专利名称：测试包括阀门的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试包括阀门的控制系统。
背景技术：
用于海底流体生产井的控制系统的控制阀门经�：苌俦徊僮�(例如，每隔6个月或更少)。一个问题是在系统中可能存在故障，该故障在井操作员尝试操作阀门前将不明显。在紧急情况下发现故障能够是灾难性的。根据本发明的实施例的系统使得井操作员能够事先得到故障通知，因此大大减少仅在紧急情况下发现系统故障的可能性。根据本发明的实施例频繁测试到阀门的接线、监视电路、控制电路、通信以及用于操作阀门的螺线管的螺线管线圈，而不实际操作它。因此， 如果在实际需要某个功能前知道存在问题，则通过在调度的维护期间调度此类测试，能够增大可靠性。
发明内容
本发明由随附权利要求来定义。更具体地说，根据本发明，从一个方面提供了一种测试包括可通过螺线管操作的阀门的控制系统的方法，该方法包括应用电流通过螺线管的线圈，所述电流不足以促使所述螺线管操作阀门；以及监视系统对电流的响应。通过监视系统中的电流(例如通过线圈的电流)，或者通过监视跨线圈的电压，能够监视所述响应。一般情况下，阀门是具有顶部控制位置的海底流体开采井(extraction well)的海底定向控制阀门。在此情况下，通过线圈的所述电流的应用能够是从流体开采井的顶部位置引起的。优选是不时实现通过所述线圈的所述电流的应用。另一方面，根据本发明，提供了一种包括可通过螺线管操作的阀门的控制系统，该系统包括用于应用电流通过螺线管的线圈的部件，所述电流不足以促使螺线管操作阀门； 以及用于监视系统对电流的响应的部件。所述监视部件能够适用于监视系统中的电流(例如通过线圈的电流)，或者监视跨线圈的电压。一般情况下，阀门是用于具有顶部控制位置的海底流体开采井的控制系统的海底定向控制阀门。在此情况下，顶部位置能够包括用于应用所述电流通过线圈的部件。一般情况下，该系统包括用于比较监视所述响应的结果和至少一个预期结果的部件。该系统能够包括由其不时实现所述电流通过所述线圈的应用的部件。本发明的实施例通过以通常比在操作中使用阀门更大得多的频度定期测试通信、 控制电路、监视电路、接线及螺线管线圈，从而检验海底阀门的可靠操作。这通过利用驱动阀门操作螺线管所必需的电流较慢上升的事实来实现。通过仅对于短时间期激励螺线管线圈，能够感应此电流以验证所有必需元件在正确工作。在电流上升到足以操作阀门前，关闭到螺线管线圈的电力。
图1是在操作阀门时流过海底控制系统内定向控制阀门(DCV)的螺线管线圈的典型电流的电流与时间图；图2是用于根据本发明的第一实施例来操作的海底井的控制系统的示意图；图3示出图2的系统的电流感应部件的细节；图4是用于根据本发明的第二实施例来操作的海底井的控制系统的示意图；以及图5示出图4的系统的电压感应部件的细节。
具体实施例方式图1是在操作阀门时，流过用于海底流体开采井的控制系统内在树的定向控制阀门(DCV)的螺线管的螺线管线圈的典型电流的电流与时间图。如能够看到的，在螺线管以机械方式操作时，由于螺线管线圈的电感，自供应电压应用到螺线管线圈起的电流上升不是瞬间的，而是一般在50到300毫秒之间上升到图形上的B点。电流继续上升，直到它到达由螺线管线圈的电阻和供应电压确定的稳态水平，该水平高到足以确保螺线圈保持在“操作的”条件中。在本发明的实施例中，DCV螺线管线圈中的电流一般在10到20毫秒后被允许上升到水平A，该水平不足以操作螺线管，但足以被检测到以提供至少控制通信、电路和接线、包括DCV螺线管线圈正确运行的置信。在一优选实施例中，通过监视跨与螺线管线圈串联连接的小电阻器的电压，检测DCV螺线管线圈中的电流。用于海底井的井控制系统的DCV的操作通常经复杂的通信系统从水面(surface) 平台来控制，图2中示出所述通信系统的一典型示例(根据本发明的一实施例被修改)。操作DCV的命令信号(作为井操作功能)由井控制和监视设备2在水面平台1生成，并且经在平台的调制解调器3通过水面到海底井脐带4传送到海底控制�？�(SCM)，该�？榫哂泻５椎缱悠骷？�(SEM)，而电子器件�？橛志哂泻５椎髦平獾髌�5和以太网交换刀片(ESB)6 及单板计算机(SBC) 7。ESB 6和SBC 7是现代海底井通信的特征，并且处理到用于井上DCV 的多个驱动器的控制信号。SBC 7位于定向控制阀门支持�？�(DSM)中，该�？榘缌┯�8、电力控制9和控制逻辑10，以便经H桥11和连接器及接线12将供应电压输出到位于 SCM中的DCV的螺线管线圈。在图2所示的系统图中，为简明起见，仅示出一个DCV的DCV 螺线管线圈13。通过电流感应方法对包括通信、控制电路、监视、接线及螺线管线圈的控制系统路由选择(routing)的测试通过井控制和监视设备2来实现，该设备编程为经上述通信路由， 命令电力控制�？�9在一般为10到20毫秒的有限持续期将电力供应脉冲输送到螺线管线圈13。虽然命令信号的路由与正常操作路由相同，但测试命令消息包括消息中的“测试标记”，因此，SBC 7只产生通过DCV螺线管线圈13的要求的10到20ms的电流驱动，而不是操作条件下到线圈的持续DC输入。经过螺线管线圈的电流也经过如图3所示的电阻器14， 但只有一个很小的值，一般为线圈电阻的1%，该电阻器是桥11与连接器和接线12之间电流感应部件15的扩展。由于电流流过线圈13而跨电阻器14产生的小电压由运算放大器 16以电阻器17和18所设置的增益来放大以提供适合的电压到模数转换器(A/D)19。A/D 19的数字输出20表示通过线圈13的电流，并且馈送到SBC 7，在SBC中，它能够经通信系统而发送回水面平台以便验证，或者它能够在SBC 7中与正确的预期测试值的存储值进行比较，并且验证或消息能够发送到水面平台1。因此，提供了复杂控制信号路由选择正在正确运行以及螺线管线圈驱动和线圈持续性正确的置信。测试例程的操作能够通过井操作员来实现，和/或通过水面平台处井控制和监视设备2的适合编程在定期间隔自动实现。电流感应部件15能够在如图所示外的其它位置。例如，它能够紧接螺线管线圈13 之前，线圈13之后，H桥11之前，或在控制系统中适合的任何位置。作为通过监视跨电阻器的压降来监视电流的备选，能够使用霍耳效应装置来提供电流感应部件15。确保DCV的控制经井通信系统在正确运行的置信而不操作阀门的一备选方法是在应用测试脉冲时，监视跨线圈13出现的电压脉冲。这在图4和5中示出，在图4中在桥 11与连接器和接线12之间有电压感应部件21。电压感应部件21在图5中详细示出，跨线圈13的电压连接到A/D转换器22。图4中与图2中项目对应的项目具有与图2中相同的引用标号。A/D转换器22的数字输出23表示跨线圈13的测试电压，并且馈送到SBC 7，在 SBC中，它再次能够被发送到水面平台以进行验证，或者在SBC 7中与正确预期测试值的存储值进行比较，并且验证或消息能够发送到水面平台。这种验证DCV线圈驱动的正确运行的方法与电流方法相比，确实具有在螺线管线圈本身的持续性方面未提供置信的缺点。使用本发明的优点从油井产生的利润能够是每天数百万美元，如果由于阀门电路有故障而停止生产，则利润将丢失。雇用船只/潜水艇从海床恢复和替换故障设备以解决此问题的成本能够是每天成千上万美元。还有更坏的情况是如果故障发生在作业天气窗口之外，则维护可能几个月不能进行，带来相应几个月的停产。本发明使得能够在需要它之前检测涉及井阀控制系统的故障设备，由此允许作为调度维护的一部分更换任何检测到的故障组件。
权利要求
1.一种测试包括可通过螺线管操作的阀门的控制系统的方法，所述方法包括应用电流通过所述螺线管的线圈，所述电流不足以促使所述螺线管操作所述阀门；以及监视所述系统对所述电流的响应。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过监视所述系统中的电流来监视所述响应。
3.如权利要求2所述的方法，其中通过监视通过所述线圈的电流来监视所述响应。
4.如权利要求1所述的方法，其中通过监视跨所述线圈的电压来监视所述响应。
5.如前面权利要求任一项所述的方法，其中所述阀门是具有顶部控制位置的海底流体开采井的海底定向控制阀门。
6.如权利要求5所述的方法，其中通过所述线圈的所述电流的应用是从所述流体开采井的顶部位置引起的。
7.如前面权利要求任一项所述的方法，其中监视所述响应的结果与至少一个预期结果进行比较。
8 从属于权利要求5和6的任一项时如权利要求7所述的方法，其中所述响应与海底的至少一个预期结果进行比较。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述比较的结果被发送到所述顶部位置。
10.如权利要求6所述的方法，其中监视的结果的指示被发送到所述顶部位置。
11.一种包括可通过螺线管操作的阀门的控制系统，所述系统包括用于应用电流通过所述螺线管的线圈的部件，所述电流不足以促使所述螺线管操作所述阀门；以及用于监视所述系统对所述电流的响应的部件。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述监视部件适用于监视所述系统中的电流。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述监视部件适用于监视通过所述线圈的电流。
14.如权利要求11所述的系统，其中所述监视部件适用于监视跨所述线圈的电压。
15.如权利要求11到14的任一项所述的系统，其中所述阀门是用于具有顶部控制位置的海底流体开采井的控制系统的海底定向控制阀门。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述顶部位置包括用于应用所述电流通过所述线圈的部件。
17.如权利要求11到16的任一项所述的系统，包括用于比较监视所述响应的结果和至少一个预期结果的部件。
18.从属于权利要求15和16的任一项时如权利要求17所述的系统，其中所述比较部件位于海底。
19.如权利要求18所述的系统，包括用于将所述比较的结果发送到所述顶部位置的部件。
20.如权利要求16所述的系统，包括用于将监视的结果的指示发送到所述顶部位置的部件。
全文摘要
本发明名称为“测试包括阀门的控制系统”。公开了一种测试包括可通过螺线管操作的阀门的控制系统的方法，该方法包括应用电流通过螺线管的线圈(13)，该电流不足以促使螺线管操作阀门；以及监视系统对该电流的响应。
文档编号G01M13/00GK102539128SQ20111035598
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者J·R·戴维斯, M·斯托克斯 申请人:韦特柯格雷控制系统有限公司
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