水下控制系统技术在采油树先导试验中的应用

为增加国产化水下采油树控制系统的可靠性和可操作性，对水下控制系统方式进行比较分析，选择电液复合控制方式作为先导试验的控制方法。目标油田流花11-1采用直接液压控制系统，需要在直接液压控制方式的基础上对其进行适应性改造。对目标油田直接液压控制系统进行调研，在充分利用原设备的基础上，在尽可能减少半潜式平台改造和施工的前提下，对国产水下采油树电液复合控制系统新增的电气系统、通信系统、液压系统、化学药剂系统等进行设计研究分析，通过4个专项计算分析，分析结果满足电液复合控制系统要求，从而论证了设计方案的可行性。     

水下生产控制系统比选及分析

随着我国海上油气田开发逐步走向深水领域,水下生产控制系统在我国的应用将日益广泛。水下生产控制系统主要划分为全液压控制、电液控制、全电气控制等3种形式。本文对水下生产控制系统的基本类型、单元组成、系统特点及典型应用等方面进行了分析,归纳出不同类型水下生产控制系统的使用特点及适用范围,为深水油气田项目的控制系统选型设计提供参考依据。     

水下采油树电液复合控制系统设计

根据水下采油树系统及相关标准要求,设计了水下采油树电液复合控制系统,包括通信控制系统、液压动力单元(HPU)和水下控制模块(SCM)。采用PROFIBUS-DP和工业以太网通信方式,设计了主从站和冗余控制系统,并分别设计了HPU和SCM的液压系统和电控系统,其中HPU电控系统采用软冗余控制,SCM电控系统采用硬冗余控制。该控制系统可实现对水下采油树阀门管汇的精确、稳定控制。     

全电水下生产控制系统设备发展现状

水下生产控制系统是水下生产系统的重要组成部分,其中全电水下生产控制系统与复合电液水下生产控制系统相比具有响应速度快、无污染、可靠性高等特点,是未来水下生产控制系统的发展趋势之一。本文分析了全电水下生产控制系统的工作原理及结构组成特点,阐述了全电水下生产控制系统的发展过程,对全电水下生产控制系统的关键设备进行了研究,以期为我国自主设计全电水下生产控制系统提供参考。     

水下生产控制系统的发展

作为水下生产系统不可或缺的部分,水下生产控制系统的正常运行与否是影响海洋油气田安全性与可靠性的重要因素。介绍了水下生产控制系统的发展历程,分析了全液压控制系统、电液控制系统和全电控制系统等3种水下生产控制系统的工作原理及性能特点,并对这3种控制系统做了对比,指出多系统的应用范围。最后结合国内实际情况,提出了研制国产水下生产控制系统的建议。     

流花4-1油田水下复合电液控制系统设计与应用

流花4-1油田水下生产项目是我国自主开发深水领域的第一个项目,该油田是依托老油田生产的边际油田,老油田所采用的直接电液控制系统已无法满足生产要求,因此设计了水下复合电液控制系统并进行了成功应用。该系统在增加了水下电力通讯单元和水下控制模块基础上,利用脐带缆技术实现了批量数据传输,使整个系统的水下传感器和执行器实现了规模化和自动化,增加了系统的安全性、可操作性和良好的数据反馈性,为流花4-1油田的稳产打下了坚实基础。     

水下生产装备控制系统的浅水池测试系统研究

国外水下生产装备的研制、安装和应用技术已趋于成熟,而国内正处于起步阶段。在分析国外水下生产装备控制系统的组成和工作原理,以及水下生产控制系统浅水池测试现状与标准的基础上,结合国内实情,确定了浅水池测试的基本功能,并针对水下生产装备完整性试验中采油树功能浅水测试的需求,研究并明确了复合电液控制系统下的浅水测试系统及其配套的测试设备。研究内容可为建造国内浅水池测试系统提供参考。     

水下生产控制系统电源及通信分析

为验证包含冗余电力载波通信的脐带缆中的电源是否符合要求,以复合电液水下生产控制系统为研究对象,针对8棵水下采油树、1个水下生产终端管汇、1个水下生产中心管汇、1个水下脐带缆终端单元、1条15km主脐带缆、2条油田内部脐带缆和8根60m的电飞缆组成的水下复合电液式水下控制系统进行了水下控制模块功率计算,BPSK通信计算以及电源、通信分析,并且通过Matlab/Simulink模型进行了仿真,仿真结果满足设计要求。为采用复合电液水下生产控制系统的水下油气田国产化开发积累了经验。     

水下生产控制系统的电力载波通信综述

目前水下生产系统已经成为开发海洋油气资源的主流模式,其中水下生产控制系统是水下生产系统的关键组成部分。水下电力载波通信作为水下生产控制系统的主要通信方式之一,其发展水平直接影响油气田开发的安全稳定和成本。首先介绍了水下复合电液控制系统中电力载波通信的基本原理,总结了国际标准化技术委员会ISO/TC 67、智能井接口标准(IWIS)和水下仪器接口标准(SIIS)等组织对水下电力载波通信技术的促进作用。其次,从传输速率、通信距离等技术指标的角度,回顾了各水下项目中电力载波通信技术的发展历史。最后,从脐带缆电缆特殊性、系统拓扑结构不确定性和水下增压设备电磁干扰等方面分析了水下环境为电力载波技术带来的特殊挑战。     

液压勘察船钻机电液复合集成控制系统研制与应用

设计开发了一种全液压勘察船钻机,该钻机采用电液复合驱动控制技术,实现了整套钻探系统的集成化操控。举升系统、顶驱、管子处理系统等主要设备均采用液压控制,功率利用率高,钻井成本低,防爆、安全性好。通过开发电液复合集成控制系统,利用举升油缸取代了传统绞车来完成钻具提升/下放作业,简化了天车,取消了传统绞车和游车,简化了机械传动流程;通过电液控制,实现液压顶驱的无级调速;开发的自动化管柱处理系统,实现机械化工具代替人工进行作业,降低人工成本,减少工人劳动强度;通过配套集成化司钻操控终端,实现多个被控设备的远程监视和操作。该钻机已完成多次海试,并进行了项目的验收,目前正在南海进行取样作业。集成控制系统的研制,实现了勘察船液压钻机装备的国产化,提高了我国在勘察船钻机领域设计和制造水平。     

水下采油树复合电液控制系统仿真研究

为了研究水下采油树复合电液控制系统的性能,以宝鸡石油机械有限责任公司研发的1 500 m水深卧式采油树为研究对象,采用AMESim软件建立了换向阀的仿真模型,在极限工况下分析了采油树闸阀启闭、系统稳定性和控制系统紧急关断特性。分析结果表明:该复合电液控制系统单个闸阀启闭时间以及启闭过程中系统的稳定性均满足API标准要求,连续开启2个5 in闸阀的间隔时间应不小于12 min;可通过提高换向阀的复位压差来实现液压控制系统紧急关断工况下的快速复位。所得结论可为卧式采油树的设计和优化提供参考。     

伸缩式井下机器人电液控制系统研制与性能评价

针对水平井钻井、测井过程中管串下入困难的问题,研制了伸缩式井下机器人,而控制系统是影响伸缩式井下机器人可靠性、稳定性的关键技术。基于伸缩式井下机器人的工作原理,提出了一种新的伸缩式井下机器人电液控制系统,并综合考虑电、液系统和执行机构,建立了基于电液耦合控制的数值仿真模型。通过分析机器人系统排量、牵引力及井眼直径对其运动性能的影响,揭示了机器人在不同工作参数条件下的运动规律,并设计了一套电液控制系统试验方案,研究了系统排量对机器人运动周期的影响规律。试验结果表明,不同系统排量下机器人运动周期的仿真曲线和试验曲线趋势基本一致。研究结果为液压伸缩式井下机器人的设计和现场应用提供了理论依据。     

水下复合电液控制系统液压控制响应分析

目前国内外的水下控制系统多采用复合电液控制方案,该方案中各单元参数对项目投资和安全生产具有重要影响。采用Simulation X软件建立了水下液压控制系统模型,研究了阀门液压管路闭式连接及开式连接时阀门的打开和关闭时间,分析了水深、回接距离、脐带缆液压管径、水下蓄能器容积、蓄能器预充压力及工艺介质操作压力对阀门开启和关闭时间的影响。分析结果表明,脐带缆液压主回路采用闭式连接条件下,阀门管路采用闭式连接较开式连接有利于阀门更快关闭,对于开式连接可通过设置快速泄放阀来提高阀门关闭速度;较高的阀门外部海水压力和较低的工艺介质操作压力有利于阀门开启;设置水下蓄能器阀门开启响应时间较无蓄能器明显加快,选择较大的脐带缆液压管径和蓄能器容积有利于阀门开启,水下蓄能器预充压力高低应适中。     

立式双管式水下采油树设计分析

水下采油树作为实现海上油气田开发的重要设备之一,其工作状态直接决定了整个水下生产系统的运行状态。设计了一种基于注采技术的立式双管式水下采油树,设计中选用的闸阀是液压驱动的故障关断式水下闸阀,节流阀是液压驱动的步进式水下节流阀,各类阀组及促动器集中在组合阀上,结构简单紧凑,安装拆卸方便,密封性良好,可实现远程控制或水下ROV控制。对采油树主要闸阀的试验验证结果表明,水下闸阀和节流阀满足API 6A中PR2等级要求,水下控制模块功能能够满足在水下环境中对于控制的要求,具有较高的可靠性。     

深海水下采油树用控制模块对数扫频振动试验方法

对水下控制模块的核心部件水下电子模块研发过程中的整机对数扫频振动测试方法进行探究。基于标准和检验机构的要求,分析水下电子模块整机测试的目的和意义。从测试目的出发,根据无阻尼单自由系统固有频率的计算公式,初步分析对数扫频振动测试中不同工装对测试结果的影响。在此基础上,依托某工程项目水下电子模块整机,对2种不同工装的整机进行对数扫频振动测试试验。测试结果表明,在标准规定的激振频率和强度下,采用水下电子模块整机进行对数扫频振动测试是可行的,而且直接将水下电子模块整机单独固定在测试台上进行测试,测试结果更准确。所得结论对于水下管汇、湿气流量计等水下生产设备的控制系统整机振动测试、可靠性验证具有重要的借鉴意义。     

水下控制模块的应用与设计分析

水下生产控制系统是一个庞大复杂的系统,其中水下部分的核心单元是水下控制模块,其可靠性是最关键的一个技术指标。通过对当前有代表性几家公司产品的介绍,阐述了其基本组成及主要功能,对水下控制模块的原理进行分析,并对设计中的技术难点进行分析,结合目前国内水下控制系统研发中重点关注的测试方法,为产品国产化提供充分的数据,降低用户的使用风险。     

Z700深海节点采集系统收放设备介绍

Z700深海节点采集系统后甲板设备是用来完成节点的收放、存储等工作的,主要包括收放机、节点传输设备、液压系统、两套控制系统以及其它辅助设备等。各设备大都采用液压驱动,通过控制系统集中控制。液压比例阀的电磁先导阀接收控制指令,并把控制指令变为液压比例阀的具体动作,衔接控制系统和液压系统。本文具体介绍了Z700深海节点采集系统收放设备的总体布局及其详细的工作原理。     

水下执行机构的液压控制研究

介绍了水下液压控制系统的构成和工作原理,对水下液压控制系统的执行机构建立了数学模型,并通过AMESim软件进行模拟仿真。仿真的结果表明了执行机构压力和流量的变化,这对以后研究和设计水下液压控制系统具有参考和指导作用。     

随钻地层压力测量电液控制系统设计

为准确测量地层孔隙压力,实现随钻地层孔隙压力剖面,开展了随钻地层压力测量系统电液控制技术研究。电液控制系统包括电控和液压2个部分,电控系统为主从式双处理器架构,其中主处理器完成信号测量、处理和存储,执行地层压力回归计算等关键算法,执行液压系统中控任务调度和逻辑控制,对从处理器发出控制指令。从处理器负责电机运行和电磁阀开关控制。其中液压系统由动力源泵站、电磁阀、溢流阀、液压双向锁、探头装置、抽汲装置组成。电液控制系统可实现探头推靠密封、抽汲地层流体、测量地层压力及探头回收等功能。不同渗透率岩心试验和模拟井试验结果表明,地层压力测量曲线与理论曲线一致,表明电液控制系统能够用于随钻地层压力测量系统原理样机的理论验证和试验,为研制实用的随钻地层压力测量系统奠定了基础。     

制管厂纵剪生产线液压控制系统的设计

介绍了制管厂纵剪生产线的工艺流程及液压控制系统,该液压控制系统根据纵剪生产线生产要求,采用西门子S7-300 PLC实施电气控制,并设计了人机界面和MP277触摸屏,通过PROFIBUS-DP总线进行通讯。程序开发使用STEP7编程软件,实现了纵剪生产线各液压设备的控制逻辑及相应的联锁保护功能。该系统已成功应用于实际生产,生产实际表明基于S7-300 PLC的纵剪生产线液压控制系统能满足纵剪的工艺要求,减少了纵剪生产的电气故障,提高了机组的生产效率、控制性能和可靠性。