[发明专利]用于测试多路复用的BOP控制系统的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋石油眼孔的钻井中的防喷器。在深海海洋钻井操作中，防喷器（BOP）是保证安全所必不可少的。BOP具有复杂的计算机控制系统，并且最重要的是保证这些控制系统恰当且有效地运转。目前可获得的测试方法不足以检测BOP的计算机控制系统中的软件错误，且这会导致使得不得不中止钻井操作并且将BOP从海底提升至平台或者进行水下修补的问题。这将造成巨大的额外钻井费用，因为钻机将持续一天或多天不运转。此外，BOP控制系统中的软件错误会引发潜在的危险状况，该状况会导致井喷。

通过引入一种改进BOP控制系统上的软件测试覆盖范围的基于模拟器的测试方法和测试系统，本发明提出了一种针对该问题的新的和有效的解决方案。

背景技术

将参考附图中的图1给出防喷器（BOP）的背景知识。防喷器（BOP）为一组阀。BOP的主要功能是打开和关闭井眼。为了利用浮动设施（4）或者陆地遥控设施在深水处钻井，在钻井过程中在海底的井口（5）上安装BOP。

典型地，海底BOP组阀包括：

－环形阀，其在井眼为空并且在钻井隔水管中存在钻杆或套管时封闭井眼。

－管闸板，其是在井眼中存在钻杆时封闭BOP的阀。

－全封闭闸板，其是在井眼中不存在钻杆时封闭井眼的阀。

－剪切式闸板，其是切断钻杆并且封闭井眼的阀。

－钻井四通，其用于连接阻流管线和压井管线。

LMRP（低位海洋隔水管总成座Lower Marine Riser Package）（2）被装配在海洋隔水管（3）的下端，并且被用于连接海底BOP组。LMRP（2）具有一组阀来控制海洋隔水管（3）下端的打开和关闭。

在钻井操作中，典型地通过经由海洋隔水管（3）从钻机上降下的旋转钻柱进行钻井。钻柱是中空的，且包括一系列相连的钻杆段。通过钻柱向下泵送钻井泥浆，钻井泥浆在井底经钻头流出，进入眼孔中的环形空间。然后，泥浆经由环状体（其为钻柱和井外壁之间的空间）上升至钻机，经由海底BOP返回，且通常经由钻井隔水管上升，并且返回到浮动设施（4）。

海洋隔水管（3）是相对柔软的管道，该管道形成从钻机上的钻台到安装于海底上的海底BOP的连接。隔水管包含钻柱和经环状体返回的钻井泥浆。

深海钻井通常从船一样的浮动船只或浮式钻机上进行。这样的浮动船只可以被锚固，但是对于深海而言，当前的主流做法是采用动态定位，其中通过动态定位系统将浮动船只保持在期望位置上，该动态定位系统为一种计算机系统，该计算机系统记录如通过位置参考系统（例如GPS接收器、张索或水声系统）测量的位置。

ROV（遥控载具）是具有摄像机和机械臂以及一系列传感器（例如压力传感器和航向传感器）的水下船只。通过向ROV供应电能和命令信号的电缆从水面对ROV进行控制和操作，并且ROV将摄像机图像和传感器信号回送到水面。

浅水控制系统可利用液压系统来进行信号传输。利用液压流体来触发功能以触发舱上的导向器或控制系统阀。该解决方案可用于直至5000ft的水深。

MUX（多路复用）BOP控制系统通常被用于在超过3500英尺的水深下的钻井。在MUX BOP控制系统中，从平台将电信号传给BOP。这样的系统通常使用平台上的PLC（可编程逻辑控制器），该PLC与包含在海底BOP上的水密舱中的海底电子器件进行通讯。这样的解决方案允许对逻辑功能的编程和对操作的自动排序。采用冗余的硬件来提高可靠性。

此外，BOP控制系统将具有自动触发的紧急BOP控制能力（也叫做辅助介入系统）。这可以包括：

－所谓“Deadman”系统，将其与海底控制系统独立地安装在BOP上，并且所谓“Deadman”系统响应于失去与水面的通讯来提供信号以便在无操作人员参与的情况下封闭井眼。

－自动模式功能系统，其在海底舱或海底控制系统上运行，并且响应于失去与水面的通讯来在无操作人员参与的情况下封闭井眼。

－自动剪切功能

－在动态定位的钻机上使用EDS（紧急断开连接系统）。由操作人员通过推压按钮来触发EDS。海底BOP于是将自动履行一序列操作来为LMRP（2）与海底BOP的安全断开连接做准备。这可以包括关闭压井阀和阻流阀，以及关闭剪切式闸板以切断钻柱。

使用冗余来改进可靠性。与此同时，冗余增加了计算机系统的复杂度，如果因为复杂的设计转而导致出现软件或硬件错误，则会引发问题。

可被设计成执行类似功能的辅助介入系统的交互作用是另一个错误来源。