CN109916646A - 基于海洋环境的海洋石油装备测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海洋环境的海洋石油装备测试系统及方法，涉及海洋工程技术领域，系统包括半潜式生产平台，用于提供水下生产装置安装支持和安装过程测试；测试装置，用于提供水下生产装置动力源和净水压测试的动力源；管道装置，在半潜式生产平台与测试装置连接，在海底将水下生产装置和管汇装置连接成统一的整体；以及控制装置，用于控制钻井起重装置的下放或提升，控制测试装置所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，对管道装置实施控制，完成水下生产装置安装过程测试和水下生产装置性能测试。本发明基于真实海洋环境，能根据所要测试的装置不同，形成不同形式的测试系统，具有较强的适应性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种基于海洋环境的海洋石油装备测试系统及方法。
背景技术
海洋石油装备海试是海洋工程的重要环节之一，测试装备的耐压能力和海洋石油装备各个环节的安装操作，可提高装备的可靠性。
目前大多数海洋石油装备的测试基本是基于模拟环境或半实物的仿真测试，一般为测试系统提供环境气候模拟，对测试进行实时监测控制。并且以单个独立装备的测试为主，对于构成整个海洋石油装备系统的各个装备的统一、联合安装、测试较为缺乏。例如公开号为CN101346677A的专利中公开了一种用于测试海洋石油处理设备控制系统的半实物方法和系统，就仅仅是针对海洋石油处理设备控制系统提供一种检测和处理其不足、故障或者故障模式的系统，存在无法提供真实的海洋环境的不足，因而无法基于真实海洋环境获得海洋石油装备的真实使用参数测试和安装过程测试。
根据近年来海洋石油装备的应用要求，对海洋石油装备的海洋环境越来越受到重视，但是目前的测试环境和测试方法很难满足海洋石油装备的最新要求，因此急需针对海洋石油装备的海洋环境试验场，针对装备安装过程进行模拟，并且测试装备性能。
发明内容
因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的海洋石油装备测试系统无法基于真实海洋环境进行各个设备联合测试，进一步的无法对安装过程进行模拟测试。
为此，本发明实施例的一种基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，包括：
半潜式生产平台，架设于近海海域，包括钻井起重装置，用于提供水下生产装置安装支持，以及钻井起重装置在控制装置的控制下进行下放或提升动作以实现水下生产装置安装过程测试；
测试装置，装载在半潜式生产平台上，用于提供水下生产装置动力源和净水压测试的动力源；
管道装置，在半潜式生产平台与测试装置连接，在海底将水下生产装置和管汇装置连接成统一的整体；以及
控制装置，分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，用于控制钻井起重装置的下放或提升，控制测试装置所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，对管道装置实施控制，完成水下生产装置安装过程测试和水下生产装置性能测试。
优选地，所述测试装置包括液压动力源、岸上水箱和水箱，液压动力源提供液压动力，岸上水箱通过管道装置与水下生产装置连接，水箱通过管道装置与管汇装置连接，液压动力源、岸上水箱和水箱分别在控制装置的控制下调节所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试。
优选地，所述管道装置包括连接在岸上水箱与水下生产装置之间的第一阀和连接在水箱与管汇装置之间的第二阀，第一阀对应的第一控制器和第二阀对应的第二控制器分别在控制装置的控制下调节第一阀和第二阀的开合程度，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试。
优选地，所述水下生产装置包括顺次连接的水下井口装置、连接器装置和采油树装置，水下井口装置与第一阀连接，采油树装置通过跨接管与管汇装置连接，水下井口装置具有第一控制接口，连接器装置具有第二控制接口，采油树装置具有第三控制接口，第一控制接口、第二控制接口和第三控制接口分别与水下分配单元通过电液飞线连接，水下分配单元与控制装置连接，在控制装置的控制下水下分配单元分配电气信号以实现分别对水下井口装置、连接器装置和采油树装置的开合程度控制，以实现水下井口装置、连接器装置和采油树装置的安装过程测试和性能测试。
优选地，所述控制装置包括CPU模块、I/O电路模块、数据处理模块和接口模块，其中CPU模块用于实现控制和数据存储功能，I/O电路模块用于分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，提供数据输入输出通道，数据处理模块用于将从I/O电路模块接收到的数据进行解码、并行数据发送给接口模块，将从接口模块接收到的数据进行地址译码、编码、并行数据发送给I/O电路模块，接口模块用于连接CPU模块和数据处理模块。
本发明实施例的一种基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，包括以下步骤：
将需要测试的装置从上述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统中拆除，所述需要测试的装置包括水下生产装置和管汇装置；
将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试，所述待测试装置包括水下生产装置和管汇装置；
待测试装置安装完成后进行性能测试。
优选地，所述将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试的步骤包括：
将待测试装置安装到钻井起重装置上；
控制装置控制钻井起重装置进行下放动作带动待测试装置运动，控制装置记录待测试装置运动时间和轨迹；
当控制装置接收到待测试装置返回的已安装成功的信号时，停止记录，完成待测试装置的安装过程测试。
优选地，所述待测试装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：
水下井口装置、连接器装置和采油树装置中的一种或两种以上分别安装完成后进行性能测试；
管汇装置安装完成后进行性能测试。
优选地，所述采油树装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：
控制装置控制第一泵和第二泵启动工作，提供压力测试源；
控制装置通过控制第一控制器和第二控制器分别调节第一阀和第二阀的开合程度，使符合采油树装置的耐压、压力测试条件；
控制装置通过水下分配单元利用水下井口装置的第一控制接口、连接器装置的第二控制接口和采油树装置的第三控制接口实施对水下生产装置的调节控制，实时接收水下井口装置、连接器装置和采油树装置返回的参数信号并记录；
控制装置根据实时接收的采油树装置返回的参数信号进行分析，完成采油树装置的性能测试。
本发明实施例的技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，设置了半潜式生产平台、测试装置、管道装置、控制装置等。平台至于海底，可以用于海洋石油装备安装测试，测试安装的可靠性。使用测试装置、管道装置和控制装置可以进行水下生产装置的安装测试、压力测试、连接测试等，还可以完成各个设备的联合测试，为海洋石油装备提供了真实的海洋环境，测试系统可以测试不同的海洋石油装备，扩大了适用范围，进一步提高了测试系统的适用性。
2.本发明实施例提供的基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，实现了海洋石油装备安装测试，并可以完成水下生产装置各个设备的联合测试，为海洋石油装备提供了真实的海洋环境，扩大了适用范围，进一步提高了测试系统的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中基于海洋环境的海洋石油装备测试系统的一个具体示例的结构示意图；
图2为本发明实施例1中压力测试控制线路示意图；
图3为本发明实施例1中水下生产装置布局示意图。
附图标记：1-座底的半潜式生产平台，2-液压动力源，3-电缆，4-发电设备，5-液压管线，6-海平面，7-泥面，8-脐带缆，9-水下分配单元，10-电液飞线，11-控制装置，12-岸上水箱，13-水箱，14-第一泵，15-1-第一控制器，16-1-第一阀，15-2-第二控制器，16-2-第二阀，17-管汇装置，18-跨接管，19-采油树装置，20-连接器装置，21-水下井口装置，22-流量计，23-压力表，24-第二泵，25-管道装置，26-过滤器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，用于海洋石油装备的海洋环境测试，管线压力测试，比如说水下采油树、水下管汇的安装测试、设备耐压测试、生产回路的压力测试等，尤其适于国产化的水下生产系统设备。如图1和图2所示，该基于海洋环境的海洋石油装备测试系统包括：座底的半潜式生产平台1，液压动力源2，电缆3，发电设备4，液压管线5，海平面6，泥面7，脐带缆8，水下分配单元9，电液飞线10，控制装置11，岸上水箱12，水箱13，第一泵14，第一控制器15-1，第一阀16-1，第二控制器15-2，第二阀16-2，管汇装置17，跨接管18，采油树装置19，连接器装置20，水下井口装置21，流量计22，压力表23，第二泵24，管道装置25，过滤器26等。平台1固定在泥面7上，其他海洋石油装备也固定在泥面7上，在海上构建了一套海洋环境的测试系统。平台1架设于近海海域，坐落在海底，依靠自然条件形成海洋环境测试，包括钻井起重装置，用于提供水下生产装置安装支持，以及钻井起重装置在控制装置的控制下进行下放或提升动作以实现水下生产装置安装过程测试。测试装置装载在平台1上，用于提供水下生产装置动力源和净水压测试的动力源。测试装置设置水泵第一泵14，为海洋石油装备提供压力测试源。管道装置在平台与测试装置连接，在海底将水下生产装置和管汇装置连接成统一的整体。管汇装置17、跨接管18、采油树装置19、连接器装置20和水下井口装置21构建一套水下生产系统，测试某种设备可将现有设备替换掉，测试该设备的性能。控制装置分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，用于控制钻井起重装置的下放或提升，控制测试装置所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，对管道装置实施控制，完成水下生产装置安装过程测试和水下生产装置性能测试。
上述基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，设置了半潜式生产平台、测试装置、管道装置、控制装置等。平台至于海底，可以用于海洋石油装备安装测试，测试安装的可靠性。使用测试装置、管道装置和控制装置可以进行水下生产装置的安装测试、压力测试、连接测试等，还可以完成各个设备的联合测试，为海洋石油装备提供了真实的海洋环境，测试系统可以测试不同的海洋石油装备，扩大了适用范围，进一步提高了测试系统的适用性。
优选地，如图1和图2所示，测试装置包括液压动力源2、岸上水箱12和水箱13，液压动力源2提供液压动力，岸上水箱12通过管道装置与水下生产装置连接，水箱13通过管道装置与管汇装置连接，液压动力源2、岸上水箱12和水箱13分别在控制装置的控制下调节所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试。
优选地，如图2所示，管道装置形成大测试回路，形成测试介质回收利用，包括顺次连接在岸上水箱12与水下生产装置之间的第二泵24、压力表23、流量计22、第一阀16-1，和连接在水箱13与管汇装置之间的第二阀16-2，和顺次连接在岸上水箱12和水箱13之间的过滤器26、第二泵14，第一阀16-1对应的第一控制器15-1和第二阀16-2对应的第二控制器15-2分别在控制装置的控制下调节第一阀16-1和第二阀16-2的开合程度，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试等。
优选地，水下生产装置包括顺次连接的水下井口装置21、连接器装置20和采油树装置19，水下井口装置21与第一阀16-1连接，采油树装置19通过跨接管18与管汇装置17连接，水下井口装置21具有第一控制接口，连接器装置20具有第二控制接口，采油树装置19具有第三控制接口，第一控制接口、第二控制接口和第三控制接口分别与水下分配单元9通过电液飞线10连接，水下分配单元9与控制装置连接，在控制装置的控制下水下分配单元9分配电气信号以实现分别对水下井口装置21、连接器装置20和采油树装置19的开合程度控制，以实现水下井口装置21、连接器装置20和采油树装置19的安装过程测试和性能测试等。优选地，采油树装置包括温控装置，温控装置安装在最末一根油管的末端，温控装置通过第三控制接口与控制装置连接，对所采油温(或气温)进行控制，为不同采油树提供统一的开采温度环境，提高测试可靠性。
优选地，控制装置包括CPU模块、I/O电路模块、数据处理模块和接口模块，其中CPU模块用于实现控制和数据存储功能，I/O电路模块用于分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，提供数据输入输出通道，数据处理模块用于将从I/O电路模块接收到的数据进行解码、并行数据发送给接口模块，将从接口模块接收到的数据进行地址译码、编码、并行数据发送给I/O电路模块，接口模块用于连接CPU模块和数据处理模块。例如采油树装置的测试过程如下：
1、发送信号先由CPU模块发出，经过接口模块传送到数据处理模块，在数据处理模块中对信号进行地址译码、编码、并行数据发送等操作，之后发送给I/O电路模块，经第三控制接口传送给采油树装置。
2、采油树装置返回的信号通过与采油树装置相通讯的I/O电路模块传输到数据处理模块，在数据处理模块中对信号进行解码、并行数据发送等操作，再通过接口模块传送到CPU模块中处理。
实施例2
本实施例提供一种基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，应用于实施例1的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，包括以下步骤：
S1、将需要测试的装置从实施例1的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统中拆除，需要测试的装置包括水下生产装置和管汇装置；
S2、将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试，待测试装置包括水下生产装置和管汇装置；
S3、待测试装置安装完成后进行性能测试。
上述基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，实现了海洋石油装备安装测试，并可以完成水下生产装置各个设备的联合测试，为海洋石油装备提供了真实的海洋环境，扩大了适用范围，进一步提高了测试系统的适用性。
优选地，S2的将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试的步骤包括：
S2-1、将待测试装置安装到钻井起重装置上；
S2-2、控制装置控制钻井起重装置进行下放动作带动待测试装置运动，控制装置记录待测试装置运动时间和轨迹，判断运动时间是否等于预设时间，当运动时间等于预设时间时产生并输出用于检验安装是否成功的测试信号；
S2-3、当控制装置接收到待测试装置返回的已安装成功的信号时，停止记录，完成待测试装置的安装过程测试。还可以根据记录的运动轨迹进行校验，将其与预设轨迹进行匹配判断，当匹配判断结果为相似度大于95％时，则认为待测试装置已安装成功，从而实现校验已安装成功判断结果的准确性。
优选地，S3的待测试装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：
S3-1、水下井口装置、连接器装置和采油树装置中的一种或两种以上分别安装完成后进行性能测试；若为两种以上装置时则可进行装置联合测试。
S3-2、管汇装置安装完成后进行性能测试。
优选地，采油树装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：(水下井口装置、连接器装置、管汇装置以及联合测试步骤相类似)
S31、控制装置控制第一泵14和第二泵24启动工作，提供压力测试源；
S32、控制装置通过控制第一控制器15-1和第二控制器15-2分别调节第一阀16-1和第二阀16-2的开合程度，使符合采油树装置的耐压、压力测试条件；
S33、控制装置通过水下分配单元利用水下井口装置的第一控制接口、连接器装置的第二控制接口和采油树装置的第三控制接口实施对水下生产装置的调节控制，实时接收水下井口装置、连接器装置和采油树装置返回的参数信号并记录；
S34、控制装置根据实时接收的采油树装置返回的参数信号进行分析，完成采油树装置的性能测试。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，其特征在于，包括：
半潜式生产平台，架设于近海海域，包括钻井起重装置，用于提供水下生产装置安装支持，以及钻井起重装置在控制装置的控制下进行下放或提升动作以实现水下生产装置安装过程测试；
测试装置，装载在半潜式生产平台上，用于提供水下生产装置动力源和净水压测试的动力源；
管道装置，在半潜式生产平台与测试装置连接，在海底将水下生产装置和管汇装置连接成统一的整体；以及
控制装置，分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，用于控制钻井起重装置的下放或提升，控制测试装置所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，对管道装置实施控制，完成水下生产装置安装过程测试和水下生产装置性能测试。
2.根据权利要求1所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，其特征在于，所述测试装置包括液压动力源(2)、岸上水箱(12)和水箱(13)，液压动力源(2)提供液压动力，岸上水箱(12)通过管道装置与水下生产装置连接，水箱(13)通过管道装置与管汇装置连接，液压动力源(2)、岸上水箱(12)和水箱(13)分别在控制装置的控制下调节所提供的水下生产装置动力源和净水压测试的动力源的大小分配，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试。
3.根据权利要求1或2所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，其特征在于，所述管道装置包括连接在岸上水箱(12)与水下生产装置之间的第一阀(16-1)和连接在水箱(13)与管汇装置之间的第二阀(16-2)，第一阀(16-1)对应的第一控制器(15-1)和第二阀(16-2)对应的第二控制器(15-2)分别在控制装置的控制下调节第一阀(16-1)和第二阀(16-2)的开合程度，以实现水下生产装置和管汇装置的耐压、压力测试。
4.根据权利要求3所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，其特征在于，所述水下生产装置包括顺次连接的水下井口装置(21)、连接器装置(20)和采油树装置(19)，水下井口装置(21)与第一阀(16-1)连接，采油树装置(19)通过跨接管(18)与管汇装置(17)连接，水下井口装置(21)具有第一控制接口，连接器装置(20)具有第二控制接口，采油树装置(19)具有第三控制接口，第一控制接口、第二控制接口和第三控制接口分别与水下分配单元(9)通过电液飞线(10)连接，水下分配单元(9)与控制装置连接，在控制装置的控制下水下分配单元(9)分配电气信号以实现分别对水下井口装置(21)、连接器装置(20)和采油树装置(19)的开合程度控制，以实现水下井口装置(21)、连接器装置(20)和采油树装置(19)的安装过程测试和性能测试。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统，其特征在于，所述控制装置包括CPU模块、I/O电路模块、数据处理模块和接口模块，其中CPU模块用于实现控制和数据存储功能，I/O电路模块用于分别与钻井起重装置、测试装置、管道装置和水下生产装置连接，提供数据输入输出通道，数据处理模块用于将从I/O电路模块接收到的数据进行解码、并行数据发送给接口模块，将从接口模块接收到的数据进行地址译码、编码、并行数据发送给I/O电路模块，接口模块用于连接CPU模块和数据处理模块。
6.一种基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
将需要测试的装置从如权利要求1-5任一项所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试系统中拆除，所述需要测试的装置包括水下生产装置和管汇装置；
将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试，所述待测试装置包括水下生产装置和管汇装置；
待测试装置安装完成后进行性能测试。
7.根据权利要求6所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，其特征在于，所述将待测试装置安装替换到所拆除的装置上，对安装过程进行测试的步骤包括：
将待测试装置安装到钻井起重装置上；
控制装置控制钻井起重装置进行下放动作带动待测试装置运动，控制装置记录待测试装置运动时间和轨迹；
当控制装置接收到待测试装置返回的已安装成功的信号时，停止记录，完成待测试装置的安装过程测试。
8.根据权利要求6或7所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，其特征在于，所述待测试装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：
水下井口装置、连接器装置和采油树装置中的一种或两种以上分别安装完成后进行性能测试；
管汇装置安装完成后进行性能测试。
9.根据权利要求8所述的基于海洋环境的海洋石油装备测试方法，其特征在于，所述采油树装置安装完成后进行性能测试的步骤包括：
控制装置控制第一泵(14)和第二泵(24)启动工作，提供压力测试源；
控制装置通过控制第一控制器(15-1)和第二控制器(15-2)分别调节第一阀(16-1)和第二阀(16-2)的开合程度，使符合采油树装置的耐压、压力测试条件；
控制装置通过水下分配单元利用水下井口装置的第一控制接口、连接器装置的第二控制接口和采油树装置的第三控制接口实施对水下生产装置的调节控制，实时接收水下井口装置、连接器装置和采油树装置返回的参数信号并记录；
控制装置根据实时接收的采油树装置返回的参数信号进行分析，完成采油树装置的性能测试。
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2019
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| 贺会群, 陈秉衡, 刘忠: "海洋油井测试系统及国产化研究的思考", 石油机械, no. 10, 30 October 1999 (1999-10-30) * |
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| Publication number | Publication date |
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