專利名稱：井生產(chǎn)關(guān)閉的制作方法
井生產(chǎn)關(guān)閉
背景技術(shù)：
該發(fā)明涉及用于控制在水下的流體生產(chǎn)井(例如，海底烴類提取井)的生產(chǎn)關(guān)閉的方法以及系統(tǒng)。對井操作者而言在多個井集合中關(guān)閉單個海底井的優(yōu)選的當(dāng)前可用的方法是通過表面平臺。涉及井的操作的數(shù)據(jù)(例如壓力以及溫度)典型地經(jīng)由臍帶式電纜通過井的通信系統(tǒng)被傳輸至表面平臺。這樣的數(shù)據(jù)典型地由井操作者所監(jiān)視。關(guān)閉井的需要通常由集成控制與安全系統(tǒng)(ICSS)來自動確定，ICSS是位于表面的安全整合等級(SIL)評級系統(tǒng)，但操作者可手動地通過ICSS來啟動該系統(tǒng)。通常ICSS與在海底高壓單元(HPU)上的排放閥相連，當(dāng)排放閥打開時，促使在臍帶中的液壓供應(yīng)降壓，以及結(jié)果該井最后將關(guān)井， 且這樣做所花費的時間取決于臍帶的長度。如果確定要求井關(guān)閉采用可控且及時的方式， 命令則通過相同的通信系統(tǒng)被傳輸至海底井樹的海底電子模塊(SEM)，該命令典型地導(dǎo)致生產(chǎn)翼閥的關(guān)閉，接著是在HPU處的排放閥的操作以確保系統(tǒng)排放并且關(guān)井。來自表面平臺的命令信號被位于海底控制模塊(SCM)中的海底電子模塊(SEM)接收，其可位于井口處。 SEM的電子元件驅(qū)動在SCM中的方向控制閥(DCV)，其進而控制液壓供應(yīng)以操作生產(chǎn)翼閥。已知的系統(tǒng)在圖1中被示出。如所示，生產(chǎn)流送管1與多個閥配合以控制并且保護系統(tǒng)，這些閥包括表面可控的表面下的安全閥(SCSSV)2、生產(chǎn)總閥(PMV)3、生產(chǎn)翼閥 (PWV) 4以及流量控制扼流器(flow control choke) 50閥2、3以及4液壓式操作并且是自動復(fù)位的，因為隨著液壓功率的損失，閥自動關(guān)閉(例如通過復(fù)位彈簧處于偏置)。液壓功率通過位于安裝在井樹上的海底控制模塊(SCM) 6內(nèi)的方向控制閥(DCV，未示出)被饋送給閥2、3以及4。DCV的電操作螺線管由位于SCM 6中的海底電子模塊(SEM)7的電子元件驅(qū)動。在圖1中，兩個SEM 7被示出，如果一個SEM 7故障則提供備用安全。經(jīng)由臍帶穿過所謂的“黑通道”(如在例如GB-A-245^48中所述的)對SEM 7饋送來自位于表面平臺上的頂側(cè)控制系統(tǒng)8的控制信號。任何關(guān)閉井的要求(例如在緊急情況下)由從頂側(cè)控制平臺 8傳輸至SEM 7和關(guān)聯(lián)的DCV的控制信號來實現(xiàn)，以致動適當(dāng)?shù)拈y以實現(xiàn)生產(chǎn)關(guān)閉(PSD)。 關(guān)閉井的決定通過如上所述的ICSS12典型地從可例如從位于井上的傳感器9、10、以及11 傳輸?shù)臏囟纫约皦毫Φ挠^測來做出。在這個例子中，為了實現(xiàn)關(guān)閉，來自至少一個傳感器9、 10、11的信號必須通過SEM7以及臍帶被傳遞至位于表面的ICSS 12，由ICSS 12所處理，并且然后關(guān)閉控制信號由ICSS 12發(fā)送，通過臍帶到達海底井口(經(jīng)由SEM 7)以促使至少一個DCV以激活，其進而促使至少一個閥的關(guān)閉，例如排放閥或者生產(chǎn)翼閥。這樣的系統(tǒng)的問題是它是過長且復(fù)雜的，涉及大量部件，并且要求從井口傳感器到表面以及再返回來的通信，而且這導(dǎo)致了比所希望的可靠性要低。確實，這樣已知的系統(tǒng)具有這樣差的“一經(jīng)需求而故障的概率”，使得它們不可能實現(xiàn)甚至最低的安全整合等級 (SIL)評級(其是SIL 1)。本發(fā)明的目的是克服該問題并且提高關(guān)閉系統(tǒng)的可靠性。該目的通過在井處提供關(guān)閉處理功能來實現(xiàn)。這樣生產(chǎn)關(guān)閉(PSD)系統(tǒng)的實現(xiàn)(使用傳感器以及本地處理器、采用SIL可評級的軟件來本地化地(如，海底)探測故障狀況)可不需要與表面通信而實現(xiàn)PSD。如果需要，該系統(tǒng)理想地通過來自表面的命令而允許PSD，但如果在緊急情況下需要PSD時不依賴該通信。而且，來自表面的電功率或黑通道通信的故障，理想地導(dǎo)致本地化操作的PSD。以該方式，井生產(chǎn)關(guān)閉系統(tǒng)的安全整合可通過本地處理來保證，如其能被SIL評級，同時仍通過來自頂側(cè)控制系統(tǒng)的命令來實現(xiàn)傳統(tǒng)的PSD。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于控制在水下的流體生產(chǎn)井的生產(chǎn)關(guān)閉的方法，其包括以下步驟a)監(jiān)視來自位于井處的傳感器的輸出信號；b)處理該信號以確定關(guān)閉是否需要；以及c)通過發(fā)送關(guān)閉信號到裝置以促使位于井處的閥的致動而實現(xiàn)關(guān)閉，所述致動促使井關(guān)閉生產(chǎn)；其中在步驟b)中，該處理由位于井處的處理器來執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供用于控制在水下流體生產(chǎn)井的生產(chǎn)關(guān)閉的系統(tǒng)。 該井具有用于產(chǎn)生指示該井的狀態(tài)的輸出信號的傳感器以及可致動以關(guān)閉井的生產(chǎn)活動的閥，該系統(tǒng)包括用于接收輸出信號的裝置；以及用于處理所接收的信號以確定關(guān)閉是否需要并且輸出關(guān)閉信號給閥的處理器；其中該接收裝置以及處理器位于井處。


本發(fā)明現(xiàn)將參照附圖來描述，其中圖1示意地示出了已知的井控制系統(tǒng)；圖2根據(jù)本發(fā)明示意地示出了井控制系統(tǒng)的實施例；以及圖3示意地示出了圖2的系統(tǒng)的放大部分。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例在圖2以及3中示意地被示出，盡可能的，在圖1中所使用的編號方式對類似的部件仍保留。在該實施例中，存在很多和圖1的已知系統(tǒng)一樣的部件，其使本發(fā)明系統(tǒng)能以最小的中斷來改造已知的井系統(tǒng)。本地生產(chǎn)關(guān)閉(PSD)處理器18在井口處裝配在SEM 7內(nèi)。 該處理器18相對簡單、且相對低復(fù)雜性，并且因此是SIL可評級的。在該實施例中，一個處理器18在每個SEM 7內(nèi)被提供。在備選的實施例中(未示出)，另外的處理器18可在每個 SEM 7內(nèi)被提供以提供備用功能性。每個處理器18適合于接收來自壓力/溫度傳感器9、10以及11的輸出信號，并且如以下闡明的那樣處理這些信號。每個處理器18可操作以通過這些輸入信號適當(dāng)?shù)奶幚韥碜R別何時生產(chǎn)關(guān)閉被要求，并且實現(xiàn)該生產(chǎn)關(guān)閉。在這一點，每個處理器18還可操作以輸出關(guān)閉控制信號到DCV來控制適當(dāng)?shù)拈y2、3、4(根據(jù)圖3更詳細地在下面描述)。每個處理器18還適合于接收來自位于頂側(cè)平臺8處的ICSS 12的控制信號19。該本地PSD處理的邏輯在圖3中被圖示。例如在初始化預(yù)部署期間，或者在正進行的服務(wù)期間，對壓力以及溫度預(yù)先確定的限制13被饋送至PSD處理器18。這些限制數(shù)據(jù)被存儲在處理器18內(nèi)或者在SEM 7內(nèi)。另外，處理器18接收來自本地壓力/溫度傳感器 9、10、11的系統(tǒng)測量14。處理器18將系統(tǒng)測量14與限制13相比較。如果故障狀況被探測到(典型地因為至少一個測量14超過了限制13)，處理器18則輸出關(guān)閉操作控制信號給適當(dāng)?shù)腄CV15，其用于控制閥2、3、以及4。來自處理器18的關(guān)閉信號輸出經(jīng)由OR門16被饋送。門16還具有傳統(tǒng)的“黑通道”輸入控制17，其作為命令輸入被饋送至門16，以及設(shè)置成使得黑通道輸入的損失(如，由于在表面處的電功率損失)自動地促使門16激活DCV 15以關(guān)閉閥2、3以及4，并且因此實現(xiàn)生產(chǎn)關(guān)閉。作為進一步的安全特征，每個處理器18適合于接收來自位于表面處的ICSS 12的命令信號19，并且當(dāng)接收到來自ICSS 12的適當(dāng)命令控制信號時實現(xiàn)PSD。PSD處理器18能以硬件方式來實現(xiàn)。備選地，處理器18可包括軟件程序(例如以 C語言編寫)，其在位于SEM 7內(nèi)的相對簡單的處理器中運行，其因此是SIL可評級的，以提供處理靈活性。該處理器可例如被容置在SEM 7內(nèi)的電子元件板中。以上所述的實施例僅是示例性的，并且其他在本發(fā)明范圍內(nèi)的可能以及變更對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言是清楚明了的。例如，在上面的實施例中，關(guān)閉可通過發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?9到處理器，或者通過黑通道輸入17的缺失而從表面來實現(xiàn)，然而在備選的實施例中，來自ICSS 12的命令信號可繞過處理器18，并且反而被直接傳遞至OR門16。這樣的設(shè)置進一步增加系統(tǒng)的相對簡單性。備選地，來自ICSS12的控制信號19可完全免除，使得頂側(cè)的控制僅僅通過黑通道輸入17來實現(xiàn)。盡管三個壓力/溫度傳感器9-11已被描述，事實上處理器18可接收來自在井口處所提供的盡可能多的傳感器的輸入。盡管以上所述的實施例將所接收的傳感器信號與預(yù)設(shè)的限制13相比較，其他用于確定故障狀況的方法可被使用。例如，處理系統(tǒng)可跟蹤隨時間傳感器輸出中的變化，并且如果傳感器輸出的變化率超出某個水平則進行動作以實現(xiàn)關(guān)閉。備選地，智能系統(tǒng)可被使用，其中從各個傳感器的輸出能被監(jiān)視并且與預(yù)期的行為模型相比較。
權(quán)利要求
1.一種用于控制水下流體生產(chǎn)井的生產(chǎn)關(guān)閉的方法，包括以下步驟a)監(jiān)視來自位于井處的傳感器的輸出信號；b)處理所述信號以確定關(guān)閉是否需要；以及c)通過發(fā)送關(guān)閉信號到裝置以促使位于所述井處的閥的致動而實現(xiàn)關(guān)閉，所述致動促使井關(guān)閉生產(chǎn)；其中在步驟b)中，所述處理由位于所述井處的處理器來執(zhí)行。
2.一種用于控制水下流體生產(chǎn)井的生產(chǎn)關(guān)閉的系統(tǒng)，所述井具有用于產(chǎn)生指示所述井的狀態(tài)的輸出信號的傳感器以及可致動以關(guān)閉所述井的生產(chǎn)活動的閥，所述系統(tǒng)包括用于接收所述輸出信號的裝置；以及用于處理所接收的信號以確定關(guān)閉是否需要并且輸出關(guān)閉信號給所述閥的處理器；其中所述接收裝置以及處理器位于所述井處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在井處接收來自表面位置的控制信號并且邏輯性地將其與所述處理器輸出組合的步驟，使得能在所述閥處從所述處理器或者從所述表面位置接收關(guān)閉信號。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，包括位于所述井處的裝置，其用于從表面位置接收控制信號并且邏輯性地將其與所述處理器輸出組合，使得能在所述閥處從所述處理器或者從所述表面位置接收關(guān)閉信號。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述處理器適合于接收從表面位置所接收的控制信號并且根據(jù)所述控制信號輸出關(guān)閉信號。
6.如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述處理器是SIL可評級的。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述處理器通過將所述傳感器輸出與預(yù)先確定的限制相比較來確定關(guān)閉是否需要。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述處理器通過將所述傳感器輸出與模型化的行為相比較來確定關(guān)閉是否需要。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述井包括多個傳感器，并且所述處理器接收并且處理來自每個所述多個傳感器的輸出信號。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述處理器位于在井口處的海底電子模塊內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述閥包括方向控制閥。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法或者系統(tǒng)，其中所述井包括烴類提取井。
13.—種基本如本文參照附圖2以及3所述的方法。
14.一種基本如本文參照附圖2以及3所述的系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于控制水下流體生產(chǎn)井的生產(chǎn)關(guān)閉的系統(tǒng)。該井具有用于產(chǎn)生指示該井的狀態(tài)的輸出信號的傳感器以及可致動以關(guān)閉井的生產(chǎn)活動的閥，該系統(tǒng)包括用于接收輸出信號的裝置；以及用于處理所接收的信號以確定關(guān)閉是否需要并且輸出關(guān)閉信號給閥的處理器；其中該接收裝置以及處理器位于井處。
文檔編號F16B13/02GK102323793SQ20111011625
公開日2012年1月18日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者I·J·肯特, S·C·霍利, V·L·哈欽斯 申請人:韋特柯格雷控制系統(tǒng)有限公司