水下控制系统测试台设计及试验研究

针对水下控制模块测试需求,文中设计了一种多功能水下控制模块测试台。水下控制模块(SCM)作为水下生产系统的核心部分,其安装成本高、难度大,且不便于在水下维护,因此,在其入水前必须对其进行严格的功能测试,确保在水下工作的可靠性。首先,对关于水下控制模块测试的相关技术和标准进行研究,得出水下控制模块在测试台上进行的测试主要包括内部静水压力测试、液压内部泄漏测试和液压系统功能测试;然后,基于被测水下控制模块的性能指标对测试台的机械结构和液压系统进行了设计,并对上述测试内容的测试方法进行了研究;最后,通过试验对测试台的测试功能进行验证。文中研究为我国设计和研制国产水下生产系统测试设备提供了宝贵经验。

基于K-means的水下控制系统集成测试风险分析

采用危险源辨识分析(HAZID)工具对南海某水下控制系统集成测试进行风险识别,研究水下电力和通信设备的联合测试等过程存在的风险,针对HAZID技术识别的测试风险,定义风险的3个指标,包括风险发生可能性、风险后果严重程度和风险预防控制能力,将风险进行K-means聚类分析,采用SPSS软件将风险分为重大风险、高风险、中风险、低风险等4个聚类等级,识别4类共21个测试风险。在实际运用中,该方法可为水下控制系统集成测试风险制定有针对性的措施,可高效、科学和系统地指导水下控制系统集成测试工作开展。

国产水下生产系统在渤海油田的首次应用

为了突破外国的技术限制,实现国产化水下油气生产技术的顺利实现,因此有必要开展对国产化水下油气生产技术的研究。文章概括了中国水下油气生产装置的研究开发历程,并阐述了全水式、电液复合式和全电式等水下生产系统的主要运行模式和特征,并归纳出各生产装置的主要优势与缺陷。以流花11-1油气田、流花16-2/20-2/21-2油田群、陵水17-2气田等为主要技术平台,进行了渤海首次国产水下油气生产系统的试验应用,基本概括了渤海首次的水下油气工程技术特征,并对通讯不稳定问题解决方案进行验证,最后并对其应用前景进行了展望。

浅水受限区水下油气田开发方案

针对国内浅水油气资源开发环境影响及空间受限等问题,本文提出了国产浅水水下生产系统的总体设计方案。通过对浅水水下生产系统关键设备结构进行分析,提出了一种满足受限区海域开发要求的环境友好型设计思路。结果表明:通过系统和总体布置的设计,国产浅水水下生产系统与深水相比在单体重量、作业方式、维护检修方面更加经济。

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。

水下控制系统CAN总线技术方案研究

控制器局域网(CAN)最初为汽车应用设计的数字协议,现在已经广泛应用于楼宇自动化、机械制造、安全监控、汽车工业、航空工业等领域。目前,国内尚未有油气开发领域水下控制系统CAN总线技术应用的规范。通过对CAN总线物理层、CAN-open协议的研究,结合道路汽车领域的ISO 11898和CAN-open的CAN-in-Automation(CiA)系列规范,探讨了在深水油气开发领域典型水下采气树CAN总线数据监测的工程设计方法,提出了水下控制系统中CAN总线完整的技术方案。该方案包括速率选择、接口界面、拓扑、线缆类型、数据协议等。随着水下控制系统国产化步伐加快,深入研究并掌握CAN技术,为水下电子模块国产化提供了嵌入式开发的技术方向,可对深水监测仪表及水下控制模块国产化研究的顺利进行起到促进作用。

水下电液复合控制系统方向控制阀技术现状

方向控制阀是水下电液复合控制系统的核心部件。以方向控制阀为研究对象,首先介绍水下生产控制系统的国际标准对方向控制阀的具体规定,了解方向控制阀的脱锁压力、性能要求、泄漏测试及清洁度要求等;其次分析国外知名厂家生产的方向控制阀的设计参数、结构原理及解决方案等,介绍了国外知名特种化学品公司提供的特制液压油;再次总结了国内方向控制阀的技术研究现状;最后结合我国海洋油气田开发迫切需求,提出方向控制阀研制建议,为方向控制阀国产化奠定基础。

基于控保协同海底观测网供电系统保护方案

海底观测网的供电系统保护问题是海底观测网技术发展所面临的难点之一。负极恒压海底观测网供电系统拓扑结构复杂,故障区段判别困难,故障电流增长迅速、分支单元开断能力有限,致使故障隔离困难。为限制故障电流迅速蔓延,准确判别、可靠隔离故障,该文提出一种基于控保协同的海底观测网供电系统保护方案。首先,利用基于岸基电源直流侧电流变化率的判据来检测海缆故障是否发生,故障后岸基电源进行限流控制来限制故障暂态电流;然后,保护方案利用分支单元电流方向实现支缆故障判别及主缆故障区段判别,利用分支单元/岸基站电压实现主缆故障判别;最后,在有限电流水平下,由分支单元/岸基站断路开关快速动作来实现故障有效隔离。该文利用PSCAD/EMTDC软件搭建了负极恒压海底观测网供电系统仿真模型,验证了所提出保护方案的可行性、有效性。

水下生产控制紧急关断系统的可靠性分配方法

为进一步从水下生产控制紧急关断系统的整体到局部开展可靠性研究,提高系统及设备的可靠性,采用层次分析法对水下生产控制紧急关断系统开展可靠性分配研究,将给定的可靠性指标合理分配至水下紧急关断系统的各设备单元,通过实例验证了可靠性分配方法的有效性。为水下紧急关断系统可靠性设计提供合理化的指导,进而优化设计并提高产品选型质量。

浅水水下控制系统集约化设计

针对水下控制系统在渤海海域浅水区应用所面临的水深较浅空间受限、外部干扰因素多、可靠性差及经济效益低等问题,通过系统研究提出了一种集约化、高可靠性、可用性和可维护性的浅水水下控制系统的设计方法。以水下管汇为控制中心,采用1套水下控制模块(SCM)控制2棵水下采油树的1控2模式,简化了水下结构物的尺寸和数量,实现了集约化设计并降低了成本;开展了水下控制模块对接盘和通信组网设计,保障了1控2模式的可行性;基于SCM冗余技术,提出了水下电子模块(SEM)交叉冗余及光纤通信叠加电力载波的双网通信设计方案,开发了控制系统故障诊断和预警模块,提高了浅水控制系统的可靠性、可用性和可维护性。研究成果已在锦州31-1气田开发中成功投运,对中国海域浅水受限区油气田开发中水下控制系统的设计具有重要参考价值。

ROV扭矩工具液压监测系统研究

ROV扭矩工具是海洋油气工程中水下生产系统常用的维修安装工具之一,其适应性与稳定性直接影响水下生产系统维修安装的效率与安全。目前国内对ROV扭矩工具的研究还处于认识和操作的基础阶段,核心技术还无法突破。结合API及ISO13628-8相关标准,设计了ROV扭矩工具的液压监控系统;然后建立液压马达回路数学模型,得到液压马达回路传递函数方框图;最后采用Matlab和AMESim两款软件对液压马达回路进行仿真和对比。采用AMESim软件对锁紧和换挡液压缸回路进行建模仿真,得到三个回路的输出曲线,通过分析,液压马达回路两个仿真结果具有较好一致性,数学模型准确无误,锁紧和换挡液压缸回路满足系统工作要求。仿真结果表明:设计的液压监控系统满足工程需要,可为ROV扭矩工具核心技术突破提供一定的技术参考。研究成果对我国ROV扭矩工具的国产化研究有一定的指导意义。

适用于水下油气田的水下控制模块的工厂验收测试流程

水下生产系统是当前海洋油气田深水开发的主要方式,水下控制模块是水下生产系统控制部分的核心设备,其安全性和可靠性是控制系统的关键指标。水下控制模块的工厂验收测试是验证产品质量的关键环节,是确保产品在水下长期稳定运行的重要手段。文章根据相关水下生产控制系统标准,结合产品实际生产测试过程,对水下控制模块在工厂集成组装阶段和出厂前验收阶段的测试进行了详细阐述。

深水脐带缆预调试概述

脐带缆是水下生产系统内上部控制系统与水下生产设施的重要连接纽带。本文系统概述了常规脐带缆预调试技术及关键测试设备仪器,有助于推动国内相关配套设备的研发,提升国内深水预调试技术服务能力。基于南海某气田工程实践,提出一套简约、集成、灵活的脐带缆测试流程,为后续深水脐带缆预调试实践提供技术支持。对比分析了两种不同类型的深水脐带缆水下预调试装备:以干预、修井和控制系统为代表的甲板测试装备与以水下增压模块为代表的水下测试装备。分析基于水下增压模块测试系统的深水脐带缆预调试技术局限性,并提出未来技术研发方向;最后,指出了其广阔的应用前景。

水下控制系统设计研究

此研究是:基于南海某水下气田开发的基本设计工作,结合规范要求,对水下控制系统的主要设计范围和设计方法进行梳理。控制系统包括了水上和水下两个部分,在生产运营中由作业者直接操作,起到保持平稳生产的重要角色。

水下生产系统液压动力单元液压系统原理研究

水下生产控制系统对水下生产设施进行控制,液压动力单元作为水下生产控制系统的地面设施之一,为水下阀门控制提供稳定清洁的高低压流体。针对水下液压控制高精度、高安全性、高可靠性的要求,设计高标准的液压动力单元液压系统原理图,并对各部分的功能以及操作模式进行分析,对其重要部件进行介绍,为水下生产设施液压动力单元的国产化设计制造打下基础,并为其他领域高标准液压动力单元的设计提供借鉴。

基于VC的SimulationX二次开发及其在水下液控系统中的应用

为解决SimulationX仿真软件人机交互性差、专业化程度高、工作量大等问题,将VC软件二次开发SimulationX软件技术应用到水下液控系统仿真设计或测试中。开展了SimulationX软件和VC软件特点分析,编制了二次开发流程;针对水下液控系统特点,提出了水下液控系统的建模方法;以分析水下闸阀执行器的压力特性来优选执行器参数为例,建立了仿真模型,进行了SimulationX软件输出文件操作设计和VC软件功能模块设计,实现了仿真软件的二次开发;通过所开发的仿真软件获取了实例中水下闸阀执行器的压力特性曲线并实现了参数优化分析。研究结果表明,SimulationX软件在水下液控系统仿真分析中的二次开发方法简单、易行,所开发出的仿真软件可满足水下液控系统设计或测试需要,且操作方便、易于掌握。

基于AMESim水下液压控制系统仿真分析

复合电液控制是目前深水油气田开发应用较多的控制方式。对水下液压控制系统进行分析,对主要的液压参数如操作压力,HPU蓄能器、水下蓄能器容积进行计算;依据南海某油气田工程实际,应用AMESim建立水下电液复合控制系统充压仿真模型,仿真模拟不同脐带缆管径对系统充压和ESD的影响,并利用AMESim仿真软件对南海某油田液压控制系统典型工况进行建模和动态仿真。仿真结果表明,该液压系统的各项性能指标均满足相应标准规范和工程的要求。该仿真研究为脐带缆管径选择提供参考,对水下液压控制系统的关键元部件选择分析有很好的参考和指导作用。

水下液压控制系统浅水测试专用仿真测试软件

针对某浅水测试场选用的Simulation X软件难以掌握且操作困难等问题,利用VC软件对Simulation X软件进行了二次开发。在介绍了水下液压控制系统浅水测试原理和测试方法基础上,开展了专用仿真测试软件的功能要求分析,从仿真模型的建立、C代码输出设置和VC软件开发设计等方面论述了浅水测试专用仿真测试软件的开发,总结阐述了所开发的软件特点。研究结果表明:所开发的专用仿真测试软件具有操作简单,对操作人员的专业化程度要求低、重复工作量少等特点,完全满足浅水测试需要,同时还可应用于水下生产装备液压控制单元设计及测试等领域。

水下油气生产系统防腐蚀设计的探讨

水下油气生产系统可以节省大量建设投资,因受灾害天气影响较小可靠性强,是开采深水油气田的关键设施。海洋环境对钢材腐蚀严重,而且水下油气生产系统投产后无法进行全面维修和维护,因此水下生产系统的防腐蚀非常重要。本文对比分析了普通海洋工程、两个国外水下生产系统和我公司承担的国家科技重大专项子课题的防腐蚀设计,提出了自己的观点。

水下控制系统电子模块壳体结构优化及试验验证

基于水下控制系统电子模块(SEM)轻量化的要求,确定了SEM结构方案,并对其耐压壳体进行了结构设计。对SEM壳体的失效模式进行了有限元分析,确定了其失效形式为屈服失效。在此基础上,采用一种基于响应面方程的多目标优化法建立了SEM壳体的响应面方程模型,应用Pareto遗传算法得到了响应面模型方程的全局最优解,从而得到壳体优化后的参数值;最后将所设计的SEM壳体采用优化后的结构尺寸加工制造成实体,并对其进行了高压舱试验验证,结果表明,优化后的SEM壳体质量较优化前降低了24.8%,且满足其在强度和稳定性方面的要求,实现了SEM轻量化的目标。本文研究成果对深水水下控制系统电子模块壳体结构设计具有较好的借鉴意义。