一种水下全电控坐落管柱系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水下全电控坐落管柱系统，包括平台高压电力系统、地面平台、脐带缆布放系统、全电式防喷阀系统、水下功率调控系统、水下智能电控系统、水下电动安全保护系统和水下智能电加热系统。数据采集系统对水下环境参数进行数据采集，平台可视化控制系统接收信息进行分析后将命令传递到水下智能电控系统，水下智能电控系统对水下电动安全保护系统进行控制。本发明专利技术利用全电式系统替换电液或纯液压动力系统，实现了水下远距离精确监测和操控，响应速度更快，可靠性更高；动力源全部采用电力，利用纯电动执行器替换液压执行器，简化了水下控制系统和脐带缆布放系统，实现了零污染排放，满足了海洋环境保护和提高作业效率的迫切要求。切要求。切要求。

【技术实现步骤摘要】
一种水下全电控坐落管柱系统及方法


[0001]本专利技术涉及海洋能源开发用水下装备系统领域，特别涉及一种水下全电控坐落管柱系统。

技术介绍

[0002]随着经济社会发展对油气的需求逐年增加，我国成为全球油气进口第一大国，2020年石油与天然气对外依存度分别攀升到73％和43％，严重威胁国家能源安全。增强油气自给能力和寻找未来替代资源是保障国家能源安全的迫切需要。我国南海被誉为“第二个大庆”、“第二个波斯湾”，石油与天然气地质储量约为230亿～300亿吨，天然气水合物(也称为“可燃冰”)资源量是探明煤炭、石油和天然气总和的2倍，被认为是21世纪最理想的替代能源。但南海70％的油气资源就蕴藏在深水海域。深水开发环境恶劣、风险高、技术高，面临诸多高端装备与技术难题亟待解决。
[0003]坐落管柱系统是深水及超深水石油、天然气、可燃冰勘探开发作业的必备高端装备，其可有效解决保障深水与超深水作业中上千米海水段作业管柱通道安全可控的“关键共性问题”。该系统其由复杂的机电液系统组成，在深水作业遭遇特殊海况或突发紧急情况时，通过浮式平台上发出控制指令，可远程从水下井口处快速解脱与封堵海水段管柱“通道”，避免导致管柱拉断、油气泄漏、船只浸没，造成人员伤亡、海洋环境污染和严重经济损失。
[0004]坐落管柱系统的控制系统发展经历了直接液压控制、先导液压控制和电液控制三个阶段，电液控制系统是目前最常用的深水测试坐落管柱系统的控制系统，但随着深海油气开发的深度增加，深水测试坐落管柱系统的电液控制系统逐渐无法适应超深水的工作环境要求，存在下列几个问题：
[0005]1.随着海上油气资源开发转向超深水，开发环境变得越来越恶劣，液压控制响应速度慢，不利于实现高效控制。对于超深水和长距离回接的海上油气田，若继续采用液压作为动力，会由于响应时间有一定的滞后性，大大影响钻井船的撤离效；超高的静水压力和液压油流量等问题将会严重限制电液复合式水下控制系统的实用性；
[0006]2.液压油在运输和存储中存在管理风险，易发生泄漏，长时间后其自身压缩性还会造成管路变形，且液压油清洁度易受污染，对液压系统的稳定性能影响非常显著，甚至有可能导致液压系统失效，另外液压油排放至海不符合环境保护要求；
[0007]3.在深水超高压(压力等级20000psi以上)的环境时，水下蓄能器达到了尺寸和重量方面的极限，对脐带缆的结构强度也提出了更高的要求，使得开采成本骤增，且目前的控制系统中大多数的系统故障都是液压元件引起的，随着油气开发水深的增加液压元件的故障率还在提升，降低了控制系统整体的安全性和稳定性。
[0008]因此，随着油气开采作业不断向深水、超深水发展，为了更有效地保证深水测试作业的安全，有必要专利技术一种水下全电控坐落管柱系统，解决上述直接液压控制、先导液压控制和电液控制存在的问题，满足深水油气及天然气水合物完井装置下入、中途测试和评价、
储层清洁、修井、弃井和增产等作业的需求。

技术实现思路

[0009](一)解决的技术问题
[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水下全电控坐落管柱系统，利用全电式系统替换液压动力系统，为水下电动安全保护系统提供动力源，实现远距离精准控制，响应速度更快，解决了随着深水测试作业逐渐转向超深水，液压油传输、静水压力、等问题限制了采用液压驱动的实用性的问题。控制系统的动力源由电力代替，去除了脐带缆中复杂的液压管线，能够满足环境保护的零污染排放的迫切要求，且解决了液压油清洁度易受污染，对液压系统的稳定性能有影响、液压油易发生泄漏，可能造成管路变形的问题。简化脐带缆布放系统，利用水下电动安全保护系统替换液压元件，提高了控制系统的安全稳定性，解决了在超深水环境下水下蓄能器达到了尺寸和重量方面的极限和液压元件故障率高的问题。
[0011](二)技术方案
[0012]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种水下全电控坐落管柱系统，其特征在于，包括平台高压电力系、平台可视化控制系统、电力与通信传输系统、脐带缆布放系统、全电式防喷阀系统、水下功率调控系统、水下智能电控系统、水下电动安全保护系统和水下智能电加热系统；所述的平台高压电力系统包括发电装置、备用供电系统和变压器；所述的平台可视化控制系统包括人机交互显示屏、CPU和PLC；所述的电力与通信传输系统包括光纤通信单元和电力单元；所述的脐带缆布放系统包括脐带缆绞车和脐带缆；所述的全电式防喷阀系统包括可视化监测摄像头Ⅰ；所述的水下功率调控系统包括信号转换单元和水下变压器；所述的水下智能电控系统包括蓄电器A、电机控制器和水下智能控制单元，所述水下智能控制单元包括湿度传感器、温度传感器、压力传感器、数据采集系统、微处理器、通讯单元A和蓄电器B；所述的水下电动安全保护系统包括全电式水下测试树安全、全电式水下测试树连接器、全电式止回阀、通讯单元B和可视化监测摄像头Ⅱ；所述的水下智能电加热系统包括温控装置、时间继电器和电加热管，其中发电装置与备用供电系统、变压器电连接，备用供电系统与变压器电连接，组成平台高压电力系统，平台高压电力系统和平台可视化控制系统、电力与通信传输系统电连接，人机交互显示屏和CPU电连接，CPU和PLC电连接，脐带缆安装在脐带缆绞车上，组成脐带缆布放系统，全电式防喷阀系与地面平台通过脐带缆连接，光纤通信单元和电力单元通过脐带缆与可视化监测摄像头Ⅰ连接，光纤通信单元通过脐带缆与信号转换单元连接，电力单元通过脐带缆与水下变压器连接，蓄电器B、数据采集系统和通讯单元A与微处理器电连接，湿度传感器、温度传感器和压力传感器安装在数据采集系统的接口上，组成水下智能控制单元，信号转换单元与水下智能控制单元通过脐带缆连接，水下变压器与水下智能控制单元和蓄电器A通过脐带缆连接，温控装置和时间继电器与电加热管电连接组成水下智能电加热系统，蓄电器A与水下智能电加热系统通过脐带缆电连接，蓄电器A与可视化监测摄像头Ⅱ电连接蓄电器A与电机控制器电连接，电机控制器与全电式阀门机构电连接。
[0013]所述的信号转换单元用于将上部的远距离光纤信号转为铜质双绞线DSL通信，使控制系统更可靠。
[0014]所述的电力与通信传输系统向水下功率调控系统传输高电压电流，水下变压器将上部传来的高电压转换为水下智能电控系统所需的低电压，并完成电力的分配。
[0015]所述的蓄电器A接受来自上部的电力供电，可进行电力储存，为水下电动安全保护系统提供电力，可使工作模式从连续供电切换至间歇供电，大幅降低了耗电量。
[0016]所述的脐带缆中包括电缆与光纤通信缆，电缆用于系统中的电力传输，光纤通信缆用于传输光纤通信信号。
[0017]所述的光纤通信单元为水下设备提供了通讯冗余，所述的电力单元为水下设备冗余供电，所述的水下智能电控系统和水下电动安全保护系统内都做了冗余设置，提高了控制系统的可靠性。
[0018]所述水下智能控制单元内设置有蓄电器，为水下智能控制单元内的数据采集系统及微处理器等元件供电。
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下全电控坐落管柱系统，其特征在于，包括平台高压电力系统(1)、平台可视化控制系统(2)、电力与通信传输系统(3)、脐带缆布放系统(4)、全电式防喷阀系统(5)、水下功率调控系统(6)、水下智能电控系统(7)、水下电动安全保护系统(8)和水下智能电加热系统(9)；所述的平台高压电力系统(1)包括发电装置(101)、备用供电系统(102)和变压器(103)；所述的平台可视化控制系统(2)包括人机交互显示屏(201)、CPU(202)和PLC(203)；所述的电力与通信传输系统(3)包括光纤通信单元(301)和电力单元(302)；所述的脐带缆布放系统(4)包括脐带缆绞车(401)和脐带缆(402)；所述的全电式防喷阀系统(5)包括可视化监测摄像头Ⅰ(501)；所述的水下功率调控系统(6)包括信号转换单元(601)和水下变压器(602)；所述的水下智能电控系统(7)包括蓄电器A(701)、电机控制器(702)和水下智能控制单元，所述水下智能控制单元包括湿度传感器(703)、温度传感器(704)、压力传感器(705)、数据采集系统(706)、微处理器(707)、通讯单元A(708)和蓄电器B(709)；所述的水下电动安全保护系统(8)包括全电式水下测试树安全阀(801)、全电式水下测试树连接器(802)、全电式止回阀(803)、通讯单元B(804)和可视化监测摄像头Ⅱ(805)；所述的水下智能电加热系统(9)包括温控装置(901)、时间继电器(902)和电加热管(903)，其中发电装置(101)与备用供电系统(102)、变压器(103)电连接，备用供电系统(102)与变压器(103)电连接，组成平台高压电力系统(1)，平台高压电力系统(1)和平台可视化控制系统(2)、电力与通信传输系统(3)电连接，人机交互显示屏(201)和CPU(202)电连接，CPU(202)和PLC(203)电连接，脐带缆(402)安装在脐带缆绞车(401)上，组成脐带缆布放系统(4)，全电式防喷阀系统(5)与地面平台通过脐带缆(402)连接，光纤通信单元(301)和电力单元(302)通过脐带缆(402)与可视化监测摄像头Ⅰ(501)连接，光纤通信单元(301)通过脐带缆(402)与信号转换单元(601)连接，电力单元(302)通过脐带缆(402)与水下变压器(602)连接，蓄电器B(709)、数据采集系统(706)和通讯单元A(708)与微处理器(707)电连接，湿度传感器(703)、温度传感器(704)和压力传感器(705)安装在数据采集系统(706)的接口上，组成水下智能控制单元，信号转换单元(601)与水下智能控制单元通过脐带缆(402)连接，水下变压器(602)与水下智能控制单元和蓄电器A(701)通过脐带缆(402)连接，温控装置(901)和时间继电器(902)与电加热管(903)电连接组成水下智能电加热系统(9)，蓄电器A(701)与水下智能电加热系统(9)通过脐带缆(402)电连接，蓄电器A(701)与可视化监测摄像头Ⅱ(805)电连接，蓄电器A(701)与电机控制器(702)电连接，电机控制器(702)与全电式阀门机构电连接。2.根据权利要求1所述的一种水下全电控坐落管柱系统，其特征是，所述的信号转换单元(601)用于将上部的远距离光纤信号转为铜质双绞线DSL通信，使控制系统更可靠。3.根据权利要求1所述的一种水下全电控坐落管柱系统，其特征是，所述的电力与通信传输系统(3)向水下功率调控系统(6)传输高电压电流，水下变压器(602)将上部传来的高电压转换为水下智能电控系统(7)所需的低电压，并完成电力的分配。4.根据权利要求1所述的一种水下全电控坐落管柱系统，其特征是，所述的蓄电器A(701)接受来自上部的电力供电，可进行电力储存，为水下电动安全保护系统(...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洋，李光耀，王国荣，刘清友，魏剑飞，张烈辉，何玉发，同武军，谭振兴，李旺，刘和兴，肖凯文，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：