专利名称：井生产关闭的制作方法
井生产关闭
背景技术：
该发明涉及用于控制在水下的流体生产井(例如，海底烃类提取井)的生产关闭的方法以及系统。对井操作者而言在多个井集合中关闭单个海底井的优选的当前可用的方法是通过表面平台。涉及井的操作的数据(例如压力以及温度)典型地经由脐带式电缆通过井的通信系统被传输至表面平台。这样的数据典型地由井操作者所监视。关闭井的需要通常由集成控制与安全系统(ICSS)来自动确定，ICSS是位于表面的安全整合等级(SIL)评级系统，但操作者可手动地通过ICSS来启动该系统。通常ICSS与在海底高压单元(HPU)上的排放阀相连，当排放阀打开时，促使在脐带中的液压供应降压，以及结果该井最后将关井， 且这样做所花费的时间取决于脐带的长度。如果确定要求井关闭采用可控且及时的方式， 命令则通过相同的通信系统被传输至海底井树的海底电子模块(SEM)，该命令典型地导致生产翼阀的关闭，接着是在HPU处的排放阀的操作以确保系统排放并且关井。来自表面平台的命令信号被位于海底控制模块(SCM)中的海底电子模块(SEM)接收，其可位于井口处。 SEM的电子元件驱动在SCM中的方向控制阀(DCV)，其进而控制液压供应以操作生产翼阀。已知的系统在图1中被示出。如所示，生产流送管1与多个阀配合以控制并且保护系统，这些阀包括表面可控的表面下的安全阀(SCSSV)2、生产总阀(PMV)3、生产翼阀 (PWV) 4以及流量控制扼流器(flow control choke) 50阀2、3以及4液压式操作并且是自动复位的，因为随着液压功率的损失，阀自动关闭(例如通过复位弹簧处于偏置)。液压功率通过位于安装在井树上的海底控制模块(SCM) 6内的方向控制阀(DCV，未示出)被馈送给阀2、3以及4。DCV的电操作螺线管由位于SCM 6中的海底电子模块(SEM)7的电子元件驱动。在图1中，两个SEM 7被示出，如果一个SEM 7故障则提供备用安全。经由脐带穿过所谓的“黑通道”(如在例如GB-A-245^48中所述的)对SEM 7馈送来自位于表面平台上的顶侧控制系统8的控制信号。任何关闭井的要求(例如在紧急情况下)由从顶侧控制平台 8传输至SEM 7和关联的DCV的控制信号来实现，以致动适当的阀以实现生产关闭(PSD)。 关闭井的决定通过如上所述的ICSS12典型地从可例如从位于井上的传感器9、10、以及11 传输的温度以及压力的观测来做出。在这个例子中，为了实现关闭，来自至少一个传感器9、 10、11的信号必须通过SEM7以及脐带被传递至位于表面的ICSS 12，由ICSS 12所处理，并且然后关闭控制信号由ICSS 12发送，通过脐带到达海底井口(经由SEM 7)以促使至少一个DCV以激活，其进而促使至少一个阀的关闭，例如排放阀或者生产翼阀。这样的系统的问题是它是过长且复杂的，涉及大量部件，并且要求从井口传感器到表面以及再返回来的通信，而且这导致了比所希望的可靠性要低。确实，这样已知的系统具有这样差的“一经需求而故障的概率”，使得它们不可能实现甚至最低的安全整合等级 (SIL)评级(其是SIL 1)。本发明的目的是克服该问题并且提高关闭系统的可靠性。该目的通过在井处提供关闭处理功能来实现。这样生产关闭(PSD)系统的实现(使用传感器以及本地处理器、采用SIL可评级的软件来本地化地(如，海底)探测故障状况)可不需要与表面通信而实现PSD。如果需要，该系统理想地通过来自表面的命令而允许PSD，但如果在紧急情况下需要PSD时不依赖该通信。而且，来自表面的电功率或黑通道通信的故障，理想地导致本地化操作的PSD。以该方式，井生产关闭系统的安全整合可通过本地处理来保证，如其能被SIL评级，同时仍通过来自顶侧控制系统的命令来实现传统的PSD。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了用于控制在水下的流体生产井的生产关闭的方法，其包括以下步骤a)监视来自位于井处的传感器的输出信号；b)处理该信号以确定关闭是否需要；以及c)通过发送关闭信号到装置以促使位于井处的阀的致动而实现关闭，所述致动促使井关闭生产；其中在步骤b)中，该处理由位于井处的处理器来执行。根据本发明的第二个方面，提供用于控制在水下流体生产井的生产关闭的系统。 该井具有用于产生指示该井的状态的输出信号的传感器以及可致动以关闭井的生产活动的阀，该系统包括用于接收输出信号的装置；以及用于处理所接收的信号以确定关闭是否需要并且输出关闭信号给阀的处理器；其中该接收装置以及处理器位于井处。
本发明现将参照附图来描述，其中图1示意地示出了已知的井控制系统；图2根据本发明示意地示出了井控制系统的实施例；以及图3示意地示出了图2的系统的放大部分。
具体实施例方式本发明的实施例在图2以及3中示意地被示出，尽可能的，在图1中所使用的编号方式对类似的部件仍保留。在该实施例中，存在很多和图1的已知系统一样的部件，其使本发明系统能以最小的中断来改造已知的井系统。本地生产关闭(PSD)处理器18在井口处装配在SEM 7内。 该处理器18相对简单、且相对低复杂性，并且因此是SIL可评级的。在该实施例中，一个处理器18在每个SEM 7内被提供。在备选的实施例中(未示出)，另外的处理器18可在每个 SEM 7内被提供以提供备用功能性。每个处理器18适合于接收来自压力/温度传感器9、10以及11的输出信号，并且如以下阐明的那样处理这些信号。每个处理器18可操作以通过这些输入信号适当的处理来识别何时生产关闭被要求，并且实现该生产关闭。在这一点，每个处理器18还可操作以输出关闭控制信号到DCV来控制适当的阀2、3、4(根据图3更详细地在下面描述)。每个处理器18还适合于接收来自位于顶侧平台8处的ICSS 12的控制信号19。该本地PSD处理的逻辑在图3中被图示。例如在初始化预部署期间，或者在正进行的服务期间，对压力以及温度预先确定的限制13被馈送至PSD处理器18。这些限制数据被存储在处理器18内或者在SEM 7内。另外，处理器18接收来自本地压力/温度传感器 9、10、11的系统测量14。处理器18将系统测量14与限制13相比较。如果故障状况被探测到(典型地因为至少一个测量14超过了限制13)，处理器18则输出关闭操作控制信号给适当的DCV15，其用于控制阀2、3、以及4。来自处理器18的关闭信号输出经由OR门16被馈送。门16还具有传统的“黑通道”输入控制17，其作为命令输入被馈送至门16，以及设置成使得黑通道输入的损失(如，由于在表面处的电功率损失)自动地促使门16激活DCV 15以关闭阀2、3以及4，并且因此实现生产关闭。作为进一步的安全特征，每个处理器18适合于接收来自位于表面处的ICSS 12的命令信号19，并且当接收到来自ICSS 12的适当命令控制信号时实现PSD。PSD处理器18能以硬件方式来实现。备选地，处理器18可包括软件程序(例如以 C语言编写)，其在位于SEM 7内的相对简单的处理器中运行，其因此是SIL可评级的，以提供处理灵活性。该处理器可例如被容置在SEM 7内的电子元件板中。以上所述的实施例仅是示例性的，并且其他在本发明范围内的可能以及变更对本领域内技术人员而言是清楚明了的。例如，在上面的实施例中，关闭可通过发送适当的控制信号19到处理器，或者通过黑通道输入17的缺失而从表面来实现，然而在备选的实施例中，来自ICSS 12的命令信号可绕过处理器18，并且反而被直接传递至OR门16。这样的设置进一步增加系统的相对简单性。备选地，来自ICSS12的控制信号19可完全免除，使得顶侧的控制仅仅通过黑通道输入17来实现。尽管三个压力/温度传感器9-11已被描述，事实上处理器18可接收来自在井口处所提供的尽可能多的传感器的输入。尽管以上所述的实施例将所接收的传感器信号与预设的限制13相比较，其他用于确定故障状况的方法可被使用。例如，处理系统可跟踪随时间传感器输出中的变化，并且如果传感器输出的变化率超出某个水平则进行动作以实现关闭。备选地，智能系统可被使用，其中从各个传感器的输出能被监视并且与预期的行为模型相比较。
权利要求
1.一种用于控制水下流体生产井的生产关闭的方法，包括以下步骤a)监视来自位于井处的传感器的输出信号；b)处理所述信号以确定关闭是否需要；以及c)通过发送关闭信号到装置以促使位于所述井处的阀的致动而实现关闭，所述致动促使井关闭生产；其中在步骤b)中，所述处理由位于所述井处的处理器来执行。
2.一种用于控制水下流体生产井的生产关闭的系统，所述井具有用于产生指示所述井的状态的输出信号的传感器以及可致动以关闭所述井的生产活动的阀，所述系统包括用于接收所述输出信号的装置；以及用于处理所接收的信号以确定关闭是否需要并且输出关闭信号给所述阀的处理器；其中所述接收装置以及处理器位于所述井处。
3.如权利要求1所述的方法，包括在井处接收来自表面位置的控制信号并且逻辑性地将其与所述处理器输出组合的步骤，使得能在所述阀处从所述处理器或者从所述表面位置接收关闭信号。
4.如权利要求2所述的系统，包括位于所述井处的装置，其用于从表面位置接收控制信号并且逻辑性地将其与所述处理器输出组合，使得能在所述阀处从所述处理器或者从所述表面位置接收关闭信号。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法或者系统，其中所述处理器适合于接收从表面位置所接收的控制信号并且根据所述控制信号输出关闭信号。
6.如权利要求1所述的方法或者如权利要求2所述的系统，其中所述处理器是SIL可评级的。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法或者系统，其中所述处理器通过将所述传感器输出与预先确定的限制相比较来确定关闭是否需要。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法或者系统，其中所述处理器通过将所述传感器输出与模型化的行为相比较来确定关闭是否需要。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法或者系统，其中所述井包括多个传感器，并且所述处理器接收并且处理来自每个所述多个传感器的输出信号。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法或者系统，其中所述处理器位于在井口处的海底电子模块内。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法或者系统，其中所述阀包括方向控制阀。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法或者系统，其中所述井包括烃类提取井。
13.—种基本如本文参照附图2以及3所述的方法。
14.一种基本如本文参照附图2以及3所述的系统。
全文摘要
一种用于控制水下流体生产井的生产关闭的系统。该井具有用于产生指示该井的状态的输出信号的传感器以及可致动以关闭井的生产活动的阀，该系统包括用于接收输出信号的装置；以及用于处理所接收的信号以确定关闭是否需要并且输出关闭信号给阀的处理器；其中该接收装置以及处理器位于井处。
文档编号F16B13/02GK102323793SQ20111011625
公开日2012年1月18日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者I·J·肯特, S·C·霍利, V·L·哈钦斯 申请人:韦特柯格雷控制系统有限公司