自动安全阀控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及阀控制系统和方法，尤其地，涉及自动安全阀控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]用于刺激地下岩层的水力压裂包括:以至少足以克服储集层的压力和使裂缝延伸到岩层中的压力和流速，将压裂流体穿过井眼注射到岩层中。高压管线引导压裂流体通过井口进入井眼中。压裂流体是液体和介质的混合物，典型地被以在大约10，000至30, OOOpsi的范围内的高压注入到井眼中。
[0003]为了保护井口的完整性和减少设备故障，诸如管路或泵的泄漏，与系统中的高压管线相关联的安全阀将压力维持在相关压裂设备的额定界限或低于该额定界限。然而，安全阀常规上很难在工作现场进行校准，并且会在压力波动发生时受到磨损，该压力波动导致阀振颤，磨损增加，并且最终导致安全阀上的启动压力(popoff pressure)界限较不精确。因此，需要一种设备或方法来解决上述问题以中的一个或多个，以及其他问题。
【发明内容】
[0004]在第一方面，提供了一种用于在井下操作中使用的泄压阀系统，该泄压阀系统包括:气源，和具有关闭状态和打开状态的泄压阀，其中所述泄压阀配置成卸去在泵和井口之间延伸的高压管路的压力，以及其中所述泄压阀配置成用来自所述气源的加压气体保持在关闭状态。该泄压阀系统进一步包括用于检测所述高压管路中的压力的感测器，和其中存储有压力阈值的控制器，所述控制器配置成从所述感测器接收数据，以及将所述高压管路中的压力与存储的压力阈值相比较。阀促动系统与所述气源、所述泄压阀和控制器连通，所述阀促动系统配置成响应于来自所述控制器的命令信号将所述泄压阀的状态从所述关闭状态改变成所述打开状态。所述阀促动系统包括:连接到所述气源的输入部分；连接到所述泄压阀的输出部分；和以下中的至少一者:放泄阀，配置成打开使得所述泄压阀的状态从所述关闭状态改变成所述打开状态；和设置在所述输入部分和所述输出部分之间的减压阀，所述减压阀配置成基于来自所述控制器的数据调节所述输出部分的压力。
[0005]在示例性实施例中，所述控制器配置成:在所述控制器确定所述高压管路中的压力超过所述存储的压力阈值时发送所述命令信号。
[0006]在另一个示例性实施例中，所述阀促动系统包括所述放泄阀和所述减压阀。
[0007]在又另一个示例性实施例中，所述阀促动系统包括第二控制器，该第二控制器配置成确定所述输出部分的适宜的压力，所述第二控制器配置成调节所述减压阀以实现所述输出部分中的适宜的压力。
[0008]在某些示例性实施例中，所述适宜的压力为打开所述泄压阀的气体压力阈值的大约 105-150% ο
[0009]在示例性实施例中，所述泄压阀系统包括配置成检测所述输出部分的压力的第一压力传感器，和配置成检测所述输入部分的压力的第二压力传感器。
[0010]在另一个示例性实施例中，所述控制器配置成接收对所述存储的压力阈值进行设置的操作者输入，所述控制器还配置成接收对所述泄压阀的复位压力进行设置的操作者输入。
[0011]在又另一个示例性实施例中，所述控制器配置成:在所述控制器确定经过预定的时间增量所述高压管路中的标称压力超过所述存储的压力阈值时，发送所述命令信号。
[0012]在某些示例性实施例中，所述控制器配置成:通过对在所述预定的时间增量中的高压管路中的压力进行平均以及将该平均压力与所述存储的压力阈值相比较，来确定经过所述预定的时间增量所述高压管路中的标称压力是否超过所述存储的压力阈值。
[0013]在示例性实施例中，所述控制器配置成:通过检测到所述高压管路中的压力超过所述存储的压力阈值，启动运行所述预定的时间增量的内部计时器，和在所述预定的时间增量结尾处检测所述高压管路中的压力是否继续超过所述存储的压力阈值，来确定经过所述预定的时间增量所述高压管路中的标称压力是否超过所述存储的压力阈值。
[0014]在另一个示例性实施例中，其中所述控制器直接从所述感测器接收数据。
[0015]在又另一个示例性实施例中，所述气源包括一个或多个氮气罐。
[0016]在某些示例性实施例中，所述泄压阀系统包括将所述阀促动系统和所述气源承载在单个可运输单元中的调节器单元。
[0017]在示例性实施例中，所述调节器单元包括台架。
[0018]在另一个示例性实施例中，所述调节器单元包括:承载软管的软管卷轴，该软管在所述阀促动系统和泄压阀之间延伸，并且配置成使所述阀促动系统和泄压阀流体连通；以及承载第一数据线缆的第一数据线缆卷轴，该第一数据线缆在所述阀促动系统和所述控制器之间延伸，并且配置成使所述阀促动系统和所述控制器电气连通。
[0019]在又另一个示例性实施例中，所述泄压阀系统包括第二数据线缆卷轴，该第二数据线缆卷轴可拆卸地安装到所述调节器单元并且承载第二数据线缆，该第二数据线缆在所述感测器和所述控制器之间延伸，并且配置成使所述感测器和所述控制器电气连通。
[0020]第二方面，提供了一种泄压阀系统，用于在井下操作中使用，该泄压阀系统包括:配置成卸去在泵和井口之间延伸的高压管路的压力的泄压阀；用于检测所述高压管路中的压力感测器；其中存储有压力阈值的控制器，所述控制器配置成从所述感测器接收数据，以及将检测到的压力与存储的压力阈值相比较。阀促动系统与所述泄压阀和控制器连通，所述阀促动系统配置成响应于来自所述控制器的命令信号将所述泄压阀的状态从关闭状态改变成打开状态。所述控制器配置成在所述控制器确定经过预定的时间增量所述高压管路中的标称压力超过所述存储的压力阈值时发送所述命令信号。
[0021]在示例性实施例中，控制器配置成:通过对在所述预定的时间增量中的高压管路中的压力进行平均以及将该平均压力与所述存储的压力阈值相比较，来确定经过所述预定的时间增量所述高压管路中的标称压力是否超过所述存储的压力阈值。
[0022]在另一个示例性实施例中，所述控制器配置成:通过检测到所述高压管路中的压力超过所述存储的压力阈值，启动运行所述预定的时间增量的内部计时器，和在所述预定的时间增量结尾处检测所述高压管路中的压力是否继续超过所述存储的压力阈值，来确定经过所述预定的时间增量所述高压管路中的标称压力是否超过所述存储的压力阈值。
[0023]在又另一个示例性实施例中，所述阀促动系统包括从所述控制器接收所述命令信号的放泄阀。
[0024]在某些示例性实施例中，所述阀促动系统包括:连接到气源的输入部分；连接到所述泄压阀的输出部分；和设置在所述输入部分和所述输出部分之间的减压阀，所述减压阀配置成基于来自所述控制器的数据调节所述输出部分中的压力。
[0025]在示例性实施例中，所述阀促动系统包括第二控制器，该第二控制器配置成确定所述输出部分的适宜的压力，所述第二控制器配置成调节所述减压阀以实现所述输出部分中的适宜的压力。
[0026]在另一个示例性实施例中，所述适宜的压力为打开所述泄压阀的气体压力阈值的大约 105-150% ο
[0027]在又另一个示例性实施例中，所述泄压阀系统包括配置成检测所述输出部分的压力的第一压力传感器，和配置成检测所述输入部分的压力的第二压力传感器。
[0028]在某些示例性实施例中，所述控制器配置成接收对所述存储的压力阈值进行设置的操作者输入，所述控制器还配置成接收对所述泄压阀的复位压力进行设置的操作者输入。
[0029]在示例性实施例中，所述泄压阀系统包括气源，所述气源提供气体加压以将所述泄压阀的状态维持在所述关闭状态。
[0030]在第三方面，提供一种对井下操作中的泄压阀进行控制的方法，该方法包括:用来自气源的加压气体将泄压阀维持在关闭状态；用设置在所述泄压阀附近的压力感测器检测在泵和井口之间延伸的高压管中的流体压力；将所述高压管中的流体压力与存储的流体压力阈值相比较；如果所述高压管中的流体压力超过所述流体压力阈值，发送信号以打开放泄阀；和打开所述放泄阀以降低所述加压气体的压力，直至所述泄压阀从所述关闭状态改变到打开状态。
[0031]在示例性实施例中，该方法包括:促使操作者输入所述流体压力阈值；促使操作者输入复位压力阈值；和当所述高压管中的流体压力低于所述复位压力阈值时，关闭所述放泄阀以增大所述加压气体的压力。
[0032]在另一个示例性实施例中，该方法包括:用减压阀调节将所述泄压阀维持在关闭状态的加压气体的压力；响应于所述流体压力阈值用电子控制器控制所述减压阀。
[0033]在又另一个示例性实施例中，调节所述加压气体的压力包括将所述加压气体维持在打开所述安全阀的气体压力阈值的大约105-150 %的压力。
[0034]在某些示例性实施例中，该方法包括:响应于所述流体压力阈值的变化用所述减压阀改变所述加压气体的压力。
[0035]在示例性实施例中，将所述高压管中的流体压力与所述存储的流体压力阈值相比较包括:将经过预定时间增量的所述高压管中的标称压力与所述存储的流体压力阈值相比较。
[0036]在另一个示例性实施例中，将经过预定时间增量的所述高压管中的标称压力与所述存储的流体压力阈值相比较包括:检测到所述高压管中的压力超过所述存储的压力阈值；启动运行所述预定的时间增量的内部计时器；和在所述预定的时间增量结尾处将所述高压管路中的压力与所述存储的压力阈值相比较。
[0037]在又另一个示例性实施例中，将经过预定时间增量的所述高压管中的标称压力与所述存储的流体压力阈值相比较包括:对在所述预定的时间增量中的高压管路中的流体压力进行平均以获得平均压力；以及将该平均压力与流体压力阈值相比较。
[0038]通过与附图相结合地考虑以下详细描述，本发明的其他方面、特征和优点将变得很明显，该附图构成
【发明内容】
的一部分，且通过举例的方式说明了所公开的发明的原理。
【附图说明】
[0039]附图有助于理解不同实施例。
[0040]图1是示出根据本发明示例性方面的示例性压裂场所(frac site)的示意图；
[0041]图2是根据本发明示例性方面的安全阀系统的框图。
[0042]图3是对显示根据本发明示例性方面的阀促动系统的透视图的图示。
[0043]图4是根据本发明示例性方面的图3的阀促动系统的另一个透视图的图示。
[0044]图5是根据本发明示例性方面的图3中的阀促动系统在门打开时的另一个透视图的图示。
[0045]图6是根据本发明示例性方面的图3中的阀促动系统在门打开时的俯视图的图不O
[0046]图7是显示根据本发明示例性方面的图6中的阀促动系统的各部件的液压操作的示意图。
[0047]图8是示出根据本发明示例性实施例的在压裂场所使用安全阀系统的方法的流程图。
[0048]图9是根据本发明示例性方面的安全阀系统的示例性调节器单元的透视图的图不O
[0049]图10是根据示例性实施例的安全阀系统的框图，该安全阀系统包括调节器单元、用户接口和控制器。
[0050]图11是根据示例性实施例的图10中的调节器单元的透视图，该调节器单元包括促动流体源。
[0051]图12是图11中的调节器单元的另一个透视图，但是省略了促动流体源。
[0052]图13是图11中的调节器单元的再另一个透视图，但是省略了促动流体源。
[0053]图14是根据示例性实施例的图10中的用户接口和控制