基于阴极保护系统的用于浸入式海底系统的功率源和电压倍增 |
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| 申请号 | CN201380054144.9 | 申请日 | 2013-08-16 | 公开(公告)号 | CN104704190A | 公开(公告)日 | 2015-06-10 |
| 申请人 | 韦特柯格雷英国有限公司; | 发明人 | M.D.布任斯基; | ||||
| 摘要 | 提供了用于视觉地指示浸入式海底连接器(45,47)的接合状况的系统(60)和方法。系统(60)的示例包括：测量装置(61，63)，其 定位 成提供指示用于浸入式海底连接器(45，47)的 锁 定机构的有效接合的 信号 ；和视觉接合状况指示器组件，其包括视觉接合状况指示器(97)，视觉接合状况指示器(97)定位在环绕的 框架 的外部部分上以提供与由测量装置(61，63)提供的锁定机构的接合状况对应的视觉指示。功率源组件(101,111,121,131)构造成与邻近的 阴极 保护 系统(91)的部分对接，以对视觉接合状况指示器提供供应功率或 电压 倍增。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种用于视觉地指示浸入式海底连接器(45, 47)的接合状况的系统(60)，所述系统(60)的特征在于： |
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| 说明书全文 | 基于阴极保护系统的用于浸入式海底系统的功率源和电压倍增 技术领域[0001] 本发明总体上涉及海底监视系统，和在视觉上指示浸入式海底连接器的接合状况的系统和方法，特别地，该海底连接器将来自用于浸入式海底装备的阴极保护系统的电压用作用于海底位置监视系统的的功率源和/或电压倍增器。 背景技术[0002] 海底连接器可用于为下部EDP区段连接提供上部区段紧急断开总成(“EDP”)，为井口连接提供防喷器(“BOP”)，为BOP组连接提供低位海上立管总成(“LMRP”)，为井口连接提供完井树，为海底歧管连接提供TPL/海底临时牵索、生产立管组件，为锚固基底和沉箱完井以及人工岛提供单点系泊。 [0003] 各种类型的这些连接器提供优异的拉伸载荷下的弯曲性能、已现场证实的液压操作接合、和金属对金属密封。根据紧急断开总成实施，通常称为卡爪(dog)的液压促动器通常完全定位在紧急断开总成的框架结构内，从而使得完井接合的视觉确认是大体不可能的。 [0004] 用于降低部署水下装备之后的金属制品和EDP的表面(它们由于环绕的海水的电解性质而倾向于腐蚀)的腐蚀的标准技术是使用阴极保护(“CP”)。CP的广泛地使用的形式是牺牲阳极型阴极保护，其中，牺牲的金属表面定位成最接近待保护的金属制品。牺牲的金属材料选择成其比待保护的制品具有更大幅值的电化学势。通常使用的牺牲金属材料包括例如锌、镁和铝的合金。例如当定位在海底邻近受保护的金属构件和表面时，牺牲的金属材料将代替受保护的制品而被腐蚀。最终，牺牲的材料将被腐蚀到如下程度，即，使得必须替换牺牲的材料。 发明内容[0005] 发明人认识到，可期望在框架结构的外部位置处提供它们的有效接合的视觉指示，该视觉指示足以由远程操作车辆(“ROV”)感知。发明人认识到对如下系统的需要，该系统提供电流以驱动小电压装置，诸如例如固态信号灯，其连接到海底紧急断开总成、海底采油树或者其他类似定位的海底装备的下部部分，其提供卡爪接合的测量和/或视觉位置指示。发明人进一步认识到，到主功率系统中的分支(tap)或驱动搜寻系统的额外集束管线(umbilical line)可使紧急断开总成过度复杂化或者使其能力退化。 [0006] 发明人还认识到，海底紧急断开总成装备的阴极保护系统可用作原电池，以生成用于小电压/低功率次要装置的供应电压或电压倍增。以备选方式陈述，本发明人认识到保护电势或闭路阳极电势用作用于包括视觉接合状况指示器的小电压/低功率装置的功率源。 [0007] 考虑上文所述，本发明的各种实施例有利地突出了系统和方法的特征，该系统和方法提供电流以驱动连接到海底系统的下部部分的小电压装置，其提供海底装备的一个或更多个相关海底构件的测量和/或视觉位置指示，该海底系统诸如例如紧急断开总成、低位海上立管总成、海底采油树或其他类似定位的海底装备。各种实施例构造成将海底装备的阴极保护系统用作原电池以生成用于小电压/低功率次要装置的供应电压或电压倍增。根据各种实施例，保护电势或闭路阳极电势用作用于小电压/低功率装置的功率源。 [0008] 本发明的各种实施例提供功率源和/或电压或电流倍增系统，其将来自用于浸入式海底系统的阴极保护系统的电压用作用于海底监视系统的功率源和/或电压倍增器源。功率源和电压倍增系统的各种实施例消除了对提供长且昂贵的电气管线来供应小电压次要装置的需要。各种实施例还消除了对分支到主海底系统电气供应源或ROV中的其需要，或者提供能够提供这种测量或视觉指示的机械系统解决方案的需要。 [0009] 根据各种实施例，海底监视系统可包括用于视觉地指示浸入式海底连接器的接合状况的系统。更特别地，用于提供海底连接器接合的视觉指示的系统的实施例的示例可包括一个或多个测量装置(例如，压电装置)和视觉接合状况指示器组件，测量装置定位成提供至少一个电压阈值水平，该电压阈值水平指示用于浸入式海底连接器的锁定或其他连接机构的接合(例如，应变或位置)。该组件可包括：发光视觉接合状况指示器，其例如定位在环绕的框架部件的外侧部分上，以提供与由压电装置提供的连接机构的接合状况对应的视觉指示；和功率源组件，其构造成与邻近的阴极保护系统的部分对接，以对视觉接合状况指示器提供供应功率或电压倍增。在示例实施例中，为压电装置的形式的测量装置测量应变，该应变是因可操作地联接到一个或更多个液压缸的连接环与一个或更多个锁定部件(例如，卡爪)的接合导致的，该一个或更多个液压缸连接到紧急断开总成的上部连接器本体组件，该一个或更多个锁定部件构造成接合一个或多个接合凹部，该一个或多个接合凹部延伸到用于紧急断开总成的下部部分的海底连接器的外表面中。应变的阈值水平可用作参考以指示该一个或更多个锁定部件与海底连接器的该一个或多个接合凹部的接合。 [0010] 根据实施例，功率源组件包括开关电路(例如，包括逻辑“与”)，其构造成当压电装置提供具有超过阈值电压水平的幅值的信号电压时完成在限定阳极的阴极保护系统的第一元件与视觉接合状况指示器之间的电路。第一导体从压电装置延伸且连接到开关电路的第一终端，并且第二导体从阴极保护系统的第一元件(阳极)延伸。视觉接合状况指示器电气地联接到阴极保护系统的限定阴极的第二元件，以取决于所利用的访问电气装置的类型及其位置，当压电装置遭遇阈值水平的应变或其他移动时发射足够的光照水平以通过远程操作车辆视觉地检测。 [0011] 本发明的实施例还包括视觉地指示浸入式海底连接器或其他构件的接合状况的方法。方法的示例可包括以下步骤：定位测量装置，以提供指示用于浸入式海底连接器的锁定机构的有效接合的信号；定位视觉接合状况指示器，以提供与由测量装置提供的锁定机构的接合状况对应的视觉指示；和使功率源组件的构件与阴极保护系统的邻近视觉接合状况指示器的部分对接，以对视觉接合状况指示器提供供应功率或电压倍增。定位视觉接合状况指示器的步骤可包括将视觉接合状况指示器电气地联接到阴极保护系统的限定阴极的元件，以当测量装置遭遇阈值水平的应变或其他移动时发射足够的光照水平以通过远程操作车辆(“ROV”)视觉地检测。步骤还可包括测量因锁定部件的接合表面与对应的锁定凹部的接合而导致的应变，该对应的锁定凹部延伸到用于紧急断开总成的下部部分的海底连接器的外表面中。阈值水平的应变指示锁定部件的接合表面与海底连接器的锁定凹部部分的接合，该接合是由于锁定部件的通过可操作地联接到一个或更多个液压缸的连接环的接合导致的，该一个或更多个液压缸连接到紧急断开总成的上部连接器本体组件。当其遇到阈值水平的应变时，视觉接合状况指示器可“点亮”以提供构件接合的ROV可见的视觉指示。附图说明 [0012] 为了可更详细地理解本发明的特征和优点和将变得显而易见的其他方式，在上文中概述的本发明的更多具体描述可通过参考其实施例来获得，这些实施例在附图中示出，附图形成了该说明书的一部分。然而，应注意到，附图仅图示了本发明的各种实施例，且因此不认为限制本发明的范围，因为其也可包括其他有效的实施例。 [0013] 图1是由阴极保护系统保护的紧急断开总成的透视图。 [0014] 图2是根据本发明的实施例的用于视觉地指示施加到图1的紧急断开总成的浸入式海底连接器的接合状况的系统的大体系统构造的透视图。 [0015] 图3是由阴极保护系统保护的紧急断开总成的框架的一部分的透视图，其示出阴极保护系统的操作。 [0016] 图4是通过图3的阴极保护系统保护的紧急断开总成的框架的一部分的透视图，其示出根据本发明的实施例的用于利用阴极保护系统的小型电子装置驱动。 [0017] 图5是示出阴极保护系统的功能操作的示意图。 [0018] 图6-9是根据本发明的实施例的构造成与图3的阴极保护系统对接的具有不同功率源组件布置的各种电路的示意简图。 具体实施方式[0019] 现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，附图示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式具体化，且不应理解为限于本文中陈述的所示实施例。而是，这些实施例提供成以便本公开将是彻底的且完全的，且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。全文中类似的编号参考类似的元件。如果使用的话，则引号在备选实施例中指示类似元件。 [0020] 考虑上文所述，本发明的各种实施例有利地突出了系统和方法的特征，该系统和方法提供电流以驱动连接到海底系统的下部部分的小电压装置，该小电压装置提供海底装备的一个或更多个相关海底构件的测量和/或视觉位置指示，该海底系统为诸如例如紧急断开总成、低位海上立管总成、海底采油树或其他类似地定位的海底装备。本发明的各种实施例提供功率源和/或电压或电流倍增系统，其将来自用于浸入式海底系统的阴极保护系统的电压用作用于海底监视系统的功率供应源和/或电压倍增器源。根据各种实施例，海底监视系统可包括用于视觉地指示浸入式海底连接器的接合状况的系统。 [0021] 图1示出包括上部区段31、下部区段33、多部分框架35的紧急断开总成(EDP)30，其经由低位海上立管总成(LMRP)37定位在海底采油树(未示出)的顶部。EDP 30连接到立管柱(未示出)的下端，以允许水面船只典型地在紧急情况或坏天气期间将立管柱从海底树分离开。 [0022] EDP的上部区段31通过一组液压(液压地受促动的)缸和/或可滑动地连接到上部连接器凸轮环42的上部连接器卡爪41保持在位置中，它们通过液压活塞43的促动而接合，以导致卡爪41(其自身通常枢转地连接到上部海底连接器45或者与其对接)的接合表面44延伸到EDP 30的下部区段33中的下部海底连接器47中的凹部46中且与其接合。卡爪41起作用以将EDP 30的上部区段31连接到EDP 30的下部区段33。在所示实施例中，液压活塞43连接到上部连接器本体组件49以提供这种接合机制。一个或更多个上部连接器挡块50限制凸轮环42的移动和/或卡爪41的移动。EDP 30的下部区段33包括一个或更多个下部连接器活塞51，下部连接器活塞51连接到下部连接器锁定环53，下部连接器锁定环53包括接合表面55，接合表面55接合位于卡爪41的下部部分上的表面57，其起作用以将卡爪41锁定在与凹部46的接合位置中。根据示例实施例，海底连接器45是十六英寸HAR海底连接器。 [0023] 图2示出用于视觉地指示施加到EDP 30的浸入式海底连接器45、47的接合状况的系统60的大体系统构造。至少一个但更通常地是多个的例如压电测量装置61(仅示出一个)连接到上部本体组件49或上部连接器凸轮环42的一部分，以感测上部连接器凸轮环42的位置或者测量其上的应力。而且或者备选地，测量装置61可定位在凸轮环42上，以感测液压缸/上部连接器卡爪41中的一个或更多个的位置或测量其上的应力，或感测上部连接器挡块50的位置或其上的应力。可连接额外或备选的测量装置61以提供直接的冗余和/或其可连接到其他构件以提供间接的冗余。注意，测量装置61可包括应变计、位置传感器和/或如本领域技术人员所理解的其他装置，且还可如本领域技术人员所理解地连接到EDP 30的各种其他构件。 [0024] 至少一个或更多个但通常多个测量装置63(仅示出一个)定位在下部区段连接器47的主结构元件上或者邻近其，以基于下部连接器锁定环53的位置或因锁定环53的接合表面55与卡爪41的接合表面57的接合导致的施加在其上的应变/应力提供位置测量。然而，一个或多个测量装置63通常定位在下部连接器活塞51中的一个上或者在位于下部连接器锁定环53与下部连接器活塞51中的一个或多个之间的构件上。应变或移动的量可提供海底连接器47适当地定位的指示。 [0025] 对应的多个视觉接合状况指示器71(仅示出一个)连接到多部分框架35的中间或上部梁75的外表面73。导体77连接在测量装置61的中的对应的一个与相应的视觉接合状况指示器71之间。而且或者备选地，第二多个视觉接合状况指示器81连接到多部分框架35的基底部分85的面朝外的表面83。导体87连接在测量装置63中的对应的一个与相应的视觉接合状况指示器81之间。额外或备选的视觉接合状况指示器71、81可围绕多部分框架连接，以提供冗余并且/或者帮助远程操作车辆(“ROV”)视觉地检测其状况。 [0026] 根据示例实施例，一个或多个视觉接合状况指示器71各自包括一个或更多个发光二极管，发光二极管定位成提供指示上部区段海底连接器45适当地接合在下部区段连接器47顶上的视觉信号。类似地，一个或多个视觉接合状况指示器81提供指示下部区段连接器47适当地接合的视觉信号。各视觉接合状况指示器71、81可实施为一个或更多个发光二极管的基本集群，其定位成提供与由测量装置61、63提供的测量结果对应的视觉指示。例如，关于测量装置61，阈值水平的应变或位置改变提供了指示卡爪41的接合表面44接合在对应的一个或多个锁定凹部46中的阈值水平的电压。关于测量装置63，阈值水平的应变或位置改变类似地提供了必要的阈值水平的电压。注意，可利用本领域技术人员已知的其他形式的发光装置。 [0027] 参考图3，紧急断开总成(EDP)30的几乎整个结构由阴极保护系统91相对于腐蚀来保护。阴极保护系统91包括多组牺牲金属面板或棒93(在分解视图中仅示出一个)，其定位成接近待保护的上部区段31、下部区段33和多部分框架35的金属制品。牺牲的金属材料选择成其比待保护的制品具有更大幅值的电化学势。通常使用的牺牲金属材料包括例如锌、镁和铝的合金，以及本领域技术人员已知和理解的其他材料。 [0028] 参考图4和5，海水作用为在牺牲的金属面板或棒93与待保护的上部区段31、下部区段33和/或框架35的表面95(例如，图2的表面73或83或者其他表面)之间的电解质。这些表面95用作正电极或阴极，且各牺牲金属面板或棒作用为产生电子的负电极或阳极。两个金属构件用作电极，从而导致各自生成小的电势(即，形成原电池)的电化学反应。如在图中所示，电子和离子在牺牲的金属面板或棒93与相应的表面95之间流动。 [0029] 代替承受分支到主供应功率中或运行分离的导体以驱动各视觉接合状况指示器71、81的复杂性的问题，根据一个或更多个实施例，视觉接合状况指示器71、81可与框架表面95且与牺牲的金属面板或棒91电气地对接。在示例实施例中，多个低压低安培数视觉接合状况指示器“组件”71、81直接地连接到框架35的暴露的面朝外的表面95，以与“阴极”对接，且小的导体延伸到最近的牺牲金属面板或棒93以与“阳极”对接，以吸取由阴极保护系统产生的功率。 [0030] 图6-9例示了用于视觉接合状况指示器组件71、81的各种电路，其具有不同的功率源组件布置，构造成与阴极保护系统91对接以为视觉接合状况指示器97提供供应功率或电压倍增，且选择性地传递来自例如压电测量装置61、63的信号，以提供被监测的相应接合构件的接合状况的视觉指示。 [0031] 图6示出电路设计101，其采用逻辑“与”电路103，以便当相应的压电装置61、63遭遇阈值水平的应变或其他移动时，视觉接合状况指示器97将提供足够的电压(超过阈值电压的电压)和电流，以发射足以由ROV检测到的光照水平。在例示中，当测量装置61、63至少提供最小阈值电压时，逻辑“与”电路103完成阴极95与阳极93之间的电路(经由导体105、106连接)。逻辑“与”电路103可为开关电路的形式，其合并任意固态或机械技术，诸如例如本领域技术人员将理解的在电路的至少一个引线(leg)之间的机械继电器。 [0032] 图7示出电路111，其在本质上为与第二阴极-阳极对串联地连接的电路101。在该构型中，第二阴极-阳极对与在图5中示出的对功能上绝缘。如在电路101中，阳极93和输出测量装置61、63功能上连接到逻辑“与”103以驱动视觉接合状况指示器97。然而，在该构型中，视觉接合状况指示器97连接到形成第二阴极95'的第二受保护的结构，且第一阴极95电气地连接到形成第二阳极93'的第二牺牲结构。 [0033] 图8示出电路121，其在本质上是与第二阴极-阳极对并联地连接的电路101。如在电路101中，阳极93和输出测量装置61、63功能上连接到逻辑“与”103以驱动视觉接合状况指示器97。然而，在该构型中，视觉接合状况指示器97例如经由加法电路123功能上连接到形成第一和第二阴极95、95'的第一和第二受保护的结构两者，并且形成第一阳极93的第一牺牲结构电气地连接到形成第二阳极93'的第二牺牲结构。 [0034] 图9示出电路131，其在本质上为具有定位在阴极95和阳极93以及视觉接合状况指示器97之间的放大器133的电路101。本领域技术人员将认识到额外的阴极-阳极对的各种并联和串联组合可用于提供驱动视觉接合状况指示器组件71、81所需的电压和/或电流倍增。 [0035] 在附图和说明书中，已公开本发明的典型优选实施例，且虽然采用了特定术语，但是术语仅描述性的方式使用且不是为了限制的目的。本发明已经具体参考这些示出的实施例以大量的细节描述。然而，将显而易见的是，可在如前述说明书中所述的本发明的精神和范围内做出各种修改和改变。例如，虽然描述为对视觉接合状况指示器97提供功率，但是本领域技术人员可了解，本发明的范围延伸到利用阴极保护系统的阳极和阴极之间的电势(像原电池那样工作)以对其他小的电压装置供应功率。 |
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