[发明专利]水下生产设施液压控制系统物理仿真试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及试验系统，尤其涉及一种用于对水下生产设施液压控制统进行模拟试验的水下生产设施液压控制系统物理仿真试验系统。属于海洋石油工程领域。

背景技术

目前，水下生产设施主要采用液压控制方式来实现水下生产的远程操作。水下生产设施液压控制系统主要用于控制水下生产设施上采油树执行器的动作，进而控制采油树闸阀和井下安全阀的开关，完成原油输送、化学物质注射和安全生产切断等。

液压控制系统的主要组成部分有：液压动力站HPU(Hydraulic Power Unit)、脐带管缆(Umbilical)、水下分配模块SDU(Subsea Distribution Unit)、水下控制模块SCM(Subsea Control Model)及执行器(Actuator)，其中，执行器包括：典型的失效安全执行器和井下安全阀。液压动力站(HPU)是给液压系统提供动力的液压动力单元，它有一个高压油源和一个低压油源，分别接在脐带管中高、低压供油管上。液压油通过较长距离的供油管，经由水下液压分配单元(SDU)传送到水下控制模块(SCM)，水下控制模块(SCM)上设有控制执行器的液压阀组。由液压阀组引出的液压管线直接控制水下生产设施(如：水下采油树阀门或管汇)上的液压执行器，控制液压阀的开关，从而达到控制工艺流体通断的目的。其中，高压液压系统主要用于控制井下安全阀，低压系统主要用于控制泥面以上的设施。水下生产设施液压控制系统分为：开式与闭式两种类型，开式液压控制系统与闭式液压控制系统相比区别在于：取消了回油脐带管，系统回油直接排入海中。

在液压系统的设计过程中，需通过对实际系统的模拟来分析液压系统中主要元件对液压系统性能的影响，为关键元件的参数合理选取提供依据。

由于海洋油气开发具有投资高、风险大、产出高的特点，如直接将水下液压元件放置于海底进行试验，其风险太大，且随着开发水深的不断增加，深海的试验环境与水面上的试验环境存在明显差异，而不同的试验环境对水下液压元件的性能有着极大的影响，这给试验系统的搭建带来了极大的不便。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种水下生产设施液压控制系统物理仿真试验系统，其作为水下生产设施液压控制系统的试验平台，可以较为精确的完成对实际工程中，整个水下液压控制系统的模拟与研究。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种水下生产设施液压控制系统物理仿真试验系统，其特征在于：包括：液压动力站、高压舱、供油脐带管、水下分配模块、水下控制模块、执行器模块、回油脐带管、高压舱回油管，其中，液压动力站分别通过高压舱供油管与高压舱、供油脐带管连接，供油脐带管与水下分配模块入口连接，水下分配模块出口分别与水下控制模块、执行器模块连接，执行器模块与回油脐带管相连，回油脐带管与高压舱回油管连接，高压舱回油管与液压动力站相连，通过上述连接构成一液压控制系统物理仿真试验系统。

所述高压舱供油管与高压舱、供油脐带管之间通过穿舱液压管线接口相连；供油脐带管通过一串接深水蓄能器的油路与水下分配模块入口连接；回油脐带管通过穿舱液压管线接口与高压舱回油管连接。

所述水下控制模块包括：一组两位三通电液换向阀及控制执行器模块，其中，每个两位三通电液换向阀对应控制一个执行器模块。

所述执行器模块包括：闸阀与一液压缸或球阀与液压缸组合，液压缸中设有开启腔、关闭腔及弹簧腔，其中，液压缸开启腔与关闭腔之间设有一活塞，液压缸伸出杆与闸阀或球阀的阀杆相连；弹簧腔中安装有一复位弹簧，液压缸弹簧腔上联接一个压力补偿器。

所述液压缸关闭腔通过一依次串接开闭式系统转换阀和回油皮囊的油路与管道终端或回油脐带管相连。

所述串接开闭式系统转换阀为两位三通电磁换向阀。

所述水下控制模块中的两位三通电液换向阀的P口与水下分配模块出口相连，两位三通电液换向阀的T口与执行器模块中的液压缸关闭腔连接；两位三通电液换向阀的A口与液压缸开启腔连接，液压缸弹簧腔与压力补偿器连接，液压缸关闭腔与回油脐带管相连；两位三通电液换向阀的信号线集成之后，通过穿舱水密接插件与设在高压舱外的信号发生器相连。

所述高压舱为超高压容器，其中，舱盖上安装有穿舱液压管线接口与穿舱水密接插件，将控制流体和控制信号分别传入舱内液压系统中；水下蓄能器为超高压囊式不锈钢蓄能器。

所述水下分配模块为多油路集成块，包括：一条主油路和数个分支油路，主油路为入口，分支油路为出口。