淺談深水勘察船海底鉗及控制系統(tǒng)

徐煒華　呂拴明

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞　721002）

淺談深水勘察船海底鉗及控制系統(tǒng)

徐煒華呂拴明

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002）

本文將重點介紹COSL 3000米深水勘察船項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)，以實現(xiàn)夾緊或松開鉆桿并滿足海底取樣要求、具有導向功能的海底鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)物）的核心部件，即：海底鉗及控制系統(tǒng)。寶雞石油機械有限責任公司負責承擔了深水勘察船鉆井及取樣提升系統(tǒng)的集成和配套。

深水勘察船 海底鉗控制系統(tǒng)

1　項目背景

COSL3000米深水勘察船項目是我國自主研發(fā)的第一艘3000米水深的石油資源勘查船，是國家重大海洋工程項目之一，也是國家深水重大科技攻關(guān)項目的綜合配套項目之一，其將作為深水半潛式鉆井平臺“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)計制造的專用液壓系統(tǒng)。計算機通過聲學遙控的方式，實現(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

主控室計算機發(fā)出指令，通過水面聲學換能器和水下聲學換能器，將指令信號傳送給水下控制系統(tǒng)；再由水下控制系統(tǒng)控制油泵電機組啟動，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)配備兩套油泵電機組，在1#泵組出現(xiàn)故障時，可自動切換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)控制計算機、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、電磁閥以及控制按鈕等組成。如圖1示。

a）工業(yè)控制計算機是甲板控制系統(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。

圖1　

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電機和電磁閥 這兩部分是控制液壓系統(tǒng)工作的，當水下控制系統(tǒng)接收到甲板單元的指令后，啟動電機和電磁閥實現(xiàn)海底鉗的開合。③聲納系統(tǒng) 主要負責與甲板單元的通訊，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)

軟件運行在甲板控制計算機上，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、應(yīng)急、通訊等各種報警信號，并對這些數(shù)據(jù)進行顯示、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，）是對海底鉗所用電池的充、放電實施自動化智能管理、同時對各電池組的總電壓以及每節(jié)單體電池的電壓進行監(jiān)測顯示，從而為海底鉗水下工作系統(tǒng)的正常運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、電池數(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)工作過程簡述

如圖1所示，由甲板計算機控制系統(tǒng)發(fā)出指令，通過水面聲學調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到水下聲學調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器接收到信號后，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)測數(shù)據(jù)，通過水下控制系統(tǒng)發(fā)送給水下聲學調(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)器將信號解調(diào)后傳輸給甲板計算機控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對水下系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控和各參數(shù)的實時顯示。

3　小結(jié)

以上對深水勘察船的海底鉗及控制系統(tǒng)從功能到配套，進行了簡單的介紹，相信該設(shè)備會在該項目上會有良好表現(xiàn)。我國深水海洋裝備，尤其是3000米水深以上的起步較晚，這對于國內(nèi)石油裝備制造企業(yè)來說，需要不斷學習和技術(shù)創(chuàng)新，我們要走的路還很長。

［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.

徐煒華（1978—），男，工程師，1998年畢業(yè)于西南科技大學機械制造及自動化專業(yè)，主要從事海洋裝備生產(chǎn)工作。