防喷器装置的制造方法

防喷器装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种防喷器系统。在一个实施例中，此系统包含防喷器组(24)，其包含液压元件(30)。所述防喷器组耦合到包含附加液压元件(28)的下部海洋立管组件(22)。所述下部海洋立管组件进一步包含一对控制箱(40，42)，所述一对控制箱能够实现对所述防喷器组的所述液压元件和所述下部海洋立管组件的所述附加液压元件进行冗余控制。再者，所述下部海洋立管组件还包含第三控制箱(44)，所述第三控制箱能够实现对所述防喷器组的所述液压元件和所述下部海洋立管组件的所述附加液压元件进行附加冗余控制。本发明还公开了附加的系统、装置和方法。
【专利说明】
防喷器装置[0001 ] 本申请是分案申请，原案的申请号为201380058952.2,申请日为2013年11月11日， 发明名称为“具有三个控制箱的防喷器系统”。
技术领域
[0002]本发明涉及一种防喷器装置。【背景技术】
[0003]此部分意图向读者介绍可能与当前所描述的实施例的各种方面相关的领域的各种方面。此论述被认为有助于向读者提供背景信息以促进对本发明实施例的各种方面的更好理解。因此，应理解，应鉴于此来阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的认可。
[0004]为了满足消费者和对自然资源的工业需求，各公司往往投入大量的时间和金钱在从地球中寻找以及提取石油、天然气以及其它地下资源上。具体来说，一旦发现例如石油或天然气等所希望的地下资源，通常就采用钻井和生产系统来接近并提取资源。取决于所希望的资源的位置，这些系统可以位于陆上或海上。此外，此类系统大体上包含井口组合件， 通过井口组合件可以接近或提取资源。这些井口组合件可以包含控制钻井或提取操作的多种多样的组件，诸如各种铸件、阀门、流体管道等。
[0005]海底井口组合件通常包含控制箱，控制箱操作液压元件且管理通过组合件的流。 控制箱可以通过例如液压控制管将液压控制流体导引到组合件的防喷器和阀门并从防喷器和阀门导引出液压控制流体。当将执行特定的液压功能(例如，闭合防喷器的柱塞)时，与液压功能相关联的控制箱阀门打开以将控制流体供应到负责执行所述液压功能的组件(例如，防喷器的活塞)。为了提供冗余，美国石油学会规范16D(API Spec 16D)要求海底井口组合件包含用于控制液压元件的两个海底控制箱，并且该行业已经以此方式(具有两个控制箱)构建海底控制系统超过四十年。此冗余控制确保控制系统的单个控制箱的故障不会导致失去控制海底组的液压元件的能力。但此类单个控制箱的故障使得系统不再遵守API Spec 16D，从而通常导致经营者停止钻井或其它井口组合件操作，直到发生故障的控制箱可以恢复到地面且被修复。在深水操作的情况下，此类恢复和修复通常可能需要若干天且可能使经营者损失数百万美元的收入。因此，需要增加海底控制系统的可靠性以减少停机时间和操作的成本。
【发明内容】

[0006]在下文阐述本文中所公开的一些实施例的特定方面。应理解，这些方面的呈现仅是为读者提供对本发明可能采取的特定形式的简要总结，且这些方面并不意图限制本发明的范围。实际上，本发明可以涵盖下文中可能并未阐述的多个方面。
[0007]根据本发明的一方面，提供一种防喷器装置，包括:控制箱，该控制箱包含:组托管架，其促进所述控制箱到防喷器系统的防喷器组的液压元件的连接;多个阀门，其用于将控制流体导引到所述防喷器组的液压元件;和控制箱框架，其包括带有中心孔的底板;其中，用于将所述控制流体导引到所述防喷器组的液压元件的所述多个阀门被安装在所述控制箱框架内；其中，所述组托管架延伸穿过所述控制箱框架的所述底板的所述中心孔，并且促进所述控制流体从所述多个阀门通过所述组托管架到所述防喷器组的所述液压元件的流通；以及其中所述控制箱不包含立管托管架，所述立管托管架促进所述控制流体到所述防喷器系统的下部海洋立管组件的附加液压元件的流通。
[0008]本发明的实施例大体上涉及海底控制系统，所述海底控制系统包含三个冗余控制箱，而非许多先前系统的行业标准的两个控制箱。在一个实施例中，所述三个控制箱安装在可以连接到下部防喷器组的下部海洋立管组件上。使用三个控制箱意味着，即使在三个控制箱中的一个中出现故障状况后，控制系统也可以依照API Spec 16D(用两个操作的且冗余的控制箱)继续操作。这减少了将不得不暂停海底钻井操作以将海底设备从井口组合件拉动到地面以进行修复的可能性，因此增加了可靠性且减少了与海底井口组合件的操作相关联的成本。
[0009]对上文提到的特征的各种改进可以相关于本发明的实施例的各种方面而存在。另外的特征同样也可以并入这些各种方面中。这些改进和额外的特征可以单独地或以任何组合存在。举例来说，下文论述的关于一个或多个所说明的实施例的各种特征可以独自或以任何组合并入到本发明的上述方面中的任一个中。同样，上文呈现的简要总结仅意图使读者熟悉一些实施例的特定方面和背景，而并非限制所主张的内容。【附图说明】
[0010]当参考附图阅读以下详细描述时，特定实施例的这些和其它特征、方面、和优点将得到更好的理解，其中在整个附图中相同的标号表示相同的零件，其中:
[0011]图1大体上描绘了根据本发明的实施例通过井用于接近或提取石油或天然气等资源的海底系统；
[0012]图2是根据一个实施例的图1的组设备的各种组件的框图；
[0013]图3是根据本发明的一个实施例的具有三个控制箱的下部海洋立管组件的前透视图；
[0014]图4是图3的下部海洋立管组件的后透视图；
[0015]图5是图3和图4的下部海洋立管组件的俯视图；
[0016]图6是根据本发明的一个实施例的具有托管架的图3到图5的下部海洋立管组件的一个控制箱的前透视图；
[0017]图7是图6的控制箱的后透视图；
[0018]图8是图6和图7的控制箱的另一透视图；
[0019]图9是图6到图8中所描绘的控制箱的托管架的透视图；
[0020]图10和图11是大体上描绘了根据一个实施例的通过控制箱和托管架的延伸控制以与下部防喷器组的适配器匹配的液压元件的框图；以及
[0021]图12到图14是描绘了根据若干实施例的用于将指令导引到防喷器系统的控制箱的控制电缆的各种配置的框图。【具体实施方式】
[0022]本发明的一个或多个具体实施例将在下文进行描述。在努力提供这些实施例的简明描述的过程中，实际实施方案的所有特征可能并不都在说明书中进行描述。应了解，在任何此类实际实施方案的发展中，如在任何工程或设计项目中，必须制定许多实施方案特定的决策以实现研发者的特定目标，例如遵守系统相关的和商业相关的约束条件，所述目标可以从一个实施方案到另一实施方案有所变化。此外，应了解，这种发展努力可能是复杂且耗时的，然而将是从本发明中获益的所属领域的技术人员从事的设计、构造和制造的常规。
[0023]在介绍各种实施例的要素时，冠词“一”和“所述”意图意指存在一个或多个要素。 术语“包括”、“包含”和“具有”意图为包含性的且意味着可能存在除所列要素之外的额外要素。此外，为方便起见，充分利用“顶部”、“底部”、“在…上方”、“在…下方”、其它方向术语， 以及这些术语的变体，但并不需要组件的任何特定取向。
[0024]现在转到本附图，图1中图示了根据一个实施例的系统10。特别地，系统10(例如， 钻井系统或生产系统)促进接近石油或天然气等资源或从井12提取所述资源。如所描绘，系统10是海底系统，其包含地面设备14、立管设备16,以及组设备18,以用于通过井口20接近资源或从井12提取资源。在一个海底钻井应用中，地面设备14安装到在水的表面上方的钻机，组设备18(8卩，井口组合件)耦合到靠近海底的井口20,且立管设备16将组设备18连接到地面设备14。
[0025]如将了解，地面设备14可以包含多种装置和系统，例如栗、电源、电缆和软管卷盘、 控制单元、分流器、平衡环、星形轮等。类似地，立管设备16也可以包含多种组件，例如立管接头、挠性接头、填充阀门、控制单元，以及压力-温度转换器等等。依次地，组设备18可以包含能够实现控制来自井12的流体的多个组件，例如防喷器。[〇〇26]在图2中大体上描绘的一个实施例中，组设备18包含耦合到下部防喷器(B0P)组24 的下部海洋立管组件(LMRP)22。下部海洋立管组件22包含用于控制液压元件28和30的控制箱26。元件28和30在组设备18上执行各种液压功能，包含控制来自井12的流通过组设备18。 在所描绘的实施例中，下部防喷器组24的元件30包含(柱塞型防喷器的)液压控制剪切式柱塞32和管道柱塞34。但应了解，组设备18可以包含将通过液压元件28和30执行的许多液压功能。作为举例，在各种实施例中，液压元件28和30共同地包含环状防喷器、其它柱塞型防喷器，和其它阀门等等。控制箱26通过合适的导管(例如，控制管或软管)连接到元件28和 30。这允许控制箱26将液压控制流体导引到元件28和30以使得这些元件执行其既定功能， 例如闭合防喷器的柱塞或打开阀门。
[0027]由于通过井口组合件的液压元件执行的功能的重要性，包含用于控制井口组合件的液压元件的两个冗余控制箱已经变成行业标准。这两个冗余(redundant)控制箱是功能上相同的(即，该控制箱中的每一个都能够独立地控制井口组合件的相同液压功能)，且该控制箱可与不同于控制箱的备用控制系统区别开，备用控制系统例如声学控制系统、安全制动开关，以及为通过控制箱控制的功能的仅某一子集提供有限的冗余度的自动剪切系统。
[0028]尽管控制箱可以是大体上可靠的，但随时间推移，控制箱可能发生故障且导致钻井操作的停止，直到故障源可以被确定且修复。如上文所提到，此故障可以导致大量的且成本较高的停机时间。尽管使用两个控制箱提供冗余(redundancy)，但该使用还增加了至少一个控制箱将经历故障状况的可能性，该故障状况将导致经营者停止钻井操作。作为实例，如果防喷器系统的两个控制箱中的每一个都具有在给定时间段上的99%的可靠率(8卩，1 % 的故障率)，那么两个控制箱中的至少一个或另一个将发生故障的几率是几乎两倍高(在给定时间段上的98.01 %的系统可靠率和1.99%的故障率，其中系统可靠性或故障是基于两个控制箱的持续、恰当的运作)。鉴于此类故障的成本，在行业中已经存在以具有成本效益的方式增加控制箱和相关联的系统的可靠性的长期需要。因为控制箱的故障率取决于每个组件的故障率，所以过去的在增加可靠性方面的努力已经集中于增加控制箱的个体组件的可靠性。但控制箱包含许多阀门和其它组件，且显著增加这些组件的可靠性可能产生尺寸大大增加的组件、用更加昂贵的材料或技术制成组件或这两个结果都产生。并且，因为控制箱的可靠性取决于其所有组件的可靠性，所以此尺寸或成本的增加可能显著影响控制箱的尺寸和成本。
[0029]本发明的实施例替代地包含除典型的两个控制箱之外的至少一个附加控制箱，而非跟随更加努力以获得在控制箱和其组件的可靠性上的渐进式改进的趋势。在一些实施例中，至少一个附加控制箱在功能上与前两个控制箱相同(即，三个控制箱中的每一个均控制所有相同的液压元件)。添加的此层冗余将大大影响防喷器系统的可靠性，因为系统即使当控制箱中的一个发生故障(或者，更大体上而言在具有超过三个控制箱的系统的情况下，N-2个控制箱发生故障，其中N是控制箱的总数目)时，也可以根据API Spec 16D继续操作。
[0030]具有三个控制箱的防喷器系统的增加的可靠性可以利用对上文所提到的实例的进一步考虑得到更好的了解，其中控制箱具有在给定时间段上的99%的可靠率(和1%的故障率)。在由第三控制箱代表的附加一级冗余的情况下，即使控制箱中的一个发生故障或以另外方式出故障，系统也可以根据API Spec 16D继续操作。因此，此具有三个控制箱的防喷器系统将具有在给定时间段上的99.9702%的可靠率和0.0298%的故障率(同样地，系统可靠性或故障根据API Spec 16D基于两个控制箱的持续、恰当的运作)。这表示与传统的两箱式系统相比在系统故障率上的极大降低(在故障率上超过98.5%的降低)，且将基本上减少与同发生故障的系统相关联的钻井活动的停止相关联的成本。[〇〇31]在图3到图5中借助于实例描绘了具有此布置的一个实施例，该布置具有用于控制组设备18的液压功能的三个控制箱。在此实施例中，下部海洋立管组件22不仅包含安装在框架38上的一对冗余控制箱40和42,而且还包含第三冗余控制箱44。在仅具有两个控制箱的其它布置中，控制箱中的一个通常被称作“黄”控制箱，而另一个被称作“蓝”控制箱。在本实施例中，控制箱40和42对应地可以被称作黄箱和蓝箱，而第三控制箱44可以由任何所希望的颜色来指代，例如“红”箱。在至少一些实施例中，控制箱40、42和44是功能上相同的，因为控制箱中的每一个都能够控制可以由其它控制箱控制的所有液压功能。控制箱40、42和 44可以控制各种数目的液压功能。在一些实施例中，控制箱中的每一个控制井口组合件的从48到144个液压功能，且在一个实施例中，三个控制箱中的每一个均控制120个液压功能。 在另一实施例中，三个控制箱中的每一个均控制128个液压功能。三个控制箱40、42和44代表可以耦合为井口组合件的一部分的防喷器控制组合件。在目前描绘的实施例中，控制组合件包含其上安装有控制箱的下部海洋立管组件22,但该控制箱还可以一些其它方式安装到井口组合件。[〇〇32]所描绘的下部海洋立管组件22包含呈连接器46形式的液压元件28。连接器46使得下部海洋立管组件22能够落在下部防喷器组24上且随后固定到该下部防喷器组。在该组合件的相对端上，立管适配器48使得下部海洋立管组件22能够连接到上文所描述的立管设备 16。如所描绘，下部海洋立管组件22还包含挠性接头50，该挠性接头接纳立管设备16的立管接头相对于下部海洋立管组件22的角运动(S卩，该挠性接头接纳地面设备14相对于组设备 18的相对运动)。下部海洋立管组件22还包含呈液压控制环状防喷器52的形式的液压元件 28。且再者，下部海洋立管组件22包含压井管线54(图3)和节流管线58(图4)。这些压井管线 54和节流管线58可以通过对应的压井连接器组合件56和节流连接器组合件60连接到下部防喷器组24。
[0033]图6到图8中更加详细描绘了安装在图3到图5的下部海洋立管组件22上的控制箱中的一个的实例。尽管这些额外的附图中所描绘的控制箱表示控制箱44,但应注意，在至少一些实施例中，控制箱40和42中的一个或两个都与控制箱44相同。控制箱44包含具有下部部分68和上部部分70的框架72。下部部分68包含用于控制液压控制流体到井口组合件的液压元件的流动的许多阀门，且上部部分70(该上部部分也可以被称作复用部分)包含海底电子模块74，该海底电子模块基于所接收的命令信号控制部分68的阀门的操作。在所描绘的实施例中，下部部分68包含具有垫板安装阀门86的面板或垫板80、82和84。[〇〇34]阀门86可以连接到液压元件28和30以控制这些组件的操作。在一个实施例中，控制下部防喷器组24的液压元件30的那些阀门86通过导引到控制箱44的托管架92的控制管连接到那些元件30。并且控制下部海洋立管组件22的液压元件28的那些阀门86直接连接到其对应的元件28,而不通过托管架来导引。本实施例的托管架92是可移动托管架，该可移动托管架可以从护罩94延伸且缩回到该护罩中。托管架92从护罩94进行的延伸使得能够将下部防喷器组24的液压元件30连接到其对应的控制阀门86。因此，托管架92也可以被称作组托管架。这与立管托管架(不包含在目前所描绘的实施例中)形成对比，该立管托管架将便利了控制箱的阀门到下部海洋立管组件的液压元件的连接。在将控制箱44安装在下部海洋立管组件22上的期间且在下部海洋立管组件22落在下部防喷器组24上的期间，护罩94保护托管架92。[〇〇35]如图9中示出，托管架92包含连接到板102的流体分布毂100。在所描绘的实施例中，毂100包含具有入口 106和出口 108的四个楔形元件。控制下部防喷器组24的液压元件30 的那些阀门86可以耦合(例如，用液压控制管)到入口 106,该入口本身通过毂100中的内部管道与出口 108相连接。当下部海洋立管组件22落在下部防喷器组24上时，控制箱40、42和 44的托管架92可以经延伸以与对应的适配器(例如，控制箱底座)相匹配，该适配器经构造以将控制流体从出口 108导引到下部防喷器组24的液压元件30。出口 108被描绘为包含用于接收密封件的凹入的肩部，以抑制在出口 108与接收托管架92的匹配的适配器之间的接口处的泄漏。并且在一些实施例中，毂100的楔形件可以向外驱动成与匹配的适配器啮合，以促进密封件与匹配的适配器之间的密封啮合。
[0036]图10和图11中描绘了具有可以经延伸以将匹配的适配器啮合在下部防喷器组上的托管架的控制箱26的实例。如上文所描述，下部海洋立管组件22的组件包含控制箱26和液压元件28，而下部防喷器组24包含液压元件30。并且如图10和图11中示出，下部防喷器组 24还包含接收控制箱26的匹配的托管架92的至少一个适配器118。尽管图10和图11出于说明的目的仅描绘了单个控制箱26和单个适配器118,但应了解，下部海洋立管组件22可以包含较大数目的控制箱26(例如，三个控制箱)且该系统可以包含足够数目的适配器118以接收控制箱。
[0037] 在一个实施例中，阀门86包含用于控制液压元件30的下部防喷器组阀门114和用于控制液压元件28的下部海洋立管组件阀门116。阀门114和116通过来自海底电子模块74 的指令控制。在图10和图11中大体上描绘的实施例中，下部海洋立管组件阀门116直接耦合到其所控制的液压元件(例如，通过液压控制管)，而非通过立管托管架来导引。相反，下部防喷器组阀门114液压地耦合到托管架92(例如，也利用液压控制管)。托管架92可以从控制箱26延伸到适配器118中，如由图11中紧邻托管架92的朝下的箭头大体上表示。在目前所描绘的实施例中，下部防喷器组阀门114不仅液压地耦合到托管架92，而且该阀门还与托管架 92相连接，使得阀门114在托管架92相对于控制箱26延伸或缩回时随该托管架移动。例如， 阀门114可以安装在经耦合以随托管架92移动的一个或多个面板上，而阀门116可以安装在不随托管架92移动的一个或多个不同面板上。[〇〇38]图12到图14中根据特定实施例大体上描绘了将控制箱26连接到控制单元130的各种方式。举例而言，在图12的控制系统128中，控制箱40、42和44中的每一个都通过对应的电缆132连接到控制单元130。控制单元130可以包含用于将指令传达到控制箱26的任何合适的设备(例如，计算机、人-机界面，以及具有适当的软件的网络连接设备)。电缆132能够实现将命令信号(即，控制指令)从控制单元130发送到控制箱26(例如，发送到控制箱的海底电子模块74)。在至少一些实施例中，电缆132被设置在电缆卷盘上。命令信号可以依次发送到控制箱26,或冗余命令信号可以同时发送到控制箱26。在一些实施例中，控制系统可以检测三个控制箱26中的一个的故障发生。但因为该系统包含三个控制箱，所以钻井操作可以使用两个剩余的、未发生故障的控制箱26根据API Spec 16D继续。
[0039]尽管每个控制箱26都可以连接到其自身的用于接收指令的电缆132,但在给定应用中也可以使用其它布置。例如，图13的控制系统136包含用于将指令从控制单元130传递到控制箱26的仅两个信号电缆138。两个电缆138可以首先连接到控制箱26中的两个(此处为控制箱40和42)。但电缆138中的任一个可以从控制箱(举例来说，发生故障的控制箱)断开且随后重新附接到新控制箱，如由图13中的虚线140大体上表示。在一些情况下，在控制箱26保持安装在海底井口组合件上时且在海底井口组合件保持安装在海底井处时，电缆 138的此断开和重新附接可以执行(例如，通过海底遥控运载工具)。并且作为又一实例，图 14的控制系统144包含在一端处连接到控制单元130的一对电缆146。但在两个电缆146中的一个被导引到控制箱26(此处为控制箱44)时，电缆146中的另一个连接到配线点148(例如， 多路复用器)，附加电缆150将配线点148连接到另一个控制箱26(此处为控制箱40和42)。
[0040]尽管本发明的各方面容易具有各种修改和替代形式，但已经在附图中借助于实例示出了具体实施例并且已经在本文中对其进行了详细描述。但应理解，本发明并不意图限于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落入由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的所有的修改、等效物和替代方案。
【主权项】
1.一种防喷器装置，包括:控制箱，包含:组托管架，其促进所述控制箱到防喷器系统的防喷器组的液压元件的连接；多个阀门，其用于将控制流体导引到所述防喷器组的液压元件;和控制箱框架，其包括带有中心孔的底板；其中，用于将所述控制流体导引到所述防喷器组的液压元件的所述多个阀门被安装在 所述控制箱框架内；其中，所述组托管架延伸穿过所述控制箱框架的所述底板的所述中心 孔，并且促进所述控制流体从所述多个阀门通过所述组托管架到所述防喷器组的所述液压 元件的流通；以及其中所述控制箱不包含立管托管架，所述立管托管架促进所述控制流体 到所述防喷器系统的下部海洋立管组件的附加液压元件的流通。2.如权利要求1所述的防喷器装置，其包括所述防喷器系统的所述下部海洋立管组件。3.如权利要求2所述的防喷器装置，其中，所述下部海洋立管组件包含所述控制箱。4.如权利要求3所述的防喷器装置，其中，所述下部海洋立管组件包含附加控制箱。5.如权利要求4所述的防喷器装置，其包括所述防喷器组。6.如权利要求5所述的防喷器装置，其中，所述控制箱和所述附加控制箱使得能够对所 述防喷器组的所述液压元件和所述下部海洋立管组件的所述附加液压元件进行冗余控制。7.如权利要求5所述的防喷器装置，其中，所述防喷器组的所述液压元件包含至少一对 液压控制柱塞。8.如权利要求4所述的防喷器装置，其包括多个电缆，所述多个电缆使得控制信号能够 被从控制单元导引到所述控制箱和所述附加控制箱，其中，所述控制箱中的每一个耦合到 所述多个电缆中的对应的电缆，以允许由所述控制箱中的每一个接收控制信号。9.如权利要求4所述的防喷器装置，其中，所述控制箱和所述附加控制箱在功能上彼此 相同。10.如权利要求2所述的防喷器装置，其中，所述下部海洋立管组件的所述附加液压元 件包含液压控制环状防喷器。
【文档编号】E21B33/064GK106014322SQ201610274424
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2013年11月11日
【发明人】D·J·麦克沃特, M·M·肯尼迪, E·C·戈德
【申请人】卡梅伦国际有限公司