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。     

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。     

深水液压控制阀门执行机构失效分析

针对南中国海某气田水下液压控制阀门执行机构的失效问题,对该执行机构的设计结构进行了优化,并采用优化后的设计参数和所使用的膨胀液,分别采用伯努利方程和CFD软件进行了理论计算和有限元分析.研究表明,液控水下阀门执行机构内的压差与操作时间成反比,也与环境温度成反比.当阀门所处环境温度较低,操作速度过快时,安全阀会打开,从而...     

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。     

基于SimulationX的深水闸阀执行机构动态仿真研究

深水闸阀执行机构是控制深水闸阀开关状态的动力部件。一般采用液压控制的方式控制阀门开关。针对深水阀门执行机构特有的工况和结构特点,建立了包含导流孔阻尼影响在内的深水闸阀执行机构液压控制时的动力学模型,并且采用SimulationX软件进行了动态仿真。通过分析和比较仿真结果,验证了仿真的可行性,为研究深水闸阀执行机构的动态特性及其优化设计提供了参考依据。     

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。     

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。     

全电式水下阀门执行器设计及多电机同步控制策略研究

通过对全电式水下控制系统的研究,参考国外的相关产品,完成了全电式水下阀门执行器的结构设计,为了增加阀门执行器的可靠性,提出采用多电机冗余的方式驱动阀门。通过对多电机冗余驱动控制方法的研究,提出了一种基于遗传算法对时间误差积分进行优化的模糊PID控制方法,并引入了置信度对计算过程进行了优化,缩短了寻优的计算量,最终实现了多电机同步控制。利用Adams建立了阀门执行机构的动力学模型,使用Simulink对阀门不同的工作情况下的响应进行了联合仿真,结果表明本文设计的多电机冗余驱动的全电式水下阀门执行器可以实现对全电式水下阀门的冗余驱动,满足全电式水下阀门执行器的工作要求。     

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。     

水下采油树用闸阀和驱动器试验技术研究

介绍了水下采油树用闸阀和驱动器试验所遵循的主要标准要求。分析了工厂验收试验、外压试验、PR2F试验和耐久性试验的方法及相关试验设备,并就试验过程中阀杆密封、闸板阀座密封、复位弹簧等关键部件可能出现的问题进行分析。可为水下闸阀及驱动器的试验提供参考。     

水下管汇水平连接器结构及安装方案分析

水下连接器作为水下跨接管与水下生产设施的连接部件,是连接系统的重要组成部分。设计了2种不同的水下管汇水平连接器方案,第1种方案选用定位锥式安装方式,定位准确;第2种方案选用支撑臂式安装方式,操作快速。分析了这2种方案的结构组成和安装过程。在连接器及其安装工具、液压系统的结构方面,定位和对中功能的准确性,二次锁紧功能的可靠性等方面进行了对比。提出了改进建议。     

考虑海底增压的深水钻井当量循环密度预测方法

针对深水井筒ECD预测与控制方面存在的不足,建立了考虑温度和岩屑影响及有海底增压管线举升系统情况下的深水钻井ECD预测模型,以实例计算分析了深水钻井中有海底增压管线举升系统情况下ECD变化。结果分析表明,钻柱内的排量一定时,增注排量越大,ECD值越小;在有海底增压管线举升系统时,本计算条件下ECD值均未超过漏失压力,因此该种参数工况下应该为安全状况;在无海底增压时,随着排量的降低,环空ECD逐渐增加,且ECD增加值较大;当排量小于一定值时,ECD的增加会导致在钻井过程中的地层漏失。因此在深水钻井过程中应该特别注意在隔水管段的井眼清洁问题,除了控制机械钻速、泵入清扫液等措施以外,还应适量采取增加排量来及时清除钻屑,保持井眼清洁。最后对比分析了模型的有效性,在本计算条件下与PWD实测值偏差最大1.36%,对深水钻井水力参数优化设计及井控具有一定的参考意义。     

地震钻机调速系统

介绍自行设计的针对WT－50W型液压式地震钻机的调速系统，较为全面地提供该系统的控制电路原理和执行机构、解脱装置、操纵机构的方案。     

水下勘察基盘用海底钳系统设计与分析

在海洋勘察和物探作业时,为了保证钻井系统钻具的稳定性和水下定位的准确性,研究开发了水下勘察基盘的核心部件——海底钳。概述了海底钳的工作原理,并根据其使用工况要求,设计了具有压力补偿功能的海底钳及深海液压驱动系统。压力补偿装置实现了液压系统内部压力的动态平衡,解决了液压系统动力源在水下运行的密封及耐水压问题,有效保障了海底钳工作的可靠性。同时对海底钳夹持钻具的失稳现象进行了探讨和分析,给出了夹持失稳的计算方法。研究结果可为海底钳的设计和制造提供理论指导。     

机抽井口防喷器自动化改造与应用

目前注氮气三次采油技术是某油田缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率的重要手段,随着注氮气轮次增加,气窜问题严重,部分油井机抽生产期间油压由0.5 MPa迅速上升至近30 MPa,给现场生产带来较大井控风险。为此,在常规42 MPa手动双闸板防喷器基础上对采油液控系统、液压双闸板防喷器执行机构、抽油机液压刹车装置等进行自动化改造,实现数据联锁和远程控制,其中液控装置以及执行器均采取可拆卸设备组合而成。改造后的装置可根据油压变化自动控制抽油机停机、防喷器关闭等动作,并反馈防喷器状态等数据信息,通过信息自动化手段实现注氮气井远程实时监控管理、压力异常快速响应处置,提升了现场安全生产水平。现场应用结果表明,该装置在井口油压超过设定值情况下,实现超压自动停机、液压自动刹车、液压自动关闭防喷器等功能,有效减少环境破坏、产量损失,杜绝井喷事故,具有较好的推广前景。     

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。