徐煒華 呂拴明

【摘 要】本文將重點介紹COSL 3000米深水勘察船項目鉆井及取樣提升系統的一種關鍵設備“海底基盤”（海底基盤，顧名思義就是安放在海床上，搭載配置海底鉗及控制系統，以實現夾緊或松開鉆桿并滿足海底取樣要求、具有導向功能的海底鋼質框架結構物）的核心部件，即：海底鉗及控制系統。寶雞石油機械有限責任公司負責承擔了深水勘察船鉆井及取樣提升系統的集成和配套。

【關鍵詞】深水勘察船 海底鉗 控制系統

1項目背景

COSL3000米深水勘察船項目是我國自主研發(fā)的第一艘3000米水深的石油資源勘查船，是國家重大海洋工程項目之一，也是國家深水重大科技攻關項目的綜合配套項目之一，其將作為深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”輔助船支。下面將著重從其工作原理和配套方面，介紹配套海底基盤的關鍵設備，海底鉗及其控制系統。

2海底鉗及控制系統

海底鉗及控制系統，主要由三大部分組成。①液壓系統；② 控制系統；③ 電池充電管理系統。

2.1 液壓系統

該液壓系統是為基盤海底鉗設計制造的專用液壓系統。計算機通過聲學遙控的方式，實現“海底鉗”開合即夾緊或松開鉆桿，以滿足海底取樣的要求。

2.1.1技術參數及技術特征

（1）最大工作水深：3000米；（2）一次充電開合次數：≥200次；（3）夾持力（鉆桿徑向）：≥100KN；（4）牙鉗摩擦力（鉆桿軸向）：≥50KN；（5）適用鉆桿直徑：5″、7″、8.25″。

2.1.2 液壓原理圖及工作原理

主控室計算機發(fā)出指令，通過水面聲學換能器和水下聲學換能器，將指令信號傳送給水下控制系統；再由水下控制系統控制油泵電機組啟動，水下控制系統控制電磁換向閥工作。通過位移傳感器和壓力變送器測量的位移及壓力參數，判斷海底鉗是否完全打開；通過位移傳感器和壓力變送器測量的位移及壓力參數，判斷海底鉗是否夾緊。液壓系統配備兩套油泵電機組，在1#泵組出現故障時，可自動切換2#泵組，從而提高了液壓系統工作可靠性。若兩套泵組均出現故障，則可通過蓄能器使海底鉗打開。

2.2 控制系統

2.2.1 硬件組成

由工業(yè)控制計算機、液晶觸摸顯示屏、聲納系統、水下控制系統、各種傳感器、通訊轉接盒、直流電源、直流電機、電磁閥以及控制按鈕等組成。如圖1示。

a） 工業(yè)控制計算機是甲板控制系統的核心，甲板控制軟件通過水上聲納系統發(fā)出各種指令，指揮海底鉗水下控制系統的工作。

水下控制系統是水下控制單元的核心，通過水下聲納系統接收并執(zhí)行甲板控制系統發(fā)來的控制指令，主要與三部分連接：① 傳感器 水下控制系統通過采集這些傳感器的數據，得到海底鉗當前的工作狀態(tài)，包括：海水深度，系統壓力，傾角，油缸位移，電池電壓等。② 電機和電磁閥 這兩部分是控制液壓系統工作的，當水下控制系統接收到甲板單元的指令后，啟動電機和電磁閥實現海底鉗的開合。③聲納系統 主要負責與甲板單元的通訊，接收和發(fā)送數據包，其分為水上部分和水下部分。

2.2.2 軟件系統

軟件運行在甲板控制計算機上，通過甲板聲納與水下控制系統通訊。主要用于控制海底鉗的開合狀態(tài)，采集海水深度、系統壓力、電池電壓、海底鉗水下姿態(tài)，油缸位移等各種傳感器參數以及電池、電機、應急、通訊等各種報警信號，并對這些數據進行顯示、保存、管理和回放。

2.3電池充電管理系統

2.3.1主要用途

海底鉗電池充電管理系統（Battery Management System，）是對海底鉗所用電池的充、放電實施自動化智能管理、同時對各電池組的總電壓以及每節(jié)單體電池的電壓進行監(jiān)測顯示，從而為海底鉗水下工作系統的正常運行提供安全可靠的供電電源，是海底鉗及控制系統不可缺少的重要組成部分。

2.3.2 組成及工作原理

海底鉗的BMS系統主要由電池組單元、電池數據采集單元、甲板管理控制單元、充電器單元以及專用連接電纜等構成。

2.4系統工作過程簡述

如圖1所示，由甲板計算機控制系統發(fā)出指令，通過水面聲學調制解調器發(fā)送到水下聲學調制解調器，該調制解調器接收到信號后，經過解調再將指令傳輸給水下控制系統，然后由水下控制系統控制液壓站工作，完成海底鉗夾緊或打開。

水下各傳感器的監(jiān)測數據，通過水下控制系統發(fā)送給水下聲學調制解調器，并由該調制解調器將各數據按規(guī)定格式調制后傳回到水面調制解調器。然后由水面調制解調器將信號解調后傳輸給甲板計算機控制系統，從而實現對水下系統工作狀態(tài)的監(jiān)控和各參數的實時顯示。

3小結

以上對深水勘察船的海底鉗及控制系統從功能到配套，進行了簡單的介紹，相信該設備會在該項目上會有良好表現。我國深水海洋裝備，尤其是3000米水深以上的起步較晚，這對于國內石油裝備制造企業(yè)來說，需要不斷學習和技術創(chuàng)新，我們要走的路還很長。

參考文獻

[1]深水勘察船海底鉗及控制系統相關技術資料.

[2]《Subsea well template for directional driliing》-Stephen J.Novsad.

[3]維基、百度等網絡媒體有關海底鉗及控制系統相關資訊.