水下阀门的材料要求及选择

深海开采油气是未来资源开发的发展趋势,水下阀门是水下采油树及水下管汇设备的关键部件,材料选择是水下阀门设计的重要方面。介绍了相关设计规范对水下阀门材料选择的基本要求和各类材料特性,根据相关设计规范的规定,总结出了水下阀门材料选择时需要考虑的因素,同时对水下阀门的材料选择提出了建议。得到的结论可为水下阀门的设计提供依据,并对国内水下油气开采设备的自主研发具有一定的指导作用。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水下跨接管与管道终端测试技术研究

水下生产系统的安全可靠性与可操作性是深水油气田开发工程的关键。基于水下生产设备测试的工程实例,重点研究了水下跨接管、管道终端等主要水下设备的工厂验收测试、系统集成测试的内容和标准要求,总结了相关的测试步骤,探讨了我国建设水下装备测试基地的必要性与可行性。为"十二五"珠海水下装备测试基地的建设提出了建议,对我国水下装备测试技术的深入研究具有参考价值。     

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。