[发明专利]一种深水测试管柱安全装置复合电液井下控制系统

说明书

本发明公开了一种深水测试管柱安全装置复合电液井下控制系统，包括地面平台，脐带缆、水下蓄能器组、井下控制模块和液压执行器。通过安装在液压执行器接口回路和控制回路上的传感器装置对压力等环境参数数据进行采集，地面平台将采集数据与数据库进行分析对比后发出控制指令，经脐带缆传递到井下控制模块中，对液压执行器进行控制。本发明具有电液控制和导阀压力控制两种方式，有效提高了深水测试管柱安全装置的可靠性，且具有响应速度快，可实时监控，灵活性高等特征，可以更好地保障深水测试安全作业。

技术领域

本发明涉及一种深水测试管柱安全装置井下控制系统，属于海洋油气开发领域。

技术背景

深水测试管柱安全装置应用于深海油气资源开发测试作业，可以实现对水下环境参数的实时采集，对测试作业进行准确风险评估，当作业工艺需要或者出现特殊工况，甚至遭遇恶劣海况如台风、潮汐、海啸等时，深水测试管柱安全装置的及时解脱可以实现浮式平台与井口的分离，以便浮式平台能够快速撤离，深水测试管柱安全装置可以对管柱内高压油气体进行快速封堵，能够最大程度上减少环境污染、保证人员安全、降低作业风险。而深水测试管柱安全装置复合电液井下控制系统就是应用于该套装置，为整个控制系统的井下部分，该控制系统需要实现针对不同作业情况完成指定流程，控制对象包括水下测试树连接器液压缸、水下测试树安全阀上球阀液压缸、水下测试树安全阀下球阀液压缸、止回阀球阀液压缸和止回阀泄压桶液压缸，通过控制水下液压执行器阀门快速开启与关闭和相应传感器进行数据采集，从而实现整个控制流程快速有序进行和环境参数实时监控。

我国对于深水测试作业主要依靠国外专业测试公司，仅仅在水下测试树、止回阀等的部分机械结构开展了一些研究，对于深水测试管柱安全装置井下控制系统方面的研究几近空白；国外对于深水测试管柱安全装置井下控制系统的研究逐步由直接液压控制、导阀压力控制、电液控制到全电控制，提高了控制系统的可控距离。

现有的深水测试管柱安全装置井下控制系统存在着以下问题：

1.缺少二级控制系统，无法实现当电液控制系统发生故障时，由地面直接控制执行器动作，系统可靠性不高；

2.液压控制子系统中缺少失效保护机制，未考虑液压元件发生故障的情况，系统可靠性不高，且在高压工作环境下，液压冲击大，系统传动不平稳；

3.系统采用单一高压供给管线控制，随着深水测试水深的不断提高，工作压力持续增大，易出现电磁阀开启力不够的情况，无法实现对液压执行器的控制。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题在于针对国内井下控制系统系统可靠性不高这一现状，提出一种井下控制系统，具有响应速度快、动作平稳、可控距离远、可靠性高、可视化操作等特征；能够在不同作业情况下分别实现测试管柱的紧急解脱和重新连接，能够将水下执行器所处状态以及各种环境参数反映至地面控制平台。

本发明为解决上述提出的问题提出了一种深水测试管柱安全装置复合电液井下控制系统，其特征在于，包括：地面控制平台、地面液压动力单元、脐带缆、水下蓄能器组、PLC控制子系统、数据采集子系统、通讯子系统、液压控制子系统和液压执行器。所述的脐带缆包括电缆、液控管道、高压供给管道和化学试剂注入管道；所述的数据采集子系统包括水下电子模块、温度传感器、压力传感器和流量传感器；所述的液压控制子系统包括减压阀、电磁换向阀、液控换向阀、顺序阀、单向节流阀和溢流阀；所述的液压执行器包括水下测试树连接器液压缸、水下测试树安全阀上球阀液压缸、水下测试树安全阀下球阀液压缸、止回阀球阀液压缸和止回阀泄压桶液压缸。其中地面液压动力单元与地面控制平台相互电连通；地面液压动力单元、水下蓄能器组和液压控制子系统三者相互管道连通，地面液压动力单元为水下蓄能器组提供高压液压油，为液压控制子系统提供先导液压控制信号，水下蓄能器组为液压控制子系统提供高压液压油；PLC控制子系统与通讯子系统、数据采集子系统和液压控制子系统分别电连通；液压控制子系统和液压执行器为管道连通。