淺談深水勘察船海底鉗及控制系統(tǒng)

徐煒華 呂拴明

【摘 要】本文將重點(diǎn)介紹COSL 3000米深水勘察船項(xiàng)目鉆井及取樣提升系統(tǒng)的一種關(guān)鍵設(shè)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(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)夾緊或松開鉆桿并滿足海底取樣要求、具有導(dǎo)向功能的海底鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)物）的核心部件，即：海底鉗及控制系統(tǒng)。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)承擔(dān)了深水勘察船鉆井及取樣提升系統(tǒng)的集成和配套。

【關(guān)鍵詞】深水勘察船 海底鉗 控制系統(tǒng)

1項(xiàng)目背景

COSL3000米深水勘察船項(xiàng)目是我國(guó)自主研發(fā)的第一艘3000米水深的石油資源勘查船，是國(guó)家重大海洋工程項(xiàng)目之一，也是國(guó)家深水重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的綜合配套項(xiàng)目之一，其將作為深水半潛式鉆井平臺(tái)“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(guān)鍵設(shè)備，海底鉗及其控制系統(tǒng)。

2海底鉗及控制系統(tǒng)

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

2.1 液壓系統(tǒng)

該液壓系統(tǒng)是為基盤海底鉗設(shè)計(jì)制造的專用液壓系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過聲學(xué)遙控的方式，實(shí)現(xiàn)“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(shù)參數(shù)及技術(shù)特征

（1）最大工作水深：3000米；（2）一次充電開合次數(shù)：≥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(jì)算機(jī)發(fā)出指令，通過水面聲學(xué)換能器和水下聲學(xué)換能器，將指令信號(hào)傳送給水下控制系統(tǒng)；再由水下控制系統(tǒng)控制油泵電機(jī)組啟動(dòng)，水下控制系統(tǒng)控制電磁換向閥工作。通過位移傳感器和壓力變送器測(cè)量的位移及壓力參數(shù)，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(cè)量的位移及壓力參數(shù)，判斷海底鉗是否夾緊。液壓系統(tǒng)配備兩套油泵電機(jī)組，在1#泵組出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)切換2#泵組，從而提高了液壓系統(tǒng)工作可靠性。若兩套泵組均出現(xiàn)故障，則可通過蓄能器使海底鉗打開。

2.2 控制系統(tǒng)

2.2.1 硬件組成

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

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

水下控制系統(tǒng)是水下控制單元的核心，通過水下聲納系統(tǒng)接收并執(zhí)行甲板控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令，主要與三部分連接：① 傳感器 水下控制系統(tǒng)通過采集這些傳感器的數(shù)據(jù)，得到海底鉗當(dāng)前的工作狀態(tài)，包括：海水深度，系統(tǒng)壓力，傾角，油缸位移，電池電壓等。② 電機(jī)和電磁閥 這兩部分是控制液壓系統(tǒng)工作的，當(dāng)水下控制系統(tǒng)接收到甲板單元的指令后，啟動(dòng)電機(jī)和電磁閥實(shí)現(xiàn)海底鉗的開合。③聲納系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)與甲板單元的通訊，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包，其分為水上部分和水下部分。

2.2.2 軟件系統(tǒng)

軟件運(yùn)行在甲板控制計(jì)算機(jī)上，通過甲板聲納與水下控制系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)以及電池、電機(jī)、應(yīng)急、通訊等各種報(bào)警信號(hào)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、保存、管理和回放。

2.3電池充電管理系統(tǒng)

2.3.1主要用途

海底鉗電池充電管理系統(tǒng)（Battery Management System，）是對(duì)海底鉗所用電池的充、放電實(shí)施自動(dòng)化智能管理、同時(shí)對(duì)各電池組的總電壓以及每節(jié)單體電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯示，從而為海底鉗水下工作系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供安全可靠的供電電源，是海底鉗及控制系統(tǒng)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(tǒng)主要由電池組單元、電池?cái)?shù)據(jù)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(gòu)成。

2.4系統(tǒng)工作過程簡(jiǎn)述

如圖1所示，由甲板計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，通過水面聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到水下聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器接收到信號(hào)后，經(jīng)過解調(diào)再將指令傳輸給水下控制系統(tǒng)，然后由水下控制系統(tǒng)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(cè)數(shù)據(jù)，通過水下控制系統(tǒng)發(fā)送給水下聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器，并由該調(diào)制解調(diào)器將各數(shù)據(jù)按規(guī)定格式調(diào)制后傳回到水面調(diào)制解調(diào)器。然后由水面調(diào)制解調(diào)器將信號(hào)解調(diào)后傳輸給甲板計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水下系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控和各參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。

3小結(jié)

以上對(duì)深水勘察船的海底鉗及控制系統(tǒng)從功能到配套，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，相信該設(shè)備會(huì)在該項(xiàng)目上會(huì)有良好表現(xiàn)。我國(guó)深水海洋裝備，尤其是3000米水深以上的起步較晚，這對(duì)于國(guó)內(nèi)石油裝備制造企業(yè)來(lái)說，需要不斷學(xué)習(xí)和技術(shù)創(chuàng)新，我們要走的路還很長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]深水勘察船海底鉗及控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)資料.

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

[3]維基、百度等網(wǎng)絡(luò)媒體有關(guān)海底鉗及控制系統(tǒng)相關(guān)資訊.