一种水下采油树智能化控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水下采油树智能控制系统及其控制方法，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块(SCM)、水下采油树；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块，进而操作水下控制模块来完成控制，水面PLC控制系统的控制方法主要包括5部分：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输；生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。本发明专利技术通过增设水面PLC控制系，实现了水下采油树控制的自动化，其控制精度和反应速度都大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下采油树控制系统及其控制方法，属于海洋石油机械装备领域。
技术介绍
水下生产控制系统对生产过程中油气的安全平稳流动和提高开采起着至关重要的作用，随着海洋油气开采从浅海向深海发展，海洋油气开采的控制要求也随之提高，从目前的半自动控制全面转向数字化自动控制方向发展。水下生产控制系统主要采用液压控制系统，包括全液压系统、复合电液系统。目前深海最常用的控制系统为复合电液控制系统，它通过水面主控站与水下控制模块(SCM)进行通信，SCM接收主控站的命令对采油树上的各类阀门进行开关控制以及对生产油嘴进行开度控制，同时监测水下采油树上的传感器的信号，将信号传递给水面主控站，当出现故障时，其只能发出警报，不能自动控制，因此其具有单向控制，数字化程度低的缺点。针对上述问题，国内外有学者进行过相关研究，并取得一定成果，如哈尔滨工程大学的王俊民的《测试用水下采油树控制模块研制》、中国石油大学的朱高磊等人的《测试用水下采油树控制模块研制》，但上述学术成果依然未能全面的解决上述问题，尤其是在安全保障及自动化方面，还存在不足。
技术实现思路
针对现有水下采油树控制系统存在的问题，本专利技术提出了一种水下采油树智能控制方法，对水下控制模块进行了控制程序的设计开发，从而实现通过增设基于PLC的水面分析执行处理模块，以实现自动制动采油树各阀门开启和关闭；自动调节生产油嘴，以控制流量的大小；综合利用监测的水下采油树生产压力、生产温度、环空压力、油气泄露监测、采油树阀门位置、油嘴位置、油嘴压差、井下环境数据，自动识别油田开发运行的安全情况，并进行相应的调节。本专利技术提出以下技术方案：一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块(SCM)、水下采油树；所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的水面主控站包括水面控制站和水面PLC控制系统，水面PLC控制系统连接水面控制站，水面控制站连接水下控制模块，水下控制模块通过内部设置的执行器分别连接井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注 入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的流量、油嘴的状态和开度、主回路、环空回路、化学药剂注入回路的阀门、温度、压力的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据是否正常，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块(SCM)，由水下控制模块控制操作井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀。所述采油树智能化控制由水面PLC控制系统向水面控制站下达指令，进而操作水下控制模块来完成，水面PLC控制系统的控制方法主要包括5部分：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输；生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。正常生产流程步骤如下：检测生产和环空的压力、温度是否正常；打开主回路的调节阀，清蜡阀，甲醇注入阀，防腐剂注入阀，生产主阀；打开生产油嘴，启动清蜡剂注入装置，甲醇注入装置、防腐剂注入装置，并设定清蜡剂注入阀、甲醇注入阀及防腐剂注入阀的开度；在生产的过程中实时监测生产及环空的温度压力是否正常，当不正常并且故障不能排除或者生产停止时，按下停止按钮结束生产，并依次关闭各注入装置及各阀门。上修流程步骤如下：系统分析是否需要修井，按下修井按钮，停止生产，将生产主阀，生产翼阀，环空翼阀，转换阀关闭，将环空主阀和修井阀打开，使修井设备可以与采油树的环空连通，从而进行修井。作业流程步骤如下：作业流程包括清蜡、注水和注气三种作业流程；清蜡流程是将清蜡剂沿着化学剂注入管线到采油树上设置的电液复合贯穿装置，电液复合贯穿装置将采油树本体及采油树上的油管悬挂器贯通，清蜡剂通过采油树本体及悬挂器进入油管，从而进行清蜡操作；注水和注气流程是打开生产主阀及生产通道调节阀，关闭环空主阀、环空翼阀、修井阀及转换阀，启动注入泵沿着管线注入到油管中，再注入到地层之中。应急流程包括：对监测的数据进行实时监控，如遇到监测数值超过危险值，发生憋压、憋泵的情况，且调节失败，则关闭井下安全阀，切断生产流道；打开转换阀进行泄压，或打开环空主阀和环空翼阀进行泄压，在压力恢复到正常数值后停止泄压。数据处理化流程包括：数据处理是将监测的数据与数据进行智能对比分析，当监测数据不在正常范围内，由PLC控制系统发出调整指令，井下执行器进行调整，调整之后监测仪表进行数据监测与采集，采集的数据沿着脐带缆传递给地面PLC系统，再次与数据库进行对比，以此循环往复。仪表动态监测流程包括：仪表动态监测主要利用水下传感器及仪表进行温度、压力及各仪表数据监测与采集，阀门的状态及位置的监测，电流、电压的测量，利用执行器进行阀门开度的调节。流量控制流程包括：流量的控制，首先是对流量进行监测，根据生产情况进行流量的调节，调节之后对生产通道的压力进行监测，当压力升高易造成憋压现象，需进行泄压操作，接着需再次对流量进行监测；当压力正常则需对生产通道的压力进行持续的监测。信号传输流程包括：信号的传递是PLC控制系统发出电信号通过脐带缆传递给水下控制模块，水下控制模块将信号经电缆传递给水下各执行器，水下的执行器的执行情况及传感器的信号经电缆，SCM，脐带缆传递给水面PLC控制系统。本专利技术的优点在于：1、新增的水面PLC控制系统实现自动制动采油树各阀门开启和关闭，自动调节生产油嘴，以控制流量的大小；2、能够综合利用监测的水下采油树生产压力、生产温度、环空压力、油气泄露监测、采油树阀门位置、油嘴位置、油嘴压差、井下环境数据，自动识别油田开发运行的安全情况，并进行相应的调节；3、水面PLC控制系统能够保存录取的历史数据，并实时对所录取的数据进行分析，如果遇到生产警报，并立即分析原因，并发出信号指令，减少了人工作业强度；4、与原来的水面控制站形成双系统，提高了智能化的程度，同时提高了控制系统的安全性能；5、解决了复合电液控制单向控制的问题，水面PLC控制系统实时控制采油树的运行，其控制精度和反应速度都有更大提高。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术的控制关系图；图3是本专利技术的水面PLC控制系统的功能图；图4是本专利技术的正常生产系统的流程图；图5是本专利技术的上修流程图；图6是本专利技术的作业流程图；图7是本专利技术的应急流程图；图8是本专利技术的数据处理流程图；图9是本专利技术的仪表动态监测流程图；图10是本专利技术的流量控制流程图；图11是本专利技术的信号传输流程图。图中，1、水面PLC控制系统，2、水面控制站，3、水下控制模块，4、井下安全阀，5、生产主阀，6、生产翼阀，7、环空主阀，8、环空翼阀，9、修井阀，10、转换阀，11、甲醇注入阀，12、防腐剂注入阀，13、清蜡剂注入阀，14、生产通道调节阀。具体实施方式下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不构成对本专利技术的任何限制。在复合电液控制系统的基础之上，结合采油树结构设计提出了一种全新的设计思路的水下采油树智能化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块、水下采油树，其特征在于，所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；水面主控站包括水面控制站和水面PLC控制系统，水面PLC控制系统连接水面控制站，水面控制站连接水下控制模块，水下控制模块通过内部设置的执行器分别连接井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的流量、油嘴的状态和开度、主回路、环空回路、化学药剂注入回路的阀门、温度、压力的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据是否正常，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块(SCM)，由水下控制模块控制操作井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀。

【技术特征摘要】
1.一种水下采油树智能控制系统，包括水面主控站、脐带缆、水下控制模块、水下采油树，其特征在于，所述水下采油树上安装有井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀，并设有传感器装置；所述的主控制站包括水面控制站及水面PLC控制系统；水面主控站包括水面控制站和水面PLC控制系统，水面PLC控制系统连接水面控制站，水面控制站连接水下控制模块，水下控制模块通过内部设置的执行器分别连接井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀；通过安装在采油树上的传感器装置对水下采油树的流量、油嘴的状态和开度、主回路、环空回路、化学药剂注入回路的阀门、温度、压力的数据进行监测；水面PLC控制系统对监测的数据进行数据的录取、分析，实时监测各数据是否正常，然后发出相应的控制指令经脐带缆传递到水下控制模块(SCM)，由水下控制模块控制操作井下安全阀、生产主阀、生产翼阀、环空主阀、环空翼阀、修井阀、转换阀、甲醇注入阀、防腐剂注入阀、清蜡剂注入阀、生产通道调节阀。2.根据权利要求1所述的一种水下采油树智能控制系统，其特征在于，本发明还包括基于这种系统的控制方法，内容如下：所述采油树智能化控制由水面PLC控制系统向水面控制站下达指令，进而操作水下控制模块来完成，水面PLC控制系统的控制方法主要包括5部分：生产系统，数据处理，仪表动态监测、流量控制、信号传输；生产系统包括正常生产流程，上修流程，作业流程及应急流程。3.根据权利要求2所述的一种水下采油树智能控制方法，其特征在于，所述正常生产流程步骤如下：检测生产和环空的压力、温度是否正常；打开主回路的调节阀，清蜡阀，甲醇注入阀，防腐剂注入阀，生产主阀；打开生产油嘴，启动清蜡剂注入装置，甲醇注入装置、防腐剂注入装置，并设定清蜡剂注入阀、甲醇注入阀及防腐剂注入阀的开度；在生产的过程中实时监测生产及环空的温度压力是否正常，当不正常并且故障不能排除或者生产停止时，按下停止按钮结束生产，并依次关闭各注入装置及各阀门。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞明越，唐海，唐瑞雪，吕栋梁，陈霁云，尹昭云，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51