水下生产系统和设备

基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统

基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统摘要：随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作业中发挥着越来越重要的作用。ROV作为水下作业的重要工具，对运动控制算法要求较高，采用开源软件ArduSub，结合一种模糊串级PID控制算法实现ROV控制系统的设计，重点对ArduSub的特点、适应配置及PID控制算法原理，包含运动和姿态方面进行了阐述，能够良好实现ROV的水下控制。 1引言随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作业中发挥着越来越重要的作用。其中ROV续航持久，成本相对较低，逐渐成为水下作业的重要工具。ROV工作于水下环境，具有非线性、易受环境影响等特点，对运动控制算法要求较高，同时要求整个控制系统要有较好的实时性和可靠性。 2开源软件ArduSub简介 ArduSub水下机器人的控制器是一个完整的开源解决方案，提供远程操作控制(通过智能潜水模式)和全自动的执行任务。作为DroneCode软件平台的一部分，它能够无缝地使用地面控制站的软件，可以监控车辆遥测和执行强大的任务规划活动。它还受益于DroneCode平台的其他部分，包括模拟器，日志分析工具，为车辆管理和控制和更高层次的api。其主要特点在于以下几个方面：反馈控制和稳定性：ArduSub控制器基于多旋翼自动驾驶系统，具有精确的反馈控制，可主动维持方向。深度保持：使用基于压力的深度传感器，ArduSub控制器可以将深度保持在几厘米内。航向保持：默认情况下，ArduSub在未命令转动时自动保持其航向。相机倾斜：通过操纵杆或游戏手柄控制器与伺服或万向节电机进行相机倾斜控制。灯光控制：通过操纵杆或游戏手柄控制器控制海底照明。无需编程：ArduSub控制器适用于各种ROV配置，无需任何自定义编程。大多数参数可以通过地面控制站轻松更改。兼容性好：ArduSub兼容许多不同的ROV框架，支持PWM输出。由于以上特征，使得ArduSub成为一款可以很好适用于水下机器人RPV控制系统的开源软件。 ArduSub兼容基于串行和以太网的通信接口。使用的硬件自动驾驶仪必须支持选择的选项。Pixhawk仅支持串行连接，但可以通过配套计算机连接到以太网。其他autopilots原生支持以太网。ArduSub软件主要用于通过ArduSub进行接口，ArduSub是一种开源的跨平台用户界面，适用于所有类型的无人机。该接口通过系绳连接到ArduSub控制器并显示车辆状态信息，并允许更新参数和设置。最重要的是，QGC与用于指挥车辆的操纵杆或游戏手柄控制器连接。 ArduSub包含一个高级的电机库，支持多个框架，例如具有6自由度推进器定位的BlueROV配置（图1所示）、带有并排垂直推进器的矢量ROV（图2所示）、采用单垂直推进器的ROV（图3所示）等等。在传感器和执行器方面，除了标准的板载传感器（IMU，指南针），ArduSub

AUV水下机器人运动控制系统设计(李思乐)

中国海洋大学工程学院机械电子工程研究生课程考核论文题目：AUV水下机器人运动控制系统研究报告课程名称：运动控制技术姓名：李思乐学号：21100933077 院系：工程学院机电工程系专业：机械电子工程时间：2010-12-26 课程成绩：任课老师：谭俊哲

AUV水下机器人运动控制系统设计摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1 所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。图1-1 系统基本模块组成设计 2 机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV

6水下生产控制系统

水下生产控制系统验证测试水下生产控制系统应进行质量鉴定试验以验证设备在特定工作条件下的性能。作为替代，制造商应提供与工业实际（设备按指定要求即将完成的）相一致的证明文件或其他客服证据。这一条款规定了用来鉴定产品设计的质量鉴定试验。用于设计鉴定的设备或工装夹具应该是在设计，尺寸和材料方面具有代表性的生产模型。如所设计产品的安装，形式，功能或材料上有任何变化，制造厂应文字记录这些变化对产品性能的影响。重大的设计变动就成为一个新的设计需要重新认证（重大变动是指由制造厂确定的影响产品在其作业环境中性能的变化）。如材料的适应性能通过其他方法实现，材料的变化不需要重新认证。应对SEM进行形型式试验以鉴定温度循环和振动相关的设计。进行所有试验时应考虑人员安全和对周围区域潜在的破坏。宜进行综合实验程序以确保满足控制系统的性能要求。 1.质量鉴定试验 1.1净水压力试验（内部和外部）作为质量鉴定试验的一部分，宜对所有的受压组件或装备进行静水压力试验。额定压力小于或等于103.4MPa（15000 psi）时应在1.5倍的设计压力下进行静水压力试验。额定工作压力超过103.4MPa（15000 psi）时的内部净水压力试验应在1.25倍设计压力下进行。外部静水压力试验应在1.1倍设计围压下进行。试验压力应在任何组件，管线或节点没有外部流体泄露的情况下最少保持10min。试验期间所有的液压蓄能器应与回路隔离。控制设备的低压部分，如适用，包括储液罐，低压过滤器，泵吸入管线和系统返回管线，都不进行静水压力（试验压力）试验。 1.2 最小和最大温度试验应进行质量鉴定试验以证明小于或等于最小额定工作温度，大于或等于最大额定工作温度时的设备性能。 1.3 周期试验对具有周期操作性能的设备应进行模拟长期现场作业的质量鉴定试验。试验周期应等于或超过指定应用的周期。 2.出厂验收试验（FA T）

水下清洁机器人运动控制系统设计研究

? 117 ? ELECTRONICS WORLD? 技术交流本文主要结合相关的研究背景设计了一种水下清洁机器人，作为一种水下设备的清洁维护的机器人，保障水下设备的正常运行。文章首先在引言部分对本文的研究背景及意义进行阐述，然后重点提出了水下清洁机器人运动控制系统的总体设计方案，并对其运动模型进行设计和仿真。 1 引言海洋开发逐渐向特殊领域以及高深度领域转变，难度越来越大，人力开发已经完全不能够满足开发的需求，机器人开发已经成为了新趋势。本文主要在此背景下分析和研究水下清洁机器人的运动控制系统的设计。本文设计的水下清洁机器人主要是用于对水下的一些大型设备，例如海底搜救设备、勘测设备、取样设备等进行水下维护和修复等，能够在水下特殊环境中对海底设备进行维护和处理，能够较大程度上的促进海底开发技术的发展。 2 水下清洁机器人运动控制系统总体设计 2.1 水下清洁机器人运动控制流程本文设计的水下清洁机器人的控制系统主要由主机、控制算法、控制电路、指令转换、机器人载体、采样设备等组成，具体的控制流程为：主机控制算法进行水下机器人的动力分配，并结合指令转换算法进行整理转换，结合控制电路开启操控箱，下达操作指令，机器人载体接到命令驱动机器人进行采样，采集样本之后将样本信息传递到主机处理系统当中，进行处理。 2.2 模拟运动控制平台结构设计水下机器人的运动控制平台主要包括六个部分：步进电机、云台、安装板、推进器、U型板以及轴承等。其中云台主要实现的是2自由度的运动，包括水平和横向两个方向。本文模拟的控制平台主要实现的是3自由度的运动控制，除了上述2自由度之外，还包括前后摇摆自由度。由于多了一个自由度，因此需要对运动进行定位，该运动平台的定位主要由带套轴承和法兰轴组成固定左侧，由带套轴承和电机轴固定右侧，右侧的电机由法兰固定，由此就设计出了一个6自由度的模拟运动控制平台（边宇枢，高志慧，贠超，6自由度水下机器人动力学分析与运动控制：机械工程学报，2007）。 2.3 地面操控台结构设计地面操控台主要是对上述的模拟运动控制平台进行控制，地面操控台主要包括显示器、操纵杆、按钮以及指示灯等。其中操纵杆有2个，一个用来控制云台的摄像机，一个用来控制模拟运动平台，面板主要是结合人体舒适度进行设计，角度定为70°（裴文良，郭映言，陈金山，申龙，水下机器人的研发及其应用：制造业自动化，2018）。 3 水下机器人运动模型及仿真分析该部分主要对上述设计的水下机器人的运动模型以及仿真进行分析： 3.1 水下机器人的运动学建模为了便于我们对机器人参数和变量的统一管理，可以定义以下状态变量：其中，，即用η1和η2分别表示稳定系下水下机器人的位置向量和方向向量，用v1和v2分别表示动态系下水下机器人的线速度和角度，用τ1和τ2表示在动态系下作用于水下机器人的力和力矩向量。水下机器人的速度变量由稳定系转换成为动态系，从而通过动态控制器实现对运动的控制，同时要获得水下机器人的静态位置和姿态就必须要将水下机器人的速度变量由动态系转换成为稳定系，从而得到水下机器人的位置矢量。由此可知，在研究水下机器人状态时，需要分析和研究机器人速度变量的动态和静态的转变。 3.2 基于神经网络的轨迹控制器本文主要设计了基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，具体的控制流程如下：当机体接收到信号后，传递到控制器，再通过执行器作用于机体，做出相应的动作，机器人本身还具有抗干扰的功能。输出与控制器之间用RBF网络连接。（朱大奇，陈亮，刘乾，一种水下机器人传感器故障诊断与容错控制方法：控制与决策，2009） 3.3 水下机器人神经网络轨迹控制的仿真结合上述设计的基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，采用MATLAB进行仿真如下。该控制器设计的目的是实现对水下机器人运动状态的识别和跟踪，通过分析水下机器人的水下运动情况，结合轨迹参考实现了未知动力学的局部精确逼近和部分神经网络权值的收敛，从而奠定一定的学习控制器基础。结合神经网络的训练实验得到，在神经网络权值的训练过程中，一些神经网络的权值最终收敛，可以作为神经网络的常数权值存储。在自适应神经网络控制器的作用下，将被控系统未知动态分量的局部精确逼近。水下清洁机器人运动控制系统设计研究（下转第121页）

AUV水下机器人运动控制系统方案设计书(李思乐)

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作者：PanHongliang 仅供个人学习中国海洋大学工程学院机械电子工程研究生课程考核论文题目： AUV水下机器人运动控制系统研究报告

课程名称：运动控制技术姓名：李思乐学号： 21100933077 院系：工程学院机电工程系专业：机械电子工程时间：2010-12-26 课程成绩：任课老师：谭俊哲

AUV水下机器人运动控制系统设计摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。图1-1 系统基本模块组成设计 2机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV 的动力学模型。为了便于分析，建立适合于描述AUV 运动的两种参考坐标系，即固定坐标系Eξηζ 和运动坐标系Oxyz，如图2-1 所示：包含5 个推进器，分别是艉部的2 个主推进器、艉部的1 个垂向推进器和艏部的2 个垂向推进器。左右对称于纵中剖面，上和下、前和后都不对称[2]。图2-1AUV水下机器人物理模型 1.2微小型水下机器人动力学分析微小型水下机器人总长 1.5m，采用锂电池作为能源，尾部为一对水平舵和一对垂直舵，单桨推进，可携带惯导设备、探测声纳、水下摄像机、深度计等设备，设计巡航速度约 2 节。首先建立适合描述水下机器人空间运动的坐标

海上油气开采工程与生产系统资料讲解

海上油气开采工程与生产系统中海工业有限公司第一章海上油气开采工程概述海底油气资源的存在是海洋石油工业得以发展的前提。海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%，全球海洋石油蕴藏量约1000多亿吨，其中已探明的储量约为380亿吨。世界对海上石油寄予厚望，目前全球已有100多个国家在进行海上石油勘探，其中对深海进行勘探的有50多个国家。一、海上油气开采历史进程、现状和将来一个多世纪以来，世界海洋油气开发经历如下几个阶段：早期阶段：1887年～1947年。1887年在墨西哥湾架起了第一个木质采油井架，揭开了人类开发海洋石油的序幕。到1947年的60年间，全世界只有少数几个滩海油田，大多是结构简单的木质平台，技术落后和成本高昂困扰着海洋石油的开发。起步阶段：1947年～1973年。1947年是海洋石油开发的划时代开端，美国在墨西哥湾成功地建造了世界上第一个钢制固定平台。此后钢平台很快就取代了木结构平台，并在钻井设备上取得突破性进展。到20世纪70年代初，海上石油开采已遍及世界各大洋。发展阶段：1973年～至今。1973年全球石油价格猛涨，进一步推进了海洋石油开发的历史进程，特别是为了应对恶劣环境的北海和深水油气开发的需要，人们不断采用更先进的海工技术，建造能够抵御更大风浪并适用于深水的海洋平台，如张力腿平台（TLP）、浮式圆柱型平台（SPAR）等。海洋石油开发从此进入大规模开发阶段，近20年中，海洋原油产量的比重在世界总产油量中增加了１倍。进军深海是近年来世界海洋石油开发的主要技术趋势之一。二、海上油气开采流程海上油气田开采可划分为勘探评价、前期研究、工程建设、油气生产和设施弃置五个阶段：勘探评价阶段：在第一口探井有油气发现后，油气田就进入勘探评价阶段，这时开发方面的人员就开始了解该油气田情况，开展预可行性研究，将今后开发所需要的资料要求，包括销售对油气样品的要求，提交勘探人员。前期研究阶段：一般情况，在勘探部门提交储量报告后，才进人前期研究阶段。前期研究阶段主要完成预可行性研究、可行性研究和总体开发方案(ODP)。前期研究阶段也将决定油气田开发基础，方案的优化是最能提高油气田经济效益的手段。因此，在可行性研究和总体开发方案( ODP ）上都要组织专家进行审查，并得到石油公司高级管理层的批准。工程建设阶段：在工程建设阶段，油藏、钻完井和海洋工程方面的主要工作是成立各自的项目组，建立有效的组织结构和管理体系，组织基本设计编写并实施，对工程质量、进度、费用、安全进行全过程的管理和控制，使之达到方案的要求。

水下生产系统知识讲解

水下生产系统第一章：水下生产系统发展概述 1、从浅水走向深水原因 ?对能源需求的增长 ?陆上及浅水资源开发已经到达成熟期，并开始减少。 ?高油价，降低开发成本 ?深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）水深、环境条件、油气田位置和油气输送成本等综合因素决定了油田的开发方案为何采用水下生产系统？ ?能将井口布置在现有平台有效钻井范围以外的地方； ?高油价，降低开发成本； ?深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等） 2、水下生产系统组成立管和海管、水下采油树、水下增压系统、水下分离系统、回注系统、水下管汇、跨接管、管道终端、连接器 3、我国水下生产系统发展展望 1)国外规范和成熟经验是重要参考资料 2)但由于中国南海海域的特殊条件（台风频繁、较强的内波流作用、复杂海底地形、油田离岸距离远等），相关的技术不可能完全照搬，必须针对南海的独特海况与离岸距离，做出创新性的研究与设计。 3)采油树结构复杂，涉及机械、力学、密封、材料、控制、安全、钻井、海洋工程等学科。一旦具备了水下采油树的设计、制造、安装和测试能力，就可以设计制造其他水下产品，突破国外技术封锁，自主开发深水油气田。第二章：立管系统立管主要功能 ?生产立管:将流体从地底油藏传输到海面浮式设施 ?注入立管:回注气体或液体到地底油藏 ?外输立管:将处理过的油气传输到陆上或穿梭油轮 ?钻井立管:钻井工具通道

立管类型从本身的特点可分为钢悬链线立管（SCR）、顶部张紧立管（TTR）、柔性立管（FR）、混合立管（HR）深水立管的主要挑战： ?立管系统的费用对水深非常敏感； ?立管系统的安装费用对水深也非常敏感； ?安装时需要具有足够能力的特殊安装船舶； ?对于焊接和检验质量的要求高； ?在立管设计中的主要考虑因素为重量和疲劳寿命。立管的组装 ?柔性立管和脐带缆通过陆上组装而成； ?SCR通过立管安装船舶焊接作业线组装而成； ?TTR通过连接法兰或连接接头组装而成。 SCR容易发生破坏的部位顶部柔性接头和底部触地点 TTR顶部张紧系统形式浮筒式和张紧器式 FR优点 ?无VIV ?连接和解脱方便 ?疲劳寿命长 ?管线在海底覆盖面积小 ?可重复利用 ?抗腐蚀性能好 FR类型 UN-BONDED PIPE 和BONDED PIPE 混合立管特性 ?经济有效 ?具有独立的浮筒 ?对浮式平台的负载小 ?紧凑构型–占地面积小 ?在有限的空间内能容纳多根立管 ?消除了单独垂直立管的相互影响 ?无管土相互作用影响立管设计考虑因素

水下油气生产系统控制模块组成及应用

水下油气生产系统控制模块组成及应用摘要本文以南海某气田工程项目为背景，介绍了水下采油树控制模块在油气田开发中的使用情况，简单分析了水下控制模块的工作原理、组成结构以及控制方式，为今后水下油气生产系统中电液复合控制系统的使用提供实践参考。关键词复合电液控制；水下生产系统；控制系统；水下控制模块前言南海某气田位于中国南海东部珠江口盆地，距香港东南约250公里，水深最深约350米。该气田依靠气田自身压力，通过水下采油树利用海底管道接到PY 中心平台，然后接到LW中心平台，与气田群生产的天然气混合后，外输至陆地终端。 1 水下生产控制系统目前海洋油气开发工程中，水下生产控制系统大致分为三类：全液压控制系统（直接液压、先导液压、顺序液压）；电液控制系统（直接电控液压系统、复合电液控制系统、光电复合液压控制系统）和全电式控制系统[1]。该气田控制系统采用了复合电液控制系统，将多个水下控制模块连接到同一根脐带缆的终端上，在平台或浮体上的控制室可以操作水下设备的阀门及获取工作状态。其特点是响应速度快、传输距离长、易实现集中控制。 2 水下控制模块系统水下控制模块是复合电液控制方式的重要组成部分，水下控制模块（SCM）用于采集水下设施的数据、井下数据，控制水下阀门的开启、闭合。主要完成内部压力传感器、节流阀位置指示器、下游压力/温度传感器、环空压力传感器、井下压力/温度传感器、上游压力/温度传感器、多相流量计、化学药剂注入计量阀、腐蚀监测器及砂传感器等的数据采集，并将信息发送至水面主控站，典型外部连接图见图1。 2.1 水下电子模块（SEM）系统水下电子模块（SEM）是水下采油树控制模块的核心部件，采用冗余设计。主要功能是接收水面主控站的控制信号，完成电磁阀的换向，从而引导液压液的流向来驱动阀门执行器；另外，采集水下采油设备上的传感器数据，经过处理后传送到水面主控站，实现水下油气生产的检测作用，保证水下生产的顺利进行。水下电子模块采用模块化设计，包括阀门控制板、通信接口板（包括内部总线通讯及外部通讯卡）、电源板、I/O板（数据采集板）和主控板等。主控站可以对SEM程序进行重新配置，具备大容量的内存，可临时存储相关数据，典型水

水下控制系统

Subsea Control Systems

Subsea Controls – Safety Functionality, Daily Operation, System Housekeeping and Production Optimization MCS SPCU Subsea Control Systems Reliable operation, combined with accurate control and monitoring of subsea installations, is essential to ensure the highest production availability while providing safe and environmentally friendly field operations. FMC’s Subsea Control Systems are designed to meet the harshest subsea challenges and to provide flexibility, expandability and upgradeability throughout the life of the field. FMC Subsea Control Systems are adaptable and configurable to operate the simplest on/off controls up to highly sophisticated controls required for operating subsea process and emerging Gas Compression Units. FMC’s control systems are modular with various configurations which have been proven indispensable to life of field upgrades that are required as field conditions change. FMC’s focus on product standardization and extensive qualification programs ensures the highest individual components and system per-formance. This also helps optimize supply chain management and project delivery requirements.Data monitoring and high speed communication support remote production monitoring and optimization. Production Control System The production control system consists of topside controls, power equipment, Subsea Control Modules (SCM) and sensors as well as subsea electrical and hydraulic distribution equipment. The MCS and SPCU are a two of the key components that make up the topside control equipment. This equipment offers various hardware and software options to meet the customer’s immediate needs while providing for future expansion options as required. Standardized hardware and software Easy incorporation of control system expandability Modular designs Simplified maintenance Easy to configure Multiple configurations Backwards compatible Main features Configurable with field proven standard building blocks Compatible with environmental conditions from tropic to artic locations Backwards compatible with previous generations Open interfaces, e. g. Ethernet, IWIS and CanBus High speed electrical communication up to 56.6 kbps on powerline Fiberoptic communication up to 1 Gbps Electric and fiberoptic communication beyond 250 km without repeaters Compatible with telecom repeater systems for even longer distances Compatible with safety system requirements, e. g. IEC 61508 SIL levels 1–3 Configurable for HIPPS application Qualified HP/HT capabilities Suitable for various field layouts ranging from single satellite wells to large multi-well developments Topside Control System FMC’s Topside Control Systems incorporate design innovations to adjust to the changing demands of today’s subsea environment. Topside Control System components provided by FMC include:Master Control Station (MCS) Subsea Power and Communication Unit (SPCU) Hydraulic Power Unit (HPU) Topside Termination Umbilical Assembly (TUTA)

GB-T-21412.4-《水下井口装置和采油树设备》目录(等同于ISO-13628.4-1999)

GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分: ---第1部分:总要求和建议; ---第2部分:水下和海上用软管系统; ---第3部分:过出油管(TFL)系统; ---第4部分:水下井口装置和采油树设备; ---第5部分:水下控制管缆; ---第6部分:水下生产控制系统; ---第7部分:修井和(或)完井立管系统; ---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口; ---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。本部分为GB/T21412的第4部分,对应于ISO136284:1999《石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。本部分等同翻译ISO136284:1999,为了便于使用,本部分做了下列编辑性修改: ---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分; ---用小数点.代替作为小数点的逗号,; ---将ISO136284:1999中的ISO10423和ISO10423:1994统一为ISO10423:1994; ---在第2章引用文件中,用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称; ---对表面粗糙度值进行了转换; ---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值;表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值; ---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值; ---删除了ISO136284:1999的前言和引言; ---增加了本部分的前言。本部分的附录E、附录G 和附录H 为规范性附录,附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。本部分负责起草单位:宝鸡石油机械有限责任公司。本部分参加起草单位:中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。本部分主要起草人:杨玉刚、范亚民、李清平、张斌。目录前言Ⅴ 1 范围1 2 规范性引用文件3 3 术语、定义、符号和缩略语3 3.1 术语和定义3 3.2 符号和缩略语8 4 使用条件和产品规范级别9 4.1 使用条件9 4.2 产品规范级别PSL 9 5 系统一般要求10

水下油气生产系统控制模块组成及应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1415475204.html, 水下油气生产系统控制模块组成及应用作者：李文祥王琨郭骏来源：《科学与信息化》2017年第05期摘要本文以南海某气田工程项目为背景，介绍了水下采油树控制模块在油气田开发中的使用情况，简单分析了水下控制模块的工作原理、组成结构以及控制方式，为今后水下油气生产系统中电液复合控制系统的使用提供实践参考。关键词复合电液控制；水下生产系统；控制系统；水下控制模块前言南海某气田位于中国南海东部珠江口盆地，距香港东南约250公里，水深最深约350米。该气田依靠气田自身压力，通过水下采油树利用海底管道接到PY中心平台，然后接到LW中心平台，与气田群生产的天然气混合后，外输至陆地终端。 1 水下生产控制系统目前海洋油气开发工程中，水下生产控制系统大致分为三类：全液压控制系统（直接液压、先导液压、顺序液压）；电液控制系统（直接电控液压系统、复合电液控制系统、光电复合液压控制系统）和全电式控制系统[1]。该气田控制系统采用了复合电液控制系统，将多个水下控制模块连接到同一根脐带缆的终端上，在平台或浮体上的控制室可以操作水下设备的阀门及获取工作状态。其特点是响应速度快、传输距离长、易实现集中控制。 2 水下控制模块系统水下控制模块是复合电液控制方式的重要组成部分，水下控制模块（SCM）用于采集水下设施的数据、井下数据，控制水下阀门的开启、闭合。主要完成内部压力传感器、节流阀位置指示器、下游压力/温度传感器、环空压力传感器、井下压力/温度传感器、上游压力/温度传感器、多相流量计、化学药剂注入计量阀、腐蚀监测器及砂传感器等的数据采集，并将信息发送至水面主控站，典型外部连接图见图1。 2.1 水下电子模块（SEM）系统水下电子模块（SEM）是水下采油树控制模块的核心部件，采用冗余设计。主要功能是接收水面主控站的控制信号，完成电磁阀的换向，从而引导液压液的流向来驱动阀门执行器；另外，采集水下采油设备上的传感器数据，经过处理后传送到水面主控站，实现水下油气生产的检测作用，保证水下生产的顺利进行。

浅海水下生产系统研究

189 目前，渤海受地面因素限制的探明储量因受军事、航道、生态红区等因素影响未得到开发。水下生产系统结合水面处理设施形成特有的油田开发方式，具有广阔的应用空间，其特有的油田开发方式可突破条件限制，使上述油田得以经济有效开发。多年来水下生产系统多用于南海深水油田，其关键设备及技术均依托国外公司，高昂的投资成本及维护费用使其无法在渤海油田推广。浅海开发以国内设备及技术为主导，吸收国外先进技术，结合渤海浅水环境条件优化水下生产系统，形成适合于渤海油田的水下开发模式，将成为解决渤海受限油田开发问题的重要手段之一。根据油气田的特点和作业者的开发策略，目前水下生产系统典型的应用形式如下：卫星井形式：单个卫星井直接回接到附近水下或水面依托设施；丛式井基盘/管汇形式：分散单个或多个卫星井分别回接到海底管汇；集中式基盘/管汇形式：多口井共用一个集中式基盘/管汇；管道串接式形式：各个井或井组管汇通过管道串联在一起；沉箱形式：将井口和井组管汇等水下设施放置在一个沉箱之中。由于目标油田有9口井集中布置，管道串接式形式不适用于目标油田的水下生产系统布置。卫星井形式：9口水下井口分别通过9根海管直接连接至依托的采油平台的生产管汇。本方案没有水下管汇，控制系统等可直接由水上平台进行，减少了投资。但由于目标油田处于军事区内，水上设施需要根据实际情况不定期进行临时撤离，撤离时需要与水下设施进行解脱，海管有8条，电缆1根，脐带缆1根，撤离时都需要解脱，解脱的工程量很大，水下施工难度也比较大。丛式井形式：在水下设置一个井口基盘，一个管汇基盘，井口和管汇之间通过跨接管连接，水下管汇通过海管、脐带缆和电缆与水上依托平台相连接。集中式形式：在水下设置一个集中基盘，井口和管汇布置在基盘内，再通过海管、脐带缆和电缆与水上依托平台相连接。沉箱形式：在水下设置一个沉箱，井口和水下管汇布置在沉箱内，再通过海管、脐带缆和电缆与水上依托平台相连接。沉箱内空间有限，无法利用ROV操作，只能依靠潜水员，水下设备的安装及后期的维护较为困难，费用较高。利用电潜泵开采，生产期间修井频率较高，操作困难，修井操作时需要将沉箱盖吊起放置在驳船上运走，修井结束后再运回安装。由于水上设施需要经常解脱，卫星井形式解脱工程量很大，水下施工难度比较高。综合对比，丛式井方案无论从设备费用、海底管道、立管以及海上施工工程量来说都比较经济，同时也比较适合于井位集中的油藏的开发。浅水水下控制系统：将水下的控制所有信号引到依托的采油平台上，水下生产系统的监控和管理由安装在依托的采油平台组块上控制系统完成。目标油田水下生产系统的监控和管理由安装在依托的采油组块上控制系统完成，控制系统主要包括水上和水下两部分，水上部分有：仪表气过滤装置、气控单元、液压单元、单井控制模块、脐带缆水上分线箱等；水下部分有：脐带缆水下分线箱、单井飞线、单井水下模块等。控制信号、控制用电、液压液采用脐带缆从依托的采油平台组块传输至水下，经脐带缆水下分线箱分配到各个井口的水下控制模块。根据水下井口的布置情况，脐带缆的容量考虑设置7口油井，1口注水井，1口预留井的规模。采油平台控制系统位于平台中控室内，通过脐带缆将控制和液压信号送至各水下控制模块，通过操纵电磁导向阀和监控水下仪表对目标油田水下井口进行监视、控制及关断。井上安全阀、井下安全阀采用液压控制，当发生故障时，能自动关断井上安全阀和井下安全阀。也可以在单井控制模块上有选择地对每口井的井上安全阀和井下安全阀进行手动操作和控制。水下控制模块有与依托的采油平台中控系统的通讯能力，能与采油平台控制系统通信传输各类控制信号和关断信号。考虑到渤海海域海底表层土质较为松软，不适宜采用重力式基础，因此管汇基盘结构采用桩基方案。井口基盘结构，考虑采用隔水套管与基盘结构连接，将隔水套管作为基盘结构的支撑基础。目标油田位于军事区内，水上依托的采油平台要在军事活动期间撤离，撤离时需要与水下生产系统解脱。在军事活动结束后再回来就位与水下生产系统连接。因此在设计时要考虑海管、脐带缆和海缆的解脱与回接。本项目采用水下解脱的形式，在设计时将立管和采油平台的桩腿固定在一起，在立管底端膨胀弯处设置连接法兰和海缆/脐带缆接口，在水下实现解脱和连接。解脱时海管在水下将连接法兰打开，将膨胀过渡管与海管和立管解脱，同时需防泄漏封堵。脐带缆和电缆设置了水下连接过渡设备，在水下连接过渡设备处将电缆和脐带缆拔出，然后在水上通过绞车收回平台。渤海浅海水下生产系统技术研究，将深水油气田开发的主要模式推广至渤海，解决渤海部分油田因位于受限区域而无法开发的问题，将为渤海油田保持长期稳产、高产做出重要贡献。浅海水下生产系统研究董庆国中海石油（中国）有限公司天津分公司天津 300459 摘要：结合渤海浅水环境条件优化水下生产系统，描述了适合于渤海油田的水下开发的方案。关键词：水下生产系统?浅海油气田开发

1水下生产系统

水下生产系统测试水下生产系统由一个或多个生产油气的水下井口，所依托的给定的处理设施（固定平台，浮式设施，水下设施），或岸上处理设施等各个子系统，或通过注水/气开发的水下井口等部分组成。相关测试主要是根据落物原理，保护结构设计/作业程序应保证水下设备不被落物，捕鱼工具以及其他相关偶发载荷损害。 1.1原油系统中的腐蚀性评价 1.1.1腐蚀评价至少廊包括以下内容： ——CO?：含量； ——H?S含量； ——氧气含量以及其他氧化剂的含量； ——操作压力和温度； ——酸碱度，PH值； ——卤化物浓度／水的化学特性： ——速度、流型。 1.1.2 如果系统中的某部分在水露点以下运行，可明确为湿气系统。 1.1.3 CO?腐蚀评估应以公认的腐蚀预测模型或者该油气田以前的作业经验基础。 1.1.4 进行管线防腐设计时，缓蚀剂效率应按８５％计算，并考虑乙二醇／甲醇注入对防腐效率的影响。 1.1.5除非有可用的相关的现场资料或者测试资料，否则缓蚀剂的实际效率应有缓蚀剂测试验证的记录。缓蚀剂性能评估要完全能反应出产品组分、腐蚀性和流型相关的预期工作

环境条件。 1.1.6 在含有冷凝水的油气管路系统中，通过应用维合了ｐＨ稳定剂的缓蚀剂，而不是单独使用缓蚀剂，可以降低腐蚀性。除非有相关的文献资料，否则缓蚀剂和ｐＨ稳定剂的共同作用效果应通过腐蚀测试进行确认和记录。 1.1.7 在开采周期内要评价“含硫”带来的风险，尤其是预计进行注水作业时。 1.1.8 应用在“含硫”场合（H?S）的碳钢、低合金钢和耐腐蚀合金应满足ＧＢ／Ｔ２０９７２．１２００７[1]中的要求。 1.1.9 如果根据上述条件的规定，其应用场合确定为“含硫”场合，那么干燥法或者缓蚀剂的使用也不能降低对使用抗硫材料的要求。 1.2注水系统中的腐蚀评估 1.2.1注水系统包括脱气后的海水，未经处理的海水，产出水，地层水及相关注入系统设备。 1.2.2在常规的脱气工艺中，进行脱气后注入海水的腐蚀分析时，应以适当 : 的最大作业温度和以下氧气当量水平为基础 1.2.3低腐蚀条件下使用的碳钢作为水下注水管线，其最小腐蚀内容容许值为3mm （0.118in）。如果腐蚀裕度大于3mm-4mm，设计宜考虑固体耐腐蚀合金或包覆管