美国国家航空航天局(NASA)技术

2010年4月20日的夜晚,油,煤气和泥浆的流动爆发到了地板上深水地平线钻孔血管从下面的油。随着工人意识到他们正在失去对井的控制,他们试图激活其海底爆炸防护装置,这是一个巨大的装置,该装置应该切断钻杆并密封它关闭。但戒指继续。一流的气体填充了钻机楼层,点燃,触发了两个爆炸和快速移动。船员撤离了。

十一人被杀,17人在灾难中造成重视。在重复努力期间,在接下来的几个月内密封良好的努力,在历史上最糟糕的海上漏油中,在3至500万桶的某处涌入墨西哥湾。

后来的调查得出结论,一套本应切断钻杆的闸板没有被正确触发。另一组关闭在管道上,但由于管道弯曲或弯曲,未能完全剪切它。井喷没有被控制住,钻井平台随后丢失。

参与这些调查的Bastion Technologies Inc.的大部分业务来自NASA。现在,这家总部位于休斯顿的公司正在利用多年与航天局合作的经验来防止未来发生此类灾难。

自2002年与Johnson Space Center的首次合同以来,堡垒在美国宇航局的大多数田中中心采取了工作,主要是在安全,任务保证和结构分析中工作。不久之后,该公司开始在石油和天然气工作,往往申请专业知识和经验教训,从规划中学到的太空旅行。Bastion首次与海上钻井巨头Transcocean合作是开发一种连接和断开井喷防喷器及其下海洋立管包的方法,例如在风暴的情况下。对于该项目,堡垒提出了一种基于它与对接航天器技术的经验的设计。

一名艺术家描绘了一辆装在安全气囊里的飞行器降落在火星上
许多与美国国家航空航天局(NASA)签订合同的Bastion员工都有使用固体推进剂的经验,比如该公司SureShear系统中使用的固体推进剂。例如,一些曾在喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)工作过的人熟悉固体推进剂,这些推进剂引爆后会给勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)火星探测器上的气囊充气。

凭借这些经验,Bastion找到了拥有并运营Transocean公司深水地平线,以帮助分析可能的灾难原因,并确定防止另一场灾难的技术。

为了解决油井问题,该公司再次利用了NASA技术和NASA严谨的系统工程方法的经验。

实际上,每个海底井喷防喷器都依赖于一系列压缩气体箱,以供电其关键系统。这些罐在触发时,推动活塞,使液压流体抵抗剪切并密封井的柱塞。这是堡垒确定了弱点的地方。“我们说,他们必须逃离压缩气体,”堡垒总裁兼首席执行官豪尔赫·埃尔南德斯说。

他解释说,海洋深度的水压增加了抵消了坦克中的气体压力。“你得到的更深,更深,效率只是走下去。”另一个问题是,随着气体被释放,它产生稳定地减少压力,并且在最后,液压流体的实际上很少地从蓄能器中喷射。Hernandez补充说,坦克在单个系统中可能存在数十种系统,也是厚重的,产生增加的压力,并且系统根本不够可靠,Hernandez增加。

“我们的NASA伙计们说,我们如何使用推进剂?”

技术转让

两名穿着反光安全背心的男子站在一堆圆柱形SureShear室旁边
在2018年底和2019年初的演示中,Bastion向石油行业的主要参与者展示了其5个SureShear腔室如何为未能完全切断和密封深水钻井管道的防喷器提供动力

马歇尔航天飞行中心是建造和测试火箭的地方,包括推进系统。巴斯森在马歇尔航天飞行中心工作了12年,是安全与任务保障的主承包商。该公司在斯坦尼斯航天中心也有员工,该中心主要是一个火箭测试设施。“所以我们有相当多的推进系统的背景知识,”赫尔南德斯说。Bastion公司为喷气推进实验室(JPL)的一份合同聘请的许多人,以前在好奇号火星探测器、火星探路者和其他使用固体推进剂充气气囊或剪切降落伞绳索的系统中工作过。

Bastion的想法是用固体推进剂取代加压气体,固体推进剂燃烧时会膨胀成气体,产生高能量。

埃尔南德斯说:“实际上只有我们NASA的人在工作。”他指出,这些人主要是在约翰逊、马歇尔和喷气推进实验室工作的Bastion员工。

研究小组选定了一种混合固体推进剂,这种推进剂介于用于给安全气囊充气的爆炸性推进剂和用于固体火箭助推器的缓慢燃烧的低压推进剂之间。但这并不是一个简单的系统,埃尔南德斯说,这是团队在美国宇航局与保险丝、点火器、电子设备、电池和软件方面的经验,使这个想法成为现实。该公司还承担了NASA的主要工作,即安全和任务保证。

第一个SureShear系统建造于2014年,该公司于次年获得了专利。2016年初,Bastion向监管海上钻井的美国安全与环境执法局(Bureau of Safety and Environmental Enforcement)的官员展示了该系统,从而获得了SureShear作为钻井安全技术的官方认可。第二年,该公司在Transocean测试设施测试了一款全尺寸的水下版本。

如今,Bastion继续与钻井公司和运营商合作进行水下测试,并寻求其他商业合作伙伴进行合作开发和部署。

好处

埃尔南德斯说,SureShear的可靠性超过99.9%。“我们系统的关键是我们使用了所有的液压油。”由于燃烧的推进剂继续膨胀成气体,直到活塞穿过整个压力室,压力永远不会减弱,所有的流体都从剪切钻杆的闸板后面排出。

这款15,000磅磅的Surshear系统在传统系统中取代了170,000磅的压缩气体罐,并快速地将管道速度大约三倍。

与传统替代方案相比,该系统产生的电力也显著增加。压缩气体蓄能器只能在高达6000磅/平方英寸(psi)的压力下存储气体,这是它们最终施加在钻杆上的最大压力。更高的压力需要更厚、更重的储罐,而这个系统已经很笨拙了。另一方面,Bastion的系统在推进剂在海底点燃之前是不会加压的,在海底周围的水压抵消了内部压力,确保了燃料箱的完整性。该公司预计,SureShear能够达到至少10,000 psi的压力,如果钻铤等所谓的“不可剪切物”出现在闸板之间,那么SureShear提供的电力就足以切断这些“不可剪切物”。

该系统的切割功率也允许它远小于传统压缩气体蓄能器。可能需要10个压缩气体的蓄能器的钻井平台总计70,000磅,占用314立方英尺,而是可以使用8,000磅,38立方英尺的Sureshear系统。这降低了成本并提高了钻井的能力,他们现在可以在极其敏感的位置钻取对海底导体管道上的重量和应力非常敏感。“杀死他们的是材料的重量,”Hernandez说。“他们希望尽可能地保持尺寸。”

固体推进剂在海底条件下具有至少10年的保证寿命。武装和点火子系统使用技术证明是美国宇航局和军事可靠性标准。

Jeff Cardenas曾在石油和天然气行业工作,现在是Bastion喷气推进实验室合同的运营经理,他指出,行业倾向于认为在培训、计划整个项目生命周期和采取所有安全措施(nasa的方法)上的重大投资是低效的。然而,埃尔南德斯说:“如果我们没有NASA的经验,我们就不可能设计和建造SureShear。”