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用于防喷器控制的安全性完整性等级(SIL)评级系统

阅读：621发布：2020-05-14

专利汇可以提供用于防喷器控制的安全性完整性等级(SIL)评级系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP，12)的控制系统，下堆叠与下海洋立管封装(LMRP，18)可释放地接合。该控制系统包含：表面逻辑求解器（38），定位在海表面处或者与海表面相邻，其生成用于操作海底BOP的命令；第一海底逻辑求解器（40），附连到LMRP，并且与表面逻辑求解器进行通信，使得第一海底逻辑求解器接收来自表面逻辑求解器的命令；以及第二海底逻辑求解器（44），附连到下堆叠中的液压控制单元（34）。第二海底逻辑求解器与海底BOP和第一海底求解器进行液压通信，使得第二海底逻辑求解器接收来自第一海底逻辑求解器的命令，并且通过激活液压控制单元以操作BOP来实现命令。，下面是用于防喷器控制的安全性完整性等级(SIL)评级系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP)的控制系统，所述下堆叠与下海洋立管封装(LMRP)可释放地接合，所述控制系统包括：
表面逻辑求解器，定位在海表面处或者海表面上方，其生成包括用于操作所述海底BOP的命令的第一命令信号；
第一海底逻辑求解器，附连到所述LMRP，并且与所述表面逻辑求解器进行通信，使得所述第一海底逻辑求解器接收来自所述表面逻辑求解器的所述第一命令信号；以及第二海底逻辑求解器，附连到所述下堆叠中的液压控制单元，所述液压控制单元连接到蓄能器并与所述海底BOP进行液压通信，所述第二海底逻辑求解器与所述第一海底逻辑求解器进行通信，使得所述第二海底逻辑求解器接收来自所述第一海底逻辑求解器的包括所述命令的第二命令信号，并且通过激活所述液压控制单元以操作所述BOP来实现所述命令。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述下堆叠通过液压连接器来附连到所述LMRP，并且其中所述液压控制单元控制所述液压连接器。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述下堆叠通过液压连接器来附连到所述LMRP，并且其中所述液压连接器由蓄能器供能。
4.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述表面逻辑求解器、所述第一海底逻辑求解器和所述第二海底逻辑求解器各包括中央处理单元(CPU)。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述表面逻辑求解器包括中央处理单元(CPU)，以及所述第一海底逻辑求解器或者所述第二海底逻辑求解器或两者包括扩展输入/输出(I/O)卡。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述表面逻辑求解器通过具有高压线路和光学通信线路的缆线来连接到所述第一海底逻辑求解器。
7.如权利要求6所述的控制系统，其中，所述第一海底逻辑求解器通过具有低压线路而没有光学通信线路的缆线来连接到所述第二海底逻辑求解器。
8.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述系统还包括：
人机接口面板，连接到所述表面逻辑求解器；
自动控制器，与所述表面逻辑求解器进行通信，其基于由所述表面逻辑求解器所检测的预定条件向所述表面逻辑求解器自动发出命令；以及
按键开关，具有第一位置和第二位置，所述第一位置打开所述表面逻辑求解器与所述人机接口面板之间的通信，以及所述第二位置打开所述表面逻辑求解器与所述自动控制器之间的通信。
9.一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP)的冗余控制系统，所述下堆叠与下海洋立管封装(LMRP)可移除地接合，并且所述LMRP具有第一和第二控制容器，各与所述BOP进行液压通信以控制所述BOP，所述控制系统包括：
表面逻辑求解器，定位在海表面处或者与海表面相邻，其生成包括用于操作所述海底BOP的命令的第一命令信号；
第一海底逻辑求解器，附连到所述第一控制容器，并且与所述表面逻辑求解器进行通信，所述第一海底逻辑求解器与所述第一控制容器进行通信，使得所述第一海底逻辑求解器能够接收来自所述表面逻辑求解器的所述第一命令信号，并且通过激活所述第一控制容器以操作所述BOP来实现所述第一命令信号中的所述命令；以及
第二海底逻辑求解器，附连到所述第二控制容器，并且与所述表面逻辑求解器进行通信，所述第二海底逻辑求解器与所述第二控制容器进行通信，使得所述第二海底逻辑求解器能够接收包括来自所述表面逻辑求解器的第二命令的第二命令信号，并且通过激活所述第二控制容器以操作所述BOP来实现所述第二命令。
10.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述下堆叠通过液压连接器来附连到所述LMRP，并且其中所述液压连接器与所述第一海底逻辑求解器和所述第二海底逻辑求解器进行通信。
11.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述下堆叠通过液压连接器来附连到所述LMRP，并且其中所述液压连接器由蓄能器供能。
12.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述表面逻辑求解器、所述第一海底逻辑求解器和所述第二海底逻辑求解器各包括中央处理单元(CPU)。
13.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述表面逻辑求解器包括中央处理单元(CPU)，以及所述第一海底逻辑求解器或者所述第二海底逻辑求解器或两者包括扩展输入/输出(I/O)卡。
14.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述系统还包括：
人机接口面板，连接到所述表面逻辑求解器；
自动控制器，与所述表面逻辑求解器进行通信，其基于由所述表面逻辑求解器所检测的预定条件向所述表面逻辑求解器自动发出命令；以及
按键开关，具有第一位置和第二位置，所述第一位置打开所述表面逻辑求解器与所述人机接口面板之间的通信，以及所述第二位置打开所述表面逻辑求解器与所述自动控制器之间的通信。
15.一种用于控制海底防喷器(BOP)的方法，所述方法包括：
(a) 由位于海表面处或者与海表面相邻的表面逻辑求解器来生成包括命令的第一命令信号；
(b) 将所述第一命令信号传送给附连到下海洋立管封装的第一海底逻辑求解器；
(c) 将包括所述命令的第二命令信号传送给附连到连接到蓄能器并且在下堆叠中的液压控制单元的第二海底逻辑求解器，所述液压控制单元与所述海底BOP进行通信；以及(d) 采用所述液压控制单元按照所述第二命令信号中的所述命令信号来操作所述海底BOP。
16.如权利要求15所述的方法，其中，步骤(b)经由所述表面逻辑求解器与所述第一海底逻辑求解器之间的光缆来执行。
17.如权利要求16所述的方法，其中，步骤(c)经由所述第一海底逻辑求解器与所述第二海底逻辑求解器之间的铜线来执行。
18.如权利要求17所述的方法，还包括下列步骤：
在步骤(b)之后并且在步骤(c)之前，将所述命令信号从光学信号转换成铜信号。

说明书全文

用于防喷器控制的安全性完整性等级(SIL)评级系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求美国临时专利申请No. 62/057586(其于2014年9月30日提交)和美国临时专利申请No. 62/067829(其于2014年10月23日提交)的优先权，因此通过引用将其完全公开全部地结合到本文中。

技术领域

[0003] 本文所公开的实施例一般涉及用于海底防喷器(BOP)的控制系统。具体来说，本文所公开的实施例涉及用于除了BOP控制系统之外还提供备用或扩大功能的系统。

背景技术

[0004] 石油和天然气的海底钻探通常涉及海表面上的船只(其能够是例如钻探船)或平台的使用，其中立管延伸到海床附近。立管的底端附连到下海洋立管封装，其除了别的以外包含意图控制海床附近的钻探系统的组件的控制容器（pod）。在立管下方通常定位的是下堆叠（lower stack），其包含安装到井口的防喷器(BOP)。钻探管从海表面处的船只经过立管延伸到海底，经过BOP并且经过井口进入井眼到达产油层。

[0005] BOP的一个目的是要充当故障保护机制，以便防止石油和天然气从井眼逸入环境中。为了实现这个任务，BOP通常包含多个冲头（ram）。一些冲头具有弹性密封，并且设计成如果需要包围钻探管，以便密封管道周围的环道（annulus）。那样的话，如果意外压力波动设法强迫石油和天然气从井眼通过环道，则BOP能够封闭以防止溢出。其他冲头已知为剪切冲头（包含全封闭剪切冲头）并且设计成穿过钻探管以及延伸到井眼中的其他物品，以便将井眼从周围环境完全密封。

[0006] 由于由BOP在海底钻探操作中所起的安全性作用，必需确保所有BOP控制系统和组件正确起作用，并且在故障情况下提供冗余备用系统。相应地，增加冗余度和监测能力(例如采取安全性仪表化系统的形式)是有益的。

[0007] 另外，随着海底钻探延伸到更深水中，其中BOP所在的海床处的压力增加。对于更高压力，如果井泄漏，则存在更大后果，并且BOP本身要求设计修改以确保安全性。相应地，需要用于作为BOP控制系统的备份以及监测其功能的新安全性仪表化系统。发明内容

[0008] 本发明的一个方面提供一种用于定位在下堆叠中的海底防喷器(BOP)的控制系统，下堆叠与下海洋立管封装(LMRP)可释放地接合。该控制系统包含：表面逻辑求解器，定位在海表面处或者与海表面相邻其生成用于操作海底BOP的命令；第一海底逻辑求解器，附连到LMRP，并且与表面逻辑求解器进行通信，使得第一海底逻辑求解器接收来自表面逻辑求解器的命令；以及第二海底逻辑求解器，附连到下堆叠中的液压控制单元。第二海底逻辑求解器与海底BOP和第一海底求解器进行液压通信，使得第二海底逻辑求解器接收来自第一海底逻辑求解器的命令，并且通过激活液压控制单元以操作BOP来实现命令。

[0009] 在一些实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压控制单元能够控制液压连接器。在其他实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压连接器能够由蓄能器供能。

[0010] 在某些实施例中，表面逻辑求解器、第一海底逻辑求解器和第二海底逻辑求解器能够各包括中央处理单元(CPU)。在其他实施例中，表面逻辑求解器能够包括中央处理单元(CPU)，以及第一海底逻辑求解器或者第二海底逻辑求解器或两者能够包括扩展输入/输出(I/O)卡。

[0011] 在一些实施例中，表面逻辑求解器能够通过缆线(其具有高压线路和光学通信线路)来连接到第一海底逻辑求解器，以及第一海底逻辑求解器能够通过缆线(其具有低压线路而没有光学通信线路)来连接到第二海底逻辑求解器。另外，该系统还能够包含声学容器，其与第二海底逻辑求解器进行通信并且是由第二海底逻辑求解器可控的。

[0012] 在备选实施例中，该系统还能够包含：人机接口面板，连接到表面逻辑求解器；以及自动控制器，与表面逻辑求解器进行通信，其基于由表面逻辑求解器所检测的预定条件向表面逻辑求解器自动发出命令。在这种实施例中，该系统还能够具有按键开关，其具有第一位置和第二位置，第一位置打开表面逻辑求解器与人机接口面板之间的通信，以及第二位置打开表面逻辑求解器与自动控制器之间的通信。

[0013] 本发明的另一方面提供一种用于定位在下堆叠中的海底BOP的冗余控制系统，下堆叠与LMRP可移除地接合，以及LMRP具有第一和第二控制容器，各与BOP进行液压通信以控制BOP。该系统包含：表面逻辑求解器，定位在海表面处或者与海表面相邻，其生成用于操作海底BOP的命令；以及第一海底逻辑求解器，附连到第一控制容器，并且与表面逻辑求解器进行通信，第一海底逻辑求解器与第一控制容器进行通信，使得第一海底逻辑求解器能够接收来自表面逻辑求解器的命令，并且通过激活第一控制容器以操作BOP来实现命令。另外，该系统包含第二海底逻辑求解器，其附连到第二控制容器，并且与表面逻辑求解器进行通信，第二海底逻辑求解器与第二控制容器进行通信，使得第二海底逻辑求解器能够接收来自表面逻辑求解器的命令，并且通过激活第二控制容器以操作BOP来实现命令。

[0014] 在一些实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压连接器能够与第一海底逻辑控制器和第二海底逻辑控制器进行通信。在其他实施例中，下堆叠能够通过液压连接器来附连到LMRP，以及液压连接器能够由蓄能器供能。

[0015] 在某些实施例中，表面逻辑求解器、第一海底逻辑求解器和第二海底逻辑求解器能够各包括CPU。在其他实施例中，表面逻辑求解器能够包括CPU，以及第一海底逻辑求解器或者第二海底逻辑求解器或两者能够包括扩展I/O卡。另外，控制系统还能够包含声学容器，其与第一海底逻辑求解器和第二海底逻辑求解器进行通信并且是由第一海底逻辑求解器和第二海底逻辑求解器可控的。

[0016] 在备选实施例中，该系统还能够包含：人机接口面板，连接到表面逻辑求解器；以及自动控制器，与表面逻辑求解器进行通信，其基于由表面逻辑求解器所检测的预定条件向表面逻辑求解器自动发出命令。在这种实施例中，该系统还能够具有按键开关，其具有第一位置和第二位置，第一位置打开表面逻辑求解器与人机接口面板之间的通信，以及第二位置打开表面逻辑求解器与自动控制器之间的通信。

[0017] 本技术的又一方面提供一种用于控制海底防喷器(BOP)的方法。该方法包含下列步骤：在位于海表面处或者与海表面相邻的表面逻辑求解器中生成命令信号；将命令信号传送给附连到下海洋立管封装的第一海底逻辑求解器；将命令信号传送给附连到下堆叠中的液压控制单元的第二海底逻辑求解器，液压控制单元与海底BOP进行通信；采用液压控制单元按照命令信号来操作海底BOP。

[0018] 在一些实施例中，表面逻辑求解器与第一海底逻辑求解器之间的第一传送步骤能够经由表面逻辑求解器与第一海底逻辑求解器之间的光缆来执行。类似地，第一逻辑求解器与第二逻辑求解器之间的第二传送步骤能够经由第一海底逻辑求解器与第二海底逻辑求解器之间的铜线来执行。在一些实施例中，第一海底逻辑求解器能够将命令信号从光学信号转换成铜信号。附图说明

[0019] 在阅读本技术的非限制性实施例的下面详细描述时并且在检查附图时，将会更好地理解本技术，附图包括：

[0020] 图1示出按照本技术的实施例的安全性仪表化系统的侧面示意图；

[0021] 图2示出按照本技术的备选实施例的安全性仪表化系统的侧面示意图；以及[0022] 图3示出对于本技术的实施例的安全性仪表化系统的控制系统，包含自动和含人回路（man-in-the loop）控制。

具体实施方式

[0023] 在参照优选实施例的下面描述和附图来考虑时，将会进一步领会本技术的上述方面、特征和优点，附图中相似参考数字表示相似元件。下面针对本公开的各个示范实施例。所公开的实施例不应当被解释为或者以别的方式用作限制包含权利要求书的本公开的范围。另外，本领域的技术人员将领会，下面描述具有广义应用，以及任何实施例的论述意味着只是示范那个实施例，而不意图表明包含权利要求书的本公开的范围局限于那个实施例。

[0024] 供在全堆叠基础上的使用的安全性仪表化系统

[0025] 图1示出用于控制海底防喷器(BOP)12的系统10。海底BOP 12通常容纳在下堆叠14(其定位在下海洋立管封装(LMRP)18下面的海床16上)中。海底BOP 12划分为个别BOP冲头13，其能够包含密封冲头、剪切冲头等。下堆叠14和LMRP 18能够通过液压连接器20(其能够被控制以允许LMRP 18从下堆叠14的脱离)相互连接。LMRP 18的上端22连接到立管24，其从LMRP 18的上端22延伸到海表面28处的船只26。还包含在该系统中的能够是第一控制容器
30(常常称作黄色控制容器)和第二控制容器32(常常称作蓝色控制容器)。在图1所示的实施例中，第一和第二控制容器30、32附连到LMRP 18。第一控制容器30和第二控制容器32能够由位于船只26上的第一和第二控制柜31、33来控制。船只26能够是任何适当船只，包含例如钻探船或平台。

[0026] 在正常操作下，海底BOP冲头13由第一或第二容器30、32以液压方式来控制。具体来说，液压管线36从第一和第二控制容器30、32的每个达到BOP 12的个别冲头13。两个控制容器30、32中的一个通常有责任经过其相应液压管线36以液压方式控制冲头13，而另一控制容器30、32保持为空闲。以这种方式，冗余度构建于系统中，因为如果实际控制冲头13的控制容器30、32变成丧失能力或者另外要求维护或更换，则另一控制容器30、32能够继续冲头13的操作。

[0027] 本技术的一个实施例包含用于在全堆叠基础上控制海底BOP 12的安全性仪表化系统。这种系统的一个目的是要提供适当安全性仪表化功能，以确认BOP控制系统并且作为其的备份，以及遵守可适用于石油工业中的许多系统和子系统的某些监管标准。安全性仪表化系统包含表面逻辑求解器38或者逻辑控制器，其位于船只26上并且通过第一缆线42来连接到第一海底逻辑求解器40。第一海底逻辑求解器40又通过第二缆线46来连接到第二海底逻辑求解器44。如图1所示，第二海底逻辑求解器44能够连接到位于下堆叠14中的液压控制单元34。在一些实施例中，第二海底逻辑求解器44能够连接到电池，使得第二海底逻辑求解器44能够在LMRP 18从下堆叠14断开之后继续操作。表面逻辑求解器38能够包含人机接口(HMI)面板47，其用来允许操作员与表面逻辑求解器38进行通信。

[0028] 实际上，表面逻辑求解器38能够生成命令，其然后经由第一缆线42传送给第一海底逻辑求解器40。从第一海底逻辑求解器40，命令然后传递给第二海底逻辑求解器44，其与液压控制单元34进行通信并且可与其附连。液压控制单元34又经由液压管线36与海底BOP冲头13进行通信。第二海底逻辑求解器44能够实现命令，从而指导液压控制单元34如由操作员所预期地那样控制海底BOP冲头13。本文所述的任何实施例的逻辑求解器38、44、46能够是任何设备，其能够按照本技术的要求来发送和接收信号。例如，在一些实施例中，逻辑求解器能够包括或包含中央处理单元(CPU)。

[0029] 在所示实施例中，每个冲头13能够连接到各来自不同控制源(包含第一控制容器30、第二控制容器32和液压控制单元34)的多个液压管线36。如所示，哪一个管线在任何给定时刻控制BOP冲头13能够由附连到BOP冲头13的阀39来控制。附图中，示出将第一和第二控制容器30、32的每个和液压控制单元34连接到冲头13的一些(但不是全部)的液压管线
36。要理解，在运行系统中，控制组件的每个能够连接到全部冲头13，以及这种配置在图中未示出，只是为了提高附图的清晰度。

[0030] 上述的安全性仪表化系统的一种益处在于，它对系统提供附加冗余度，并且充当故障保护，以增强BOP的安全性和可靠性。虽然已经提供两个控制容器30、32以便在系统中创建某一冗余度，但是实际上，如果第一控制容器30是不能使用的，则使用第二控制容器32能够是困难的。这是因为，政府监管和最佳实践规程指定，备用控制系统对BOP始终就位。因此，如果第一控制盒30是不可用的，则因为将不存在冗余度，所以不能使用第二控制容器32。本文所述的安全性仪表化系统通过提供第二冗余控制系统来帮助缓解这个问题。

[0031] 另外，本技术的安全性仪表化系统能够用来通过提供控制BOP冲头13的附加部件来扩大总体系统12的能力，甚至当控制容器30、32均正常运行时。例如，安全性仪表化系统经由液压控制单元34能够在控制容器30、32控制备选冲头13的同时控制某些冲头13。因此，系统12控制BOP冲头13的容量(capacity)增加。此外，该系统能够提供监测功能(例如监测各种状态、状况、参数等)以及确定BOP控制系统是否正确操作的信息。本技术还能够设计成遵守高压钻探操作的要求，并且能够例如与20 ksi BOP系统一起使用，但是它并不局限于这类系统，而是也可用于其他类型的系统、例如15 ksi系统中。另外，如本文所述的安全性仪表化系统是与主控制系统不同类型的控制系统，由此提供增加控制架构的分集的附加优点。

[0032] 现在将描述本技术的一些益处。但是，为了了解益处，第一重要的是理解离岸钻探系统的要求的一些，其中一个要允许LMRP 18从下堆叠14的断开和后续重新连接。例如当飓风或其他风暴威胁钻探船只或平台时，这能够是有益的。为了经受住这种风暴，操作员可希望将LMRP 18从下堆叠14断开，并且将LMRP 18、立管24和船只26移出险境。在风暴经过之后，然后必需将LMRP 18重新连接到下堆叠14，以恢复操作。能够通过减少这些组件之间的连接的数量，并且还通过控制进行连接的类型，极大地简化LMRP 18与下堆叠14的断开和后续重新连接。

[0033] 简化LMRP 18和下堆叠14的重新连接的一种方式是要提供一对海底逻辑求解器，如图1所示并且如上所述。这是因为，第一缆线42(其将表面逻辑求解器38连接到第一海底逻辑求解器40)必须携带这两个组件之间的功率和通信。表面逻辑求解器38与LMRP 18(并且因此第一海底逻辑求解器40)之间经过立管24的距离通常能够是很长的，例如高达大约2英里或以上的长度。因此，缆线中的功率线路必须是较高电压线路，以及通信常常经过光学线路(但是可使用铜线路)来携带。

[0034] 如果系统配备有下堆叠中的单个海底逻辑求解器，则操作员将需要断开和重新连接LMRP 18与下堆叠14之间的较高电压功率线路和脆弱的光学通信线路。这类连接能够是危险的(在高压功率线路的情况下)，并且能够使通信信号的质量降级(在光学通信线路的情况下)。备选地，如果系统仅配备有LMRP 18上的单个海底逻辑求解器，则多个液压管线将需要从LMRP 18跨越到下堆叠14，以连接到冲头13。这种结构因用来断开和重新连接这些组件之间的更多的线路的需要而能够是成问题的。

[0035] 通过提供两个单独海底逻辑求解器40、44(包含LMRP 18上的一个和下堆叠14上的一个)，能够缓解这些问题。实际上，按照本技术，将表面逻辑求解器38连接到第一海底逻辑求解器40的缆线42能够包含高压功率线路和光学通信线路。第一海底逻辑求解器40的一个功能能够是要转换和降低电压，并且将光学信号转换成铜，由此允许第一海底逻辑求解器40与第二海底逻辑求解器44之间的通信经过组成缆线46的低压铜线。这种低压铜线能够更易于在LMRP 18与下堆叠14之间的接口处根据需要来断开和重新连接。

[0036] 在本发明的一些实施例中，液压控制单元34能够连接到液压连接器20，以便将LMRP 18从下堆叠14断开或重新连接。由于液压连接器20附连到LMRP 18，所以单个液压管线48可需要跨越LMRP 18与下堆叠14之间的接口，以便提供液压控制单元34与液压连接器20之间的液压通信。备选地，能够避免这种管线的使用，以有利于从蓄能器50(其在所示实施例中能够附连到LMRP 18)向液压连接器20提供功率。

[0037] 为了说明的目的，下面章节包含安全性仪表化系统能够如何与其他现有BOP系统一起工作以便操作LMRP和下堆叠上的BOP或其他组件的特定特征的说明。要理解，这些说明仅作为示例给出，而不是表示能够实际应用本技术的全部可能方式。

[0038] 第一示例说明安全性仪表化系统在它涉及管道冲头BOP时的功能的示例。管道冲头功能可通过任何触点闭合输入或者通过HMI面板来发起。闭合冲头的需要由操作员确定，因此该功能的发起通过含人回路来确定。当船只26上的表面逻辑求解器38识别输入时，它可监测表面流量计。如果BOP没有被基本过程控制系统(BPCS)成功闭合，则表面逻辑求解器38可向第一海底逻辑求解器40传送信号。第一海底逻辑求解器40又可将信号传送给第二海底逻辑求解器44，其可触发(fire)对管道冲头排出打开的液压压力并且对管道冲头施加闭合压力的功能，因此闭合BOP。

[0039] 第二示例说明安全性仪表化系统在它涉及全封闭剪切冲头时的功能的示例。全封闭剪切冲头功能可通过触点闭合输入或者通过HMI面板来发起。闭合冲头的需要由操作员确定，因此该功能的发起通过含人回路来确定。当船只26上的表面逻辑求解器38识别输入时，它可监测表面流量计。如果BOP没有被BPCS成功闭合，则表面逻辑求解器38可将信号传送给第一海底逻辑求解器40，其又可将信号传送给第二海底逻辑求解器44。第二海底逻辑求解器44可触发对全封闭剪切冲头排出打开的液压压力并且对全封闭剪切冲头施加闭合压力的功能，因此闭合BOP。

[0040] 第三示例说明安全性仪表化系统在它涉及套管剪切冲头BOP时的功能的示例。套管剪切冲头功能可通过触点闭合输入或者通过HMI面板来发起。闭合冲头的需要由操作员确定，因此该功能的发起通过含人回路来确定。当船只26上的表面逻辑求解器38识别输入时，它可监测表面流量计。如果BOP没有被BPCS成功闭合，则表面逻辑求解器38可将信号传送给第一海底逻辑求解器40，其又可将信号传送给第二海底逻辑求解器44。第二海底逻辑求解器44可触发对套管剪切冲头排出打开的液压压力并且对遮帘剪切冲头施加闭合压力的功能，因此闭合BOP。

[0041] 第四示例说明安全性仪表化系统在它涉及液压连接器20时的功能的示例。液压连接器20功能可通过触点闭合输入或者通过HMI面板来发起。释放LMRP的需要由操作员确定，因此该功能的发起通过含人回路来确定。当船只26上的表面逻辑求解器38识别输入时，它可监测表面流量计。如果液压连接器20没有被BPCS成功释放，则表面逻辑求解器38可将信号传送给第一海底逻辑求解器40，其又可将信号传送给第二海底逻辑求解器44。第二海底逻辑求解器44可触发对液压连接器20排出闭锁液压压力并且对主和辅助解锁功能施加解锁压力的功能。

[0042] 第五示例说明安全性仪表化系统在它涉及紧急断开序列时的功能的示例。EDS功能可通过触点闭合输入或者通过HMI面板来发起。断开的需要由操作员确定，因此该功能的发起通过含人回路来确定。当船只26上的表面逻辑求解器38识别输入时，它可对于各功能依次监测表面流量计或者堆叠上的其他传感器。如果EDS功能没有被BPCS成功完成，则表面逻辑求解器38可将信号传送给第一海底逻辑求解器40，其又可将信号传送给第二海底逻辑求解器44。海底逻辑求解器然后可触发下列功能或者功能的另一个类似序列：

[0043] 对管道冲头功能排出打开的压力并且施加闭合压力

[0044] 对CSR冲头功能排出打开的压力并且施加闭合压力

[0045] 对BSR冲头功能排出打开的压力并且施加闭合压力

[0046] 对穿刺(stab)功能排出伸展压力并且施加收缩压力

[0047] 对LMRP连接器功能排出闭锁压力并且施加主和辅助解锁压力。

[0048] 供在逐个容器基础上使用的安全性仪表化系统

[0049] 现在参照图2，示出用于控制海底防喷器(BOP)112的备选系统110。海底BOP 112通常容纳在下堆叠114(其定位在下海洋立管封装(LMRP)118下面的海床116上)中。海底BOP 112划分为个别BOP冲头113，其能够包含密封冲头、剪切冲头等。下堆叠114和LMRP 118能够通过液压连接器120(其能够被控制以允许LMRP 118从下堆叠114的脱离)相互连接。LMRP
118的上端122连接到立管124，其从LMRP 118的上端122延伸到海表面128的船只126。还包含在该系统中的能够是第一控制容器130(常常称作黄色控制容器)和第二控制容器132(常常称作蓝色控制容器)以及液压控制单元134。在图2所示的实施例中，第一和第二控制容器
130、132附连到LMRP 118。第一控制容器130和第二控制容器132能够由位于船只126上的第一和第二控制柜131、133来控制。船只126能够是任何适当船只，包含例如钻探船或平台。

[0050] 在正常操作下，海底BOP冲头113由第一或第二容器130、132以液压方式来控制。具体来说，液压管线136从第一和第二控制容器130、132的每个达到BOP 112的个别冲头113。两个控制容器130、132中的一个通常有责任经过其相应液压管线136以液压方式控制冲头
113，而另一控制容器130、132保持为空闲。以这种方式，冗余度构建于系统中，因为如果实际控制冲头113的控制容器130、132变成丧失能力或者另外要求维护或更换，则另一控制容器130、132能够继续冲头113的操作。

[0051] 图2的实施例是在逐个容器基础上进行操作的用于控制海底BOP 112的备选安全性仪表化系统。安全性仪表化系统包含表面逻辑求解器138或者逻辑控制器，其位于船只126处，并且通过第一缆线142来连接到第一海底逻辑求解器140以及通过第二缆线146来连接到第二海底逻辑求解器144。如图2所示，第一海底逻辑求解器140和第二海底逻辑求解器
144能够各通过缆线149来连接到扩展输入/输出(I/O)延长部分151，所述I/O延长部分151与位于下堆叠114中的液压控制单元134进行通信。表面逻辑求解器138能够包含HMI面板
147，其用来允许操作员与表面逻辑求解器138进行通信。在一个实施例中，HMI面板147能够是具有按钮和变亮的指示器的面板，而其他实施例能够包含触摸屏显示器。

[0052] 实际上，表面逻辑求解器138能够生成命令，其然后经由第一通信缆线142传送给第一海底逻辑求解器140和/或经由第二缆线146传送给第二海底逻辑求解器144。从第一海底逻辑求解器140和/或第二海底逻辑求解器144，命令然后传递给I/O延长部分151，其与液压控制单元134进行通信并且可与其附连。液压控制单元134又经由液压管线136与海底BOP冲头113进行通信。I/O延长部分151能够实现命令，从而指导液压控制单元134如由操作员所预期地那样控制海底BOP冲头113。

[0053] 在图2所示的实施例中，每个冲头113能够连接到各来自不同控制源(包含第一控制容器130、第二控制容器132和液压控制单元134)的多个液压管线136。如所示，哪一个管线在任何给定时刻控制BOP冲头113能够由附连到BOP冲头113的阀139来控制。附图中，示出将第一和第二控制容器130、132的每个和液压控制单元134连接到冲头113的一些(但不是全部)的液压管线136。要理解，在运行系统中，控制组件的每个能够连接到全部冲头113，以及这种配置在图中未示出，只是为了提高附图的清晰度。

[0054] 如以上针对图1的实施例更详细论述，允许LMRP 18从下堆叠14的断开和后续重新连接能够是非常有利的，例如以便提供将船只126、立管124和LMRP 118移出风暴路径的能力。能够通过减少这些组件之间的连接的数量，并且还通过控制进行连接的类型，极大地简化LMRP 18与下堆叠14的断开和后续重新连接。

[0055] 简化LMRP 118和下堆叠114的重新连接的一种方式是要提供一对海底逻辑求解器，其对应于控制容器130、132，并且提供I/O延长部分151，如图2所示并且如上所述的。这是因为，第一和第二缆线142、146(其将表面逻辑求解器138分别连接到第一和第二海底逻辑求解器140、144)必须携带LMRP 118与下堆叠114之间的功率和通信。表面逻辑求解器138与LMRP 118(并且因此第一和第二海底逻辑求解器140、144)之间经过立管124的距离通常能够是很长的，例如高达大约2英里或以上的长度。因此，缆线中的功率线路必须是超高电压线路，以及通信常常经过光学线路来运送。

[0056] 如果系统配备有下堆叠中的海底逻辑求解器，则操作员将会需要断开和重新连接LMRP 118与下堆叠114之间的高压功率线路和脆弱的光学通信线路。这类连接能够是危险的(在高压功率线路的情况下)，并且能够使通信信号的质量降级(在光学通信线路的情况下)。备选地，如果系统仅配备有LMRP 118上的单个海底逻辑求解器，而没有液压控制单元134附近的I/O延长部分，则多个液压管线将会需要从LMRP 118跨越到下堆叠114，以连接到冲头113。这种结构因断开和重新连接这些组件之间的更多的线路的需要而能够是成问题的。

[0057] 通过提供LMRP 118上的海底逻辑求解器140、144以及下堆叠114上的单独I/O延长部分134，能够缓解这些问题。实际上，按照本技术，将表面逻辑求解器138连接到第一和第二海底逻辑求解器140、146的缆线142、146能够包含高压功率线路和光学通信线路。第一和第二海底逻辑求解器140、146的一个功能能够是要转换和降低电压，并且要将光学信号转换成铜，由此允许第一和第二海底逻辑求解器140、146与I/O延长部分134之间的通信经过组成缆线149的低压铜线。这种低压铜线能够更易于在LMRP 118与下堆叠114之间的接口处根据需要来断开和重新连接。

[0058] 在本发明的一些实施例中，液压控制单元134能够连接到液压连接器120，以便将LMRP 118从堆叠114断开或重新连接。由于液压连接器120附连到LMRP 118，所以单个液压管线148可需要跨越LMRP 118与下堆叠114之间的接口，以便提供液压控制单元134与液压连接器120之间的液压通信。备选地，能够避免这种管线的使用，以有利于从蓄能器150(其在所示实施例中能够附连到LMRP 118)向液压连接器120提供功率。

[0059] 用于本技术的安全性仪表化系统的控制系统

[0060] 图3示出本技术的另一方面，包含在用于控制表面逻辑求解器238(并且因此用于控制上述海底BOP的安全性仪表化系统)的含人回路与自动配置之间进行交替的能力。更具体来说，本技术提供一种表面逻辑控制器238，其除了别的以外能够监测BOP系统的基本过程和控制,包含海底逻辑求解器的性能、BOP冲头的操作、海底系统的往复阀、压力传感器、温度传感器和其他组件的操作。为了监测BOP冲头的操作，表面逻辑控制器238能够监测控制容器的操作。

[0061] 按照图3的实施例，表面逻辑控制器能够配备有按键开关252，其能够在含人回路状态与自动状态之间进行交替。按键开关能够是物理开关，或者能够是结合到逻辑求解器的代码中的软件代码。

[0062] 当按键开关252处于含人回路状态中时，表面逻辑求解器238(并且因此用于控制海底BOP的安全性仪表化系统)能够由操作员(其经过HMI面板247向表面逻辑求解器238发出命令)或者由其他适当部件来控制。因此，操作员将对无论是使用安全性仪表化系统来发起动作还是不发起动作具有完全控制。

[0063] 备选地，当按键开关252处于自动状态中时，自动控制器254能够用来经过上述安全性仪表化系统来控制海底BOP。自动控制器能够在没有通过操作员的提示而动作。

[0064] 虽然针对有限数量的实施例描述了本公开，但是获益于本公开的本领域的技术人员将领会，可设计其他实施例，这没有背离如本文所述的本公开的范围。相应地，本公开的范围应当仅通过所附权利要求书来限制。

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