BOP 제어 시스템들 및 관련 방법들

BOP 제어 시스템들 및 관련 방법들

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2015년 2월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 62/116,541 및 2015년 4월 2일에 출원된 62/142,422에 대한 우선권을 주장하며, 이는 구체적으로 포기 없이 참조로서 본원에 통합된다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 폭발 방지기 제어 시스템들(blowout preventer control systems)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 분산된 사전 진단들 및/또는 진단 능력들을 포함하는 폭발 방지기 제어 시스템들에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

BOP(blowout preventer)는 오일 및 가스정들을 밀봉, 제어 및/또는 모니터링하기 위해 사용되는 스택들에 일반적으로 중복 설치되는 기계 장치이다. 일반적으로, 폭발 방지기(blowout preventer)는 예를 들어 램들(rams), 고리들(annulars), 어큐뮬레이터들(accumulators), 테스트 밸브들(test valves), 페일세이프 밸브들(failsafe valves), 킬 및/또는 쵸크 라인들 및/또는 밸브들, 라이저 조인트들(riser joints), 유압 커넥터들 등과 같은 다수의 장치들을 포함하고, 이들 중 다수가 유압식으로 작동될 수 있다.

BOP 운영 이벤트들은 심해 시추 장비들의 장비 관련 비생산 중단 시간(equipment-related non-productive downtime; NPT)의 약 50 %를 차지할 수 있다. 이러한 BOP 운영 이벤트들 중에서, 약 55 %가 BOP 제어 시스템의 오작동들과 직접 연결될 수 있다.

일반적으로, BOP들 및 BOP 제어 시스템들("BOP 시스템들")은 크게 시행 착오 기초(trial-and-error basis)로 작동 및 유지된다. 예를 들어, 일반적인 BOP 시스템에서, 운영자는 특정 BOP 시스템 구성 요소가 유지 보수되어야 할 때, 교체되어야 할 때 등에 관해 어느 정도의 주관적 판단을 수행해야 할 수 있다. 유지 보수 계획들 및 다른 시스템 요구 사항들이 특정 구성 요소들에 대해 존재할 수 있지만, 이러한 계획들 및 요구 사항들은 일반적으로 구성 요소들이 설계 및/또는 구현된 후에 개발된다. 따라서, 일부 경우들에서, 구성 요소들이 수명이 다한 상태로 유지 보수 및/또는 구현되어, 구성 요소 고장을 초래할 수 있으며, 다른 경우들에서, 구성 요소들이 불필요하게 유지 및/또는 교체되어, 운영 비용들이 증가 및/또는 자체 유발 및/또는 시기 상조의 구성 요소 고장의 위험을 나타낼 수 있다. 추가로, BOP 시스템 구성 요소 고장이 발생할 경우, 이러한 기존 BOP 시스템은 일반적으로 제거 방식(elimination approach)에서 오류가 있는 구성 요소를 적절히 식별하기 위해 값비싼 NPT가 필요하다. - 때로는 표면에 대한 BOP의 추출을 필요로 한다.

최근, 일부 BOP 시스템들은 제한된 구성 요소 모니터링 및 보고 능력을 포함한다. 그러나, 이러한 증가된 개선은 BOP 시스템 가용성, 신뢰성, 및 내결함성의 중요성을 해결하지 못하고, 특히 안전성이 중요한 BOP 기능들을 처리할 때 그렇다.

제한된 구성 요소 모니터링 및 보고 능력을 갖는 것을 포함하는 기존의 BOP 시스템은 또한 BOP 시스템의 동작 상태(예를 들어, 시스템이 건설중이거나, 시추중이거나, 생산중이거나, 및/또는 생산중인지 여부)를 설명하지 못할 수 있다. 이러한 작동 상태들은 BOP 시스템 구성 요소들과 관련하여 적절한 작동 및/또는 유지 보수 선택들을 하는 데 중대한 역할을 할 수 있다.

본 발명의 BOP 제어 시스템의 일부 실시예들은 각각이 BOP 제어 시스템 구성 요소를 포함하는 하나 이상의 노드들에 분산된 사전 진단 및/또는 진단 기능을 통해 시스템 가용성을 최대화하도록 구성된다(예를 들어, 하나 이상의 노드의 성능 저하를 모니터링함으로써, 하나 이상의 BOP 시스템 구성 요소들의 고장를 예측한다). 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은, 각각이 BOP 시스템 구성 요소, 리던던트 하드웨어(예컨대, 예를 들면, 각각이 동일한 웰 구멍을 밀봉하도록 구성된 폐쇄 기능을 갖는, 두 개 이상의 램형(ram-type) BOP들과 같이, 동일하거나 유사한 결과를 달성하기 위해, 예를 들면, 두 개 이상의 리던던트 BOP 시스템 구성 요소들 및/또는 두 개 이상의 리던던트 BOP 기능들), 동일한 BOP 기능을 작동시키기 위해 두 개 이상의 리던던트 기능 경로들, 등을 포함하는, 하나 이상의 노드들에 분산된 사전 진단 및/또는 진단 기능을 통해 시스템 신뢰성 및/또는 시스템 고장 내구성을 최대화하도록 구성된다.

본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은; 제 1 BOP 기능과 연관된 하나 이상의 이용 가능한 기능적 경로들로부터 선택된 기능적 경로의 하나 이상의 노드들에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된 시스템 제어기를 포함하고, 각 노드는 시스템 제어기로부터 수신된 명령에 응답하여 작동하도록 구성된 작동 가능한 구성 요소를 포함하고, 각 노드는 구성 요소 및 프로세서의 작동에 대응하는 제 1 데이터 세트를 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 갖는다.

본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은: 제 1 BOP 기능과 연관된 적어도 두 개의 기능적 경로들로부터 선택된 기능적 경로의 하나 이상의 노드들에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된 시스템 제어기로서, 각각의 노드는 상기 시스템 제어기로부터 수신된 명령에 응답하여 작동하도록 구성된 작동 가능한 구성 요소를 포함하고, 각각의 노드는 상기 구성 요소의 작동에 대응하는 제 1 데이터 세트를 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 구비하는, 상기 시스템 제어기; 및 상기 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 상기 제 1 데이터 세트를 분석하고 구성 요소의 잔여 유효 수명을 시스템 제어기에 전달하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 시스템 제어기는 기능 경로의 하나 이상의 노드들 중 적어도 하나의 잔여 유효 수명에 적어도 부분적으로 기초하여 적어도 두 개의 기능 경로들 각각에 위험 레벨(risk level)을 할당하고, 상기 적어도 두 개의 기능 경로들의 각각의 위험 레벨들에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위해 적어도 두 개의 기능 경로들 중 적어도 하나를 식별하도록 구성된다.

본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은: 제 1 BOP와 연관된 하나 이상의 기능 경로들로부터 선택된 기능 경로의 하나 이상의 노드들에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된 시스템 제어기로서, 각각의 노드는 상기 시스템 제어기로부터 수신된 명령에 응답하여 작동하도록 구성된 작동 가능한 구성 요소를 포함하고, 각각의 노드는 상기 구성 요소의 작동 동안 적어도 두 개의 감지된 값들을 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 구비하는, 상기 시스템 제어기, 및 프로세서로서, 하나 이상의 노드들 중 적어도 하나로부터 적어도 두 개의 감지된 값들을 수신하고, 적어도 두 개의 감지된 값들 중 적어도 하나에 기초하여 모델의 기대값을 얻고, 상기 두 개의 값들 사이의 차이를 얻기 위해 상기 적어도 두 개� � 감지된 값들 중 다른 하나와 상기 기대값을 비교하고, (ⅰ) 두 개의 값들 사이의 차이가 임계값을 초과하는 경우의 고장; (ⅱ) 적어도 두 개의 값들 사이의 차이에 기초하여 상기 작동 가능한 구성 요소의 잔여 유효 수명; (ⅲ) 적어도 두 개의 값들 사이의 차이에 기초한 위험 레벨; 또는 (ⅳ) 두 개의 값들의 차이 중 하나 이상을 시스템 제어기에 전달하도록 구성된, 상기 프로세서를 포함한다.

본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은: 제 1 BOP 기능과 연관련된 하나 이상의 이용 가능한 기능적 경로들로부터 선택된 기능적 경로의 하나 이상의 노드들에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된 시스템 제어기로서; 각각의 노드는 상기 시스템 제어기로부터 수신된 명령에 응답하여 작동하도록 구성된 작동 가능한 구성 요소를 포함하고, 각각의 노드는 상기 구성 요소의 작동 동안 제 1 데이터 세트를 포착하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 구비하는, 상기 시스템 제어기, 및 프로세서로서, 조정된 모델이 상기 제 1 데이터 세트로부터의 하나 이상의 값들을 근사하도록 모델의 하나 이상의 계수들을 조정하고 조정된 모델의 하나 이상의 계수들 중 적어도 하나에 적어도 기초하여 시스템 제어기 데이터와 통신하도록 구성된, 상기 프로세서를 포함한다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드의 구성 요소는 하나 이상의 작동 가능한 밸브들을 포함하는 유압식 매니폴드(hydraulic manifold)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드의 구성 요소는 유압식 펌프(hydraulic pump)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유압식 펌프는 배터리로 구동된다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드는 가상 센서를 포함한다.

일부 실시예들에서, 각각의 노드의 프로세서는 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 제 1 데이터 세트를 분석하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 각 노드의 프로세서는 구성 요소의 잔여 유효 수명을 시스템 제어기에 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기는 각 노드의 구성 요소의 유효 수명을 사용자에게 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 각 노드의 프로세서는 구성 요소의 잔여 유효 수명이 임계치 이하이면 시스템 제어기에 고장을 전달하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 각 노드의 프로세서는 구성 요소의 비정상 작동을 식별하기 위해 제 1 데이터 세트를 분석하고 구성 요소의 비정상 작동이 식별되면 시스템 제어기에 고장을 전달하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 제 1 데이터 세트는 구성 요소의 작동 주기들의 수를 나타내는 데이터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 데이터 세트는 구성 요소의 응답 시간을 나타내는 데이터를 포함한다.

일부 실시예들에서, 각 노드의 프로세서는 구성 요소의 작동 시뮬레이션에 대응하여 제 1 데이터 세트를 제 2 데이터 세트와 비교하고, 제 1 데이터 세트와 제 2 데이터 세트 사이의 차이들이 임계치를 초과하는 경우 시스템 제어기에 고장을 전달하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드는 제 1 데이터 세트의 적어도 일 부분을 저장하도록 구성된 메모리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드는 제 2 데이터 세트의 적어도 일부를 저장하도록 구성된 메모리를 포함한다. 일부 실시예들은 기능적 경로의 각 노드와 통신하는 메모리를 포함한다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 노드는 시스템 제어기와 무선으로 통신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드는 유선 접속을 통해 시스템 제어기와 통신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 노드는 BOP 제어 시스템 외부의 적어도 하나의 제어기와 통신하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 시스템 제어기는 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위해 이용 가능한 기능 경로들을 위해 BOP 제어 시스템을 스캔하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기는 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위한 다수의 이용 가능한 기능적 경로들을 사용자에게 전달하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 시스템 제어기는, 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들이 시스템 제어기에 고장을 전달하는 경우, 하나 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 1 기능 경로를 제거하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기는, 제 2 기능 경로가 시스템 제어기에 고장을 전달하는 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들 중 하나 이상을 포함하는 경우, 제 2 BOP 기능과 연관된 하나 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 2 기능 경로를 제거하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기는, 제 1 BOP 기능과 연관된 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들이 시스템 제어기에 고장을 전달하는 경우, 제 2 BOP 기능을 선택하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 시스템 제어기는 제 1 BOP 기능에 위험 레벨을 할당하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위한 다수의 이용 가능한 기능 경로들에 적어도 부분적으로 기초하여 할당된다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 적어도 부분적으로 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위해 고장과 연관된 손상(harm)에 기초하여 할당된다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 적어도 부분적으로 기능 경로의 하나 이상의 노드들에 의해 전달된 고장 유형에 기초하여 할당된다.

일부 실시예들에서, 하나 이상의 이용 가능한 기능 경로들은 제 1 기능 경로 및 제 2 기능 경로를 포함하고, 시스템 제어기는, 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들이 시스템 제어기에 고장을 전달하는 경우, 하나 이상의 명령들을 제 2 기능 경로의 하나 이상의 노드들에 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된다.

BOP 기능을 작동시키기 위한 본 발명의 방법들의 일부 실시예들은: 제 1 BOP 기능과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 1 기능 경로를 선택하는 단계, 구성 요소를 작동시키기 위해 하나 이상의 명령들을 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각의 작동 가능한 구성 요소에 전달하는 단계로서, 상기 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각의 구성 요소의 작동은 상기 제 1 BOP 기능을 작동시키는, 상기 하나 이상의 명령들을 전달하는 단계, 및 상기 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들 중 적어도 하나로부터 구성 요소의 작동과 연관된 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은 수신된 정보를 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들은 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위해 이용 가능한 기능 경로에 대한 BOP 제어 네트워크를 스캐닝하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위해 다수의 이용 가능한 기능적 경로들을 사용자에게 전달하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 잔여 유효 수명을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 잔여 수명이 임계치 이하인 경우 고장을 표시한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 비정상 작동의 식별을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 비정상 작동이 식별되는 경우 고장을 표시한다. 일부 실시예에서, 수신된 정보는 구성 요소의 작동에 대응하는 제 1 데이터 세트와 구성 요소의 작동의 시뮬레이션에 대응하는 제 2 데이터 세트 사이의 차이들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 제 1 데이터 세트와 제 2 데이터 세트 사이의 차이들이 임계치를 초과하는 경우 고장을 표시한다.

일부 실시예들은 수신된 정보가 고장을 나타내는 경우 제 1 BOP 기능과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 2 기능 경로를 선택하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은, 수신된 정보가 고장을 나타내는 경우, 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 1 기능 경로를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은 수신된 정보가 제 1 기능 경로 및 제 2 기능 경로에 공통인 노드의 고장을 나타내는 경우 제 2 BOP 기능과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 2 기능 경로를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은 수신된 정보가 고장을 나타내는 경우 제 2 BOP 기능을 선택하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들은 제 1 BOP 기능에 위험 레벨을 할당하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위한 다수의 이용 가능한 기능 경로들에 적어도 부분적으로 기초하여 할당된다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 적어도 부분적으로는 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위한 고장과 연관된 손상에 기초하여 할당된다. 일부 실시예들에서, 위험 레벨은 수신된 정보에 의해 지시된 고장의 형태에 적어도 부분적으로 기초하여 할당된다.

단수 용어는 이러한 개시가 명백하게 달리 요구하지 않는 한 하나 이상으로서 규정된다.

또한, 특정 방식으로 구성되는 장치 또는 시스템(또는 둘 중 하나의 구성 요소)은 적어도 그러한 방식으로 구성되지만, 구체적으로 기술된 것 이외의 다른 방식으로도 구성될 수 있다.

용어 "포함한다"(및 "포함한다" 및 "포함하는"과 같은 포함의 임의의 형태), "구비한다"(및 "구비한다" 및 "구비하는" 등의 구비의 임의의 형태), "포함한다"(및 "포함한다" 및 "포함하는"과 같은 포함의 임의의 형태) 및 "포함한다"(및 "포함한다" 및 "포함하는"과 같은 포함의 임의의 형태)은 제한 없는 연결 동사이다. 결과적으로, 하나 이상의 요소들을 "포함하는", "구비하는", "포함하는" 또는 "포함하는" 장치 또는 시스템은 이들 하나 이상의 요소들을 보유하지만, 이들 요소들만을 보유하는 것으로 제한되지 않는다. 마찬가지로, 하나 이상의 단계들을 "포함하는", "구비하는", "포함하는" 또는 "포함하는" 방법은 하나 이상의 단계들을 보유하지만, 하나 이상의 단계들만을 보유하는 것으로 한정되지는 않는다.

장치들, 시스템들 및 방법들 중 어느 하나의 임의의 실시예는 기술된 단계들, 요소들, 및/또는 특징들 중 임의의 것을 포함/포함/포함/구비하지 않고 구성될 수 있거나 본질적으로 구성된다. 따라서, 청구항들 중 어느 한 항에서, "구성된" 또는 "본질적으로 구성된"이라는 용어는 그와 달리 제한 없는 연결 동사를 사용하는 것으로부터 주어진 청구항의 범위를 다른 것으로 변경하기 위해 상기 열거된 제한 없는 연결 동사들 중 어느 하나로 대체될 수 있다.

일 실시예의 특징 또는 특징들은 본 개시 또는 실시예들의 특성에 의해 명시적으로 금지되지 않는 한, 설명되지 않거나 예시되지는 않더라도 다른 실시예들에 적용될 수 있다.

실시예들과 연관된 일부 세부 사항들이 상기에 설명되고 다른 것들은 아래에서 설명된다.

다음의 도면들은 예시로서 제한 없이 도시된다. 간결하고 명확하게 하기 위해, 주어진 구조의 모든 특징이 그 구조가 나타나는 모든 도면에 항상 기재되지는 않는다. 동일한 참조 번호들은 반드시 동일한 구조를 나타내지는 않는다. 오히려, 동일한 참조 번호는 유사하지 않은 참조 번호들로서 유사한 특징 또는 유사한 기능성을 갖는 특징을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 제 1 실시예의 도면.
도 2a 및 도 2b는 각각 노드 기반 진단들의 예를 도시하는 흐름도들.
도 3은 본 발명의 시스템의 일부 실시예들에서 노드의 구성 요소로서 사용하기에 적합할 수 있는 축 방향 피스톤 펌프의 부분적으로 절단되고 부분적으로 단면의 측면도.
도 4a는 노드 기반 고장 검출 및/또는 식별의 일 예의 도면.
도 4b는 노드 기반 고장 검출 및/또는 식별의 일 예의 도면.
도 5a 내지 도 5d는 노드 기반 고장 검출 및/또는 식별의 하나 이상의 예들을 도시하는 그래프들.
도 6은 노드 기반 고장 검출 및/또는 식별의 하나 이상의 예들의 그래픽 표현들을 도시하는 도면.
도 7은 노드 기반 사전 진단들의 일 예에 대한 흐름도.
도 8은 노드 기반 사전 진단들의 일 예의 그래프 표현들을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 제 2 실시예의 도면.

이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은 진보된, 및 일부 경우들에, BOP 시스템 및/또는 노드 및/또는 그 구성 요소의 성능을 확인, 분석, 및/또는 예측할 수 있는 프로세스-인지, 분산 (예를 들어, 노드 기반) 사전 진단들 및/또는 진단 기능들을 포함한다.

이제 도면을 참조하면, 특히 여기에 도시된 도 1을 참조하면, 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 제 1 실시예가 도면 부호 10a로 지정된다. 시스템(10a)은 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 예시적인 구현을 제안하며, 명확성을 위해 대부분에서 제공 및 논의된다. 물론, 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 다른 실시예는 실질적으로 더 많은 복잡성(예를 들어, 추가 BOP 기능들, 기능 경로들, 노드들, 구성 요소들 등)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 시스템(10a)은 BOP(20)의 하나 이상의 BOP 기능들(예를 들어, 18a 및/또는 18b)을 작동시키도록 구성된 시스템 제어기(14)를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "폭발 방지 장치(blowout preventer)" 즉, BOP는 단일 폭발 방지장치뿐만 아니라 하나보다 많은 폭발 방지 장치(예를 들면, 폭발 방지 장치 스택)를 포함할 수 있는 폭발 방지 장치 어셈블리를 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 BOP 제어 시스템들로 작동 가능한 BOP 기능들은, 예를 들어, 램, 환형, 어큐뮬레이터, 테스트 밸브, 페일세이프 밸브(failsafe valve), 킬(kill) 및/또는 초크 라인(choke line) 및/또는 밸브, 라이저 조인트(riser joint), 유압 커넥터 등(예를 들어, 램 개방, 램 폐쇄 등)과 같은 임의의 적절한 기능을 포함할 수 있다. 시스템 제어기(14)는 물리적 기계를 포함할 수 있고 하우징, 프로세서, 메모리, 인간-기계 인터페이스 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 이러한 실시예에서, 시스템 제어기(14)는, 적어도 부분적으로, BOP 기능과 연관되고 하나 이상의 이용 가능한 기능 경로들(예를 들면, 이용 가능한 기능 경로들은 이하에 더 상세히 기술되는 바와 같이 고장난 또는 고장 노드 또는 고장난 또는 고장 구성 요소를 갖는 노드를 포함하지 않는 경우)로부터 선택된 기능 경로(때로는 "성공 경로"로 지칭됨)(예를 들어, 26a, 26b, 또는 26c)의 하나 이상의 노드들(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e 및/또는 22f)에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써, BOP 기능을 작동시키도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 각 노드는, 예를 들어, 시스템 제어기(14)로부터 수신된 명령에 응답하여 작동하도록 구성된 작동 가능한 구성 요소(예를 들어, 34a, 34b, 34c)를 포함한다.

도시된 실시예에서, 기능 경로의 각 노드의 하나 이상의 구성 요소들의 작동은 기능 경로와 연관된 BOP 기능을 작동시킬 수 있다. 예시를 위해, 이러한 실시예에서, 제 1 BOP 기능(18a)은 세 개의 기능적 경로들(26a, 26b 및 26c)과 연관된다. 도시된 실시예에서, 기능 경로(26a)는 (예를 들어, 전기 모터에 의해 전력이 공급될 수 있는) 유압식 펌프(34a)를 포함하는 노드(22a) 및 (예를 들어, 하나 이상의 작동식 밸브들을 포함할 수 있는) 유압식 매니폴드(34b)를 포함하는 노드(22b)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 제 1 BOP 기능(18a)에 대해 유압 유체 통로를 개방하기 위해 노드(22a)에 유압식 펌프(34a)를 작동시키도록 명령하고 및 노드(22b)에 유압식 매니폴드(34b)의 하나 이상의 작동 가능 밸브들을 작동시키도록 명령할 수 있어서, 유압식 펌프에 의해 제공된 유압식 유체가 유압식 매니폴드를 통해 및 제 1 BOP 기능으로 흐르게 하여, 제 1 BOP 기능을 작동시킨다. 유사하게, 이러한 실시예에서, 기능 경로(26b)는 유압식 펌프(34a)를 포함하는 노드(22c) 및 유압식 매니폴드(34b)를 포함하는 노드(22d)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 제 1 BOP 기능(18a)에 대해 유압식 유체 통로를 개방하기 위해 노드(22c)에 유압식 펌프(34a)를 작동시키도록 명령할 수 있고 노드(22d)에 유압식 매니폴드(34b)의 하나 이상의 작동 가능한 밸브들을 작동시키도록 명령할 수 있어서, 제 1 BOP 기능을 작동시킨다.

추가 예에 대하여, 도시된 실시예에서, 기능 경로(26c)는 (예를 들어, 해상에 배치될 수 있는) 유압식 전력 유닛(34c)을 포함하는 노드(22e) 및 유압식 매니폴드(34b)를 포함하는 노드(22f)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 제 1 BOP 기능(18a)에 대해 유압식 유체 경로를 개방하기 위해 노드(22e)에 유압 파워 유닛(34c)을 작동시키도록 명령하고 노드(22f)에 유압식 매니폴드(34b)의 하나 이상의 작동 가능한 밸브들을 작동시키도록 명령할 수 있어서, 유압식 전력 유닛에 의해 제공된 유압식 유체가 유압식 매니폴드를 통해 제 1 BOP 기능으로 흐르게 하여, 제 1 BOP 기능을 작동시킨다. 물론, 본 발명의 BOP 제어 시스템들이 임의의 적절한 구성 요소(들)를 갖는 임의의 적절한 수의 노드들을 포함할 수 있는 임의의 적절한 수의 기능 경로들을 포함할 수 있기 때문에, 기능 경로들(26a, 26b, 26c), 노드들(22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f), 및 구성 요소들(34a, 34b, 34c)은 예로서만 제공된다.

도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 BOP 기능(예를 들어, 18a, 및/또는 18b)을 작동시키기 위해 이용 가능한 기능 경로들(26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 및/또는 26f)에 대하여 BOP 제어 시스템(10a)을 스캔하도록 구성된다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 각각의 노드(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)는 시스템 제어기(14)에 의해 직접 액세스 가능할 수 있으며, 각각의 노드는 BOP 제어 시스템(10a) 내의 노드 위치 및/또는 기능(예를 들어, 노드의 작동 가능한 구성 요소의 기능)에 대응하는 정보(예를 들어, 보다 상세히 후술되는 메모리에 저장됨)를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 BOP 제어 시스템(10a)에 연결된 하나 이상의 노드들 각각과 통신함으로써, BOP 기능(들)을 작동시키기 위한 이용 가능한 BOP 기능(들) 및 각각의 기능 경로들을 식별할 수 있다. 도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는, 예를 들어, 유선 및/또는 무선 네트워크를 통해서와 같이, 임의의 적절한 방식으로 하나 이상의 노드들과 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(예를 들어, 14)는 BOP 기능을 작동시키기 위해 하나 이상의 노드들 및/또는 이용 가능한 기능 경로들의 위치들 및/또는 기능들로 사전 프로그램될 수 있다. BOP 기능의 작동이 또한 각각의 노드의 구성 요소(들)와 다른 구성 요소들, 예를 들면, 노드들 사이, 시스템 제어기(14)와 하나 이상의 노드들 사이, 및/또는 BOP 기능과 하나 이상의 노드들 사이에 배치된 구성 요소들을 통한 제어 및/또는 그들의 작동을 요구할 수 있다는 것이 또한 고려된다.

도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 하나 이상의 기능 경로들 및/또는 다른 기능 경로들 및/또는 다른 BOP 기능들로 대체되는 하나 이상의 BOP 기능들을 식별하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 노드들 중 적어도 하나의 고장을 가정함으로써). 예를 들어, 도시된 실시예에서, 제 1 BOP 기능(18a)과 연관된 기능 경로(26b)를 식별하기 위해, 시스템 제어기(14)는 노드(22a, 22b, 22e 및/또는 22f)의 고장을 가정할 수 있다. 다른 예에 대하여, 이러한 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 기능 경로(26a, 26b, 및/또는 26c)의 노드의 고장을 가정함으로써 제 1 BOP 기능(18a)을 대체하는 BOP 기능을 식별할 수 있다(예를 들어, 제 1 BOP 기능이 램형 BOP상의 폐쇄 기능인 경우, 대체 BOP 기능은 개별적 및 중복 램형 BOP에 대한 폐쇄 기능이다). 두 개의 BOP 기능들은 서로 리던던트일 수 있고, 즉, 각각이 다른 것(예를 들어, 각각이 동일한 웰 구멍을 밀봉함)과 동일하거나 유사한 결과를 달성하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 시스템(예를 들어, 10a)은 둘 이상의 시스템 제어기들(예를 들어, 14)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 두 개 이상의 시스템 제어기들 중 제 2 시스템 제어기는 두 개 이상의 시스템 제어기들 중 제 1 시스템 제어기의 기능들 중 적어도 일부를 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 제 1 시스템 제어기가 오작동하거나, 고장이거나, 그렇지 않으면 동작 불가능하게 된 경우, 제 2 시스템 제어기는 제 1 시스템 제어기의 기능(들)을 (예를 들어, 자동으로) 수행한다.

도시된 실시예에서, 각각의 노드는 하나 이상의 센서들(38)을 포함한다. 본 발명의 BOP 제어 시스템의 센서들(예를 들어, 38)은, 예를 들어, 물리적이든 가상이든(예를 들어, 노드의 프로세서(30)에 의해 구현됨), 온도 센서(예를 들어, 열전대(thermocouple), 저항 온도 검출기(RTD) 등), 압력 센서(예를 들어, 압전 압력 센서, 스트레인 게이지 등), 속도 센서(예를 들어, 관측 기반 센서, 가속도계 기반 센서 등), 가속 센서, 플로우 센서, 클럭 등과 같은 임의의 적절한 센서를 포함할 수 있다.

적어도 각각의 프로세서들(예를 들어, 30) 및 각각의 센서(들)(예를 들어, 38)를 포함하는 각각의 노드들(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)을 통해, 본 발명의 BOP 제어 시스템들(예를 들어, 10a)의 일부 실시예들은 분산된 (예를 들어, 노드 기반) 진단 및/또는 사전 진단 능력들을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 노드들의 각각에 대해, 노드의 하나 이상의 센서들(38)은, 작동 가능한 구성 요소의 실제 사용 동안(BOP 기능을 작동시키기 위해 그의 각각의 기능 경로(들)의 다른 노드(들)의 작동 가능한 구성 요소(들)와 조합하여)이든 작동 가능한 구성 요소의 성능 또는 기능 테스트 동안이든, 노드의 작동 가능한 구성 요소의 작동에 대응하는 제 1 데이터 세트를 캡처하도록 구성되고, 이러한 작동은 시스템 제어기(14)로부터 수신된 명령에 대응하는 것일 수 있다. 도시된 실시예에서, 제 1 데이터 세트는, 예를 들어, 노드의 작동 가능한 구성 요소의 다수의 작동 주기들, 작동 가능한 구성 요소의 응답 시간(예를 들어, 구성 요소가 작동을 완료하는데 요구되는 시간), 구성 요소 내의 유압식 유체의 압력, 온도, 유량 등과 같은 임의의 적절한 파라미터(들)를 나타낼 수 있는 하나 이상의 값들을 포함할 수 있고, 이러한 값(들)은 시간 기간 동안 표 또는 함수로서 제 1 데이터 세트에 포함될 수 있다.

도시된 실시예에서, 각 노드(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)의 프로세서(30)는 제 1 데이터 세트를 노드의 구성 요소의 작동의 시뮬레이션(예를 들어, 하나 이상의 기능들에 기초할 수 있는 모델, 수학적 표현 등)을 포함하는 및/또는 그에 대응하는 제 2 데이터 세트와 비교하도록 구성된다(예를 들어, 노드-기반 진단들의 예). 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이러한 노드 기반 진단들의 두 개의 예들(200a, 200b)의 흐름도들이 도시된다. 도 2a에 도시된 예에서, 단계(204)에서, 노드의 구성 요소에 대한 상세 모델이 제공될 수 있다.

추가로 도 3을 참조하면, 노드의 작동 가능한 구성 요소로서 사용하기에 적합한 축 방향 피스톤 펌프(300)의 부분적으로 절단되고 부분적 단면 측면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 이러한 예에서, 축 방향 피스톤 펌프(300)는 유입 체적(308)을 갖고 유체가 통하는 입구(304)를 포함한다. 도시된 예에서, 축 방향 피스톤 펌프(300)는 각각이 여기에 개시된 미끄러지기 쉬운 하나 이상의 피스톤들 중 각각 하나를 갖는 하나 이상의 실린더들(312)을 포함한다. 도시된 예에서, 하나 이상의 피스톤들(316)의 각각은 스와시 플레이트 메커니즘(324)을 통해 회전 가능한 펌프 샤프트(320)에 결합되어, 펌프 샤프트가 회전할 때, 하나 이상의 피스톤들의 각각은 하나 이상의 실린더들(312)의 각각의 실린더 내에서 축 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 예에서, 하나 이상의 실린더들(312)의 각각은 각각의 실린더 충전 체적부(328) 및 각각의 실린더 비우기 체적부(332)와 유체가 통한다. 도시된 예에서, 축 방향 피스톤 펌프(300)는 유출 체적부(336)와 유체가 통하는 출구(340)를 포함한다. 따라서, 이러한 예에서, 펌프 샤프트(320)가 회전될 때, 하나 이상의 피스톤들(316)의 각각은 하나 이상의 실린더들(312) 중 각각의 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복할 수 있어서, 입구(304)로부터 출구(340)로 유체가 통하게 한다.

축 방향 피스톤 펌프(300)에 대한 상세한 모델(예를 들어, 단계(204))을 제공하는 것으로, 이는 다음과 같이 보여질 수 있다:

여기서

축 방향 피스톤 펌프(300)에 대해, 하나 이상의 실린더들(312) 중 주어진 실린더에 대해,

여기서

축 방향 피스톤 펌프(300)에서, 다음이 보여질 수 있다:

여기서

축 방향 피스톤 펌프(300)에 대하여, 유출 체적부(336)를 통해 흐르는 유체의 압력의 변화율, 즉

여기서 B는 실린더 비우기 체적부(들)(332)를 규정하는 축 방향 피스톤 펌프의 부분(들)의 체적 탄성률(bulk modulus)이고,

도시된 예에서, 단계(204)에서, 상세 모델을 제공하는 데 노드 및/또는 구성 요소 폴트(들)가 고려(예를 들어, 모델링)될 수 있다. 예를 들어, 축 방향 피스톤 펌프(300)를 포함하는 노드와 연관된 고장들은 노드의 센서(들)(38) 중 적어도 하나의 이득 및/또는 오프셋 고장들(예를 들어, 펌프 샤프트(320)의 회전 속도 및/또는 노드의 구성 요소를 포함할 수도 있는 펌프 샤프트에 결합된 모터의 회전 속도를 나타내는 데이터를 포착하도록 구성된 속도 센서), 외부 유체 누출(예를 들어, 출구(340)의 하류에서 발생할 수 있는 유체 누출), 내부 누출(예를 들어, 하나 이상의 실린더들(312) 중 하나 이상과 하나 이상의 피스톤들(316)의 각각의 피스톤 사이의 간격(들)에 기인함) 등을 포함할 수 있다. 예시를 위해, 축 방향 피스톤 펌프(300)에 대하여, 내부 누출, 즉,

여기서,

상기에서 식(1) 내지 식(5)에서, 하나 이상의 실린더들(316) 중 주어진 실린더를 통해 흐르는 유체의 압력 변화율, 즉,

상기 식(1) 내지 식(6)의 더 상세한 논의를 위하여,그의 전체가 참조로서 명확히 통합되는 [1] Radovan Petrovic, 피스톤 축 방향 펌프의 특성 파라미터 유체 역학 프로세스들의 수리학적 모델링 및 실험적 연구(Mathematical Modeling and Experimental Research of Characteristic Parameters Hydrodynamic Processes of a Piston Axial Pump), Mech. Eng'g 224(2009)의 55(2009)4 제이., 더 구체적으로 표제가 "펌프 프로세스의 수학적 모델(Mathematical Model of a Pump Process)"이고, 225 페이지 제 1 열에서 시작하고 페이지 226의 첫째 열에서 끝나는 섹션 1.1을 참조하라.

도시된 예에서, 단계(208)에서, 노드의 구성 요소의 감소된 차수 모델이 제공될 수 있다(예를 들어, 적어도 부분적으로 구성 요소의 상세한 모델에 기초한 감소된 차수 모델). 예를 들어, 상기에 식(1) 내지 식(6)에 제공된 축 방향 피스톤 펌프(300)에 대한 상세 모델은 상세 모델을 근사하는 축 방향 피스톤 펌프에 대한 감소된 차수 모델을 도출하기 위해 사용될 수 있다. 예시를 위해, 축 방향 피스톤 펌프(300)의 감소된 차수 모델(예를 들어, 상세 모델의 하나 이상의 다항식 회귀들에 의해 적어도 부분적으로 도출됨)은 다음과 같을 수 있다:

여기서,

상세(예를 들어, 식(1) 내지 식(6)) 및/또는 감소된 차수(예를 들어, 식(7))이든, 이러한 수학적 모델은 노드 및/또는 구성 요소 고장들을 검출 및/또는 식별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 축 방향 피스톤 펌프(300)의 작동에 대응하는 값을 포함하는 제 1 데이터 세트는 예를 들면, 식(7)에 제공된 감소된 차수 모델과 같은 축 방향 피스톤 펌프의 작동의 시뮬레이션 또는 이론적 모델에 대응하는 제 2 데이터 세트와 비교될 수 있다. 추가로 도 4a를 참조하면, 도시된 예에서, 축 방향 피스톤 펌프(300)를 포함하는 노드(22g)의 하나 이상의 센서들(38)은 축 방향 피스톤 펌프의 출구(340)와 입구(304) 사이의 압력 차를 나타낼 수 있는 신호(404a), 및 축 방향 피스톤 펌프에 의해 제공된 유체 흐름의 질량 유량을 나타낼 수 있는 신호(404b)를 제공할 수 있다(예를 들어, 이러한 지시된 값들은 제 1 데이터 세트에 포함될 수 있다). 도시된 예에서, 하나 이상의 지시된 값들(예를 들어, 신호들(404a, 404b)에 의해 지시되는)은 모델(402)을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 예시를 위해, 도 2a의 예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 축 방향 피스톤 펌프(300)의 출구(340)와 입구(304) 사이의 압력차(예를 들어, 신호(404a)로 지시됨)는 모델(402)(예를 들어, 식(7))(단계(212))로 입력되어 기대값(408), 예컨대, 예를 들어 지시된 압력 차에서 축 방향 피스톤 펌프에 의해 제공된 유체의 예상된 질량 유량을 결정할 수 있다(예를 들어, 그러한 기대값들은 제 2 데이터 세트에 포함될 수 있다). 도시된 예에서, 기대값은 표시된 값과 비교되어 기대값과 지시값 사이의 차들(412)을 확인한다(단계(216)). 예시를 위해, 이러한 예에서, 축 방향 피스톤 펌프(300)에 의해 제공된 유체의 예상 질량 유량(예를 들어, 기대값(408))은 축 방향 피스톤 펌프에 의해 제공된 유체의 표시된 질량 유량과 비교되어(예를 들어, 신호(404b)로 지시됨) 기대값과 지시값 사이의 차이들(412)을 결정할 수 있다. 도시된 예에서, 단계(220)에서, 구성 요소 고장(들)이 검출 및/또는 식별될 수 있다(예를 들어, 차이들(412)이 임계값을 초과하는 경우). 도시된 실시예에서, 노드의 프로세서(30)는 차이들(412)을 시스템 제어기(14)에 전달하도록 구성될 수 있으며, 그 다음으로 (예를 들어, 인간-기계 인터페이스를 통해) 차이들을 사용자에게 전달하도록 구성될 수 있다.

이러한 예(200b)에서, 도 2b를 참조하면, 단계(224)에서, 감소된 차수 모델은 노드의 구성 요소의 작동에 기초하여 조정될 수 있다(예를 들어, 제 1 데이터 세트로부터의 하나 이상의 값들에 맞춤). 예를 들어, 식(7)에 제공된 감소된 차수 모델에 기초하여 조정되거나 맞춰진 감소된 차수 모델은 다음과 같이 보여질 수 있다:

여기서,

이러한 가변 계수들의 변화들은 분석되거나 기준치 계수들과 비교되고(단계 228), 노드 및/또는 구성 요소 고장이 발생했는지 여부를 나타낼 뿐만 아니라, 고장을 격리 및/또는 식별(단계 232)하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 및 도 5a 내지 도 5d를 추가로 참조하면, 모델링된 피스톤 펌프(예를 들어, 기준치 계수들)에 대응할 수 있는

다른 예에 대하여, 및 도 1을 다시 참조하면, 도시된 실시예에서, 노드(22b)는 노드의 매니폴드(34b)의 하나 이상의 밸브들을 폐쇄하기 위해 시스템 제어기(14)로부터 명령을 수신할 수 있고, 노드의 하나 이상의 센서들(38)은 매니폴드 내의 유압식 유체 압력들 및/또는 유속들과 같이, 하나 이상의 밸브들의 폐쇄에 대응하여 제 1 데이터 세트를 포착할 수 있다. 이러한 실시예에서, 노드의 프로세서(30)는 제 1 데이터 세트를 매니폴드 내에서 예상된 유압식 유체 압력 및/또는 유속들과 같이, 매니폴드의 하나 이상의 밸브들의 폐쇄의 시뮬레이션 또는 모델에 대응하는 제 2 데이터 세트와 비교할 수 있다. 유사하게, 이러한 실시예에서, 노드(22b)는 노드의 매니폴드(34b)의 하나 이상의 밸브들을 열기 위한 시스템 제어기(14)로부터의 명령을 수신할 수 있고, 노드의 프로세서(30)는 하나 이상의 밸브들의 개방에 대응하는 제 1 데이터 세트를 하나 이상의 밸브들의 개방의 시뮬레이션 또는 모델에 대응하는 제 2 데이터 세트와 비교할 수 있다(예를 들어, 모델링 및/또는 시뮬레이션은 명령-특정적일 수 있다).

일부 실시예에서, 시뮬레이션들 또는 모델들은 과거의 하나 이상의 센서들(38) 데이터에 기초하여 정제될 수 있다(예를 들어, 메모리(42), 메모리(46) 등과 같은 메모리에 저장됨). 적어도 이러한 분산된 진단 기능들을 통해, 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 일부 실시예들은 시스템 가용성(예를 들어, BOP 시스템 구성 요소들의 열화를 모니터링하고, BOP 시스템 구성 요소들의 고장을 예측하고, 고장난 구성 요소들을 식별하는 등에 의해), 시스템 신뢰성, 및/또는 시스템 고장 허용 능력(system fault tolerance)을 최대화하도록 구성될 수 있다.

도시된 실시예에서, 각각의 노드(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)의 프로세서(30)는, 노드의 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 제 1 데이터 세트를 분석하도록 구성된다. 이제 도 7을 참조하면, 이러한 노드 기반 사전 진단의 일 예(700)의 흐름도가 도시된다. 도시된 예에서, 단계(704)에서, 감소된 차수 모델(예를 들어, 식(8))의 하나 이상의 가변 계수들은 감소된 차수 모델이 제 1 데이터 세트를 근사화하도록 조정될 수 있다(상기에 단계(212)에 대해 기술된 것과 동일하거나 유사한 방식으로). 이러한 예에서, 단계(708)에서, 구성 요소의 장래의 거동이 적어도 부분적으로 조정된 감소된 차수 모델에 기초하여 예상될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 조정된 감소된 차수 모델의 하나 이상의 가변 계수들(예를 들어,

다른 예를 들어, 노드의 프로세서(30)는 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 노드의 구성 요소의 작동 횟수와 같은 제 1 데이터 세트의 값을 구성 요소의 최대 작동 횟수와 같은 다른 값과 비교할 수 있다.

이러한 실시예에서, 각각의 노드, 특히 각각의 노드의 프로세서(30)는 노드 및/또는 구성 요소 고장들을 시스템 제어기(14)에 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 노드의 구성 요소의 잔여 유효 수명(예 : 812)이 임계값 아래에 있는 경우, 각각의 노드의 프로세서(30)는 고장을 시스템 제어기(14)에 전달하도록 구성된다. 다른 예를 들어, 도시된 실시예에서, 각각의 노드의 프로세서(30)는 노드의 구성 요소의 비정상 작동을 식별하기 위해 제 1 데이터 세트를 분석하고, 노드의 구성 요소의 비정상 작동을 식별된 경우(예를 들어, 노드의 하나 이상의 센서들(38) 중 적어도 하나가 구성 요소가 완전히 작동하는 데 실패한 것을 나타내는 경우, 구성 요소는 임계치를 초과하는 응답시간을 갖는 등이다) 고장을 시스템 제어기(14)에 전달하도록 구성된다. 이러한 비정상적 작동들은 또한 노드 및/또는 노드의 프로세서(30)(예를 들어, 노드 및/또는 프로세서가 통신 고장을 경험하고 있을 때)의 비응답 및/또는 부분 응답으로 식별될 수 있다. 또 다른 예에 대하여, 각각의 노드의 프로세서(30)는 제 1 데이터 세트와 제 2 데이터 세트 사이의 차이들이 (예를 들어, 전술한 바와 같이) 임계치를 초과하면 시스템 제어기(14)에 고장을 전달할 수 있다. 이러한 고장들은 노드 및/또는 노드의 구성 요소가 실패했거나, 실패할 수 있는 등을 나타낼 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 (예를 들어, 인간-기계 인터페이스를 통해) 노드 고장들을 사용자에게 전달하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 노드들 중 적어도 하나는 BOP 제어 시스템(10a) 외부의 적어도 하나의 제어기와 통신하도록 구성된다(예를 들어, 시스템 제어기(14)가 예를 들어 비상 차단 시퀀스 이후에 이용 가능하지 않은 경우).

예를 들어, BOP 기능(예를 들어, 18a)을 작동시키기 위한 본 발명의 방법들의 일부 실시예들은 제 1 BOP 기능와 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들(예를 들어, 26a, 26b 및 26c)로부터 제 1 기능 경로(예를 들어, 26a)를 선택하는 단계, 구성 요소를 작동시키기 위해 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각의 작동 가능한 구성 요소(예를 들어, 노드(22a)의 구성 요소(34a) 및 노드(22b)의 구성 요소(34b))에 하나 이상의 명령들을 전달하는 단계로서, 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각의 구성 요소의 작동은 제 1 BOP 기능을 작동시키는, 상기 하나 이상의 명령들을 전달하는 단계, 및 제 1 기능 경로의 하나 이상의 노드들 중 적어도 하나로부터 구성 요소의 작동과 연관된 정보를 수신하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 잔여 유효 수명을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 잔여 유효 수명이 임계치 이하인 경우에 고장을 표시한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 비정상 작동의 식별을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 비정상 작동이 식별되면 고장을 표시한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 구성 요소의 작동에 대응하는 제 1 데이터 세트와 구성 요소의 작동의 시뮬레이션에 대응하는 제 2 데이터 세트 사이의 차이들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신된 정보는 제 1 데이터 세트와 제 2 데이터 세트 사이의 차이들이 임계값을 초과하는 경우 고장을 표시한다.

일부 실시예들에서, 프로세서(예를 들어, 30), 하나 이상의 센서들(예를 들어, 38), 메모리(예를 들어, 42) 등이 노드를 생성하기 위해 작동 가능한 구성 요소에 개장될(retrofitted) 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 노드들은 각각 최저 교체 가능 유닛("LRU")에 대응할 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 노드들이 수리되기보다는 교체되도록 구성될 수 있다). 일부 실시예들에서, 노드는 BOP 제어 시스템(예를 들어, 10a)에서 구현 전에 고장들(예를 들어, 프로세서(30), 하나 이상의 센서들(38), 메모리(42), 작동 가능한 구성 요소 등의 적절한 기능에 대하여)에 대해 테스트될 수 있다. 이러한 테스트는 노드의 프로세서, 하나 이상의 센서들, 메모리, 구성 요소 등을 기능적으로 테스트하고 기능 테스트의 결과를 서비스 제공자에게 전달하도록 구성된 자동화된 (예를 들어, 수력) 테스트 유닛을 사용하여 연안 및/또는 육지에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기능 테스트가 노드에서 하나 이상의 고장들을 나타내는 경우, 노드의 고장(들)이 처리될 때까지(예를 들어, 노드는 노드 자체, 자동화된 테스트 유닛 및/또는 서비스 제공자에 의해 리셋됨) 노드는 실행 불가능하게 된다(예를 들어, 노드 자체, 자동 테스트 유닛 및/또는 서비스 제공자에 의해).

BOP 기능과 연관된 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 하나 이상의 고장들에 응답하여, 시스템 제어기(14)는, 운영자에게 조언 및/또는 경보하고(예를 들어, 인간-기계 인터페이스에서), 대체 기능 경로들 및/또는 BOP 기능들을 제안하고, 및/또는 대체 기능 경로들 및/또는 BOP 기능들을 자동으로 선택(예를 들어, 아래에서 설명하는 바와 같이, 적어도 부분적으로 BOP 기능에 할당된 위험 레벨에 기초하여)하도록 구성된다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 기능 경로의 하나 이상의 노드들이 시스템 제어기에 고장을 전달하거나 임계치보다 높고, 상대적으로 큰, 등의 위험 레벨을 가지면, 시스템 제어기(14)는 BOP 기능과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 하나의 기능 경로를 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 기능적 경로(26a)의 노드(22a) 또는 노드(22b)가 시스템 제어기(14)에 고장을 전달하면, 기능적 경로(26a)는 제 1 BOP 기능(18a)과 연관된 기능적 경로로부터 제거될 수 있다(예를 들어, 이용 가능한 기능 경로들에서 기능 경로들(26a, 26c)을 남김). 도시된 실시예에서, BOP 기능(예를 들어, 18a)과 연관된 제 1 기능 경로(예를 들어, 기능 경로(26a)의 노드들(22a 및 22b)) 중 하나 이상의 노드들이 시스템 제어기(14)에 고장을 전달하면, 시스템 제어기는 제 2 기능 경로의 하나 이상의 노드들(예를 들어, 기능 경로(26b)의 노드들(22c, 22d) 또는 기능 경로(26c)의 노드들(22e, 22f))에 하나 이상의 명령들을 전달함으로써 제 1 BOP 기능을 작동시키도록 구성된다.

예를 들어, 본 방법의 일부 실시예들은, 제 1 BOP 기능(예를 들어, 18a)과 연관된 하나 이상의 노드들 중 적어도 하나(예를 들어, 기능적 경로(26a)의 노드(22a 및/또는 22b))로부터 수신된 정보가 고장을 나타내면, 제 1 BOP 기능과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 2 기능 경로(예를 들어, 26b)를 선택하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들은, 수신된 정보가 고장을 나타내는 경우, 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들로부터 제 1 기능 경로를 제거하는 단계를 포함한다.

도시된 실시예에서, 제 2 BOP 기능(예를 들어, 18b)과 연관된 기능 경로가 시스템 제어기(14)에 고장을 전달하는 제 1 BOP 기능(예를 들어, 18a)의 하나 이상의 노드들(예를 들어, 기능 경로(26a)의 노드(22a))을 포함하는 경우, 시스템 제어기(14)는 제 2 BOP 기능과 연관된 기능 경로들(예를 들어, 26d, 26e 및 26f)로부터 하나의 기능 경로(예를 들어, 26d)를 제거하도록 구성된다.

예를 들어, 본 방법들의 일부 실시예들은, 수신된 정보가 제 1 기능 경로 및 제 2 기능 경로에 공통인 노드의 고장을 나타내는 경우, 제 2 BOP 기능(예를 들어, 18b)과 연관된 두 개 이상의 이용 가능한 기능 경로들(예를 들어, 26d, 26e, 26f)로부터 제 2 기능 경로(예를 들어, 26d)를 제거하는 단계를 포함한다(예를 들어, 노드(22a)는 제 1 BOP 기능(18a)과 연관된 기능 경로(26a) 및 제 2 BOP 기능(18b)과 연관된 기능 경로(26d)에 공통됨).

도시된 실시예에서, 시스템 제어기(14)는 하나 이상의 BOP 기능들(예를 들어, 18a 및/또는 18b), BOP 기능(들)과 연관된 하나 이상의 기능 경로들(예를 들어, 26a, 26b, 26c, 26d, 26e 및/또는 26f)), 및/또는 기능 경로(들)와 연관된 하나 이상의 노드들(예를 들어, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e 및/또는 22f)에 위험 레벨(예를 들면, 고장 위험 레벨)을 할당하도록 구성된다. BOP 기능의 위험 레벨은 BOP 기능과 연관된 하나 이상의 기능 경로들 및/또는 하나 이상의 노드들에 할당된 위험 레벨에 기초하여 할당될 수 있다. 기능 경로의 위험 레벨은 기능 경로와 연관된 하나 이상의 노드들에 할당된 위험 레벨에 기초하여 할당될 수 있다. 일부 실시예들에서, BOP 기능을 작동시키기 위한 기능 경로는 최저 위험 레벨이 할당된 기능 경로를 선택함으로써 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 임계 위험 레벨에서 또는 그보다 큰 위험 레벨을 갖는 노드는 고장난 것으로 간주 될 수 있다.

BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드에 위험 레벨의 할당은 하나 이상의 요인들에 기초할 수 있다. 이러한 요인(들)은 예를 들어 감지된 값(들), 안전한 시추 또는 생산 동작들에 대한 BOP 기능, 기능 경로 및/또는 노드의 중요성과 연관된 값(들)(예를 들어, BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드의 고장의 경우에 잠재적인 손실의 크기를 고려함), 요인(들)에서 신뢰도의 레벨(예를 들어, 감지된 값(들)이 마지막 획득된 이래로 경과된 시간) 등을 포함할 수 있고, 일부 인자(들)는 인자(들)의 다른 것보다 더 많은 가중치가 주어질 수 있다. 이러한 위험 레벨 할당은, 예를 들어, 확률론적 위험 평가, 고장 모드 및 영향 분석, 고장 트리 분석, 위험 분석 등과 같은 공지된 위험 평가 기술들을 사용하여 가능하게 될 수 있다.

예를 들어, 이러한 실시예에서, 위험 레벨은 BOP 기능을 작동시키기 위한 다수의 이용 가능한 기능 경로들에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드에 할당될 수 있다(예를 들어, BOP 기능을 작동시키기 위한 더 적은 이용 가능한 기능 경로들은 BOP 기능에 할당된 더 높은 위험 레벨에 대응한다). 다른 예에 대하여, 도시된 실시예에서, 위험 레벨은 BOP 기능을 작동시키는 고장과 연관된 손상에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로 및/또는 노드에 할당될 수 있다(예를 들어, 전단형 BOP(shear-type BOP)에서 폐쇄 기능을 작동시키는 것의 고장은 잘 파열될 수 있으며, 따라서 이러한 기능에는 더 적은 중요 안정성의 BOP 기능들에 비해 상승된 위험 레벨이 할당될 수 있다). 또 다른 예에 대하여, 도시된 실시예에서, 위험 레벨은 BOP 기능과 연관된 기능 경로의 하나 이상의 노드들에 의해 전달된 고장의 유형에 적어도 부분적으로 기초하여, BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드의 할당될 수 있다(예를 들어, 느린 응답 시간을 전달하지만 수락 가능한 용량에서 동작하는 노드는 감소된 용량에서 동작들을 전달하는 노드보다 낮은 위험 레벨 할당을 초래할 수 있고, 임박한 고장에 대한 가능성을 전달하는 노드는 덜 임박한 에 대한 가능성을 전달하는 노드보다 높은 위험 레벨 할당을 초래할 수 있다). 또 다른 예에 대하여, 이러한 실시예에서, 위험 레벨은 BOP 기능과 동일하거나 또는 유사한 결과를 달성하기 위해 이용 가능한 다수의 중복 BOP 기능들에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드에 할당될 수 있다(예를 들어, 더 적은 이용 가능한 BOP 기능들은 BOP 기능에 할당된 더 높은 위험 레벨에 대응한다). 또 다른 예에 대하여, 도시된 실시예에서, 위험 레벨은 긴급 (예를 들면, 마지막 수단) 옵션으로서 BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드의 지정에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로, 및 노드에 할당될 수 있다. 또 다른 예에 대하여, 도시된 실시예에서, 위험 레벨은 하나 이상의 노드들의 잔여 유효 수명에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드에 할당될 수 있다(예를 들어, 그의 작동 가능한 구성 요소(들)). 또 다른 예에 대하여, 이러한 실시예에서, 위험 레벨은 하나 이상의 노드들(예를 들어, 그의 작동 가능한 구성 요소(들))의 가장 최근의 작동(예를 들어, 실제 사용 또는 성능 또는 기능 테스트) 이래로 경과된 시간에 적어도 부분적으로 기초하여 BOP 기능, 기능 경로, 및/또는 노드에 할당된다. 이러한 시간-기반 위험 레벨은 노드(들)의 작동시(예를 들어, 미리 결정된 스케쥴에 따를 수 있는) 재설정되거나 감소될 수 있다.

도시된 실시예에서, 하나 이상의 노드들(예를 들어, 22b) 중 적어도 하나는 메모리(42)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 메모리(42)는 제 1 데이터 세트 및/또는 제 2 데이터 세트의 적어도 일부분을 저장하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 시스템(10a)은 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각과 통신하는 메모리(46)를 포함한다(예를 들어, 일부 실시예들에서, 각각의 기능 경로의 하나 이상의 노드들의 각각과 함께). 이들 및 유사한 실시예들에서, 데이터 기록 및 건강 모니터링 서브시스템은 하나 이상의 센서들(38)에 의해 포착된 데이터를 수집하고, 포착된 데이터의 적어도 일부를 메모리(46)에 저장하고 및/또는 포착된 데이터를 시스템 제어기(14)에 제공하도록 구성될 수 있다.

이러한 실시예에서, 시스템(10a)은 프로세스-인식으로 되도록 구성된다. 예를 들어, 시스템(10a), 특히 시스템 제어기(14)는 주어진 프로세스 동안 작동을 위해 선택된 BOP 기능들을 알고 인식할 수 있다. 예시를 위해, 시스템(10a)이 시추 프로세스 동안 구현되면, 시스템 제어기(14)는 제 1 BOP 기능(예를 들어, 18a)이 작동을 위해 선택된 것을 인식할 수 있다(예를 들어, 제 1 전단형 BOP를 폐쇄하기 위한 제 1 BOP 기능). 도시된 실시예에서, 제 1 BOP 기능과 연관된 기능 경로(예를 들어, 26a, 26b, 26)의 하나 이상의 노드들(예를 들어, 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 및/또는 26f)이 고장을 시스템 제어기(14)에 전달하는 경우, 시스템 제어기는 사용자에게 경고 및/또는 조언하고 및/또는 작동을 위해 제 2 BOP 기능(예를 들면, 18b)(예를 들어, 제 2 전단형 BOP를 폐쇄하기 위한 제 2 BOP 기능)을 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법들의 일부 실시예들은, 제 1 BOP 기능과 연관된 기능 경로(예를 들어, 26a, 26b, 26c)의 하나 이상의 노드들(예를 들어, 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 및/또는 26f) 중 적어도 하나로부터 수신된 정보가 고장을 나타내는 경우, 제 2 BOP 기능(예를 들어, 18b)을 선택하는 단계를 포함한다.

도 9을 지금 참조하면, 본 발명의 BOP 제어 시스템들의 제 2 실시예가 참조 번호(10b)로 도시되고 지정된다. 시스템(10b)은 시스템(10a)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 아래에서 설명하는 주요 예외들을 갖는다. 도 9에서, 점선들 및 실선들은 각각 기능 경로(들) 또는 그의 부분(들)을 나타내며, 점선들은 가독성을 위해 점선으로 표시된다. 도시된 바와 같이, 시스템(10b)은 제 1 BOP 기능을 작동시키기 위한 적어도 18 개의 기능 경로들을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 동일하거나 유사한 또는 다른 기능 경로(들)가 제 2 및/또는 제 3 BOP 기능을 작동시키기 위해 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 BOP 기능들은 환형 BOP 및/또는 램 BOP의 기능들일 수 있다.

아래에, 예시로서, 두꺼운 테두리를 갖는 박스로 표현된 노드들을 포함하는 도 9에 도시된 기능 경로들의 목록이 제공된다.

표면 전력 어셈블리 A-해저 저장소 A-해저 펌프 어셈블리 A-매니폴드 C-제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 A-해저 저장소 B-해저 펌프 어셈블리 A-매니폴드 C-제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 A-해저 저장소 A-해저 펌프 어셈블리 B-매니폴드 D-제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 A-해저 저장소 B-해저 펌프 어셈블리 B-매니폴드 D- 제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 B-해저 저장소 B-해저 펌프 어셈블리 B-매니폴드 D-제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 B-해저 저장소 B-해저 펌프 어셈블리 A-매니폴드 C-제 1 BOP 기능;

표면 전력 어셈블리 B-해저 저장소 A-해저 펌프 어셈블리 B-매니폴드 D-제 1 BOP 기능; 및

표면 전력 어셈블리 B-해저 저장소 A-해저 펌프 어셈블리 A-매니폴드 C-제 1 BOP 기능.

도시된 바와 같이, 강체 도관들(A, B)을 통해 특정 기능 경로(들)를 사용하여 BOP 기능을 작동시키기 위해 동작 가능해야하는 구성 요소들이 존재하지만, 강체 도관들(A, B)은 노드들로 고려되지 않는다.

펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 경우, 전술한 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장될 수 있다. 예들은 데이터 구조로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 및 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 물리적 컴퓨터 저장 매체이다. 물리적 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로, 이러한 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하기 위해 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 물리적 매체를 포함할 수 있다. 디스크 및 디스크에는 디스크들(CD), 레이저 디스크들, 광 디스크들, 디지털 다기능 디스크들(DVD), 플로피 디스크들, 및 Blu-ray 디스크들을 포함한다. 일반적으로, 디스크들(disks)은 데이터를 자기적으로 재생하고, 디스크들(discs)은 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들은 또한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위 내에 포함된다. 또한, 상술된 기능들은 주문형 VLSI 회로들 또는 게이트 어레이들을 포함하는 하드웨어 회로, 논리 칩들, 트랜지스터들, 또는 다른 개별 구성 요소와 같은 기성 반도체들과 같은 소프트웨어가 아닌 전용 디바이스들을 통해 달성될 수 있고, 이들 모두는 비일시적이다. 추가의 예들은 필드 프로그램 가능 게이트 어레이들, 프로그램 가능 어레이 로직, 프로그램 가능 논리 디바이스들 등과 같은 프로그램 가능한 하드웨어 디바이스들을 포함하고, 이들 모두는 비일시적이다. 또 다른 예들은 주문형 집적 회로들(ASIC) 또는 초대형 집적 회로들(VLSI)을 포함한다. 실제로, 당업자들은 설명된 실시예들에 따라 논리 동작들을 실행할 수 있는 임의의 수의 적절한 구조들을 이용할 수 있다.

상기 명세서 및 예시들은 예시적인 실시예들의 구조 및 이용에 대한 완전한 설명을 제공한다. 특정 실시예가 특정 정도의 특수성을 갖고, 또는 하나 이상의 개별 실시예들을 참조하여 상술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 개시된 실시예들에 다수의 변경들을 행할 수 있다. 이와 같이, 시스템들 및 방법들의 다양한 예시적인 실시예들은 개시된 특정 형태들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 이들은 청구항들의 범위 내에 속하는 모든 변형들 및 대안들을 포함하고, 도시된 것 이외의 다른 실시예들은 도시된 실시예들의 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요소들은 생략되거나 단일 구조로서 조합될 수 있고 및/또는 접속들이 대체될 수 있다. 또한, 적절한 경우, 전술한 실시예 중 임의의 것의 양태들은 유사하거나 상이한 속성들 및/또는 기능들을 갖고 동일하거나 상이한 문제들을 처리하는 다른 예들을 형성하기 위해 상술된 예들 중 임의의 다른 것의 양태들과 조합될 수 있다. 유사하게, 전술된 이익들 및 이점들이 일 실시예와 관련될 수 있거나 여러 실시예들과 관련될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

청구항들은, 제한이 어구(들) "를 위한 수단" 또는 "를 위한 단계"를 사용하여 주어진 청구항에서 명시적으로 언급되지 않는 한, 추가 수단 또는 추가 단계-기능 제한들을 포함하는 것으로 의도되지 않고, 그를 포함하도록 해석되지 않아야 한다.

참고 문헌

이들 참조들은 본 명세서에 기재된 내용과 관련된 세부 사항을 제공하는 한, 참조로 구체적으로 통합된다.

[1] Radovan Petrovic, 피스톤 축 방향 펌프의 특성 파라미터 유체 역학 프로세스의 수학적 모델링 및 실험적 연구, Mech. Eng'g 224 (2009)의 55(2009)4 J.