一种水下采油树智能化控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水下采油树智能化控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块(SCM)、水下采油树；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块，进而操作水下控制模块来完成控制，水面PLC控制系统的控制方法主要包括5部分：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输；生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。本实用新型专利技术通过增设水面PLC控制系，实现了水下采油树控制的自动化，其控制精度和反应速度都大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水下采油树控制系统，属于海洋石油机械装备领域。
技术介绍
水下生产控制系统对生产过程中油气的安全平稳流动和提高开采起着至关重要的作用，随着海洋油气开采从浅海向深海发展，海洋油气开采的控制要求也随之提高，从目前的半自动控制全面转向数字化自动控制方向发展。水下生产控制系统主要采用液压控制系统，包括全液压系统、复合电液系统。目前深海最常用的控制系统为复合电液控制系统，它通过水面主控站与水下控制模块(SCM)进行通信，SCM接收主控站的命令对采油树上的各类阀门进行开关控制以及对生产油嘴进行开度控制，同时监测水下采油树上的传感器的信号，将信号传递给水面主控站，当出现故障时，其只能发出警报，不能自动控制，因此其具有单向控制，数字化程度低的缺点。针对上述问题，国内外有学者进行过相关研究，并取得一定成果，如哈尔滨工程大学的王俊民的《测试用水下采油树控制模块研制》、中国石油大学的朱高磊等人的《测试用水下采油树控制模块研制》，但上述学术成果依然未能全面的解决上述问题，尤其是在安全保障及自动化方面，还存在不足。
技术实现思路
针对现有水下采油树控制系统存在的问题，本技术提出了一种水下采油树智能控制方法，对水下控制模块进行了控制程序的设计开发，从而实现通过增设基于PLC的水面分析执行处理模块，以实现自动制动采油树各阀门开启和关闭；自动调节生产油嘴，以控制流量的大小；综合利用监测的水下采油树生产压力、生产温度、环空压力、油气泄露监测、采油树阀门位置、油嘴位置、油嘴压差、井下环境数据，自动识别油田开发运行的安全情况，并进行相应的调节。本技术提出以下技术方案：一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块(SCM)、水下采油树；所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；水面主控站包括水面控制站和水面PLC控制系统，水面PLC控制系统连接水面控制站，水面控制站连接水下控制模块，水下控制模块通过内部设置的执行器分别连接井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的流量、油嘴的状态和开度、主回路、环空回路、化学药剂注入回路的阀门、温度、压力的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据是否正常，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块(SCM)，由水下控制模块控制操作井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀。所述采油树智能化控制由水面PLC控制系统向水面控制站下达指令，进而操作水下控制模块来完成，水面PLC控制系统的控制方法主要包括5部分：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输；生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。本技术的优点在于：1、新增的水面PLC控制系统，以此实现自动制动采油树各阀门开启和关闭，自动调节生产油嘴，以控制流量的大小；2、各阀门之间的位置安放排布符合水下采油树的设计要求，便于通过脐带缆连接新增的水面PLC控制系统。附图说明图1是本技术的系统结构示意图；图2是本技术的控制关系图；图3是本技术的水面PLC控制系统的功能图；图4是本技术的正常生产系统的流程图；图5是本技术的上修流程图；图6是本技术的作业流程图；图7是本技术的应急流程图；图8是本技术的数据处理流程图；图9是本技术的仪表动态监测流程图；图10是本技术的流量控制流程图；图11是本技术的信号传输流程图。图中，1、水面PLC控制系统，2、水面控制站，3、水下控制模块，4、井下安全阀，5、生产主阀，6、生产翼阀，7、环空主阀，8、环空翼阀，9、修井阀，10、转换阀，11、甲醇注入阀，12、防腐剂注入阀，13、清蜡剂注入阀，14、生产通道调节阀。具体实施方式下面结合附图中的实施例对本技术作进一步的详细说明，但并不构成对本技术的任何限制。在复合电液控制系统的基础之上，结合采油树结构设计提出了一种全新的设计思路的水下采油树智能化控制系统及其控制方法。如图1和图2所示，水面控制站2将液压经脐带缆传递给水下控制模块3，水下控制模块3主要具有两种功能，一种是控制功能，水下生产设施上的各个阀门通过电液混合控制方式来控制，如对于海底采油树的井下安全阀4、生产主阀5、生产翼阀6、环空主阀7、环空翼阀8、转换阀10、各化学药剂注入阀等的打开与关闭进行控制；根据油田实际的开采状况，调节油嘴的开度，对流量进行调控；以及控制甲醇、阻垢剂及清蜡剂等化学药剂加注的控制及相关阀门的开闭；对于修井控制是通过将生产主阀5，生产翼阀6，环空翼阀8，转换阀10关闭，将环空主阀7和修井阀9打开，使修井设备可以与采油树的环空连通来实现。另一种为监测功能，其通过安装在水下采油树上的传感器装置对流量、温度、压力、阀门的状态、阀门的开度、阀门的位置、油气泄露、海底环境进行监测。水下控制模块3将监测的信息经脐带缆传递给水面PLC控制系统1，水面PLC控制系统1能够对录取的信息进行保存，并对其进行分析处理，如果录取的温度、压力、流量的数据不在正常范围内，系统自动提醒故障警报，并进行分析原因，生成相应的指令，经脐带缆传递给水下控制模块3，由水下控制模块3进行相应的操作。环空主阀7和环空翼阀8组成环空控制阀。水面控制站2与水面PLC控制系统1构成了控制双系统，当水平PLC控制系统出现故障时，水面控制站2仍能够对水下生产系统进行控制，提高了安全性能。如图3所示，水面PLC控制系统1主要包括5部分，包括：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输。生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。各模块之间相互联系，为一个整体。如图4所示，为正常生产流程的流程图，其智能化流程如下：(1)首先检查阀门及设备的状态，均运行正常的情况下就行下一步，否则就行检修。(2)检测采油树的压力及温度是否在正常范围，若生产压力、温度不在正常范围之内，系统自动报警，水面PLC控制系统1对故障进行原因分析，当憋压时，将环空控制阀打开，使连接到水面的环空管线与环空连通进行泄压，然后再重新检测生产压力、温度是否在正常范围之内。直到压力温度正常，则进入下一步；(3)依次打开生产通道调节阀14，清蜡剂注入阀13，甲醇注入阀11及阻垢剂注入阀；(4)打开生产主阀5，对采油树的排量进行检测，当不在正常范围内，系统进行警报，PLC控制系统进行分析处理，并发出指令信号，对油嘴的开度进行适应的调整，直到排量在正常范围内，进行下一步；(5)根据海底采油树排量的大小，依次设定清蜡剂注入阀13的开度，甲醇注入阀11的开度及防腐剂注入阀12的开度，使系统进行正常的生产；(6)再次检测温度、压力是否在正常的范围之内，若生产压力、温度不在正常范围之内，系统自动报警，水面PLC控制系统1对故障进行原因并发出调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块、水下采油树，其特征在于，所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；水面主控站包括水面控制站和水面PLC控制系统，水面PLC控制系统连接水面控制站，水面控制站连接水下控制模块，水下控制模块通过内部设置的执行器分别连接井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀。

【技术特征摘要】
1.一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块、水下采油树，其特征在于，所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的主控制站包括水面控制站及水...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞明越，唐海，唐瑞雪，吕栋梁，陈霁云，尹昭云，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51