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水下控制模块的清洗技术

机电设备 2024年第1期41卷 76-79页

作者：王贺猛陈斌于昕海张汝彬邱全平刘梁重庆前卫科技集团有限公司重庆401121 海油石油工程股份有限公司天津300451

介绍了一种用于水下控制模块(SCM)的清洗设备,该设备由电机、液压泵、过滤器、阀门及管路等构成。通过改变清洗设备的输出流量使得流体在不同尺寸的元件内部形成紊流,从而达到清洗元件的目的。使用该设备可以保证SCM中的清洁度达到相应... 详细信息

介绍了一种用于水下控制模块(SCM)的清洗设备,该设备由电机、液压泵、过滤器、阀门及管路等构成。通过改变清洗设备的输出流量使得流体在不同尺寸的元件内部形成紊流,从而达到清洗元件的目的。使用该设备可以保证SCM中的清洁度达到相应的要求,从而提高SCM在使用过程中的可靠性。

关键词：水下控制模块清洗设备清洁度

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水下控制模块液压系统测试装置设计及管道振动特性分析

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水下控制模块液压系统测试装置设计及管道振动特性分析

作者：王海哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

我国有着丰富的海洋油气资源储量,且增长潜力巨大,为了满足我国经济发展对油气资源的需求,海洋油气资源的开采将是未来的发展路径。海洋油气资源的开采,离不开水下生产系统的发展,则需要研究其核心装置,即水下控制模块(Subsea Control M... 详细信息

我国有着丰富的海洋油气资源储量,且增长潜力巨大,为了满足我国经济发展对油气资源的需求,海洋油气资源的开采将是未来的发展路径。海洋油气资源的开采,离不开水下生产系统的发展,则需要研究其核心装置,即水下控制模块(Subsea Control Module,SCM)。为实现SCM的国产化的发展,同时还需要掌握其测试技术,本文依托于“水下油气生产系统集成测试研究”项目,设计1套SCM液压系统测试装置,并对SCM液压系统测试技术进行研究,对促进SCM国产化进程具有较强的现实意义。首先介绍了 SCM液压系统的工作原理,依据当前国际标准的SCM测试流程及内容,对SCM液压系统的测试方案进行设计;根据测试方案以及被测SCM液压系统的参数,对SCM液压系统测试装置的总体方案进行设计,其测试装置包含了测试液压源和SCM测试台。根据测试装置的总体设计方案,对测试液压源和SCM测试台进行详细设计,分别从液压系统、机械结构和控制系统三个方面进行设计,并对关键液压元件进行选型计算,使用ANSYS对关键机械结构件进行静力学分析。结合SCM液压系统测试方案和测试装置性能指标之间的关系,设计了测试装置的单机测试方案,以确保水下控制模块液压系统测试结果的准确性。针对流体脉动和水锤效应易使管道系统发生流固耦合振动而失效问题,研究了测试装置管道的振动特性,并提出了减振方法。对液压管道流固耦合振动的机理、规律和振动方程进行研究;使用ANSYS的单向流固耦合法研究液压流体及管道结构对液压管道固有频率的影响,使用双向流固耦合法研究液压管道在流致振动下的响应;为解决液压管道振动问题,提出了蓄能器吸收脉动法和增加卡箍法;为提高卡箍法减振效率,使用响应面法对传统卡箍法进行优化,计算出卡箍最佳的安装位置。测试液压源和SCM测试台研制完成后,根据其单机测试方案,完成其单机测试试验,验证测试装置自身性能符合设计要求。之后再根据SCM液压系统测试方案,使用该测试装置完成SCM液压系统的测试试验,验证SCM液压系统的功能及性能符合测试标准。

关键词：水下控制模块测试装置测试技术流致振动

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水下控制模块安装回收工具研制及试验研究

水下控制模块安装回收工具研制及试验研究

作者：杨晓帆哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下控制模块(SCM)是水下生产系统的控制核心,在首次随水下管汇安装至海底后,如在工作过程中发生故障,需要对其进行快速回收和更换安装,从而降低经济损失。由于水下控制模块安装精度要求非常高,水下环境十分复杂,所以需要专门的安装回... 详细信息

水下控制模块(SCM)是水下生产系统的控制核心,在首次随水下管汇安装至海底后,如在工作过程中发生故障,需要对其进行快速回收和更换安装,从而降低经济损失。由于水下控制模块安装精度要求非常高,水下环境十分复杂,所以需要专门的安装回收工具来完成SCM的回收和再安装工作。本文在深入研究SCM安装回收工具关键技术和SCM界面接口的基础上,进行方案设计,针对两种差异化的SCM研制了一套适用于水下1500m范围内的水下控制模块安装回收工具,并进行了相应的试验。本文介绍了水下控制模块和水下控制模块安装回收工具的国内外发展现状,对水下控制模块安装回收工具关键技术进行了研究。在明确设计参数和功能要求的基础上,针对两种具有明显差异的SCM(本文定义为一型SCM和二型SCM)提出了其安装回收工具的机—液系统设计方案。针对一型SCM界面接口,设计了凸轮锁紧机构驱动钢珠的锁紧方法,可以简单快捷地实现安装回收工具与SCM的锁紧连接;针对二型SCM界面接口,设计了升降机提升方法,有效解决了提升行程过大导致设备体积庞大的问题;在二型SCM安装回收工具设计中,提出了 SCM的两级浮动方法,在保证SCM径向浮动的同时有效解决了传统浮动结构引入过量偏角的问题。构建了一型SCM安装回收工具锁紧机构的动力学模型,对锁紧弹簧刚度参数进行优化设计,通过ADAMS软件对锁紧和解锁过程进行动力学仿真,验证锁紧机构设计的合理性;针对一型SCM安装回收工具与导向筒对接过程中的碰撞问题,利用ADAMS软件仿真分析出碰撞力,研究了导向筒锥面角度、对接速度对对接过程的影响;构建了二型SCM安装回收工具节流缓冲装置的动力学模型,对节流孔数量、大小和位置参数进行设计计算,利用AMEsim软件对的缓冲器缓冲特性进行了分析。研究了两种SCM安装回收工具在回收和安装SCM过程各对接定位机构之间的影响和作用关系,提出了 SCM安装回收工具的对接定位精度算法,对两种SCM安装回收工具对接定位机构对接定位精度进行分析建模,建立了对接定位机构的最大偏差数学模型,并对各对接定位机构的最大径向偏差、周向偏差和轴向倾斜进行详细的分析研究,保证SCM回收和安装过程安装回收工具、SCM和水下对接接口之间的顺利对接。对研制的一型SCM安装回收工具进行相应试验。根据一型SCM安装回收工具试验内容,搭建了一整套测试系统;对一型SCM安装回收工具机械系统进行了对接定位精度测试、锁紧单元功能测试和其他相应测试;对其液压系统进行了液压缸同步性、液压缸压力和液压系统泄露测试,确保一型SCM安装回收工具机—液系统满足使用要求;进行了一型SCM安装回收工具与水下管汇对接测试,确保一型SCM安装回收工具与水下对接界面接口适配。

关键词：水下控制模块安装回收技术动力学研究节流缓冲对接定位精度算法

水下控制模块电液系统故障分析与诊断及试验研究

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水下控制模块电液系统故障分析与诊断及试验研究

作者：邱其宏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下控制模块作(SCM)为水下油气生产系统的核心控制设备,承担水下设备信息采集与监测、控制指令执行的功能,对于水下能源安全生产至关重要。水下控制模块的故障会导致水下设备失控发生严重生产事故,造成环境破坏和人员财产的损失。水下... 详细信息

水下控制模块作(SCM)为水下油气生产系统的核心控制设备,承担水下设备信息采集与监测、控制指令执行的功能,对于水下能源安全生产至关重要。水下控制模块的故障会导致水下设备失控发生严重生产事故,造成环境破坏和人员财产的损失。水下控制模块长期工作于恶劣的深海环境,维护维修困难且成本昂贵。因此,实现水下控制模块的故障诊断和状态预测对提高油气生产的安全性和减小事故损失具有重要的意义。本文以电液复合式SCM的液压、电控子系统为研究对象,研究故障诊断与状态预测方法。针对SCM故障隐蔽性高的问题,通过分析SCM电液系统工作原理,提出相应的诊断方法。分别建立液压系统,电控系统的故障树模型;基于液压故障树,通过贝叶斯网络研究各元件故障模式对系统故障的重要性,得出最主要的元件故障模式;基于电控系统故障树,设计电控系统各故障的诊断流程;建立SCM传感器监测系统,分析得出各元件故障判断对应的关联参量。对液压系统量化分析各元件的工作特性,建立阀控回路的传递函数。通过在仿真软件中建立液压系统的元件故障仿真模型并分析各故障工况,包括液压接头故障,方向控制阀故障等对液压系统重要监测参数的影响,将仿真结果形成了 SCM液压系统专有的仿真数据集。根据仿真分析结果建立了一种关联阀门开关信号的动态阈值状态判断方法。针对SCM故障具有时变性的问题,提出一种以长短期记忆(LSTM)神经网络为SCM监测数据学习核心的故障诊断方法,包括离线的故障分类诊断和在线的状态预测两方面;对LSTM细胞单元的单步长处理过程进行了优化,加快了运算速度,使模型具备在线实时预测能力;以SCM液压仿真数据集为训练数据,研究不同的时序预测模型、不同的模型超参数、不同噪声下对SCM液压仿真数据的预测误差和故障分类准确率,得出适用于SCM故障诊断和状态预测的最优模型。通过试验分别验证了 SCM故障仿真的准确性和验证状态预测方法的适用性。本文使用SCM测试平台设计开关阀试验和液压接头故障模拟试验,分别验证了无故障仿真对照组和液压接头故障的仿真的准确性。为验证所提出的状态预测方法的适用性,本文选取SCM水下试运行的实际数据作为验证集,用经过SCM仿真数据集训练的预测模型进行多次预测试验,最终试验结果验证状态预测方法的适用性。

关键词：水下控制模块故障分析液压故障系统状态预测

基于决策树的水下控制模块液压系统故障诊断方法

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船舶工程 2022年第2期44卷 154-164页

作者：王莹莹陈宏举杨旭光孙钦乔婷婷张珂中国石油大学(北京)人工智能学院北京102249 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100027

以国内首套国产化水下控制模块液压系统为研究对象,针对水下控制模块液压系统故障诊断中故障点的隐蔽性、故障原因的复杂性和交织性、相关因素的随机性等难点,分析水下控制模块液压系统的工作原理,确定水下控制模块液压系统的失效故障类... 详细信息

以国内首套国产化水下控制模块液压系统为研究对象,针对水下控制模块液压系统故障诊断中故障点的隐蔽性、故障原因的复杂性和交织性、相关因素的随机性等难点,分析水下控制模块液压系统的工作原理,确定水下控制模块液压系统的失效故障类型,分别提出基于决策树的水下控制模块低压油路和高压油路故障诊断模型及高效求解算法,准确有效地实现了水下控制模块液压系统的故障诊断。结果表明,水下控制模块液压系统低压油路易发生油路泄漏和堵塞故障,高压油路易发生DCV阀打开失败故障。研究结果能够为我国锦州某气田水下控制模块液压系统的故障诊断提供一定的理论参考和技术指导,对于预防油气泄露等有着重要意义。

关键词：决策树水下控制模块液压系统失效形式故障诊断

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基于动态贝叶斯的水下控制模块液压系统故障诊断研究

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基于动态贝叶斯的水下控制模块液压系统故障诊断研究

作者：祝鸿山中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

液压系统是水下控制模块(SCM)中不可或缺的一环,主要用于控制液压输出与回流通路的开闭,以达到控制采油树、管汇等设备的开闭。一旦出现故障将会造成SCM系统瘫痪、停产等难以估计的后果,开展SCM液压系统故障诊断方法的研究对于保障其在... 详细信息

液压系统是水下控制模块(SCM)中不可或缺的一环,主要用于控制液压输出与回流通路的开闭,以达到控制采油树、管汇等设备的开闭。一旦出现故障将会造成SCM系统瘫痪、停产等难以估计的后果,开展SCM液压系统故障诊断方法的研究对于保障其在长期服役过程中的健康管理具有重要工程意义。本文针对渤海某气田首套国产化复合电液控制系统,结合液压控制系统的故障特征以及失效机理影响分析,构建了液压系统各阀门常见故障失效表;基于小波变换法对实地采集的测试传感器信号进行降噪等数据预处理过程,采用Matlab对此过程进行了仿真分析,并利用处理后的数据建立了SCM液压系统的贝叶斯网络(BN)故障诊断模型;通过极大似然算法确定了BN各个节点的概率参数,根据专家经验确定时间片之间的转移概率分布,把静态BN在时序建模方向上进行动态延展,建立了具有多时间片SCM液压系统的动态贝叶斯网络(DBN)故障诊断模型;最后通过DBN模型对SCM液压系统故障节点的后验概率进行计算,得出模型对故障实例的诊断结果,同时对液压系统高压油路及低压油路不同节点进行了参数敏感性分析,得到了不同故障案例中故障节点参数敏感度的排列顺序。能够为长期服役过程中水下控制模块的故障诊断研究提供一定的理论支持和工程参考。

关键词：水下控制模块液压系统小波变换动态贝叶斯网络故障诊断

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电液复合式水下控制模块结构设计与试验研究

电液复合式水下控制模块结构设计与试验研究

作者：李楠哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海洋油气资源丰富,逐渐得到越来越多国家的关注和重视,目前其开采的主流形式是电液复合式水下生产系统。水下控制模块(SCM)是水下生产系统的核心设备,负责控制和监测水下生产设备。但是SCM的核心技术长期被欧美等国家垄断,国内对SCM的... 详细信息

海洋油气资源丰富,逐渐得到越来越多国家的关注和重视,目前其开采的主流形式是电液复合式水下生产系统。水下控制模块(SCM)是水下生产系统的核心设备,负责控制和监测水下生产设备。但是SCM的核心技术长期被欧美等国家垄断,国内对SCM的研究仍处在初期阶段,水下生产系统的建设主要依赖进口,严重制约我国海洋油气开采设备的发展。因此SCM的国产化研究迫在眉睫,掌握SCM的核心技术,打破国外的技术封锁,对我国海洋资源开发设备的发展具有重要意义。本文根据渤海油气田环境和生产系统的功能需求,确定了电液复合式水下控制模块的总体方案,SCM防护机构、压力补偿机构、吊装和对接锁紧机构的基本形式,确定密封、防腐蚀、防海生物的方案以及SCM整体布置安装方式;根据液压系统功能要求,确定SCM液压系统的工作原理、元件组成和安装布置方案。根据确定的方案对SCM结构的具体结构进行详细设计与强度校核、仿真分析;分析计算液压管道内液压油的压力损失,并利用Fluent仿真并分析典型液压管道内油液的液流特性。分析O型密封圈材料的特性和静密封的失效形式,并对SCM静密封性进行仿真研究。对SCM与安装基座(SCMMB)的对接定位、锁紧解锁过程进行深入分析研究,计算SCM在不同工况下的整体受力状态;对锁紧机构的锁紧、工作、解锁过程进行受力分析,并仿真校核其强度;根据优化理论,分析锁紧块的参数对最大应力和质量的影响,对其结构尺寸进行优化以减小最大应力。结合理论计算和动力学仿真分析研究SCM锁紧机构在锁紧和解锁时所需要的驱动扭矩。分析SCM的对接定位精度,建立对中偏差、倾斜角度、对接偏差的数学模型,分析对接精度与各尺寸参数的关系。根据SCM功能要求和国际标准,设计测试方法,并根据测试内容和要求,搭建相应的试验平台,进行试验来验证SCM性能和功能的完整性。通过打压测试,验证SCM集成式阀板油路结构和功能完整性。通过机械系统测试,验证SCM耐压能力、密封性能,验证SCM在安装工具的辅助下与SCMMB对接定位、锁紧和解锁功能。通过液压系统测试,验证液压系统的性能和功能。通过SCM和电子模块(SEM)的高压舱测试,验证防护机构壳体的耐压、密封性能,以及SCM在模拟水压环境下的工作状态。通过SCM与采油树的联合测试,在实际操作环境下验证SCM对采油树的控制与监测。

关键词：水下控制模块结构设计静密封对接定位锁紧

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水下控制模块的故障树分析研究

石油工业技术监督 2022年第3期38卷 38-42页

作者：魏娟孙钦安维峥中海石油(中国)有限公司北京研究中心北京100028

水下控制模块是水下生产系统的重要组成部分,若出现故障对于财产、人员安全以及海洋环境都有重要影响。对水下控制模块进行可靠性分析,可有效预测或控制故障的发生,减少与设备故障相关的风险。以某渤海油气田生产项目水下控制模块为研... 详细信息

水下控制模块是水下生产系统的重要组成部分,若出现故障对于财产、人员安全以及海洋环境都有重要影响。对水下控制模块进行可靠性分析,可有效预测或控制故障的发生,减少与设备故障相关的风险。以某渤海油气田生产项目水下控制模块为研究对象,运用Simulation X建模仿真工具,以电磁换向阀输出端口功能异常作为顶事件,对高压液压回路进行故障树分析。通过定性分析,找出关键部件和主要故障模式,提出应重点关注并提高蓄能器和电磁换向阀的可靠性水平。通过定量分析,得到顶事件的发生概率为0.001 119 5。并提出设计改进措施,以提高产品的可靠性水平。研究方法和结论对水下控制系统的可靠性设计分析有一定的指导意义。

关键词：水下控制模块可靠性故障树顶事件故障概率

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国产水下控制模块测试方案研究及风险管理

中国造船 2019年第A1期60卷 237-243页

作者：朱莉娅孙钦洪毅郝富强张纪亚中海油研究总院有限责任公司北京100028 深圳市行健自动化股份有限公司深圳518057

水下控制模块是水下控制系统的核心部件,其国产样机及配套设备研制被列为国家科技重大专项课题重点研究任务之一。国产水下控制模块工程应用的成功很大程度上依赖于地面测试和风险管理。针对国产水下控制模块样机的测试方案进行了研究,... 详细信息

水下控制模块是水下控制系统的核心部件,其国产样机及配套设备研制被列为国家科技重大专项课题重点研究任务之一。国产水下控制模块工程应用的成功很大程度上依赖于地面测试和风险管理。针对国产水下控制模块样机的测试方案进行了研究,其中包括水下控制模块功能测试、水下控制模块性能测试以及水下电子模块测试;同时,针对国产水下控制模块工程应用的风险管理进行探讨。探索出一条水下产品从设计制造到实际工程应用的道路。

关键词：国产产品水下控制模块测试方案风险管理