СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ БАРЬЕРОВ БЕЗОПАСНОСТИ
SYSTEMS AND METHODS FOR SIMULATION AND ACTUATION OF SAFETY BARRIERS

Уровень техники
Скважина является проходом сквозь толщу пород к намеченному пласту-коллектору, потенциально содержащему углеводороды. Если открыто товарное количество углеводородов, то спускают обсадную колонну и устанавливают оборудование для заканчивания скважины, чтобы безопасно управлять движением углеводородов к поверхности, с одновременным предотвращением нежелательного движения по другим путям в течение периода эксплуатации скважины.
Разработка протокола безопасности буровой установки, который снижает возможность повреждения и уменьшает неуправляемое проявление в скважине, является сложной задачей. Необходимы не только надлежащие действия, но также необходимы надлежащие передача, запись и представление информации. Кроме того, задача осложняется с добавлением нескольких установок и нескольких уровней иерархии, нуждающихся в единообразной реакции на угрожающие нарушения барьеров безопасности.
Краткое описание чертежей
Для более глубокого понимания настоящего изобретения следует обращаться к подробному описанию и прилагаемым чертежам, на которых одинаковые числовые позиции представляют одинаковые части:
фиг. 1 - логическое представление системы для моделирования и приведения в действие барьеров безопасности в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми наглядными вариантами осуществления;
фиг. 2 - логическое представление режима защиты от неисправностей для приведения в действие процедур защиты от неисправностей в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми наглядными вариантами осуществления;
фиг. 3 - представление способа для моделирования и приведения в действие барьеров безопасности в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми наглядными вариантами осуществления;
фиг. 4 - изображение компьютерной системы и долговременного машиночитаемого носителя данных, пригодного для применения с моделированием и приведением в действие барьеров безопасности в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми наглядными вариантами осуществления.
Система обозначений и терминология
Некоторые термины применяются по всему нижеприведенному тексту формулы изобретения и описания для ссылки на конкретные компоненты. Как будет очевидно специалисту в данной области техники, разные объекты могут ссылаться на компонент под разными названиями. Настоящий документ не предполагает различать компоненты, которые отличаются названием, но не функционально. В последующем описании и в формуле изобретения термины «включающий в себя» и «содержащий» применяются с возможностью расширения и, следовательно, подлежат интерпретации как означающие «включающий в себя, но без ограничения, …».
Термин «барьер безопасности» должен означать физический объект или процедуру, который(ая) способствует надежности системы буровой установки, если барьер безопасности применен надлежащим образом.
В случае барьера безопасности в форме процедуры выражение «валидированный» барьер безопасности должно означать подтверждение, что процедура выполнена соответствующим образом. В случае барьера безопасности в форме физического объекта выражение «валидированный» барьер безопасности должно означать подтверждение, что параметр, относящийся к барьеру безопасности, находится в пределах предварительно заданного диапазона. Подтверждение может быть в форме испытания или показания после установки или подтверждение может быть в форме данных наблюдений, записанных во время установки или после установки.
«Валидация» должна означать акт подтверждения, что барьер безопасности валидирован.
В случае барьера безопасности в форме процедуры выражение «невалидированный барьер безопасности» должно означать нарушение процедуры. В случае барьера безопасности в форме процедуры выражение «невалидированный барьер безопасности» должно означать, что параметр, относящийся к барьеру безопасности, не находится в пределах предварительно заданного диапазона.
Барьер безопасности имеет «неизвестный» статус, если подтвердить валидацию невозможно.
«Инициализация барьера безопасности» должна означать приведение в действие процесса установки барьера безопасности или процесса валидации барьера безопасности, если барьер безопасности уже установлен.
Подробное описание
Нижеследующее описание относится к различным вариантам осуществления изобретения. Хотя, по меньшей мере, один из данных вариантов может быть предпочтительным, раскрываемые варианты осуществления нельзя интерпретировать или иначе использовать как ограничивающие объем раскрытия изобретения, в том числе формулы изобретения, если не оговорено иное. Кроме того, специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники будет понятно, что нижеследующее описание применимо в широком смысле, и рассмотрение любого варианта осуществления предназначено быть примером только данного варианта осуществления и не предполагает заявления, что объем раскрытия изобретения, в том числе формулы изобретения, ограничен данным вариантом осуществления.
Различные варианты осуществления относятся к работе барьеров безопасности. В частности, по меньшей мере, некоторые варианты осуществления относятся к системам и способам моделирования барьеров безопасности и в некоторых случаях приведения в действие барьеров безопасности на основании моделей. Барьер безопасности является физическим объектом или процедурой, который(ая), при правильном применении, способствует надежности всей системы буровой установки посредством уменьшения или предотвращения повреждения и/или уменьшения или предотвращения непредусмотренного движения жидкостей. «Валидированный» барьер безопасности является барьером безопасности, для которого правильное применение подтверждено испытанием после установки или данными наблюдений, записанными во время установки или после установки. Данная валидация обеспечивает высокую степень уверенности в том, что буровая установка безопасна и жидкость ограничена. По одному методу валидация подтверждается параметром буровой установки, который находится в пределах намеченного диапазона. «Утрата валидации» барьера безопасности включает в себя работу с параметром буровой установки за пределами намеченного диапазона или несоблюдение процедуры, предназначенной для безопасности буровой установки и/или ограничения жидкости. По одному методу утрата валидации подтверждается параметром буровой установки, который не находится в пределах намеченного диапазона. Таким образом, барьер безопасности не обязательно является физическим барьером, но может быть также рабочей характеристикой или способом.
Систему из нескольких барьеров безопасности можно применить для достижения высокого уровня надежности при устранении неуправляемого движения жидкости во время строительства, эксплуатации и ликвидации скважины. Надежность скважины, которая достигается, является функцией совокупных надежностей каждого отдельного барьера безопасности. Число и типы примененных барьеров безопасности изменяются в зависимости от конкретной операции. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, если операция выполняется менее чем двумя барьерами безопасности в скважине, то риск становится критическим. Существует несколько наглядных барьеров безопасности, которые могут относиться к буровой установке и операции бурения. Некоторые барьеры безопасности могут иметь соответствующие параметры, при этом упомянутые параметры могут быть данными измерений, выполненных датчиками или при осмотре, для оценки применения барьера безопасности. Неполный список барьеров безопасности содержит барьер безопасности водоотделяющей колонны (в дальнейшем райзера), барьер безопасности обсадной колонны, барьер безопасности устьевого оборудования, барьер безопасности надводного оборудования, барьер безопасности противовыбросового превентора, барьер безопасности цементажа и барьер безопасности столба бурового раствора. Каждый барьер безопасности имеет отношение к параметрам. Каждый из наглядных барьеров безопасности рассмотрен в свою очередь, начиная с барьера безопасности стояка.
Райзер является трубой большого диаметра для скважины с подводным устьевым оборудованием, соединяющей устьевое оборудование с буровой установкой. Основная трубчатая секция райзера доставляет буровой раствор к поверхности. По существу, райзер может иметь длину несколько сотен или тысяч футов для прохода глубины моря. Другие секции райзера применяются для вмещения линий электропитания и линий управления для противовыбросового превентора («BOP») на или вблизи морского дна. Барьер безопасности райзера гарантирует, что параметры райзера остаются в допустимых пределах.
Один параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, может означать минимально и максимально допустимые натяжения для безопасной работы райзера. Для обвязок бурильных труб минимальное верхнее натяжение обеспечивает достаточное натяжение на соединительной муфте между нижним соединительным узлом райзера («LMRP») и блоком противовыбросовых превенторов («BOP»), чтобы нижний соединительный узел райзера можно было оторвать от блока BOP в ситуации аварийной расстыковки. Минимальное верхнее натяжение может также предотвращать продольный изгиб внизу райзера. Максимальное верхнее натяжение может зависеть от отскока бурильного молотка. Другой наглядный параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, представляет максимальные погодные условия, в которых райзер можно спускать в скважину, поднимать из скважины или подвешивать. Еще один наглядный параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, представляет значения подвешивания райзера на различных водных глубинах. Система подвешивания райзера обеспечивает опорную конструкцию между трубами, например центральной трубой и наружной трубой, и система подвешивания райзера содержит уплотнения между трубами. Другой наглядный параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, может быть усталостью конструкций райзера, особенно если предполагаются течения воды. В некоторых случаях райзеры оборудованы устройствами гашения вибраций, вызванных вихреобразованием («VIV») по интервалу длины наиболее сильных течений, чтобы обеспечить допустимое значение усталости конструкции райзера.
Другой параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, может быть эксплуатационными ограничениями на спускоподъемные операции или вращение труб. Обеспечение упомянутых ограничений начинается с установления максимально допустимого наклона у устьевого оборудования. После того как райзер и блок BOP спускают и фиксируют к устьевому оборудованию, данные наклона BOP и данные датчика райзера из нижней гибкой муфты райзера контролируют, чтобы убедиться, что углы нижней гибкой муфты не превосходят установленные пределы.
Другой наглядный параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, является подводными морскими течениями. Подводные морские течения могут влиять на форму райзера и приводить к повышенному износу. Для измерения поверхностных течений воды и характеристик течений в зависимости от глубины в конкретном местоположении можно использовать службы слежения за контурными течениями или доплеровские гидроакустические характеристики течений.
Еще один наглядный параметр, относящийся к барьеру безопасности райзера, является аномальным износом компонентов райзера. Во время операций бурения в канале обратного движения бурового раствора иногда устанавливают магнит для удаления металла из бурового раствора, чтобы собирать стальные частицы. Ежедневное взвешивание собранных стальных частиц обеспечивает метод обнаружения аномального износа в райзере. Кроме того, для контроля внутреннего износа можно выполнять периодический осмотр компонентов системы райзера.
Другие наглядные параметры, относящиеся к барьеру безопасности райзера, связаны с расширением газа. Растворимость газа в пластовых флюидах и буровом растворе повышается с повышением давления жидкости, при этом давление зависит от типа используемой жидкостной системы. Системы бурового раствора на синтетической основе («SBM») и бурового раствора на углеводородной основе («OBM») обладают более высокой растворимостью газов, чем бурового раствора на водной основе. В ходе операций глубоководного бурения и заканчивания скважин приток газа, который поступает в раствор, в ствол скважины может быть скрыт от обнаружения. Приток газа может становиться заметным только, когда газ начинает резко выделяться из раствора над подводным BOP внутри райзера, что вызывает повышение скорости обратного течения или прирост объема в приемных емкостях. Для блокирования расширяющегося газа от выпуска к рабочей площадке буровой отводящая система и соответствующие выкидные линии для выброса за борт обеспечивают проход для безопасного отведения вытесняемого бурового раствора и газа по выкидным линиям с подветренной стороны далеко от буровой установки. По существу, параметры барьера безопасности райзера могут дополнительно включать в себя температуру, давления и скорость движения в райзере, отводящей системе и выкидных линиях.
Далее рассматриваются барьеры безопасности, имеющие отношение к обсадной колонне. Обсадная колонна является трубчатым элементом, устанавливаемым и зацементированным в скважине. Обсадная колонна обеспечивает фундамент для глубоководной скважины, и обсадная колонна предназначена для выдерживания двух основных нагрузок: нагрузки на опору и изгибающей нагрузки. Множество факторов обуславливают величину нагрузки на опору и изгибающей нагрузки, которые может выдерживать обсадная колонна. Один такой фактор является способом установки труб. Один способ установки обсадной колонны осуществляется погружением подмывом. Другие способы установки конструкций включают в себя бурение, цементирование или забивку с использованием подводного молота. Погружение подмывом приводит к наибольшему снижению несущей способности, так как обсадная труба, погруженная подмывом, изначально поддерживает собственный вес. После того как первую безрайзерную колонну обсадных труб цементируют до выкидной линии для бурового раствора и цемент схватился, нагрузка на опору для остальной части скважины, включая все обсадные трубы и BOP, выдерживается за счет суммарных несущих способностей двух колонн обсадных труб. Несущая способность зависит также от прочности грунта и нарушения почвы, когда первую колонну обсадных труб погружают подмывом на место. Величина нарушения зависит от скорости подмыва (нагнетания) и времени, предоставленного почве для восстановления от подмыва. Таким образом, один наглядный параметр барьера безопасности обсадной колонны может включать в себя нагрузку на опору и изгибающую нагрузку.
Другой параметр, относящийся к барьеру безопасности обсадной колонны, может быть продольным изгибом. Продольный изгиб может быть обусловлен тепловыми воздействиями и изменениями масса бурового раствора, и продольный изгиб может быть особенно сильным, когда обсадная колонна проходит в ствол увеличенного размера. По существу, другие наглядные параметры барьера безопасности обсадной колонны могут включать в себя температуру и массу бурового раствора.
Еще один наглядный параметр барьера безопасности обсадной колонны является износом соединения. Уплотнения металл-металл для соединений имеют склонность к износу, особенно для равнопроходных или полуобтекаемых соединений, которые обычно имеют уплотнение металл-металл на формованном штифте, который имеет уменьшенный внутренний диаметр. Определить, когда фактически произошел износ соединения, может быть затруднительно; по данной причине в некоторых вариантах осуществления износ соединения можно моделировать, и состояние износа соединения как параметра барьера безопасности можно определять на основании модели.
Что касается оборудования устья скважины, внутренние поверхности подводных устьевых устройств защищены антикоррозионными жидкостями и покрытиями, например цинком, фосфатом марганца или фторполимером. Поверхности, подготовленные под уплотнение высокого давления, покрывают сплавами для дополнительной антикоррозионной защиты. Воздействия коррозии можно также ослабить качеством примененной краски. По существу, параметры, относящиеся к барьеру безопасности оборудования устья скважины, могут включать в себя величину коррозии, толщину антикоррозионных жидкостей и эффективность уплотнений. В некоторых случаях состояние защитных покрытий можно контролировать физическим осмотром. Однако в других ситуациях, в частности, когда ведутся операции бурения, задача определения, когда состояние защитных покрытий ухудшилось, может быть затруднительной. По данной причине в некоторых вариантах осуществления состояние защитных покрытий можно моделировать, и влияние ухудшения на оборудование устья скважины можно определять на основании модели.
Что касается надводного оборудования, надводное оборудование различных типов нуждается в периодическом осмотре. Некоторые параметры барьеров безопасности, относящиеся к барьеру безопасности надводного оборудования, предусматривают испытание следующего оборудования: клапанов для регулирования противодавления, клапанов сброса жидкости, индикаторов расхода жидкости, стопорных клапанов, задвижек штуцерного манифольда, испытательных шаровых клапанов, надводной испытательной арматуры, надводных клапанов-отсекателей, выкидных линий, дроссельных манифольдов, надводного сепарационного оборудования, трубопроводов для жидкостей, отводов к факелу, подъемных колонн, вытяжных линий, сопел горелок и воздушных компрессоров. Кроме того, нижеприведенное оборудование можно осматривать на предмет правильности соединений, пригодность и чистоту: фланцы, воздушную сеть для контрольно-измерительных приборов, трубопроводы оборудования, смотровые стекла, системы крепления труб, шланги и пропановые баллоны. Уровни жидкости можно использовать как параметры, относящиеся к барьеру безопасности надводного оборудования.
Противовыбросовый превентор (BOP) является системой аппаратуры, установленной на выкидной линии для бурового раствора над подводным устьевым оборудованием, которая способна герметизировать открытый ствол скважины и герметизировать трубные изделия в стволе скважины. BOP включает в себя линии дросселирования высокого давления, линии глушения, задвижки линий дросселирования и задвижки линий глушения скважины. Подводный BOP содержит в составе несколько элементов, предназначенных для охвата по окружности бурильных труб разных размеров, обсадной колонны или насосно-компрессорных труб, используемых при строительстве скважины. Основной корпус BOP подвергается изгибающим нагрузкам со стороны райзера. По существу, некоторые параметры, относящиеся к барьеру безопасности BOP, могут включать в себя давление, нагрузки и эффективность уплотнений и клапанов.
Что касается барьера безопасности цементажа, то пробки, размещенные в открытом отверстии или внутри обсадной колонны/хвостовика, предотвращают движение флюидов между зонами или вверх по стволу скважины. Пробки могут быть сформированы тампонажным раствором с добавками, и плотность тампонажного раствора может быть параметром, относящимся к барьеру безопасности цементажа.
И наконец, столб бурового раствора продолжается от низа буровой скважины, и столб бурового раствора оказывает гидростатическое давление на пласт. Неспособность поддерживать высоту столба бурового раствора может вызвать дисбаланс давлений и допустить пластовое течение. Плотность жидкости и температурный профиль скважины можно контролировать для поддержки превышения гидростатического давления над пластовым. Таким образом, некоторыми параметрами, относящимися к барьеру безопасности столба бурового раствора, являются: расход бурового раствора, количество раствора, поступающего из ствола скважины, плотность бурового раствора на входе в скважину, плотность бурового раствора на входе в скважину (на выходе из скважины), частота вращения бурильной колонны, скорость спуска в скважину и общий объем газа.
Различные барьеры безопасности и связанные параметры, описанные выше, являются только иллюстративными. В составе операции бурения можно реализовать много других различных барьеров безопасности либо подводных, либо наземных. Независимо от определенных реализованных барьеров безопасности многие барьеры безопасности, относящиеся к буровой установке, можно контролировать одновременно. Кроме того, комплексная система может включать в себя контроль реализованных барьеров безопасности по нескольким буровым установкам. В частности, в таком случае в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами осуществления контролируют различные барьеры безопасности. Если барьер безопасности подвергается риску приближающейся утраты валидации, то различные системы, описанные в настоящей заявке, могут автоматически инициализировать другой барьер безопасности. Инициализация барьера безопасности может содержать, например, приведение в действие процесса установки барьера безопасности или приведение в действие процесса валидации барьера безопасности, если барьер безопасности уже установлен.
На фиг. 1 приведено общее логическое представление системы 100 для моделирования и приведения в действие автоматической инициализации барьеров безопасности. Чтобы чрезмерно не осложнять фигуру, для примера изображен барьер безопасности одного BOP 108. Однако возможно множество барьеров безопасности на одной или разных буровых установках. Наглядный BOP 108 может быть соединен с датчиками 106, которые измеряют различные параметры барьеров безопасности. В некоторых вариантах осуществления датчики 106 могут автоматически измерять параметры, но в других случаях измерение может включать в себя некоторые ручные компоненты. Например, датчик 106 столба бурового раствора, который измеряет «расход бурового раствора» для барьера безопасности столба бурового раствора, может непрерывно или периодически измерять расход в столбе бурового раствора и сообщать измеренный расход без ввода данных персоналом. Однако такой параметр, как «все фланцы соединены и надежно закреплены», для барьера безопасности надводного оборудования может использовать ввод данных осмотра персоналом в форме отчета, записи в базе данных или другой структуры данных.
Наглядные датчики 106 могут соединяться с автоматическим контроллером 102 барьера безопасности и логической схемой 104 моделирования. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления контроллер 102 может быть осуществлен в виде одной компьютерной системы или нескольких компьютерных систем, где каждая компьютерная система может содержать процессор и память. Процессор контроллера 102 может выполнять команды, которые считывают параметры барьеров безопасности (например, посредством считывания датчиков 106). Кроме того, для параметров, которые нельзя непосредственно считать или определить, контроллер 102 может моделировать различные барьеры безопасности, использующие параметры, измеренные датчиками 106, в качестве входных данных. В других вариантах осуществления контроллер 102 может быть соединен с логикой 104 моделирования, ответственной за выполнение команд, которые моделируют барьеры безопасности и/или параметры, относящиеся к барьерам безопасности.
В качестве примера моделируемого барьера безопасности ниже рассматривается барьер безопасности обсадной колонны и, в частности, параметр толщины обсадной колонны и температурный параметр обсадной колонны. Параметр толщины обсадной колонны может быть постоянной величиной, которая обеспечивается оператором или выбирается на основании типа применяемой обсадной колонны. Толщина обсадной колонны может быть связана с максимальной пороговой температурой. То есть разные толщины обсадной колонны могут иметь разные максимальные пороговые температуры. Превышение данной температуры может повысить вероятность продольного изгиба обсадной колонны. Температура обсадной колонны может быть параметром, который измеряется автоматически датчиком 106. Контроллер 102 может периодически или непрерывно сравнивать температуру обсадной колонны с максимальной пороговой температурой для конкретной толщины обсадной колонны. Контроллер 102 может обращаться к набору правил для идентификации угрожающего нарушения барьера безопасности. Например, если разность между максимальной пороговой температурой и температурой обсадной колонны меньше чем пять градусов, то контроллер 102 может идентифицировать приближающуюся утрату валидации и привести в действие инициализацию другого барьера безопасности. Аналогично одновременно могут быть реализованы другие правила. Например, если скорость изменения температуры для температуры обсадной колонны больше десяти градусов в минуту, то контроллер 102 может идентифицировать приближающуюся утрату валидации и привести в действие инициализацию другого барьера безопасности. Аналогично можно применять другие сочетания правил, параметров и допусков.
В соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами осуществления контроллер 102 может соединяться с, по меньшей мере, одним дисплеем 110. Дисплеи 110 могут реализовать графический пользовательский интерфейс, которым можно манипулировать с использованием указательного устройства, клавиатуры и других устройств ввода в различных вариантах осуществления. Таким образом, при посредстве дисплея контроллер 102 может представлять состояние, по меньшей мере, одного барьера безопасности в графической или числовой форме. Кроме того, для барьеров безопасности, валидированных путем осмотра персоналом, дисплеи 110 могут быть механизмом, с помощью которого информация валидации подается в контроллер 102. Более того, когда параметры барьера безопасности или сам барьер безопасности моделируются контроллером 102 и/или блоком 104 моделирования, дисплеи 110 могут служить для приемки параметров, используемых при моделировании.
Статус или состояние барьера безопасности может принимать множество форм. Например, барьер безопасности может быть валидированным или невалидированным. Кроме того, в некоторых случаях состояние барьера безопасности может быть неизвестным и, следовательно, может иметь неизвестный статус. В некоторых случаях, когда состояние предварительно заданного числа барьеров безопасности является невалидированным или имеет неизвестный статус, контроллер 102 может инициализировать валидацию дополнительного или добавочного барьера безопасности. Однако в других случаях, когда состояние предварительно заданного числа барьеров безопасности является невалидированным или имеет неизвестный статус, контроллер 102 может инициализировать процедуру защиты от неисправностей, а не барьер безопасности. Процедура защиты от неисправностей может предусматривать изменение рабочего состояния, по меньшей мере, одной единицы оборудования. Например, процедура защиты от неисправностей может содержать запуск BOP для изоляции ствола скважины от надводного оборудования. Кроме или вместо изменения рабочего состояния, по меньшей мере, одной единицы оборудования процедура защиты от неисправностей может предусматривать такой процесс, как процедура эвакуации.
На фиг. 2 в форме многозвенной логической схемы изображен примерный набор логических элементов, соответствующий режиму защиты от неисправностей. В частности, на фиг. 2 изображена логика, относящаяся к запуску режима защиты от неисправностей в форме запуска BOP для изоляции ствола скважины. Режим защиты от неисправностей в форме запуска BOP снова является только иллюстративным, и предполагается также возможность других типов режима защиты от неисправностей (с соответствующей им логикой). На фиг. 2 неподтвержденный вход в BOP 200 вызовет запуск BOP. Как показано, существует три звена или комбинации логики, из которых любой может сам по себе заблокировать приведение в действие режима защиты от неисправностей посредством подтверждения ввода в BOP. То есть логика 120 звена или комбинации при подтверждении может заблокировать запуск режима защиты от неисправностей, независимо от состояния других звеньев или комбинаций. Аналогично логика 122 звена или комбинации при подтверждении может заблокировать запуск режима защиты от неисправностей. Логика 124 звена или комбинации при подтверждении может заблокировать запуск режима защиты от неисправностей. Три комбинации логически связаны (логической операцией ИЛИ) и связаны с логикой 126. Каждая скобка на фиг. 2 представляет барьер безопасности с состоянием барьера безопасности, ограниченным скобкой. Например, скобка 130 в комбинации 120 изображает известный и валидированный барьер безопасности. В отношении барьера безопасности может быть известно, что он валидированный, и известно, что он невалидированный. Статус валидации может также быть неизвестным, и, следовательно, состояние барьера безопасности можно моделировать. Например, скобка 140 в комбинации 122 изображает статус неизвестного барьера безопасности, который можно моделировать. Моделирование может предлагать или рекомендовать изменение статуса барьера безопасности на валидированный или невалидированный. Однако в других вариантах осуществления моделирование может иметь место на известных и валидированных барьерах безопасности для идентификации приближающихся утрат валидации. В других вариантах осуществления моделирование прекращается на валидированных барьерах безопасности для экономии ресурсов. Каждая из наглядных комбинаций поясняется в свою очередь, начиная с комбинации 120.
Звено или комбинацию 120 можно рассматривать как логическую операцию И. То есть, если барьер безопасности 130 является известным и валидированным, барьер безопасности 132 является известным и валидированным, и барьер безопасности 134 является известным и валидированным, то BOP не запускается. Другими словами, комбинация 120 может представлять правило: «если статус трех барьеров безопасности известен как валидированный, то блокировать BOP от запуска».
Звено или комбинацию 122 также можно рассматривать как логическую операцию И. Однако, в наглядном случае комбинации 122, хотя состояние барьеров 136 и 138 безопасности известно, состояние барьера 140 безопасности не известно. То есть скобка 140 в сочетании 122 иллюстрирует статус неизвестного барьера безопасности. В соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами осуществления состояние неизвестного барьера безопасности моделируют, и если модель указывает, что барьер безопасности должен по-прежнему находиться в валидированном состоянии, то логика комбинации 122 удовлетворяется и наглядный BOP не запускается. Иначе говоря, если модель указывает, что достаточное число параметров находится в допустимых пределах, то модель может рекомендовать, чтобы контроллер 102 пометил барьер безопасности как валидированный. Короче говоря, комбинация 122 может представлять правило: «если статус двух барьеров безопасности известен как валидированный и смоделированный статус одного неизвестного барьера безопасности является валидированным, то блокировать BOP от запуска».
Звено или комбинацию 124, подобно предыдущим комбинациям, можно рассматривать как логическую операцию И. Однако в данном случае подтвержденным состоянием может считаться не только состояние, определяемое как известное и валидированное, но также состояние «инициализировано». В наглядном случае комбинации 124 в то время, как состояние барьеров 142 и 144 безопасности является известным и валидированным, состояние барьера 146 безопасности является «инициализированным». То есть скобка 146 в комбинации 124 показывает статус вновь инициализированного барьера безопасности. Вновь инициализированный барьер безопасности находится в процессе валидации или установки. В данном наглядном случае с валидированными барьерами 142 и 144 безопасности и «инициализированным» барьером 146 безопасности BOP не запускается. Другими словами, комбинация 124 может представлять правило: «если статус двух барьеров безопасности известен как валидированный и один барьер безопасности недавно инициализирован, то блокировать BOP от запуска».
Логика 126 представляет непосредственный запуск наглядного отказоустойчивого BOP. То есть логика 126 может обходить подтверждения логик 120, 122 и 124 звеньев или комбинаций, и логика 126 может приводить к тому, что ввод в BOP оказывается неподтвержденным (приведением в действие в данном случае), если присутствуют условия отказоустойчивости. В кратком изложении логика 126 может представлять правило: «если присутствуют любые условия отказоустойчивости, то запустить BOP». Упомянутые экстренные условия отказоустойчивости могут включать в себя все нарушенные барьеры безопасности, все неизвестные барьеры безопасности, нарушение стабильности скважины, запуск тревоги персоналом и аналогичные условия.
Далее рассматривается стратегия, содержащая условие, что три барьера безопасности всегда должны быть валидированными (например, любые три из барьеров безопасности райзера, обсадной колонны, устьевого оборудования, надводного оборудования, BOP, цементажа и столба бурового раствора). По существу, четыре барьера безопасности могут быть неизвестными. Когда известно, что три барьера безопасности являются валидированными (например, барьеры безопасности райзера, обсадной колонны и устьевого оборудования), логика 120 комбинации может предотвращать запуск BOP. В некоторых вариантах осуществления три барьера безопасности моделируются непрерывно для идентификации приближающихся утрат валидации. Если приближающаяся утрата валидации идентифицируется в одном барьере безопасности (например, барьере безопасности обсадной колонны), то может быть инициализирован другой барьер безопасности (например, барьер безопасности столба бурового раствора). Когда известно, что валидированы два барьера безопасности (например, барьеры безопасности райзера и устьевого оборудования) и один барьер безопасности инициализируется (например, барьер безопасности столба бурового раствора), логика 124 комбинации предотвращает запуск BOP. Одна из валидаций известного и валидированного барьера безопасности (например, барьера безопасности устьевого оборудования) может терять силу. По существу, статус барьера безопасности изменяется из известного и валидированного на неизвестный. Модель барьера безопасности может указывать, что основные параметры находятся в пределах допустимых диапазонов. По существу, модель может рекомендовать, чтобы статус барьера безопасности изменился из неизвестного на валидированный. Когда два барьера безопасности известны как валидированные (например, барьеры безопасности райзера и столба бурового раствора) и один барьер безопасности находится в пределах допустимых диапазонов в соответствии с его моделью (например, барьер безопасности устьевого оборудования), то логика 122 комбинации предотвращает запуск BOP.
При создании логических связей со статусом, по меньшей мере, одного барьера безопасности запуск процедур защиты от неисправностей может быть робастным и легко программируемым. На фиг. 3 представлен способ моделирования и приведения в действие барьеров безопасности, начинающийся с этапа 302 и заканчивающийся этапом 312. Как поясняется выше, барьер безопасности может быть райзером, обсадной колонной, устьевым оборудованием, надводным оборудованием, противовыбросовым превентором, цементажом или столбом бурового раствора. На этапе 304 барьеры безопасности в, по меньшей мере, одной буровой установке могут быть смоделированы на основании данных барьеров безопасности буровых установок с использованием, по меньшей мере, одной модели. Например, по меньшей мере, один процессор и память, распределенные по, по меньшей мере, одному компьютеру в сети, могут принимать данные барьеров безопасности из датчиков в виде входных данных для реализации в моделях.
На этапе 306 может быть идентифицирована приближающаяся утрата валидации первого барьера безопасности на основании, по меньшей мере, одной модели. Например, можно применить набор правил для идентификации, когда какие-либо параметры достигают допустимых пределов. На этапе 308 может быть автоматически инициализирован второй барьер безопасности на основании приближающейся утраты валидации. Например, может быть приведен в действие процесс валидации барьера безопасности. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления «автоматически» означает без ввода данных персоналом. Например, никакого подтверждения, выбора или решения со стороны персонала не требуется для приведения в действие инициализации второго барьера безопасности. Для приведения в действие необходима только приближающаяся утрата валидации. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления приближающаяся утрата валидации может также приводить в действие запись данных барьера безопасности буровой установки. Например, выход датчика для конкретного барьера безопасности может записываться в память в течение предварительно заданного или неограниченного периода времени. Записи могут сохраняться, выводиться на дисплей или использоваться в отчетах. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления можно испытывать соответствие требованиям ввода данных персоналом, реагирующих на приближающуюся утрату валидации. Например, если обнаруживается ввод данных персоналом в ответ на приближающуюся утрату валидации, то автоматическая инициализация второго барьера безопасности может быть приостановлена. Если никакого ввода данных персоналом не обнаруживается, то скорость автоматической инициализации второго барьера безопасности может быть увеличена.
На этапе 310 статус, по меньшей мере, одного барьера безопасности, указанного, по меньшей мере, одной моделью, может быть выведен для отображения. Данные моделирования могут быть также преобразованы для вывода для отображения в графической или числовой форме.
Если имеет место вторая приближающаяся утрата валидации второго барьера безопасности, то может быть приведена в действие процедура защиты от неисправностей. Например, может быть инициализирована процедура эвакуации. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления барьер безопасности может быть заблокирован от устранения, когда максимум три модели указывают на валидированные барьеры безопасности. Например, четыре барьера безопасности могут быть валидированными, и два оператора могут независимо принять решение устранить другой барьер безопасности, при этом ни одному оператору не известно решение другого. Один из операторов может быть заблокирован от устранения барьера безопасности, чтобы сохранить, по меньшей мере, три валидированных барьера безопасности.
На основании описания, приведенного в настоящей заявке, специалисты в данной области техники смогут легко объединить программное обеспечение, созданное описанным образом, с соответствующим компьютерным аппаратным обеспечением для создания специализированной компьютерной системы и/или специализированных компьютерных субкомпонентов в соответствии с различными вариантами осуществления, чтобы создать специализированную компьютерную систему и/или компьютерные субкомпоненты для выполнения способов в соответствии с различными вариантами осуществления и/или создать машиночитаемый носитель, который хранит программу системы программного обеспечения для реализации аспектов способов в соответствии с различными вариантами осуществления.
На фиг. 4 приведена компьютерная система 400 в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами осуществления. Компьютерная система 400 может быть наглядным представлением контроллера 102 или компонента 104 моделирования. Кроме того, функции, реализуемые контроллером 102 и/или компонентом 104 моделирования, могут быть реализованы с использованием нескольких компьютерных систем, например, таких как компьютерная система 400. В частности, компьютерная система 400 содержит главный процессор 410, соединенный с главной матрицей 412 памяти и различными другими периферийными компонентами компьютерной системы через интегрированный главный мост 414. Главный процессор 410 может быть процессорным устройством с одним ядром или процессором, реализующим несколько процессорных ядер. Кроме того, компьютерная система 400 может реализовать несколько главных процессоров 410. Главный процессор 410 соединен с главным мостом 414 по шине 416 главного процессора, или главный мост 414 может быть интегрирован в главный процессор 410. Таким образом, компьютерная система 400 может реализовать другие конфигурации шин или межшинные мосты в дополнение или вместо тех, которые показаны на фиг. 4.
Главная память 412 соединена с главным мостом 414 по шине 418 памяти. Таким образом, главный мост 414 содержит блок управления памятью, который управляет транзакциями в главную память 412 посредством подтверждения сигналов управления для обращений к памяти. В других вариантах осуществления главный процессор 410 непосредственно реализует блок управления памятью, и главная память 412 может непосредственно соединяться с главным процессором 410. Главная память 412 функционирует как рабочая память для главного процессора 410 и содержит запоминающее устройство или матрицу запоминающих устройств, в котором(ых) хранятся программы, команды и данные. Главная память 412 может содержать память любого подходящего типа, например динамическую оперативную память (DRAM) или любое из разнотипных устройств DRAM, например синхронное устройство DRAM (SDRAM), динамическое устройство DRAM с расширенными возможностями вывода (EDODRAM) или устройство DRAM компании Rambus (RDRAM). Главная память 412 является примером долговременного машиночитаемого носителя, хранящего программы и команды, и другими примерами являются дисковые накопители и устройства флэш-памяти. Команды при выполнении задают, по меньшей мере, одному процессору выполнять любой этап, описанный в настоящем раскрытии.
Наглядная компьютерная система 400 содержит также второй мост 428, который соединяет главную шину 426 расширения с различными вспомогательными шинами расширения, например шиной 430 с небольшим числом выводов (LPC) и шиной 432 присоединения периферийных компонентов (PCI). Мостовым устройством 428 могут поддерживаться различные другие вспомогательные шины.
Концентратор 436 программно-аппаратных средств соединяется с мостовым устройством 428 по шине LPC 430. Концентратор 436 программно-аппаратных средств содержит постоянную память (ROM), которая содержит программы системы программного обеспечения, выполняемые главным процессором 410. Программы системы программного обеспечения содержат программы, выполняемые во время или сразу после процедур самотестирования во время включения питания (POST), а также код ссылок на ячейки памяти. Процедуры POST и код ссылок на ячейки памяти выполняют различные функции в компьютерной системе прежде, чем управление компьютерной системой передается операционной системе. Компьютерная система 400 дополнительно содержит сетевую интерфейсную плату (NIC) 438, соединенную для наглядности с шиной PCI 432. Плата NIC 438 выполняет функцию обеспечения подключения компьютерной системы 400 к сети связи, например сети Internet или локальным или региональным сетям.
Как также показано на фиг. 4, компьютерная система 400 может дополнительно содержать контроллер 440 ввода/вывода (Super I/O), соединенный с мостом 428 по шине LPC 430. Контроллер Super I/O 440 управляет многими функциями компьютерной системы, например сопряжением с различными устройствами ввода и вывода, например клавиатурой 442, указательным устройством 444 (например, мышью), указательным устройством в форме игрового контроллера 446, различными последовательными портами, накопителями на гибких магнитных дисках и дисковыми накопителями. Контроллер Super I/O 440 частот называют «super» из-за множества функций ввода/вывода, которые выполняет данный контроллер.
Компьютерная система 400 может дополнительно содержать графический процессор (GPU) 450, соединенный с главным мостом 414 по шине 452, например высокопроизводительной шине PCI (PCI-E) или шине усовершенствованной графической обработки (AGP). Другие системы шин, включая системы шин, которые еще будут разработаны, могут применяться эквивалентным образом. Кроме того, графический процессор 450 может в качестве альтернативы соединяться с главной шиной 426 расширения или, по меньшей мере, одной из вспомогательных шин расширения (например, шине PCI 432). Графический процессор 450 соединяется с устройством 454 отображения, которое может содержать любое подходящее электронное устройство отображения, на котором может вычерчиваться или представляться любое изображение или текст. Графический процессор 450 может содержать встроенный процессор 456, а также встроенную память 458. Следовательно, процессор 456 может выполнять обработку графических данных по командам главного процессора 410. Кроме того, память 458 может быть значительной, порядка нескольких сотен мегабайтов или больше. Таким образом, по командам главного процессора 410 графический процессор 450 может выполнять интенсивные вычисления, касающиеся графических данных, подлежащих отображению на устройстве отображения, и, в конечном счете, отображать упомянутые графические данные без дополнительного ввода или поддержки главного процессора 410.
В описании и формуле изобретения некоторые компоненты могут быть описаны в понятиях алгоритмов и/или этапов, выполняемых приложением, которое может быть обеспечено на долговременном носителе данных (т.е. ином, чем несущая волна или сигнал, распространяющийся по проводнику). Различные варианты осуществления относятся также к системе для выполнения различных этапов и операций, описанных в настоящей заявке. Упомянутая система может быть специализированным устройством, например электронным устройством, или может содержать, по меньшей мере, один универсальный компьютер, который может следовать программируемым командам для выполнения этапов, описанных в настоящей заявке. Несколько компьютеров может быть объединено в сеть для выполнения данных функций. Программируемые команды могут храниться на любом машиночитаемом носителе данных, например магнитных или оптических дисках, платах, в памяти и т.п.
Ссылки на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «конкретный вариант осуществления» указывают, что конкретный элемент или конкретная характеристика содержатся в, по меньшей мере, одном варианте осуществления изобретения. Хотя выражения «в одном варианте осуществления», «вариант осуществления» и «конкретный вариант осуществления» могут появляться в различных местах, данные выражения не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления.
Вышеприведенное описание предназначено для пояснения принципов и различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалистами в данной области техники будут обнаружены многочисленные изменения и модификации после того, как вышеприведенное раскрытие станет вполне понятным. Предполагается, что нижеследующую формулу изобретения следует интерпретировать как охватывающую все упомянутые изменения и модификации.