王 鑫，左 信，馬恬然，葉天源，王 鋒，劉海軍

[1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院， 北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)海洋油氣研究中心， 北京 102249；3.重慶前衛(wèi)海洋石油工程設(shè)備有限公司， 重慶 401121；4.重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)，重慶 401121]

水下采油樹液壓系統(tǒng)高壓回油壓力分析

王 鑫1,2，左 信1,2，馬恬然1,2，葉天源3，王 鋒4，劉海軍3

[1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院， 北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)海洋油氣研究中心， 北京 102249；3.重慶前衛(wèi)海洋石油工程設(shè)備有限公司， 重慶 401121；4.重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)，重慶 401121]

水下液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是海洋油氣生產(chǎn)過程中的動(dòng)力部件，該機(jī)構(gòu)由水下液壓系統(tǒng)控制。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響水下閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開啟和關(guān)閉。針對(duì)水下液壓系統(tǒng)的組成及原理進(jìn)行分析，通過對(duì)水下控制模塊(SCM)內(nèi)部液壓原理的計(jì)算，得出水下液壓系統(tǒng)高壓回油過程中的壓力變化規(guī)律，建立了水深及單向閥的水下液壓系統(tǒng)回油管線壓力模型，并且采用SimulationX軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。通過分析和比較仿真結(jié)果，從理論上驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的正確性及仿真的可行性，為研究深水液壓控制系統(tǒng)提供了參考依據(jù)。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)；水下液壓系統(tǒng)；高壓回油；動(dòng)態(tài)仿真；SimulationX軟件

0 引 言

當(dāng)前，國(guó)外在深水開發(fā)方面進(jìn)展很快，已經(jīng)能鉆探水下3 000多米并開采水下2 600多米的海上油氣[1]。我國(guó)深水油氣資源儲(chǔ)量較大，但由于受國(guó)外深水開發(fā)的技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)在深水開發(fā)方面進(jìn)展緩慢，目前尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于水下油氣生產(chǎn)設(shè)施控制方面的文獻(xiàn)報(bào)道。隨著技術(shù)手段的提高，近年來我國(guó)油氣勘探活動(dòng)不斷增加，而且勘探活動(dòng)多數(shù)集中于深水區(qū)域[2-3]，并且該技術(shù)是與國(guó)外大公司合作開發(fā)完成的，沒有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也沒有掌握水下生產(chǎn)系統(tǒng)的核心技術(shù)[4]。所以加快國(guó)內(nèi)采油樹控制技術(shù)的研究刻不容緩。

隨著海洋石油工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和海上油田水深的增加，水下生產(chǎn)系統(tǒng)越來越受到世界各國(guó)的重視，并被納入世界各大石油公司重要發(fā)展戰(zhàn)略。同時(shí)，隨著水深的增加和開采難度的加大，水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了由全液壓控制到復(fù)合電液控制方式的轉(zhuǎn)變。

水下采油樹控制系統(tǒng)由電力傳輸、通信系統(tǒng)和液壓傳輸系統(tǒng)三部分組成，其中水下采油樹控制系統(tǒng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為低壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和高壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩類，因此水下采油樹液壓也分為高/低壓兩條供油管線，水下控制模塊(SCM)接受來自平臺(tái)上液壓動(dòng)力單元(HPU)的高/低壓控制液，經(jīng)電液換向閥控制其導(dǎo)通與關(guān)閉，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作[5]。

液壓系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)水下執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的安全性及穩(wěn)定性關(guān)系到水下生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在深水、長(zhǎng)距離深海油氣生產(chǎn)過程中，由于成本等原因，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程中產(chǎn)生的回油會(huì)直接排海，但水下油氣生產(chǎn)過程中對(duì)控制液的清潔度有很高要求，因此需要在控制液排海端設(shè)計(jì)單向閥以避免控制液及海水回流到液壓系統(tǒng)內(nèi)部。另外單向閥的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)回油管線的回油壓力造成一定影響，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段，應(yīng)結(jié)合液壓系統(tǒng)的控制水深、執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)等對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算與分析。

本文將對(duì)水下液壓系統(tǒng)的組成和原理進(jìn)行分析，結(jié)合控制水深、液壓元器件參數(shù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)等，對(duì)SCM液壓系統(tǒng)回油管線在回油過程中的最大壓力進(jìn)行計(jì)算，并運(yùn)用SimulationX軟件進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證。

1 水下生產(chǎn)液壓系統(tǒng)組成

復(fù)合電液控制系統(tǒng)由控制信號(hào)控制水下液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥門動(dòng)作，水下采油樹復(fù)合電液控制系統(tǒng)主要包括：(1)平臺(tái)控制裝置，有液壓泵、蓄能器、液壓調(diào)節(jié)器和監(jiān)控系統(tǒng)；(2)水下控制裝置，有電磁閥、蓄能器和電子模塊；(3)軟管束，信號(hào)電纜或光纖、液壓管線、電力供給電纜集中于一根臍帶纜中。

復(fù)合電液控制工作原理如下：平臺(tái)控制系統(tǒng)將操作命令經(jīng)過平臺(tái)上的處理機(jī)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)一對(duì)電纜線把電信號(hào)傳到安裝于水下采油樹上的水下控制模塊，由它進(jìn)行信號(hào)解碼，將電碼信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)電磁閥的控制信號(hào)而使電磁閥動(dòng)作，進(jìn)而控制水下采油樹的閥門。復(fù)合電液控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為反應(yīng)時(shí)間短具有遠(yuǎn)程測(cè)控功能和遠(yuǎn)程控制功能(目前國(guó)內(nèi)荔灣3-1氣田控制距離為75 km)，水下采油過程中的溫度、壓力等參數(shù)可以通過光纖或電力載波通信傳輸?shù)剿稀Ｆ淙秉c(diǎn)為水下控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝維護(hù)成本高。

水下采油樹的工藝流程依靠采油樹體上的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作控制。圖1為其液壓控制流程框圖。

圖1 液壓控制流程框圖Fig.1 Hydraulic control flow chart

1.1 液壓動(dòng)力單元

液壓動(dòng)力單元是一種設(shè)計(jì)用于供應(yīng)可生物降解的水基液壓油或礦物液壓油的裝置[6]。它為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。典型的HPU由一個(gè)供油箱、一個(gè)回油箱、一個(gè)用于各個(gè)壓力系統(tǒng)的泵以及一個(gè)用來注油和沖洗的循環(huán)泵組成。循環(huán)泵有一個(gè)高壓油源和一個(gè)低壓油源，分別連接臍帶纜中的高低壓供油管。兩個(gè)液壓控制系統(tǒng)壓力分別為用于采油樹閥門的低壓(LP)和用于地面控制井下安全閥(SCSSV)的高壓(HP)。HPU主要由泵和蓄能器組成，其中蓄能器由恒流泵控制，泵由儲(chǔ)液罐輸出流體來為蓄能器充壓。如果流體由調(diào)節(jié)器流入管線，那么流體來自蓄能器；如果流體從管線流回調(diào)節(jié)器，則它再返回至儲(chǔ)液罐[7]。HPU工作原理如圖2所示。

圖2 HPU工作原理Fig.2 HPU working principle

1.2 臍帶纜

臍帶纜是連接平臺(tái)或浮式生產(chǎn)系統(tǒng)與海底油井的控制管纜，如圖3所示。由電纜、光纜、軟管、管道組成，纜外部具有外護(hù)套和起保護(hù)作用的鎧裝[8]。纜芯內(nèi)所有空隙均填滿填充物，以提高各單元的穩(wěn)定性以及管單元抗內(nèi)壓和抗外壓的能力；纜芯、鎧裝和護(hù)套之間分別用包帶隔離，包帶具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、減少磨損和減少損傷等功能(見圖3)。臍帶纜的主要功能包括化學(xué)藥劑(如甲醇、乙醇)的注入、水壓的控制、信號(hào)的控制、電力的控制等[9]。由于臍帶纜的直徑較小，水深的增加對(duì)其鋪設(shè)安裝技術(shù)及裝備提出了更高的要求，尤其在深海條件下要求更加嚴(yán)格，而目前深水安裝技術(shù)是國(guó)內(nèi)外海洋工程界研究的熱點(diǎn)之一[8]。Dieumegard等[10]對(duì)深水臍帶纜的安裝技術(shù)進(jìn)行了探討，并對(duì)影響深水臍帶纜安裝的限制因素進(jìn)行了分析。Clausing等[11]介紹了深水臍帶纜的一種新的安裝方法，該方法可以很好地減少觸地點(diǎn)的影響。de Sousa等[12]通過建立三維有限元模型，研究了受安裝載荷作用的柔性管的局部力學(xué)特性。

圖3 臍帶纜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Umbilical cable structure diagram

臍帶纜的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的特性和使用是十分重要的，因此液壓軟管建模的準(zhǔn)確性也同樣重要[13]。在處理管線和軟管方面，考慮電分析可對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定幫助。如圖4所示，將歐姆定律應(yīng)用于液壓方面，管線壓力可以看作電壓(其中，Ps為供應(yīng)端，Pd為接收端)，液體流速(Q)可以看作電流，液壓供應(yīng)軟管可以看作無限電阻(R)、電容(C)和電感(L)[14]。液壓軟管的等效電路如圖5所示。

圖4 液壓軟管的電分析方式Fig.4 Electro-analysis of the hydraulic hose

圖5 液壓軟管的等效電路Fig.5 Equivalent circuit of the hydraulic hose

假設(shè)軟管中的流體是層流的，液阻(R)的計(jì)算公式為[15]

(1)

式中:μ為控制液的黏滯系數(shù)；l為軟管長(zhǎng)度；d為液壓管線管徑。

構(gòu)建全程網(wǎng)格化監(jiān)管、食品藥品可追溯、技術(shù)支撐、社會(huì)共治“四個(gè)體系”。昆明市局率先在全省構(gòu)建了市縣食品藥品稽查體系，以政府購(gòu)買服務(wù)方式，配備工作人員4600多名，形成市縣鄉(xiāng)三級(jí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)、市縣鄉(xiāng)村四級(jí)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。建立了生產(chǎn)管理、入市備案、進(jìn)銷記錄等制度，加強(qiáng)初始管控，構(gòu)建系統(tǒng)的溯源鏈條。此外，還建立了以市級(jí)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)為核心、縣級(jí)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)為支撐、鄉(xiāng)和市場(chǎng)快檢室為基礎(chǔ)的檢測(cè)體系。開展立體式宣傳，連續(xù)13年組織家庭小藥箱清理暨用藥安全宣傳月活動(dòng)。

液容(C)的計(jì)算公式為

(2)

式中:Beffect為軟管有效體積彈性模量。

液感(L)的計(jì)算公式為

(3)

式中:ρ為流體密度。

如果忽略液感，則由基爾霍夫定律和歐姆定律可以得出：

Ps=Pd+QR,

(4)

(5)

使用分段成微元的管線建模方法也有助于分析系統(tǒng)模型[13]。

1.3 水下控制模塊

水下控制模塊安裝在可回收的裝置或殼體內(nèi)，可以獨(dú)立回收和安裝，如圖6所示。水下控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本是標(biāo)準(zhǔn)化的。目前一個(gè)水下控制模塊的控制功能最少為7個(gè)，最多為64個(gè)。因而一個(gè)水下控制模塊可對(duì)一個(gè)或多個(gè)水下采油樹及設(shè)備進(jìn)行遙控，并對(duì)井筒、環(huán)空以及水下管匯進(jìn)行操作和監(jiān)控。根據(jù)需要，水下控制模塊可以安裝在采油樹或水下管匯等處。

水下控制模塊與上部電子控制系統(tǒng)之間通常采用主從通信，即以水面系統(tǒng)為主，水下控制為輔，兼容“發(fā)送/確認(rèn)”和“需求/響應(yīng)”功能。水下控制模塊具有對(duì)溫度、壓力、流量等實(shí)施監(jiān)控的功能。

1.4 采油樹上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

依據(jù)水下采油樹開關(guān)井及生產(chǎn)操作工藝，對(duì)水下采油樹控制系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，其中，水下采油樹控制模塊液壓油控制的閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖7所示。

圖6 水下采油樹控制模塊及基座Fig.6 Hydraulic control module and base of the subsea Christmas tree

圖7 水下采油樹結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure of the subsea Christmas tree

SCM接收來自平臺(tái)上主控站(MCS)的信號(hào)，控制圖7中的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)水上控制水下安全閥(SCSSV)、生產(chǎn)控制閥(PMV)、生產(chǎn)翼閥(PWV)、環(huán)空控制閥(AMV)、環(huán)空翼閥(AWV)、生產(chǎn)調(diào)節(jié)閥(PCV)以及化學(xué)試劑注入閥(CIV 1，CIV 2)、環(huán)空翼閥(AAV)、甲醇(乙二醇)注入閥(MIV)、水合物抑制劑閥(HIV)、轉(zhuǎn)換閥(XOV)等動(dòng)作，通過閥門的動(dòng)作控制油氣生產(chǎn)，油氣管路中流量和壓力的變化由SCM通過臍帶纜傳輸?shù)狡脚_(tái)主控站。

2 水下生產(chǎn)控制液壓系統(tǒng)分析

以南海某油田為例進(jìn)行分析，其水深為1 500 m。SCM內(nèi)液壓系統(tǒng)有供油管線和回油管線，回油管線經(jīng)過補(bǔ)償器及單向閥直接連通海水。

2.1 水下生產(chǎn)液壓系統(tǒng)原理圖

SCM液壓系統(tǒng)原理圖如圖8所示。其中，HC1/2與HC3/4為高壓供油管線。圖中T1出排?？趬毫镻sea，同時(shí)，補(bǔ)償器一端暴露，與海水直接接觸。本項(xiàng)目水深為1 500 m，將Psea定義為15 MPa，以此平衡海水壓力；同時(shí)，在以往項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧腔一側(cè)有補(bǔ)償裝置，以補(bǔ)償壓力與海水的壓力平衡。

圖8 SCM液壓回路高壓工作原理Fig.8 High pressure working principle of SCM hydraulic circuits

2.2 水下生產(chǎn)液壓系統(tǒng)回油分析

綜合以上設(shè)計(jì)，回油路管線絕對(duì)壓力最終會(huì)穩(wěn)定在Psea+2.0 MPa，即17 MPa左右，同時(shí)，由于液壓系統(tǒng)的震蕩以及泄壓過程中使一部分液體流出的瞬間釋壓，因此會(huì)導(dǎo)致最終的絕對(duì)壓力略小于17 MPa。

SCM高壓回油支路排放支路需安裝補(bǔ)償器以平衡海水壓力；排放口壓力與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)元件參數(shù)(彈簧彈性系數(shù)、預(yù)緊力、關(guān)閉腔面積、閘桿行程等參數(shù))有關(guān)。

3 基于SimulationX的水下生產(chǎn)液壓系統(tǒng)仿真分析

3.1 SimulationX軟件介紹

SimulationX是一款在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)工程建模和仿真的軟件，包括機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、熱、電和磁等領(lǐng)域，可用于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)器人及控制系統(tǒng)優(yōu)化、發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛冷卻系統(tǒng)以及電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。根據(jù)不同行業(yè)的特點(diǎn)，用戶可利用SimulationX軟件的type designer工具自定義標(biāo)準(zhǔn)元件，對(duì)元件庫的標(biāo)準(zhǔn)元件進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)已有模型進(jìn)行封裝以及對(duì)所建模型加密。同時(shí)，自定義的內(nèi)容還具有良好的開放性、繼承性和保密性[16-17]。

3.2 仿真分析

如圖9所示，運(yùn)用SimulationX軟件建立仿真模型并分析。

針對(duì)仿真回路圖，各元件參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

HPU泵：高82.74 MPa，低68.95 MPa;蓄能器預(yù)充壓力：68.95 MPa;DCV閥：第5 s切換到狀態(tài)1；第200 s切換到狀態(tài)0;補(bǔ)償器壓力：15 MPa;單向閥：?jiǎn)蜗蜷y1壓力20～30 kPa，單向閥2壓力2.00 MPa;TANK：15 MPa(海水壓力);水深：1 500 m;控制距離：30 km;液壓管線管徑：12.7 mm。

針對(duì)兩種閘閥進(jìn)行仿真分析，兩種閘閥的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

圖9 高壓回路仿真Fig.9 Hydraulic circuits simulation

參數(shù)閥門1閥門2閥門狀態(tài)閘閥閘閥活塞直徑/mm220135.5行程長(zhǎng)度/mm167.288閥桿直徑/mm63.538活塞質(zhì)量/kg108.632.3初始狀態(tài)關(guān)閉關(guān)閉彈簧預(yù)緊力/kN92.215.5彈簧彈性系數(shù)/(N·m-1)326.4261.3過程壓力/MPa69690環(huán)境壓力/MPa1515

首先，針對(duì)閥門1的參數(shù)進(jìn)行分析，將參數(shù)代入模型，得到如圖10～13所示仿真結(jié)果。

圖10 閘桿位移與回油管線壓力曲線Fig.10 Curves of brake lever displacement and oil return pipeline pressure

圖11 回油時(shí)刻前后壓力變化Fig.11 Pressure changes before and after oil return time

圖12 回油管線最大壓力Fig.12 Maximum pressure of oil return pipeline

圖13 回油狀態(tài)平衡后壓力Fig.13 Pressure after oil return equilibrium

由圖10可以得到：我們所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)及參數(shù)能使閥門1正常開啟和關(guān)閉，開啟和關(guān)閉時(shí)間均可滿足水下生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝要求。圖11～12給出了在回油中液壓震蕩過程的壓力變化，最大值為21.58 MPa，圖13給出了回油壓力穩(wěn)定后回油管線的壓力值為16.30 MPa，與2.1和2.2節(jié)分析相符。

然后，對(duì)閥門2參數(shù)代入仿真系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析，得到如圖14和圖15所示結(jié)果曲線。

圖14 閘桿位移與回油管線壓力曲線Fig.14 Curves of brake lever displacement and oil return pipeline pressure

圖15 回油管線最大壓力及震蕩曲線Fig.15 Maximum pressure and oscillation curve of oil return pipeline

由圖14可以得到：我們所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)及參數(shù)能使閥門2正常開啟和關(guān)閉，開啟和關(guān)閉時(shí)間均可滿足水下生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝要求?；赜蛪毫Ψ€(wěn)定后回油管線的壓力值為16.33 MPa，與2.1和2.2節(jié)分析相符，圖15給出了在回油中液壓震蕩過程的壓力變化，最大值為18.98 MPa。

4 結(jié) 語

由以上兩種閥門的分析結(jié)果可以得出：不同的閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)回油端最大壓力并不相同。在仿真過程中，通過參數(shù)可以判斷，回油端最大壓力與閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧彈性系數(shù)、閘板面積、閘桿位移、閘桿動(dòng)作過程中摩擦力等有關(guān)；回油時(shí)刻的最終壓力與液壓原理設(shè)計(jì)有關(guān)，即單向閥壓力及外部環(huán)境(海水深度)壓力相關(guān)。經(jīng)過圖10～圖15的對(duì)比可以得出，水下液壓系統(tǒng)回油管線壓力變化與水深及回油管線的單向閥壓力有關(guān)。閥門參數(shù)對(duì)回油管線穩(wěn)定后壓力影響較小，對(duì)回油過程震蕩最大壓力的影響較大。

在實(shí)際選型中，結(jié)合采油樹及井底的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)水深(海水壓力)進(jìn)行分析綜合得出，DCV閥回油端能承受的最大壓力應(yīng)考慮計(jì)算的最大壓力再加上一定的裕量，以此對(duì)DCV閥選型提供依據(jù)。

本文首次對(duì)水下液壓系統(tǒng)的組成進(jìn)行介紹，對(duì)液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，采用SimulationX軟件對(duì)水下液壓系統(tǒng)在不同閥門參數(shù)下的回油壓力震蕩過程及穩(wěn)定壓力進(jìn)行仿真分析，得出回油管線壓力變化的規(guī)律，通過仿真分析，可以為液壓系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供一定參考，為水下采油樹液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供新的思路。

[1] 廖謨圣. 2000—2005年國(guó)外深水和超深水鉆井采油平臺(tái)簡(jiǎn)況與思考[J]. 中國(guó)海洋平臺(tái), 2006, 21(3): 1.

[2] 金春爽, 喬德武, 姜春艷.國(guó)內(nèi)外深水區(qū)油氣勘探新進(jìn)展[J]. 海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài), 2003, 19(10): 20.

[3] 陳家慶. 海洋油氣開發(fā)中的水下生產(chǎn)系統(tǒng) (一) [J]. 石油機(jī)械, 2007, 35(5): 54.

[4] 余國(guó)核, 周美珍, 程寒生. 水下執(zhí)行器液壓控制仿真[J]. 機(jī)床與液壓, 2010, 38(11): 116.

[5] 田紅平, 葉道輝, 吳文, 等. 水下采油樹液壓系統(tǒng): CN103511361A[P]. 2014.

[6] 《海洋石油深水工程手冊(cè)》編委會(huì). 海洋石油深水工程手冊(cè)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2011.

[7] 張憲陣，王曉敏，張凡，等. 水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓動(dòng)力單元液壓系統(tǒng)原理研究[J]. 液壓與氣動(dòng)，2014(10): 33.

[8] 王愛軍，楊和振. 海底地形對(duì)臍帶纜深水安裝影響分析[J]. 海洋技術(shù), 2010, 29(3): 59.

[9] Altamiranda E, Colina E. Intelligent subsea control[J]. Computing & Control Engineering, 2007, 18(4): 40.

[10] Dieumegard C, Fellows P. Installation of metallic tube umbilicals in 3，000 meters water[C]. OTC, 2003: 15368.

[11] Clausing K M, Williams V T, Kika N. Umbilical transport & installation challenges[C]. OTC, 2004: 16704.

[12] de Sousa J R M, Ellwanger G B, Lima E C P, et al. Local mechanical behavior of flexible pipes subjected to installation loads[C]. OMAE, 2001: PIPE-4102.

[13] SimulationX.Simulation of subsea control systems[M/OL].http:∥www.simulationX.com.

[14] McCarthy P S, Knight P H. The dynamic response of thermoplastic hoses[J]. Underwater Technology the International Journal of the Society for Underwater, 1995, 21(3):13.

[15] S. G. O’Mahony. The dynamic performance of subsea hydraulic control systems[C]. Subsea International’89, 1989: SUT-AUTOE-v20-131.

[16] 劉寶生．SimulationX 多學(xué)科建模和仿真工具[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化, 2009(9): 34.

[17] 王紅軍，陳佳鑫，鄒湘軍，等．SimulationX及硬件在環(huán)仿真在伺服壓力機(jī)設(shè)計(jì)和研究中的應(yīng)用[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012, 48(6): 51.

StudyontheHighPressureOilReturnofSubseaChristmasTreeHydraulicControlSystem

WANG Xin1,2, ZUO Xin1,2, MA Tian-ran1,2, YE Tian-yuan3, WANG Feng4， LIU Hai-jun3

[1.CollegeofGeophysicsandInformationEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;2.OffshoreOil&GasResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;3.ChongqingQianweiOffshorePetroleumEngineering&EquipmentCo.,Ltd.,Chongqing401121,China;4.ChongqingQianweiScience&TechnologyGroup,Chongqing401121,China]

Subsea hydraulic actuator is the power unit in the hydraulic oil and gas production, which is controlled by the subsea hydraulic system. The subsea actuators and valves are influenced by the subsea hydraulic system. We introduce the hydraulic system and the subsea control module (SCM) hydraulic systems, model the return pressure in the high pressure return line, and use the SimulationX software to perform dynamic simulation. Analysis and comparative study on the simulation results verify the control system, as well as the feasibility of the simulation. This research can provide reference for the investigation of deepwater hydraulic control systems.

subsea production system; subsea hydraulic system; high pressure oil return; dynamic simulation; SimulationX software

2016-09-19

國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)2013年海洋工程裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)之“水下采油樹研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”(發(fā)改辦高技﹝2013﹞1764號(hào))

王鑫(1988—)，男，博士研究生，主要從事海洋油氣生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的研究。

TP271+.31

A

2095-7297(2016)05-0297-08