供給閥調節流體供給管路中的液壓流體的流量，供給閥具有限制通過供給閥的流體流的關閉位置和一些流體穿過供給閥的接通位置。該方法還包括以下步驟：觸發bop功能部件，逐漸地接通供給閥，以便使通過供給閥的流體流的速量逐漸地增大至預定量，以及，在終止bop功能部件之前，逐漸地關閉供給閥，以便逐漸地減小通過供給閥的流體流的速量，直到完成bop功能部件為止。

附圖說明

可以通過閱讀本技術的非限制實施例的以下詳細說明以及通過檢查附圖更好地理解本技術，在附圖中：

圖1是根據本技術的實施例的海底bop組件的側視圖；

圖2是示出根據本技術的實施例的bop疊層流體管路液壓供給的液壓迴路圖；

圖3是示出根據本技術的實施例的通過供給閥的流體的流量對比時間的曲線圖；

圖4a示出本技術的實施例的具有開/關控制節流器的供給閥；

圖4b示出本技術的實施例的具有應急開啟流動控制節流器的供給閥；

圖4c示出本技術的實施例的具有應急關閉流動控制節流器的供給閥；

圖4d示出本技術的實施例的具有手動流動控制節流器的供給閥；以及

圖5是示出根據本技術的可替代實施例的bop疊層液壓迴路的液壓迴路圖。

具體實施方式

在參考優選實施例的以下說明以及附圖時能夠進一步理解本技術的上述方面、特徵和優勢，其中相同的附圖標記代表相同的元件。以下涉及本發明的各個示例性實施例。所公開的實施例不應被解釋或者用於限制本公開的範圍，包括權利要求的範圍。另外，本領域技術人員能夠理解以下說明書具有廣泛的應用，對任何實施例的論述僅指該實施例的示例，而非旨在建議本發明的包括權利要求的範圍限制於該實施例。

圖1示出包括下部疊層10和隔水管下部插件(lmrp)12的海底防噴器(bop)組件。一般地，下部疊層包括一系列疊層閘板14、16、18、20。圖1的下部疊層10例如可以包括全封閉式剪切閘板14、套管剪切閘板16和管道閘板18、20。在實踐中，閘板14、16、18、20包圍鑽管(未示出)穿過的孔21。下部疊層10定位在井口22的頂上，使得鑽管從下部疊層10的底部通過井口22穿行到鑽井內。閘板的目的是在需要時控制鑽井。例如，如果在鑽井環形空間內產生壓力的驟增，則管道閘板18、20能夠關閉管道並且圍繞管道密封，從而在管道閘板18、20以下的環形空間中包含壓力。在一些情況下，對於操作人員來說可能需要或期望在鑽井中完全關閉，在這種情況下，全封閉式剪切閘板14和/或套管剪切式閘板16可以關閉以切斷孔21中的任何物體，包括鑽管。

一般地，閘板14、16、18、20被液壓控制。液壓力可以經由可被定位在lmrp12中的控制盒24、26供給。提供通常在行業內被稱為藍盒24和黃盒26的兩個控制盒24、26允許控制系統中的冗餘度，並且還提高控制能力。除控制盒24、26之外，還可以提供儲罐28。儲罐28可以填充有相對於海水的環境壓力的高壓下的氣體，並且在排出時能夠在閘板14、16、18、20上施加強大的液壓力，使其關閉。儲罐28通常設置為控制盒24、26的備用方案，因為儲罐必須在每次使用之後再充電，因此不像盒24、26那樣方便地用於關閉閘板14、16、18、20。

圖1的bop組件的另外的特徵包括環形bop30、管路歧管32、lmrp連接器34、液壓楔36、38以及梭板40。bop組件還包括分別向控制盒24、26提供通信和功率能力的通信纜線42、44以及電力纜線46、48。

現在參考圖2，示出本技術的實施例的液壓迴路。具體地，示出藍盒液壓供給器50和黃盒液壓供給器52。藍盒液壓供給器50流體地連接至藍盒隔離閥54，同時黃盒液壓供給器52流體地連接至黃盒隔離閥56。剛性管路轉換閥58可以設置在藍盒隔離閥54與黃盒隔離閥56之間。在許多bop操作中，藍盒隔離閥54和黃盒隔離閥56兩者處於接通狀態，使得下遊液壓功能部件被具有內部隔離閥(未示出)的盒24、26中的僅一個控制。藍盒隔離閥54或黃盒隔離閥56一股僅在一個盒或另一個盒具有非受控洩漏時關閉。

關於液壓迴路的對應於藍盒24的部分，當藍盒隔離閥54處於接通狀態時，藍盒供給器50與第一供給閥60流體連通。在一些實施例中，比如圖2所示，藍管路單向閥62和/或藍管路過濾器組件64可以定位在藍盒隔離閥54與第一供給閥60之間。藍管路單向閥62可以用於防止流體朝向藍管路過濾器組件64、藍流量控制阻流閥60和藍剛性管路隔離閥66回流。藍剛性管路過濾器組件64用於從管路中的液壓流體過濾汙染物和碎屑。

一旦流體穿過藍剛性管路68，其能夠選擇性地穿過藍剛性管路隔離閥66，向下遊通過第一供給閥60，穿過剛性管路濾波器64、單向閥62並且到達盒隔離閥54。此後，流體可以穿過藍盒供給器50。可替代地，流體可以穿過藍剛性管路放卸閥69，穿行至藍手動剛性管路放卸閥80，並且直達環境。藍盒隔離閥54與下遊功能部件連通，比如，例如bop閘板14、16、18、20。藍供給管線68中的液壓力的調整可以按照鑽井操作者的要求共同地或單獨地打開或關閉閘板14、16、18、20。還在圖2的實施例中示出的是藍放卸閥69，藍放卸閥69一般可以用於在衝洗操作期間排洩來自藍供給管線68的壓力以在操作之前清潔管線。在實踐中，藍放卸閥69可被打開以允許流體排出到環境內或者返回至地面或其他地方上的儲器。藍放卸閥69因此可以用作阻止藍供給管線68的過渡增壓的防護裝置。藍放卸閥69一般可以是故障關閉閥。

關於液壓迴路的對應於黃盒26的部分類似地，當黃盒隔離閥56處於接通狀態時，黃盒供給器52與第二供給閥70流體連通。在一些實施例中，比如圖2中所示，黃管路單向閥72和/或黃管路過濾組件74可以定位在黃盒隔離閥56與第二供給閥70之間。黃管路單向閥72可以用於防止流體朝向黃過濾器殼體74、黃流量控制阻流閥70和黃剛性管路隔離閥76回流。黃剛性管路過濾組件74可以用於從管道中的液壓流體過濾汙染物和碎屑。

一旦流體穿過黃剛性管路78，其能夠選擇性地穿過黃剛性管路隔離閥76，向下遊通過第一供給閥70，穿過剛性管路濾波器74、單向閥72並且到達盒隔離閥56。此後，流體可以穿過黃盒供給器52。可替代地，流體能夠穿過黃手動剛性管路放卸閥80並且直達環境。黃盒隔離閥56與下遊功能部件連通，比如，例如bop閘板14、16、18、20。黃供給管線78中的液壓力的調整可以按照鑽井操作者的要求共同地或單獨地打開或關閉閘板14、16、18、20。還在圖2的實施例中示出的是黃放卸閥79，黃放卸閥79一般可以用於在衝洗操作期間排洩來自黃供給管線78的壓力以在操作之前清潔管線。在實踐中，黃放卸閥79可被打開以允許流體排出到環境內或者返回至地面或其他地方上的儲器。黃放卸閥79因此可以用作防止黃供給管線78的過渡增壓的防護裝置。黃放卸閥79一般可以是故障關閉閥。該系統還可以包括與藍放卸閥69和黃放卸閥79兩者流體連通以衝洗所需管路的遙控潛水器(rov)衝洗閥80。

一些已知bop系統的一個問題是液壓衝擊或水錘。當流體被迫使突然改變速度或方向時出現水錘。例如，在圖2的bop系統中，可以通過接通第一供給閥60或第二供給閥70激發功能部件，由此允許來自剛性管路供給器68或78的流體流過第一供給閥60或第二供給閥70並流入藍盒供給器50或黃盒供給器52內。通過供給管線的液流的速度的突然增大可能引起能夠破壞設備的壓力驟增。類似地，當功能部件達到其行程的止點時，供給管線中的流體突然停止流動，所導致的動量變化也能夠引起行程止點處的壓力驟增。本技術的一個優點在於其提供了一種減輕或消除bop系統中的水錘的方法。

例如，根據圖2中所示的技術的實施例，第一供給閥60和第二供給閥70可以是能夠以受控方式在接通和關閉狀態之間運動(反之亦然)的可變阻流閥。在實踐中，當啟動功能部件時，第一供給閥60和第二供給閥70可以在確定時間段內從關閉狀態逐漸轉變至接通狀態。閥的這種逐漸接通使得通過閥的液流相應地逐漸增大，以減小或消除可能在行程開始時出現的壓力驟增和相關水錘。隨後，當功能部件接近完成時，第一供給閥和第二供給閥可以再次經過確定時間段從接通位置逐漸運動至關閉位置。閥的這種受控關閉導致行程結束時的液流的相應的受控減小以及壓力驟增和水錘的減小或消除。如圖2所示，供給閥60、70可以是失效接通閥，指的是閥朝向接通位置偏置，使其將在閥控制失效的情況下保持接通。

圖3提供隨著功能部件在壓力存在於閥和下遊管路時的狀態中啟動通過供給閥60、70的流量的圖解繪圖。具體地，在圖形上的點82處啟動功能部件，在開始激發時流量可以選擇性地在設定時間段84內保持較低。此後，在由數字86表示的時間段期間，供給閥60、70逐漸接通以允許在初始操作該功能部件之後更大液流通過供給閥60、70。在時間段88期間，允許全液流通過供給閥60、70。當功能部件開始接近完成時，供給閥60、70在時間段90期間開始逐漸關閉。隨著供給閥60、70逐漸地關閉，通過閥的流量逐漸減小。在時間段92期間，在行程結束時，流量再次降低。通過圖3的圖形描繪的流量的光滑的起落表示沒有將導致本技術的bop系統中的水錘的壓力驟增。

在實踐中，供給閥60、70的特定時間的接通和關閉，包括行程的任一止點處的接通和關閉之間的過渡階段，可以根據特定功能部件進行調整。在一些實施例中，傳感器57可以定位在與功能部件相關的設備上，以確定功能部件在其行程期間位於何處。如果功能部件是關閉bop閘板，例如，傳感器57可以安裝在閘板活塞上以確定閘板活塞在整個行程中的位置。傳感器57可以與鑽井船上或bop疊層組件上的控制器59通信，以指示功能部件何時起動以及活塞何時接近其行程的止點。利用該信息，控制器59可以指示供給閥60、70(經由節流器)開始接通或關閉，從而以變化的速度在接通位置與關閉位置之間運動等等，以便在活塞的行程的整個長度上獲得所需流量。對於每個功能部件的理想流動曲線可以利用附接至控制器的處理器中的軟體自動地確定，或者可以通過鑽井操作者實時地或其他方式地確定。

圖4a-4d描繪了根據本技術的供給閥60、70的不同的實施例。為清楚起見，在圖4a-4d中，僅利用對應於第一供給閥的附圖標記60標識供給閥。然而，可以理解的是，關於第一供給閥60的以下說明同樣適用於第二供給閥70。在圖4a中，描繪了通過開/關流量控制節流閥61控制的供給閥60。在該實施例中，閥的位置對應於液壓節流閥的位置，液壓節流閥的位置可以通過操作人員控制或自動控制，並且不朝向接通位置或關閉位置偏置。

在圖4b中，描繪了通過失效接通流量控制節流閥63控制的供給閥60。這是圖2中示出的實施例。失效接通流量控制節流閥包括在沒有關閉節流閥的足夠的相反液壓力的情況下朝向接通位置推動節流閥的彈簧65或其他偏置機構。相反地，在圖4c中描繪了通過失效關閉流量控制節流閥67控制的供給閥60。失效關閉流量控制節流閥包括在沒有接通節流閥的足夠的相反液壓力的情況下朝向關閉位置推動節流閥的彈簧65或其他偏置機構。圖4d描繪了手動流量控制節流閥，其中，節流閥的位置在不使用液壓設備的情況下手動控制。

參照圖5，示出本技術的可替代實施例，其中利用蓄集器28激發bop系統的功能部件。圖5中示出的液壓迴路包括定位在bop功能部件的上遊的藍盒液壓供給器82和黃盒液壓供給器84。藍盒液壓供給器82經由藍盒隔離閥86與bop系統的功能部件連通，黃盒液壓供給器84經由黃盒隔離閥88與bop系統的功能部件連通。疊層蓄集器單向閥90可以定位在藍隔離閥86和黃盒隔離閥88與bop系統的功能部件之間的管路中，以防止來自蓄集器的流體流到達藍盒隔離閥86和黃盒隔離閥88。圖5的實施例中的藍液壓供給器82和黃液壓供給器84的一個功能部件是幫助填充蓄集器28。

此外位於bop功能部件的上遊的是蓄集器28以及蓄集器放卸閥92和rov蓄集器放卸閥94。這些放卸閥92、94設置成在這些管道中的壓力太高的情況下從管路中排出壓力，管道從蓄集器28導向供給閥96。放卸閥92、94可以將液壓流體排洩到環境內，或排洩到設置用於該目的的液壓流體儲器內。此外定位在bop功能部件上遊的是供給閥96和隔離閥98。以下更詳細地說明供給閥96。隔離閥98能夠隔離全部下遊bop功能部件與部件。在圖4中，隔離閥98示出在流體管路99中定位在供給閥96的下遊，但在實踐中，隔離閥98可以可替代地定位在供給閥96的上遊。

此外，圖5中示出的是具有相關關閉閥102和接通閥104的閘板活塞100的示意圖。關閉閥中的每一個可以與承載來自不同來源的液壓流體的管路相關。例如，閥102a與蓄集器28流體連通，閥102b、102c、102d可以與藍供給器82和黃供給器84流體連通，閥102e可被構造成用於與rov接合。這樣，多個冗餘液壓管線可以附連至閘板活塞100以確保操作人員能夠在緊急狀況或其他需要通過關閉bop閘板關閉鑽井的情況時關閉閘板活塞。圖5還描繪了自動剪切裝備/解除閥106以及觸發器108。一般地，只要孔21中存在可剪切零件(例如鑽柱、纜線等等)，自動剪切裝備/解除閥將始終裝備。

在圖5中所示技術的實施例中，可以通過供給閥96減小水錘，供給閥96設計成具有減小的孔口，減小的孔口減少通過供給閥96的更靠近蓄集器28的上遊側與供給閥96的更靠近比如為閘板活塞100的bop功能部件的下遊側之間的供給閥96的液流。孔口的特定形狀以及所引起的通過供給閥96的液流的減小取決於該功能部件，但保持為使得閘板活塞閥102a的流量足夠低以避免活塞閥102a中的水錘。在一些實施例中，供給閥96可以通過rov或其他方式以及其他方式進行調節，使得通過供給閥96的流量的改變能夠被調整或被定製成被激發的特定下遊功能部件。在一些可替代實施例中，供給閥96可以利用自動控制進行自動地調整。

雖然已經關於有限的實施例對本發明進行了說明，本領域技術人員在受益於本發明的情況下能夠理解可以在不脫離如本文中說明的本公開的範圍的情況下設計的其他實施例。因此，本發明的範圍應該僅通過隨附權利要求限制。