[發明專利]一種深水測試管柱安全裝置復合電液井下控制系統

在審

• 申請號: 201910960638.2
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110630221A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 唐洋;吳杰;楊鑫;何胤;姚佳鑫;孫鵬;敬鑫;劉祥
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B41/04
• 分類號: E21B41/04;E21B47/001
• 代理公司: 51304 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明公開了一種深水測試管柱安全裝置復合電液井下控制系統，包括地面平臺，臍帶纜、水下蓄能器組、井下控制模塊和液壓執行器。通過安裝在液壓執行器接口回路和控制回路上的傳感器裝置對壓力等環境參數數據進行采集，地面平臺將采集數據與數據庫進行分析對比后發出控制指令，經臍帶纜傳遞到井下控制模塊中，對液壓執行器進行控制。本發明具有電液控制和導閥壓力控制兩種方式，有效提高了深水測試管柱安全裝置的可靠性，且具有響應速度快，可實時監控，靈活性高等特征，可以更好地保障深水測試安全作業。

技術領域

本發明涉及一種深水測試管柱安全裝置井下控制系統，屬于海洋油氣開發領域。

技術背景

深水測試管柱安全裝置應用于深海油氣資源開發測試作業，可以實現對水下環境參數的實時采集，對測試作業進行準確風險評估，當作業工藝需要或者出現特殊工況，甚至遭遇惡劣海況如臺風、潮汐、海嘯等時，深水測試管柱安全裝置的及時解脫可以實現浮式平臺與井口的分離，以便浮式平臺能夠快速撤離，深水測試管柱安全裝置可以對管柱內高壓油氣體進行快速封堵，能夠最大程度上減少環境污染、保證人員安全、降低作業風險。而深水測試管柱安全裝置復合電液井下控制系統就是應用于該套裝置，為整個控制系統的井下部分，該控制系統需要實現針對不同作業情況完成指定流程，控制對象包括水下測試樹連接器液壓缸、水下測試樹安全閥上球閥液壓缸、水下測試樹安全閥下球閥液壓缸、止回閥球閥液壓缸和止回閥泄壓桶液壓缸，通過控制水下液壓執行器閥門快速開啟與關閉和相應傳感器進行數據采集，從而實現整個控制流程快速有序進行和環境參數實時監控。

我國對于深水測試作業主要依靠國外專業測試公司，僅僅在水下測試樹、止回閥等的部分機械結構開展了一些研究，對于深水測試管柱安全裝置井下控制系統方面的研究幾近空白；國外對于深水測試管柱安全裝置井下控制系統的研究逐步由直接液壓控制、導閥壓力控制、電液控制到全電控制，提高了控制系統的可控距離。

現有的深水測試管柱安全裝置井下控制系統存在著以下問題：

1.缺少二級控制系統，無法實現當電液控制系統發生故障時，由地面直接控制執行器動作，系統可靠性不高；

2.液壓控制子系統中缺少失效保護機制，未考慮液壓元件發生故障的情況，系統可靠性不高，且在高壓工作環境下，液壓沖擊大，系統傳動不平穩；

3.系統采用單一高壓供給管線控制，隨著深水測試水深的不斷提高，工作壓力持續增大，易出現電磁閥開啟力不夠的情況，無法實現對液壓執行器的控制。

發明內容

本發明所需要解決的技術問題在于針對國內井下控制系統系統可靠性不高這一現狀，提出一種井下控制系統，具有響應速度快、動作平穩、可控距離遠、可靠性高、可視化操作等特征；能夠在不同作業情況下分別實現測試管柱的緊急解脫和重新連接，能夠將水下執行器所處狀態以及各種環境參數反映至地面控制平臺。

本發明為解決上述提出的問題提出了一種深水測試管柱安全裝置復合電液井下控制系統，其特征在于，包括：地面控制平臺、地面液壓動力單元、臍帶纜、水下蓄能器組、PLC控制子系統、數據采集子系統、通訊子系統、液壓控制子系統和液壓執行器。所述的臍帶纜包括電纜、液控管道、高壓供給管道和化學試劑注入管道；所述的數據采集子系統包括水下電子模塊、溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；所述的液壓控制子系統包括減壓閥、電磁換向閥、液控換向閥、順序閥、單向節流閥和溢流閥；所述的液壓執行器包括水下測試樹連接器液壓缸、水下測試樹安全閥上球閥液壓缸、水下測試樹安全閥下球閥液壓缸、止回閥球閥液壓缸和止回閥泄壓桶液壓缸。其中地面液壓動力單元與地面控制平臺相互電連通；地面液壓動力單元、水下蓄能器組和液壓控制子系統三者相互管道連通，地面液壓動力單元為水下蓄能器組提供高壓液壓油，為液壓控制子系統提供先導液壓控制信號，水下蓄能器組為液壓控制子系統提供高壓液壓油；PLC控制子系統與通訊子系統、數據采集子系統和液壓控制子系統分別電連通；液壓控制子系統和液壓執行器為管道連通。