水下石油采油树控制系统电力载波通信仿真分析

水下生产控制系统作为海上油气田开发生产中重要组成部分,为了分析系统应用中水下电力载波通信衰减情况,建立了基于Multisim软件的水下生产控制系统电力载波通信仿真模型,模型包括传输线路等效电路和采用K式带通结合滤波方式的电力载波发射机、接收机等效模型,仿真分析了在不同频率载波、不同传输距离条件下通讯信号衰减情况;同时分...     

水下脐带缆电传输特性仿真分析

为设计出深海、远海水下生产系统的最优供电和通信方案,须对水下生产系统的脐带缆进行电传输特性分析。本文利用Multisim仿真软件对典型π型、典型T型、改进版π型等值电路进行了电力传输特性仿真,优选出了脐带缆中电缆最佳等值模型;利用最佳等值模型搭建了等值电路,仿真对比了不同电压窗口下电缆的压降,并将仿真结果与计算结果进行对比分析,验证了仿真结果的准确性;搭建了电力载波仿真电路,分析了电网噪声和传输距离对通信信号的影响以及不同频带内信号的衰减趋势,为今后长距离水下生产控制系统供电和通信方案的设计提供了参考依据。     

深水SCM液压系统设计与仿真分析及样机测试北大核心CSCD

目前国内深水油田使用的SCM均从国外进口,价格昂贵且有技术壁垒。进行了深水SCM液压系统设计,考虑到整个水下生产控制系统的复杂性及对响应时间的要求,结合实际水下采油树参数,利用Simulation X软件对所设计的SCM液压系统进行了仿真模拟,分析了阀门操作时间及单个阀门开启对其余阀门状态的影响,根据仿真结果对蓄能器配置进行了确定,最终按照1∶1的比例装配了SCM工程样机,并完成了样机的功能测试及高压舱测试。仿真及样机测试结果表明,所设计的SCM液压系统综合性能满足目标油田的使用要求。本文研究成果为深水SCM的研究积累了宝贵经验,对实现深水SCM的国产化应用具有重要的意义。     

深水SCM液压系统设计与仿真分析及样机测试

目前国内深水油田使用的SCM均从国外进口,价格昂贵且有技术壁垒。进行了深水SCM液压系统设计,考虑到整个水下生产控制系统的复杂性及对响应时间的要求,结合实际水下采油树参数,利用Simulation X软件对所设计的SCM液压系统进行了仿真模拟,分析了阀门操作时间及单个阀门开启对其余阀门状态的影响,根据仿真结果对蓄能器配置进行了确定,最终按照1∶1的比例装配了SCM工程样机,并完成了样机的功能测试及高压舱测试。仿真及样机测试结果表明,所设计的SCM液压系统综合性能满足目标油田的使用要求。本文研究成果为深水SCM的研究积累了宝贵经验,对实现深水SCM的国产化应用具有重要的意义。     

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。     

电力载波通信在水下生产控制系统的应用

目前国内对水下生产控制系统电力载波通信衰减测试方法及衰减模型的研究较少,以文昌10-3油田为设计目标油田,对串联模型、对称模型、整体模型等3种通信衰减模型进行仿真分析,发现整体模型的信号衰减最大。运用整体模型对目标油田电力载波通信进行分析,得到项目载波机关键技术参数,为水下生产控制系统电力载波通信模块的选型提供参考。     

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。     

不同类型水下生产控制系统设备可靠性对比分析

为了给海上油气田开发方案的制定提供参考依据,有必要对比分析不同类型水下生产控制系统设备的可靠性。以直接液压控制系统、先导液压控制系统、复合电液控制系统为研究对象,分析三种不同类型水下生产控制系统的结构组成及功能特点,采用可靠性框图方法建立了三种不同类型水下生产控制系统设备的可靠性模型,并根据设备或部件的串并联关系计算了三种类型的水下生产控制系统设备的可靠度。分析结果表明:直接液压控制系统中液压控制板的可靠度最低,先导液压控制系统中SCM的可靠度最低,复合电液控制系统中MCS的可靠度最低;复合电液控制系统可靠度最低,直接液压控制系统可靠度最高。因此,应针对薄弱环节进行性能改进,提高水下生产控制系统的可靠性,并在满足系统响应速度、水下生产系统布局等要求的前提下,优先选择可靠性高的水下生产控制系统。     

水下采油树控制回路贝叶斯-GO法可靠性分析

为保证水下采油树控制系统的监测和控制回路生产运行功能正常,提出运用一种改良的贝叶斯网络与GO法相结合的方法对系统控制回路进行可靠性分析。根据正常工况和泄漏工况,对系统的生产回路和环空回路的各控制阀门的操作路径建立GO图。列出系统的控制回路框图,并按照对应GO模型转换成GO流程图。按照一定的映射规则,将GO图转换成对应的贝叶斯网络结构。根据贝叶斯法的前向和后向推理计算规则,得出控制回路在不同工况下各阀门的风险概率。分析结果表明,在深水环境的高压和高腐蚀性影响下采油树系统的控制功能会受到一定的影响,水下控制模块（Subsea Control Model,SCM）的失效率较高。     

水下控制模块对接盘对中锁紧机构设计

对水下控制模块(Subsea Control Module,SCM)的功能、结构和安装对接过程进行分析,设计一套利用机械死点的滑块连杆机构为工作原理的新型的水下控制模块对中锁紧机构,从而实现水下控制模块各个快插的连接,为采油树水下控制模块及相关产品的国产化开发应用积累了经验。     

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。     

游梁式抽油机节能改造控制系统研究

针对两电平控制抽油机电动机时其输出电压中含有大量谐波分量,造成电压波形畸变,运行效率较低,浪费电能的问题,采用电压空间矢量PWM控制方法控制电动机,并且以80C196KC单片机为控制核心的电压空间矢量变频调速为控制系统。整个系统控制软件分为主程序模块和软件定时器中断模块,主程序模块由初始化模块和循环扫描模块组成,初始化模块负责各运行参数的预设值以及从数据存储器读取用户的设定值。现场应用表明,系统节能效率比工频运行时提高16%~39%,综合节电率达34.66%,增产节能效果显著。     

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。     

水下控制电力载波通信信道特性仿真研究

水下生产控制系统的正常运行与通信系统的安全可靠息息相关。采用电力载波通信(PLC)方式,引入集中参数这一概念进行建模,并将南海某水下气田的现场实测RLGC(电阻、电感、电导、电容)参数值代入到系统模型中。使用OrCAD Capture软件进行仿真,得到了信号在不同传输路径下的衰减曲线,分析了影响水下电网背景噪声的因素,最后通过限定误码率,计算了任一传输路径在某一频率下所能达到的极限传输速率。研究结果为水下生产控制载波通信系统设计提供了一种参考方法,有一定应用价值。     

长距离水下生产复合电液控制系统电力分析与设计

随着回接距离增加,水下生产控制系统面临着低压长距离输电的新挑战。根据二端口网络和均匀传输线理论,建立了基于Matlab/Simulink的长距离水下生产复合电液控制系统单相交流和直流电力仿真模型。通过与文昌9-2/9-3/10-3项目电力分析报告和倒推法计算结果对比,验证了本文模型的正确性,弥补了SimulationX水下电力库只能进行单相交流仿真的缺陷。应用本文仿真模型得到了单相交流和直流2种不同供电方式下的建议设计方案,对比了单相交流和直流2种供电方式的优缺点及适用范围。本文所形成的水下生产控制系统电力分析建模方法和设计流程,对我国后续类似工程项目具有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

基于SimulationX的水下液压控制系统仿真分析

水下控制系统是水下生产系统的重要组成部分,电液复合式控制系统是目前最常用的水下控制系统,其参数的设置对水下生产系统的安全具有重要影响。本文采用Simulation X对低压液压系统进行仿真分析,研究了水深、回接距离、液压管线直径、水下蓄能器参数以及液压动力单元液压泵参数对充泄压时间以及采油树闸阀开关时间的影响规律。研究表明:在本文模拟工况条件下,脐带缆液压管线直径和回接距离是2个对系统充泄压时间影响较大的参数;采油树闸阀开关时间受本文考察因素影响较小。本文可为今后水下控制系统液压分析提供一定的参考。     

水下控制模块锁紧结构分析及建议

水下控制系统是深水油气开发的核心系统,水下控制模块则是水下控制系统中的关键设备,国内对此正在进行初步研究。锁紧结构是水下控制模块的核心部件,在运输、安装和回收等过程中起着重要作用。分析了4种国外在役水下控制模块锁紧结构,总结了其主要组成结构、工作原理及各自优缺点,对国内在此方面的研究给出了建议。     

ROV扭矩工具系统研制与应用

ROV扭矩工具(TT)是深水水下油气田开发过程中使用的水下机器人(ROV)作业装备。ROV扭矩工具系统是以ROV为核心,包括扭矩工具本体和控制系统,其结构尺寸和工作能力与工作效率是影响水下作业的便利性与作业成本的关键因素。依托南海某气田水下生产系统,参考ISO13628-8等规范,设计出具有多尺寸自适应接口、牙嵌离合换挡结构和锁紧机构的扭矩工具及其控制系统。采用有限元分析软件对扭矩工具关键部件进行仿真分析。完成了扭矩工具的样机研制并进行测试。测试结果表明：水下ROV扭矩工具的锁紧、解锁功能,换挡功能,马达闭环控制功能均可实现,技术参数满足设计要求。研究成果对ROV扭矩工具及其控制系统的技术发展和产品开发均有借鉴意义。