深水油气田全电控制式水下分配单元设计.pdf

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1、第4期白念涛等．深水油气田全电控制式水下分配单元设计365深水油气田全电控制式水下分配单元设计白念涛崔岩(上海工程技术大学机械工程学院)摘要分析全电控制式水下分配单元的基本构成与功能，设计水下分配单元的总体结构，建立以光功率分配器为核心的点对多点光通信系统模型。采用光通信系统模拟软件Optisystem模拟验证设备的可行性，并分析了光信号传输质量的影响因素。关键词水下分配单元水下生产控制系统全电控制式光功率分配器Optisystem中图分类号TH89文献标识码A文章编号1000．3932(2017)

2、04-0365-05随着海洋油气田开发由浅海向深海推进，水下生产控制系统也由最初的全液压控制系统逐步发展为应用广泛的电液复合式控制系统，而目前的全电控制系统是最新一代技术¨。。但是，我国在全电式水下生产控制系统的研究方面还是一片空白。因此，加速研制具有自主知识产权的水下生产分配系统具有重要意义。全电控制系统是电液复合式控制系统的进一步发展，两者最大的区别在于系统动力工作原理嵋1。全电控制系统彻底取消了电液复合式控制系统的液压组件，降低了脐带缆的直径，所有的水下生产设备均为电力驱动。全电控制系统得以成

3、熟并被开始应用得益于三大基本问题的解决：水下大功率电动执行器技术；水下湿可插拔连接器；水下配电技术和水下高压直流大功率长距离输电技术口1。相较于电液复合式控制系统，全电控制系统除了具有响应速度更快、可靠性更高、电气信号传输距离更长及对海洋环境的损害风险更小等优点外，还极大地降低了脐带缆的使用成本。水下分配单元的作用是将岸基站的电力和信号分配并传输给各路水下生产设施，是水下生产控制系统的关键设备。笔者以在建的南海油气田为背景，在分析全电控制式水下分配单元的基本构成与功能的基础上，设计水下分配单元的总体

4、结构，并建立以光功率分配器为核心的点对多点光通信系统模型。1全电控制式水下分配单元的工作条件与功能与陆地石油天然气开采相比，深水油气开采的工况比较恶劣。我国在建的南海油气田开发水深超过1500m，进行一次海底维护、检修成本较高。基于深海油气田持续生产的需要，水下分配单元的工作寿命应该至少不低于30年。因此，对处于深水的全电控制式水下分配单元的技术性能和可靠性提出了更高的要求。全电控制式水下分配单元主要包括脐带缆终端组件(UTA)、水下电气分配单元(SEDU)和防沉板。安装在防沉板上的水下分配单元与脐

5、带缆终端组件共同集成为水下控制脐带缆终端组件(SUTA)。脐带缆终端接头同脐带缆相连，进行电气信号的传输和分配。电气分配单元的水下电气飞头固定端通过电气飞线与脐带缆终端的电气飞头相连，并通过设在水下电气分配模块框架内的水下接驳盒分配电气信号，以提供水下多路生产设施正常运转所需的电力和信号M1。水下大功率电动阀执行器接收到水下电气分配单元分配并传输过来的电力和信号后，驱动闸阀产生位移，从而控制生产通道的开启或关闭。同时，水下控制模块(SCM)上的温度检测、压力检测及多相流量计等传感器得电工作，不问断地

6、将实时水下生产状态信息传送给水下路由模块(SRM)，SRM再将监测信息传输到相应的工作站，然后将处理后的信作者简介：白念涛(1991-)，硕士研究生，主要从事机械设计和深海机电装备技术的研究。联系人：崔岩(1980-)，副教授，主要从事流体机械设计、超细粉体制备和混沌控制理论的研究，cuiyan03201@hot．mail．tom。化工自动化及仪表第44卷息传输到岸基站的主控站和生产控制系统。2水下电气分配单元的总体结构笔者设计的全电式水下电气分配单元如图1所示，主要包括水下机器人操作把手、水下路由

7、模块、水下接驳盒、防沉板及单元框架等，其核心部件如下：a．水下路由模块。将水下控制模块中的多相流量计、智能完井及井下传感器等监测数据进行收集、处理和传输，SCM只负责与阀门驱动相关的功能，SRM集成安装在水下分配单元框架上。b．水下接驳盒模块。包括单板工控机主控模块、以太网光纤通信模块、RS485数据采集模块、外接设备接口模块、高一中压DC／DC转换模块、中一低压DC／DC转换模块、低一低压转换模块。其中高一中压DC／DC转换模块负责将岸基站的高压直流电转换为中压直流电，中一低压DC／DC转换模块负

8、责将中压直流电转换为多种不同电压的低压直流电"。。直流电压转换腔体通过端盖和腔体壁相结合的方式进行散热∞。。c．防沉板。具有结构简单、安装方便和重量轻的优点，是水下生产系统的基础。防沉板尺寸由海底土质和载荷力决定。对于较软的土质，防沉板的尺寸要很大，但过大会影响安装。为了减小外形尺寸、增大防沉板的稳定性，一般要为它增加裙板H’“。图1全电式水下电气分配单元3水下电气分配单元的光信号分配模块全电控制系统采用先进的数字技术，增强了控制系统的分析、诊断和监控能力，信息数据的