深海油气田水下控制器的设计开发.pdf

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1、第２期郝亚冲等．深海油气田水下控制器的设计开发１３９深海油气田水下控制器的设计开发１１２２郝亚冲程武山张鹏举饶斌（１．上海工程技术大学机械工程学院，上海２０１６２０；２．美钻能源科技（上海）有限公司，上海２０１９００）摘要首先分析深海油气田开发水下生产系统的工艺流程，并确定水下控制器的主要控制功能和控制模式，然后以ＰＬＣ为控制核心，设计水下控制器及其控制系统，并给出了控制系统的网络结构、硬件组成、软件流程和基于电力载波的通信实现。关键词水下控制器深海油气开采ＰＬＣ水下控制模块＋中图分类号ＴＨ８６２．６

2、文献标识码Ｂ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０２-０１３９-０６［３］随着海洋油气田开发不断向深海推进，水下的主控制系统。采油树仪器仪表的数据量较生产控制系统也已发展成具有直接液压、先导液大，需要较高的带宽和传输速度，而且要实现检测压、顺序液压、直接电液、复合电液及全电气等多数据从水下到水上的传输，基于电力载波的通信［４］种控制模式，其中复合电液控制技术是现阶段具方式即可满足要求。［１］有明显优势并被广泛应用的成熟技术。深海油气田水下控制器是水下生产控制系统的核心，但是目前国内尚无这方面的成熟产

3、品。因此，深海油气田水下控制器的国产化研制已经成为我国发展水下生产控制系统进程中必须尽快解决的重要课题。笔者设计了一种深海油气田水下控制器，给图１深海油气田采集水下生产系统的组成框图出了深海油气田水下控制器自控系统的网络结构、硬件结构、软件流程以及基于电力载波的通信2水下控制模块方案，并结合ＫｉｎｇＶＩＥＷ软件设计了人机交互界水下控制模块是连接水面平台与水下采油系面。统的关键装置，按照预先设定的逻辑对水下生产①1深海油气田水下生产控制系统系统进行控制，确保油气采集生产安全可控地进水下生产控制系统是深海

4、油气田采集油气的行；同时，还担负着水下监控数据的传递与中转任必备装置，主要由主控站（ＭＣＳ）、供电单元、脐带务。采油树是整个系统的执行部分，通过控制采缆、水下脐带缆终端单元、水下控制模块（ＳＣＭ）及油树管线上的阀门，来控制整个采油系统的流程，采油树等部分组成，如图１所示。水下生产控制主要包括生产主回路、环空回路和药剂注入回路系统在整个深海油气田生产系统中的作用至关重三大部分。其主要功能是：接收ＳＣＭ发出的信［２］要，整体架构决定了整个控制系统的性能。水号，开关阀门，通断油路，检测ＳＣＭ按照主控站指下控

5、制系统包括水上部分和水下两部分，水上平令发出控制命令；向ＳＣＭ提供温度和压力信号并台设置有主控制系统（ＭＣＳ）监控水下生产；水下记录，检测ＳＣＭ对温度和压力信号的接收和传输井口设置有采油树和水下控制模块（ＳＣＭ），其中能力。水下控制模块控制采油树执行生产操作和安全关断，并完成采油树各回路的温度、压力及沙粒冲蚀等传感信号的采集，实现对各回路生产状态的监①收稿日期：２０１４-１２-０２（修改稿）基金项目：“十二五”国家科技重大专项基金资助项目控，并实时将数据通过电力载波传送到水上平台（２０１１ＺＸ０５０５

6、６-００２-０２）１４０化工自动化及仪表第４２卷2．1整体架构制模式时，可以实现本地手动操作；当切换到远程水下控制模块设计为模块化，用以实现对主控制模式，即可进行主控站的远程操作。针对水控站ＭＣＳ的命令进行传递、解释和执行，对所采下生产系统设计了水下控制模块（ＳＣＭ），其中集的传感器数据和各种反馈数据进行处理和传ＰＬＣ作为控制核心，实现逻辑控制、运行监视及故［５］输，系统主要由传感器数据采集模块、电磁阀驱动障报警等功能。水下控制模块ＳＣＭ通过采集模块、电源管理系统、动力线载波系统和主控系统各类传感器信

7、息监测系统的运行状态，实现整个组成。本项目对水下生产系统的工艺流程进行研系统稳定高效的运行。水下控制模块ＳＣＭ的硬究，确定水下控制器的控制模式，当切换到本地控件架构如图２所示。图２ＳＣＭ硬件架构示意图2．2功能实现电子处理部分是水下控制器的核心部分，可笔者设计的水下控制器利用程序实现有效功以对主控站的命令进行传输、解释和执行，同时对能，模拟现场设备的运行情况、实际生产运作状态所采集的传感器数据和各种反馈数据进行处理和［６］并及时根据现场工况做出调整，主要功能有：水传输；再由平台分析处理实时反馈的数据，

8、预测生下控制器以ＰＬＣ作为控制核心，实现逻辑控制、产系统的工作状态，根据整个系统稳定性的判断，［７，８］运行监视和故障报警；ＳＣＭ通过采集各类传感器使整个控制系统构成一个完备的闭环系统。的信息来监测生产系统的运行状态，实现深海油ＳＣＭ的功能框图如图３所示。气田生产过程的实时监控；控制水下采油树和生产管汇上调节阀的开度，实现对生产管汇内流量的控制；按照预先设定的自动控制程序对水下设备进行控制，在自动控制模式，可以控制采油树阀门按照逆料流流程启动，并进行生产