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。     

水下ROV扭矩工具传动系统设计及动力学分析

ROV扭矩工具是水下油气生产系统常用的作业工具之一。针对ROV扭矩工具的国产化问题，研制了适用于ROV扭矩工具的紧凑型变位NGW行星齿轮减速器，可以将ROV扭矩工具的动力源进行减速增扭以实现大扭矩需求。对该减速器进行了力学分析与动力学理论分析，并用Adams软件对ROV扭矩工具进行动力学仿真分析。理论分析和仿真分析的结果相符，证明设计的ROV扭矩工具满足使用要求。     

卡爪式水下连接器ROV作业接口技术研究

在进行深水水下连接器的安装、维护和维修作业时,由于水深超出了潜水员安全作业的范围,需要采用远程遥控机器人(ROV)、使用相应的水下操作工具。因此,连接器及其操作工具上应设计合理的ROV操作接口。以在深水中应用最广泛的卡爪式水下连接器为例,分析了需要ROV执行的水下作业内容及所需的作业工具。总结了ROV水下作业时的固定方式、操作接口位置布置、操作空间要求及操作接口形式,结合卡爪式水下连接器的特点,推荐了其ROV操作接口的设计方法。     

ROV发展现状与其在海洋石油行业应用前景

ROV(有缆遥控水下机器人)是重要的现代水下作业工具,具有海下勘探、观察和作业等功能,并凭借着高可靠性和高安全性的优势,成为了海洋石油行业的新兴作业机械。通过比对国内外知名水下机器人公司的典型产品,介绍了ROV的发展现状与其在海洋石油工程中的应用状况。根据我国海洋环境特点和海洋石油的开发维护需求,提出了未来ROV需要具备的关键技术和发展趋势。以期推动ROV在海洋石油行业中的创新和发展。     

基于Arduino的小型浅水作业ROV研制

针对小型ROV在近海平台等浅水环境顶流作业能力差和运动控制难的问题,研制开发了基于Arduino的小型浅水作业ROV精灵号,提出以Arduino mega 2560作为核心控制器的控制系统架构,同时采用小体积大推力推进器,提高ROV本体顶流作业能力。以Arduino为核心,进行上层指令系统和底层运动系统的搭建并通过串口通信方式建立上下系统通信。设计了浅水作业ROV的机械结构,建立了精灵号ROV的动力学模型,采用PID进行艏向运动控制,并进行了系统仿真。系统联调和水池试验结果表明了以Arduino为核心的精灵号浅水ROV控制系统设计的可行性,同时验证了推力矢量合成的实际效果。该ROV的研制对于其他微小便携式机器人,尤其是小型ROV的开发具有参考意义。     

水下基盘导向桩连接器设计与应用

为解决水下基盘在钻完井作业中导向绳和导向桩必须整体取出、整体下入等问题,研制了水下基盘导向桩连接器。在对连接器主要结构进行理论分析的基础上,应用有限元法对该工具的外壳、环形套筒、套筒底座进行分析,证明工具结构的安全性。室内试验表明,水下基盘导向桩连接器能在设计方案下快速连接释放。该工具已应用20多井次,累计使用时间达888 d,表明连接器可使用ROV液压工具进行操作,性能指标满足海洋钻井和修井要求,大幅节省作业时间、降低作业风险、提高作业时效、节省费用。     

水下防喷器应急功能执行装置设计制作和功能测试

本文以某半潜式钻井平台井控设备升级改造后,首次对水下防喷器应急功能测试为例,阐述了水下防喷器应急功能相关知识和工作原理;平台技术人员分析研究了该平台南海作业海域的具体海况和ROV的自身情况,设计制作出满足平台防喷器应急功能测试的"面板导向式"ROV连接器携带装置,成功解决了在恶劣海况条件下ROV连接器与防喷器应急功能控制面板的对接问题;并提出了防喷器应急功能测试结果的有效验证方法,可为国内水下防喷器应急功能的使用提供指导和借鉴。     

1500m水深水平连接器压力帽结构及有限元分析

研制的压力帽与水平连接器安装在一起,用于水下管汇与生产设施的连接,适用于1 500m水深。介绍了该压力帽的总体结构、拆装过程、主要部件的结构和功能。设计了借助ROV在水下进行压力帽拆装的液压系统。采用有限元软件分析了压力帽的强度,满足规范要求。     

水下采油树系统配套工具技术研究和发展建议

水下采油树系统配套工具由一系列工具组成,是完成水下采油树和油管悬挂器等水下设备吊装、运输、安装、回收、测试及使用维护等作业的必要设备,对深水油气开发起着至关重要的作用。在分析水下采油树系统配套工具国内外发展状况的基础上,剖析了典型水下采油树配套工具的主要功能和组成,详述了配套工具研究中的核心技术,如安装回收、锁紧解锁和远程导向定位等设计技术,以及加工制造和试验验证等方面的研究重点和研究方法,为设计和使用水下采油树配套工具提供了理论依据,并给出了配套工具未来在专业化设计、模块化设计和集成化设计等方面的发展建议。研究结果对水下采油树系统配套工具的研发具有一定的指导意义。     

水下生产管汇测试技术及其改进研究

水下生产管汇作为水下生产系统的核心,选择合理的测试技术是保障其功能完整性和系统操作性的关键环 节。本文结合南海某深水气田水下生产管汇的测试实践,将水下生产管汇的出厂测试分为工厂接收测试(FAT)、 扩展工厂接收测试(EFAT)、系统集成测试(SIT)三种类型,并对FAT中的管线冲洗测试、水压测试和阀门双向压 差测试从冲洗介质、冲洗路径、清洁度测试等方面进行了改进;对EFAT中的控制系统测试、管汇与吸力桩界面测 试分别从通信路径、使用3D扫描技术进行了改进;对SIT中的遥控潜水器(ROV)测试从测试理念上进行了改进。 研究表明,在不影响测试质量的前提下,改进测试方法可以有效提高测试效率、节省测试资源和降低测试成本。本 文结尾对水下生产管汇测试技术国产化进行了展望。     

基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicle,ROV）不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分（Proportional Integral Differential,PID）控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。     

水下卧式采油树研制及浅水试验

水下采油树是海洋油气开发的关键装备,该设备制造技术长期以来被国外垄断。为了加快我国海洋油气的开发步伐,降低开发成本,依托863计划课题和中石油重点研发项目,我国突破了水下高压密封、水下远程控制、复杂形面零件加工及检测等多项关键技术,成功研制了拥有自主知识产权的水下卧式采油树。厂内试验表明,其各项指标均已达到设计要求,18米浅水试验进一步验证了水下卧式采油树的安装回收功能、ROV操作性能和水下远程控制功能均满足设计要求,试验获得的基础数据及技术经验作为宝贵的科研成果,对下一步工程海试具有重要的指导意义。     

水平井趾端压裂关键工具设计与试验

大牛地气田和东胜气田水平井采用连续油管底封拖动或桥塞泵送压裂工艺,趾端首段压裂施工时存在封隔器解封困难、电缆射孔施工工期长和费用高等问题。为解决这些问题,结合现场压裂工艺,研究了水平井趾端滑套分段压裂技术,研制了趾端延时滑套、密封锁紧座等关键工具,以满足水平井套管柱试压需求,实现水平井趾端免射孔全通径压裂。地面性能试验结果表明,设计的水平井趾端压裂关键工具能够实现压裂滑套定压延时开启、固井碰压锁紧密封等功能,趾端延时滑套爆破阀在压力达到82.0 MPa时启动,延时29 min后滑套完全打开,且滑套承压达到105.0 MPa;密封锁紧座与配套胶塞可实现碰压锁紧,反向承压能力达到52.5 MPa,具备现场应用可行性。水平井趾端压裂工具的成功研制,为今后替代水平井射孔作业、降低国内致密油气藏开发成本提供了技术支持。      

双向卡瓦大通径悬挂器的研制及应用

针对我国现有悬挂器结构普遍存在密封性能差、易提前坐封、易发生倒不开扣、卡瓦装置不合理和内径不能满足膨胀筛管膨胀工具串通过等问题,研制了双向卡瓦大通径悬挂器。该悬挂器由双向卡瓦坐封机构、密封部件和防自动解封机构等部分组成。与常规悬挂器相比,采用双向卡瓦坐封机构,坐封后工作状态锚定可靠;采用密封环设计,保证了悬挂器和套管环空的液压隔离;送入工具回收采用机械旋转倒扣螺母方式,使悬挂器内通径达到124 mm。现场试验情况表明,该悬挂器操作简单,坐封可靠,密封能力达到30 MPa,悬挂器内径允许膨胀筛管膨胀工具串通过,适合膨胀筛管防砂完井作业。     

SPDS型水平井防砂丢手工具的设计

水平井清砂十分困难,早期防砂是水平开采油必不可少的措施。SPDS型丢手工具是为配合水平井机械防砂而研制的,是防砂管柱的关键工具之一。介绍了SPDS-120和SPDS-114两种型号丢手工具的结构设计、工作原理,重点介绍了SPDS-114型丢手工具的结构、特点及相关设计计算。SPDS丢手工具具有结构简单、操作方便、压差控制稳定等特点。该工具的设计可为其它水平井相关工具的设计及工具优化设计提供参考。     

深水科学钻探钻孔重返系统工艺分析与改进措施

深水科学钻探需要使用钻孔重返系统，但现有的技术相对落后，不能满足深水高效钻孔的作业需求。此文针对当前所用的钻孔重返系统的技术特点，对该系统使用的设备及工具进行了创新及改造，同时对施工工艺进行了优化，提出了使用导管喷射钻进及返孔锥一体化作业、正转解锁送入工具与导管技术、水下监控系统ROV及多次下入返孔锥和套管的技术等，可弥补现有系统的不足，在提高操作安全、作业效率及降低作业成本上有较大改进。文章详细介绍了现有钻孔重返系统的施工工艺和技术特点，结合深水石油勘探导管喷射钻进特有的钻井技术，针对性地提出了改进措施，对该系统的后续技术发展有重要借鉴意义，为我国大洋科学钻探船深水钻孔重返系统的建造提供了技术储备。     

水下机器人在OBN海底布放中的应用

目前,OBN海底布放通常采用人工抛放和水下机器人精确布放相结合的方式,在水深小于100 m、流速较小、水下地形平坦区域采用人工抛放;在水深大于100 m、流速较大、水下地形较复杂区域采用ROV精确布放。因为ROV单次下水可携带的OBN数量有限,这严重制约了ROV精确布放OBN的效率,此文结合实际工程案例介绍了一种专门设计的ROV友好式OBN释放系统及ROV布放操作方式,基于ROV友好式设计理念,按设计的操作方式可安全、快捷地从释放系统中取出OBN,实现在水下连续不间断地布放,避免频繁回收释放ROV造成时效延误,从而大幅提高ROV精确布放OBN的效率。     

KDS—115型液压丢手工具的研制

常用的投球式和液压式丢手工具因存在施工效率低和不能传递扭矩等特点而限制了应用范围。针对这种情况 ,研制出KDS— 115型液压丢手工具。该型工具通过设置上接头与打捞头之间的凸爪凹槽结构 ,解决了以往丢手工具不能传递扭矩的问题 ;在结构设计上避免了工具承拉和丢手剪切受力零件相同 ,保证了工具的可靠性 ,丢手压力更易控制 ,具有抗拉强度高、承压能力强、能传递较大扭矩、适合于深井卡堵水作业等特点。新工具应用于卡堵、选层酸化管柱和不压井起下管柱及水平井作业中 ,能简化管柱结构 ,降低作业难度和成本 ,提高作业效率