用于防喷器的基于温度的泄漏检测的制作方法

用于防喷器的基于温度的泄漏检测
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年4月29日提交的标题为“用于防喷器的基于温度的泄漏检测”的美国专利申请no.16/397,384的优先权，其公开的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本文公开的主题的实施例大体上涉及油气井，特别是涉及对海底油气井中使用的防喷器(bop)的改进的泄漏检测。


背景技术：

4.防喷器(bop)是海底钻井操作中的重要安全部件。通常，bop附接到海床的井口，并且提供钻孔，钻柱可以通过该钻孔从bop的顶部向下穿过底部并且进入井中。bop装配有bop闸板，bop闸板位于钻孔的相对侧，并且设计成在需要时横跨钻孔将其关闭。一些闸板是密封闸板，它们围绕钻杆密封以关闭在井的环形空间中。其他闸板是剪切闸板，并且设计成剪切钻杆和钻孔中的任何其他物体，以完全关闭在钻孔中。bop及其闸板提供了防止井中可能发生的危险压力波动的有效屏障。
5.为了操作bop闸板，通常使用液压技术，以将闸板从打开位置驱动到关闭位置。液压流体通过将闸板连接到流体储存器或流体蓄能器的流体导管施加到闸板。流体导管中的一个阀或一系列阀控制流体通过导管的流动，这又确定了施加到闸板上的液压压力。驱动bop闸板所需的力可能会很大，因为设备很重，并且可能需要很大的力来剪切钢钻柱和钻孔中的其他部件。因此，如果操作者需要启动闸板并且关闭bop，则施加相当大的液压压力来关闭闸板。当bop处于静态状态(即，闸板未关闭或打开)时，液压系统处于静态状态，没有流动。然而，液压流体可以保持为被加压，以便一旦接收到信号就能够快速地关闭闸板。
6.由于各种原因，在液压系统中偶尔可能发生泄漏。这种泄漏会降低bop的性能，例如在静态状态下的液压压力损失和液压流体损失。例如，如果发生在静态状态下的液压压力损失，则可能需要较长的时间来产生关闭闸板所需的液压力。因此，泄漏检测是bop的维护和性能的重要方面。传统上，泄漏检测通常通过监测地表设备来执行。然而，当bop堆栈在海底时，难以确定什么设备或液压系统的什么部分可能是泄漏的原因。替代地，可以使用遥控潜水器(rov)进行故障检修和视觉检查，以识别泄漏源。然而，这会花费大量的时间来定位泄漏，并且这只有在泄漏足够严重时才有可能。


技术实现要素：

7.根据一个或更多个实施例，防喷器包括多个部件，包括环形防止器或闸板中的至少一个。防喷器还包括流体地联接以从液压源接收加压流体的入口管线，以及流体地联接到入口管线并且向多个部件提供液压流体的多个输送管线。防喷器还包括位于入口管线上的温度控制装置，其中温度控制装置产生入口管线内部的流体在温度控制装置位置处的温度与环境温度之间的差异。防喷器还包括位于不同位置处的多个输送管线上的多个温度传
感器，多个温度传感器构造为在相应位置处测量输送管线的温度。
8.根据另一个实施例，一种用于防止井喷的系统包括至少部分地由液压技术控制的一个或更多个部件，流体地联接以从液压源接收加压流体的入口管线，以及流体地联接到入口管线并且向一个或更多个部件提供液压流体的多个输送管线。防喷器还包括位于入口管线上的温度控制装置，其中温度控制装置产生入口管线内部的流体在温度控制装置位置处的温度与环境温度之间的差异。防喷器还包括位于不同位置处的多个输送管线上的多个温度传感器，多个温度传感器构造为在相应位置处测量输送管线的温度。
9.根据另一个实施例，一种用于检测bop的液压系统中的泄漏的方法包括：确定静态状态下的bop的环境温度，该bop包括将多个液压输送管线流体地联接到液压源的入口管线；在入口管线的一部分处加热或冷却流体；监测多个液压输送管线的相应温度；检测多个液压输送管线中的特定液压输送管线的温度与环境温度相差至少阈值量；确定在该特定液压输送管线中存在泄漏；并且生成泄漏和特定液压输送管线的指示。
附图说明
10.并入说明书并且构成说明书一部分的附图示出了一个或更多个实施例，并且与说明书一起解释这些实施例。在附图中：
11.图1示出了根据本公开的一些实施例的bop堆栈组件的图示。
12.图2示出了根据本公开的一些实施例的bop的液压系统的图示。
13.图3示出了根据本公开的一些实施例的bop的液压系统的一部分的图示。
14.图4示出了根据本公开的一些实施例的液压系统的图示，示出了存在泄漏的一种情况。
15.图5示出了根据本公开的一些实施例的液压系统的图示，示出了存在泄漏的另一种情况。
16.图6示出了根据本公开的一些实施例的液压系统的图示，示出了存在泄漏的又一种情况。
具体实施方式
17.当参考以下优选实施例和附图的描述来考虑本实施例的前述方面、特征和优点时，它们将被进一步理解，其中相同的附图标记表示相同的元件。在描述附图中所示技术的优选实施例时，为了清楚起见，将使用特定术语。然而，本技术并不打算被限制于所使用的特定术语，并且应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的的等同物。
18.图1示出了海底防喷器(bop)组件，包括下部堆栈10和下部海洋隔水管封装(lmrp)12。通常，下部堆栈包括一系列堆叠的闸板14、16、18、20。例如图1的下部堆栈10可以包括全封剪切闸板14、套管剪切闸板16和管道闸板18、20。实际上，闸板14、16、18、20环绕钻杆(未示出)所穿过的钻孔21。下部堆栈10定位在井口22的顶部，使得钻杆从下部堆栈10的底部通过井口22进入井中。闸板的目的是在需要时控制井。例如，如果在井环形空间中产生压力波动，则管道闸板18、20可以围绕管道关闭并且密封，以将压力保持在管道闸板18、20下方的环形空间中。在一些情况下，操作人员可能需要或希望完全关闭井，在这种情况下，全封闭剪切闸板14和/或套管剪切闸板16可以关闭，以切断钻孔21中的一切，包括钻杆。
19.通常，闸板14、16、18、20被液压地控制。液压压力可以通过控制箱24、26来供应，控制箱24、26可以定位在lmrp12中。两个控制箱24、26的设置(在行业中通常称为蓝箱24和黄箱26)允许控制系统具有冗余性，并且也增强了控制能力。除了控制箱24、26之外，可以设置蓄能瓶28。蓄能瓶28可以填充有相对于海水的环境压力处于高压的气体，并且在排放时可以对闸板14、16、18、20施加强大的液压力，致使它们关闭。蓄能瓶28经常作为控制箱24、26的备用选项，因为它们必须在每次使用之后重新填充，由此在关闭闸板14、16、18、20方面不如箱24、26方便。
20.图1的bop组件的附加特征包括环形bop30、导管歧管32、lmrp连接器34、液压楔36、38和梭板(shuttle panel)40。bop组件还包括分别向控制箱24、26提供通信和动力能力的通信线路42、44和电源线路46、48。
21.现在参考图2，示出了本技术的实施例的液压回路。具体地，示出了蓝箱液压供应50和黄箱液压供应52。蓝箱液压供应50流体地连接到蓝箱隔离阀54，而黄箱液压供应52流体地连接到黄箱隔离阀56。刚性导管转换阀58可以设置在蓝箱隔离阀54和黄箱隔离阀56之间。在许多bop操作中，蓝箱隔离阀和黄箱隔离阀54、56都处于打开状态，使得下游的液压功能仅由具有内部隔离阀(未示出)的箱24、26中的一个来控制。蓝箱隔离阀或黄箱隔离阀54、56通常仅在一个箱或另一个箱具有不受控制的泄漏的情况下才关闭。
22.对于与蓝箱24相对应的液压回路部分，当蓝箱隔离阀54处于打开状态时，蓝箱供应50与第一供应阀60流体连通。在一些实施例中，例如图2所示的实施例中，蓝导管止回阀62和/或蓝导管过滤器组件64可以定位在蓝箱隔离阀54和第一供应阀60之间。蓝导管止回阀62可以用于防止流体朝向蓝导管过滤器组件64、蓝流量控制节流阀60和蓝刚性导管隔离阀66回流。蓝刚性导管过滤器组件64用于从导管中的液压流体中过滤污染物和杂物。
23.一旦流体通过蓝刚性导管68，流体可以选择性地通过蓝刚性导管隔离阀66，向下游通过第一供应阀60，通过刚性导管过滤器64，止回阀62，并且到达箱隔离阀54。此后，流体可以通过蓝箱供应50。替代地，流体可以通过蓝刚性导管倾泄阀69，通过蓝色手动刚性导管倾泄阀80，并且流到环境中。蓝箱隔离阀54与下游的功能(例如bop闸板14、16、18、20)连通。蓝供应管线68中的液压压力的调节可以根据钻井操作者的需要共同地或单独地打开或关闭闸板14、16、18、20。在图2的实施例中还示出了蓝倾泄阀69，其可以用于从蓝供应管线68释放压力，通常是在操作前的冲洗操作中，以清洁管线。实际上，蓝倾泄阀69可以被打开以允许流体排到环境中或返回到地表或其他地方的储存器。因此，蓝倾泄阀69可以用作防止蓝供应管线68过度加压的保护装置。蓝倾泄阀69通常可以是常闭阀。
24.类似地，关于与黄箱26相对应的液压回路部分，当黄箱隔离阀56处于打开状态时，黄箱供应52与第二供应阀70流体连通。在一些实施例中，例如图2所示的实施例中，黄导管止回阀72和/或黄导管过滤器组件74可以定位在黄箱隔离阀56和第二供应阀70之间。黄导管止回阀72可以用于防止流体朝向黄过滤器壳体74、黄流量控制节流阀70和黄刚性导管隔离阀76回流。黄刚性导管过滤器组件74可以用于从导管中的液压流体中过滤污染物和杂物。
25.一旦流体通过黄刚性导管78，流体可以可选地通过黄刚性导管隔离阀76，向下游通过第一供应阀70，通过刚性导管过滤器74、止回阀72，并且到达箱隔离阀56。此后，流体可以通过黄箱供应52。替代地，流体可以通过黄色手动刚性导管倾泄阀80，并且流到环境中。
黄箱隔离阀56与下游的功能(例如bop闸板14、16、18、20)连通。黄供应管线78中的液压压力的调节可以根据钻井操作者的需要共同地或单独地打开或关闭闸板14、16、18、20。在图2的实施例中还示出了黄倾泄阀79，其可以用于从黄供应管线78释放压力，通常是在操作前的冲洗操作中，以清洁管线。实际上，黄倾泄阀79可以被打开以允许流体排到环境中或返回到地表或其他地方的储存器。因此，黄倾泄阀79可以用作防止黄供应管线78过度加压的保护装置。黄倾泄阀79通常可以是常闭阀。该系统还可以包括遥控潜水器(rov)冲洗阀80，其与蓝倾泄阀和黄倾泄阀69、79流体连通，以根据需要冲洗导管。
26.一些已知的bop系统的一个挑战是在液压系统中可能发生泄漏。这种泄漏会降低bop的性能，例如在静态状态下的液压压力损失和液压流体损失。例如，如果发生在静态状态下的液压压力损失，则会花费较长的时间来产生关闭闸板所需的液压力。因此，泄漏检测是bop的维护和性能的重要方面。传统上，泄漏检测通常通过监测地表设备来执行。然而，当bop堆栈在海底时，难以确定什么设备或液压系统的什么部分可能是泄漏的原因。替代地，可以使用遥控潜水器(rov)进行故障检修和视觉检查，以识别泄漏源。然而，这会花费大量的时间来定位泄漏，并且这只有在泄漏足够严重时才有可能。本公开提供了用于基于温度的泄漏检测的系统和方法，其可以快速并且高效地检测泄漏。
27.图3示出了根据本公开的一些实施例的bop的液压系统90的一部分的图示，其中液压系统没有泄漏。图4-6示出了根据本公开的一些实施例的bop的液压系统90的一部分的图示，其中液压系统在不同位置存在泄漏。首先参考图3，图3示出了不存在泄漏的情况，液压系统90包括流体地联接以从液压源(未示出)接收加压流体的入口管线92，以及流体地联接到入口管线92并且向多个部件(例如一个或更多个闸板)提供液压流体的多个输送管线94a、94b、94c、94d。
28.温度控制装置96位于入口管线94上，并且构造为产生入口管线92内部的流体在温度控制装置94的位置处的温度与环境温度之间的温度差异。温度控制装置96可以包括加热元件，该加热元件构造为将入口管线92内部的流体在温度控制装置96的位置处的温度升高成高于环境温度的预定度数。例如，温度控制装置96可以加热入口管线92以将入口管线92内部的流体的温度保持在高于环境温度10度。替代地，温度控制装置96可以包括冷却元件，该冷却元件构造为将入口管线92内部的流体在温度控制装置92的位置处的温度降低成低于环境温度预定度数。在一些实施例中，温度控制装置92能够选择性地加热或冷却入口管线92中的流体。在一些实施例中，温度控制装置96可以安装在入口管线92外部。在一些实施例中，在入口管线92外部或内部可以具有温度传感器，为控制目的提供反馈。
29.多个温度传感器98a、98b、98c、98d位于多个输送管线94a、94b、94c、94d上。温度传感器98a、98b、98c、98d构造为分别测量输送管线94a、94b、94c、94d的温度。具体地，温度传感器98a测量输送管线94a在温度传感器的位置处的温度。由特定温度传感器检测到的相对于环境温度的温度指示在该特定温度传感器所处的输送管线中是否存在泄漏。
30.由于bop处于静态状态，如果不存在泄漏，则在输送管线中不应存在任何显著的流动。因此，即使入口管线92的一部分被温度控制装置96加热(或冷却)，由温度传感器98a、98b、98c、98d测量的温度也应该与环境温度相同或非常接近。由于缺乏流动以及入口管线92的其余部分和输送管线94a、94b、94c、94d周围的冷却效果环境(使得温度回到环境温度)，所以入口管线90内部的流体的仅局部部分处于与环境温度不同的温度。因此，在如图3
所示的无泄漏的情况下，由温度传感器98a、98b、98c、98d测量的温度应该与环境温度相同或非常接近环境温度。如果在温度传感器处检测到的温度与环境温度存在差异，则这可以指示输送管线中存在泄漏。
31.在一些实施例中，多个温度传感器包括位于沿输送管线的多个位置处的单独可寻址的温度传感器的阵列。例如，温度传感器98c和98e都安装在输送管线94c上，但是沿着输送管线94c位于不同的位置。类似地，温度传感器98e和98f都安装在输送管线94d上，但是沿着输送管线94d位于不同的位置。由温度传感器的阵列检测的相应温度指示在输送管线中是否存在泄漏以及泄漏的大致位置。具体地，例如，如果温度传感器98c检测到温度差，但温度传感器98e检测到环境温度，这可以指示在输送管线94c中存在泄漏，并且该泄漏是在温度传感器98c的位置和温度传感器98e的位置之间的某处。在一些实施例中，由温度传感器检测到的温度可以指示泄漏的严重性。例如，检测到的温度和环境温度之间差异越大指示泄漏越严重，因为：更大的温度差异可以意味着泄漏导致更大的流动。
32.温度传感器98a、98b、98c、98d可以联网，以用最少的布线向每个传感器提供电源。例如，温度传感器98a、98b、98c、98d可以是canbus(控制局域网络总线)网络的一部分。在一些实施例中，温度传感器98a、98b、98c、98d也可以与温度控制装置96电连接，使得仅需要一个外部连接器来向温度控制装置和多个温度传感器提供电源和通信。在一些实施例中，输送管线94a、94b、94c、94d可以包括各种部件，例如阀、连接器、分支连接件等。在所示的实施例中，在输送管线94a、94b、94c、94d中的每一个上存在阀100a、100b、100c、lood。具体地，在所示实施例中，阀100a和阀100b关闭，并且阀100c和阀lood打开。
33.图4示出了根据本公开的一些实施例的液压系统90的图示，其中在输送管线94a中存在泄漏。在这种情况中，在温度传感器98a的下游的某处存在泄漏。由于流体被加压，如上所述，泄漏导致入口管线92中的流体流向泄漏部，并且在某些情况下，流出到输送管线94a外部的环境中。这致使在温度控制装置96处被加热的流体104流过温度传感器98a。因此，由于加热的流体104流过，在温度传感器98a处检测到的温度将高于环境温度。因此，可以基于在温度传感器98a处检测到的升高的温度来检测泄漏。在所示的实施例中，阀100a假设是关闭的，并且温度传感器98a基本上位于阀100a处。因此，在温度传感器98a处检测到的温度可以指示阀100a泄漏。因此，通过传感器反馈和阀100a的状态(打开或关闭)的组合来确定阀100a处的泄漏位置。
34.图5示出了根据本公开的一些实施例的液压系统90的图示，其中在输送管线94c中存在泄漏。如图所示，泄漏部106出现在温度传感器98c的位置和温度传感器98e的位置之间的某处。在这种情况中，来自入口管线92的加热的流体104在其流向泄漏部106时流过温度传感器98c。因此，在温度传感器98c处检测到的温度高于环境温度。然而，因为加热的流体流向温度传感器98e的上游的泄漏部，所以在温度传感器98e处检测到的温度更接近环境温度或与环境温度相同。因此，基于由温度传感器98c和98e检测到的相应温度，泄漏部106的位置可以缩小到温度传感器98c和温度传感器98e之间的输送管线的部分。
35.图6示出了根据本公开的一些实施例的液压系统90的图示，其中在输送管线94d中存在泄漏。在这种情况中，泄漏处于温度传感器98d和温度传感器98f的下游。因此，来自入口管线92的加热的流体104在其流向泄漏部时流过温度传感器98d和温度传感器98f。因此，在温度传感器98d和温度传感器98f处检测到的温度高于环境温度。这指示：在输送管线94d
上存在泄漏，并且该泄漏位于温度传感器98f的下游的某处。在温度传感器98f的下游可以存在更多的温度传感器，使得可以确定泄漏的大致位置。
36.在一些实施例中，可以存在预设的温度阈值，一旦检测到的温度超过该阈值，则可以生成指示泄漏的警报或通知。在一些实施例中，也可以主动地监测环境温度，并且如果由温度传感器98a检测到的温度与环境温度相差阈值量，则可以生成警报或通知。
37.一种用于检测bop的液压系统中的泄漏的方法可以包括：确定静态状态下的bop的环境温度，该bop包括将多个液压输送管线流体地联接到液压源的入口管线；在入口管线的一部分处加热或冷却流体；监测多个液压输送管线的相应温度；检测多个液压输送管线中的特定液压输送管线的温度与环境温度相差至少阈值量；确定在该特定液压输送管线中存在泄漏；并且生成泄漏和特定液压输送管线的指示。在一些实施例中，该方法还包括：监测沿着特定液压输送管线的多个位置处的相应温度；检测多个位置中的一个或更多个位置处的温度与环境温度相差至少阈值量；并且基于多个位置处的相应温度来确定特定液压输送管线上的泄漏的位置。在一些实施例中，该方法还包括基于环境温度和特定液压输送管线的检测到的温度之间的温度差异来确定泄漏的严重性。在一些实施例中，可以通过将温度控制装置安装到入口管线并且将多个温度传感器安装到多个液压输送管线来改装现有bop，从而可以产生这种系统。
38.然而，应该理解，该描述不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在涵盖被包括在由所附权利要求限定的本发明的思想和范围内的替代、修改和等效物。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。
39.尽管在实施例中以特定组合描述了本示例性实施例的特征和元件，但是每个特征或元件可以在没有实施例的其他特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有本文公开的其他特征和元件的情况下以各种组合使用。本书面描述使用所公开的主题的示例来使本领域技术人员能够实践本主题，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其他示例旨在处于权利要求的范围内。