全电式水下阀执行器多电机协同控制策略研究

水下采油树全电执行器多电机协同工作时,由于误差等导致减速器发生振动。为了减少同步误差导致传动系统发生振动的情况,通过对多电机协调策略进行研究,从控制算法层面提出了一种基于改进粒子群算法优化模糊PI补偿器的多电机协同控制策略。使用Logistic混沌映射并结合中心耦合游移的策略改进粒子群算法,采用改进后的算法离线优化模糊控制器的隶属度函数。为了得到最小的同步误差,在适应度评价函数中引入同步误差项。为了验证该方案,建立了Simulink/Adams联合仿真模型,在Adams中以轴套力柔性连接替换理想约束,建立了联合仿真模型和传动机构动力学模型,对传动机构的振动情况进行了仿真。研究结果表明,该方法通过减小同步误差,能有效减轻传动系统的振动情况。所得结论可为多电机协同控制提供参考。     

水下全电采油树生产阀门及执行机构设计研究

液动控制采油系统在远距离控制方面存在控制成本高、高压控制油液传输困难及控制油液泄漏等弊端。为此,设计了水下全电采油树阀门及执行机构。在介绍全电采油树阀门结构及工作原理的基础上,对全电执行机构和密封机构进行了设计,对闸阀的密封过程进行分析,利用数值计算软件模拟了闸板在动作过程中高压介质对闸板的作用,同时计算了闸板的最大开启力。分析结果表明:全电执行机构采用丝杠螺母作为传动机构,无需依赖传统的液压系统,降低了油液泄漏的风险;闸门与阀体间依靠分体式密封阀座来形成自密封;闸板在开始动作到即将开启的过程中,受到密封阀座的摩擦力最大,所对应的最大开启力为298.5 k N。所得结论可为水下全电采油树的现场应用和优化设计提供参考。     

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。     

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。     

水下阀门类型及设计方案分析

水下管道阀门国内外现行标准主要有ISO14723:2009、API 6DSS:2009及SY/T2011—33:2015。在对这些标准及水下阀门结构做简要介绍之后,通过对国际标准英文词条定义及相关章节分析,对单向阀门、双向阀门、DBB阀和DIB阀等关键术语进行了详细解读,对其功能和特性进行了图解及详细说明,并提出了设计方案。同时对DBB阀门和双列式阀门进行了区分,指出应避免将双列式阀门直接称为DBB阀门,在提到这种类型阀门时可附加结构简图或简要注释。最后结合不同类型阀门特点及深水油气田开发工程项目的一般要求,推荐适用阀门类型。分析结果为水下阀门产品开发及选型提供了依据。     

游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型

为了解决游梁式抽油机与驱动电机的合理匹配问题,分析了游梁式抽油机的运动、动力特性和驱动电机的工作特性,建立了完整的游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型,提出了采用循环迭代的方法求解抽油机与驱动电机之间的高度耦合问题。利用仿真软件得到抽油机与驱动电机匹配的动态变化规律,通过实测数据和仿真结果的对比分析,验证了抽油机与驱动电机的耦合模型及其求解方法的准确性和实用性。抽油机与驱动电机的耦合模型为抽油机与驱动电机合理匹配原则的提出奠定了理论基础。     

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。     

水下阀门外压试验用压力舱功能和分析

水下阀门是水下生产系统的基础部件,水下采油树、水下管汇和水下作业工具都是由各种不同种类的水下阀门所组成。水下阀门相对于常规地面用阀门的使用环境更加复杂,由于受安装条件限制,阀门受到外部海水的压力,水下阀门无法进行在线检修和维护,所以水下阀门必须进行外压试验以验证其在安装条件下的性能。该文通过对国内外现状的调查研究,介绍了一种用于水下阀门外压试验用压力舱的设计方法。     

对IQ执行器性能的认识

IQ执行器引入了双密封概念、马达、齿轮融合电子技术,使之成为世界上首台智能型非侵入式三相电源电动阀门执行器。它采用了智能电路,增强了保护功能和控制功能,继承和发展了工作可靠性设计思想。     

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。     

水下阀门深水高压舱模拟试验研究

深水高压舱模拟试验是水下阀门的标志性试验,用于检测水下阀门在设计水深时的密封性能以及操作性能。本文通过对比国外标准,研究并推荐了一套试验方法,并对水下阀门样机用高压舱模拟试验进行了验证。     

流花4-1油田水下电潜泵远程控制系统研究及方案设计

流花4-1油田是我国第1个基于深水开发模式采用水下生产设施开发的油田,其电潜泵驱动电机与变频器之间的距离长达15.5 km,给电潜泵远程控制提出了挑战。针对电潜泵远程控制带来的风险,开展了流花4-1油田水下电潜泵远程控制系统研究和方案设计,最终选用PF7000型中压变频器控制系统成功解决了水下电潜泵长距离控制所面临的电机侧电压值偏离、电压变化率大、电机绝缘影响和输出电流谐振影响大等技术难题,实现了8口井水下双电潜泵一次性投运成功。远距离中压变频控制系统在流花4-1油田生产控制中的成功应用在国内尚属首次,可为我国海上其他油田水下电潜泵远程控制提供借鉴。     

水下阀门国产化关键技术研究

水下阀门是水下采油树及水下管汇的关键部件,在水下采油设备中发挥着重要作用。但水下阀门完全依靠进口的局面对油气田开发成本、进度控制以及阀门后期维护保养均极为不利,可能成为制约我国深水油气资源开发的瓶颈。基于我国南海某气田群开发项目对水下阀门的要求,根据相关标准规范的规定,介绍了水下闸阀和水下球阀的主要技术要求,从设计、制造和测试3个方面探讨了水下阀门研制中的关键技术,并提出了水下阀门国产化的建议。     

偏心旋转阀在催化装置中的应用及改进

针对催化装置中偏心旋转阀在使用中暴露出一些设计上的不足进行改进，通过采用智能型电气阀门定位器替代原定位器，改变阀门执行器气缸驱动控制方式，减少外部一些性能较差的辅助组件。改进后偏心旋转阀的性能与原先相比具有精度高，响应速度快，而且输出功率更大，维护也更方便。     

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。     

水下阀门可靠性设计研究

水下阀门是水下油气生产设备的关键组件,其可靠性是保证水下油气设备安全运行的关键因素。水下阀门失效将造成重大经济损失、环境污染、人身伤害等后果。本文介绍了通过模块化的设计技术改进水下阀门设计可靠性,用FMECA分析法评估水下阀门失效形式,通过型式试验的方法验证水下阀门可靠性,从而达到改进水下阀门可靠性的目的。     

深水水下生产系统及工艺设备技术现状与发展趋势

概括了水下生产系统的水下井口及采油树系统、管汇及连接系统、水下控制及脐带缆系统以及水下增压设备、水下分离设备、水下电力设备等水下生产工艺设备的技术现状,并对水下长距离流动保障技术、水下电力输送和全电控制技术、水下安装技术、水下生产系统可靠性及完整性管理技术、极地水下生产系统技术等水下生产系统的前沿技术发展趋势进行了展望,并指出了我国水下生产系统研发和应用的思路和发展方向。     

脐带缆液压传输特性等效方法

运用相似性原理,将脐带缆管路液压传输特性与电路电力传输特性进行类比分析,建立了脐带缆液压传输特性液阻、液容、液感数学计算模型,提出了脐带缆液压传输特性等效方法,运用细管等效液阻、蓄能器等效液容、液压马达和飞轮组合等效液感,并分析了等效参数的计算方法。运用AMESim软件,通过无负载泄压,比较脐带缆与等效脐带缆仿真的压力-时间特性;通过开启单个和2个执行器,比较脐带缆与等效脐带缆仿真开关阀的时间及开阀时水下蓄能器压力特性,仿真结果表明脐带缆等效装置能较好地模拟脐带缆开关阀特性。开展了脐带缆等效装置无负载泄压和操作单个执行器实验验证,结果表明等效脐带缆实验泄压时间与脐带缆仿真泄压时间基本一致,泄压曲线较为接近;水下蓄能器的压力变化和开关阀门时间均与仿真结果一致,说明脐带缆等效装置能较好地模拟脐带缆液压传输特性,在水下产品联合测试时可用于替代脐带缆。