CN110231779B - 一种水下全电采油树系统模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水下全电采油树系统模拟方法，具体使用了LMS Imagine.Lab AMESim软件对水下全电采油树系统进行仿真模拟，它包括以下步骤：设计水下全电采油树系统模型；在AMESim应用库中选择合适的阀门模型、信号源模型及管路模型；将实际需要的流体参数、阀门参数、信号源参数、管路参数及液力参数导入相应模型；通过改变信号源参数观察阀门开度对整体回路造成的影响，模拟水下全电采油树系统正常工况及阀门出现故障时的情况。本发明考虑到实际情况下进行水下全电采油树系统故障模拟实验非常困难，从而选择利用AMESim软件进行仿真模拟，更加直观的获取水下全电采油树系统运行情况，为工艺参数优化奠定基础，并对判断水下全电采油树系统故障类型具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟方法，具体涉及一种水下全电采油树系统模拟方法。
背景技术
本发明的模拟方法，可对水下全电采油树系统的工作情况进行模拟。通过构建水下全电采油树系统模型，模拟出采油树系统正常工作及出现故障时各部分压力、流量等参数的变化情况，实际使用时可根据仿真得到的结果判断水下全电采油树系统是否正常工作，并用来确定故障类型和故障位置。
目前常用的水下采油树故障检测方法是利用水下机器人对采油树各部位进行检查，并逐个阀门检查其工作情况。该做法能做到检查全面，但是耗费时间长且效率低。为了克服现场检查的缺点，开发了一种基于AMESim软件的水下采油树系统模拟方法，为了进一步提高模拟结果的准确性，该系统的控制方式选择全电控制。本发明的模拟方法大大减少了现场检测所需的时间，模拟不同型号的采油树时模型参数修改方便，通用性强，其模拟结果对实际使用时工况判断有指导作用。
发明内容
本发明解决的技术问题是，为水下全电采油树系统的故障检测提供一种模拟方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种水下全电采油树系统模拟方法，具体使用了LMS Imagine.Lab AMESim软件对水下全电采油树系统进行仿真模拟，它包括以下步骤：设计水下全电采油树系统模型；在AMESim应用库中选择合适的阀门模型、信号源模型及管路模型；将实际需要的流体参数、阀门参数、信号源参数、管路参数及液力参数导入相应模型；通过改变信号源参数观察阀门开度对整体回路造成的影响，模拟水下全电采油树系统正常工况及阀门出现故障时的情况。
优选地，所述水下全电采油树系统模型包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟流量控制阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀、模拟水下电液分配器、模拟液力源。
优选地，所述模拟水下电液分配器包括3组模拟液力源，每组所述模拟液力源分别连接1个模拟液控单向阀；所述模拟液力源包括模拟溢流阀、模拟恒速原动机、模拟单向液压泵、阶跃函数模型、模拟恒压源。
优选地，所述阀门包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀选择二位二通电磁阀；所述阀门还包括、模拟流量控制阀；所述信号源选择分段线性信号源；所述管路模型包括主回路模型、生产回路模型、环空回路模型、药剂注入回路模型。
优选地，所述流体参数为温度40℃，密度850kg/m3,体积模量1700MPa，绝对黏度0.051Pa·s；所述阀门参数包括井下安全阀、生产主阀、生产翼阀参数为阀门通径5-1/8in，所述阀门参数包括转换阀、环空主阀、环空翼阀、环空接入阀参数为阀门通径2-1/16in，所述阀门参数包括化学药剂注入阀1、化学药剂注入阀2、甲醇注入阀参数为阀门通径3/4in，所述阀门参数包括流量控制阀参数为最大开口直径25mm，所述阀门参数包括溢流阀参数为开启压力50MPa，阀门滞后0MPa，所述阀门参数包括液控单向阀参数为开启压力0.3MPa，阀门滞后0MPa；所述信号源参数选择控制阀门全开时输出信号为40，全闭时输出信号为0；所述管路参数包括主回路参数为直径18-3/4in，壁厚10mm，所述管路参数包括生产回路参数为直径5-1/8in，壁厚10mm，所述管路参数包括环空回路参数为直径2-1/16in，壁厚10mm，所述管路参数包括药剂注入回路参数为直径3/4in，壁厚10mm；所述液力参数包括恒速原动机转速1500rev/min,单向液压泵排量100cc/rev。
优选地，所述模拟单向液压泵入口连接所述模拟恒压源，由所述模拟恒速原动机控制转速，由所述阶跃函数模型控制开闭；所述模拟溢流阀入口与所述模拟单向液压泵出口相连，出口与所述模拟恒压源相连。
优选地，所述模拟井下安全阀入口与所述模拟液力源相连，出口连接所述主回路；所述主回路分别连接所述模拟生产主阀和所述模拟环空主阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟生产主阀通过所述生产回路依次连接所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀、所述模拟生产隔离阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟生产翼阀入口连接压力温度传感器；所述模拟流量控制阀控制所述生产回路中油气的流量；所述模拟生产隔离阀出口通过流量传感器连接所述恒压源；所述模拟环空主阀通过所述环空回路分别连接所述模拟环空翼阀、所述模拟环空接入阀、所述模拟转换阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟环空翼阀入口连接压力温度传感器，出口通过流量传感器连接所述模拟恒压源；所述模拟环空接入阀出口连接所述模拟恒压源；所述模拟转换阀出口通过所述生产回路与所述模拟生产主阀出口相连。
优选地，所述药剂注入回路包括化学药剂注入回路1、化学药剂注入回路2和甲醇注入回路。所述模拟化学药剂注入阀1出口连接所述模拟井下安全阀入口，所述模拟化学药剂注入阀1入口通过所述化学药剂注入回路1依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟化学药剂注入阀2出口连接所述生产隔离阀入口，所述模拟化学药剂注入阀2入口通过所述化学药剂注入回路2依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟甲醇注入阀出口连接所述模拟生产翼阀入口，所述模拟甲醇注入阀入口通过所述甲醇注入回路依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量。
优选地，所述水下全电采油树系统正常工作时，所述模拟环空主阀和所述模拟转换阀处于关闭状态，所述模拟井下安全阀、所述模拟生产主阀、所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀和所述模拟生产隔离阀处于开启状态，所述生产回路和所述药剂注入回路正常工作。所述分段线性信号源控制所述模拟生产阀门逐渐关闭，模拟所述模拟生产阀门发生堵塞，所述主回路不能正常工作，所述压力温度传感器检测到所述模拟生产翼阀入口处温度或压力上升，到达一定阈值后，反馈到控制系统打开所述模拟环空主阀和所述模拟环空翼阀。
优选地，所述压力温度传感器检测到所述模拟环空翼阀入口压力或温度超过设定值，反馈到控制系统打开所述模拟环空接入阀和所述模拟转换阀，使不能通过所述模拟生产主阀的油气返回所述生产回路。
相对于现有技术，本发明有如下技术效果：
本发明的模拟方法，能够更加直观的获取水下全电采油树系统运行情况，大大减少了使用时现场检测所需的时间。该模拟方法操作简单，模拟不同型号的采油树时模型参数修改方便，模拟所得的数据真实可靠，为水下全电采油树系统使用维护提供可靠的数据基础和理论支持。
附图说明
图1为本发明的水下全电采油树系统模型图。
图2为本发明的分段线性信号源输出信号图。
图3为本发明的阶跃函数模型输出信号图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一：
本发明提供了如附图1-3所示的一种水下全电采油树系统模拟方法，具体使用了LMS Imagine.Lab AMESim软件对水下全电采油树系统进行仿真模拟，它包括以下步骤：设计水下全电采油树系统模型；在AMESim应用库中选择合适的阀门模型、信号源模型及管路模型；将实际需要的流体参数、阀门参数、信号源参数、管路参数及液力参数导入相应模型；通过改变信号源参数观察阀门开度对整体回路造成的影响，模拟水下全电采油树系统正常工况及阀门出现故障时的情况。
优选地，所述水下全电采油树系统模型包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟流量控制阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀、模拟水下电液分配器、模拟液力源。
优选地，所述模拟水下电液分配器包括3组模拟液力源，每组所述模拟液力源分别连接1个模拟液控单向阀；所述模拟液力源包括模拟溢流阀、模拟恒速原动机、模拟单向液压泵、阶跃函数模型、模拟恒压源。
优选地，所述阀门包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀选择二位二通电磁阀；所述阀门还包括、模拟流量控制阀；所述信号源选择分段线性信号源；所述管路模型包括主回路模型、生产回路模型、环空回路模型、药剂注入回路模型。
优选地，所述流体参数为温度40℃，密度850kg/m3,体积模量1700MPa，绝对黏度0.051Pa·s；所述阀门参数包括井下安全阀、生产主阀、生产翼阀参数为阀门通径5-1/8in，所述阀门参数包括转换阀、环空主阀、环空翼阀、环空接入阀参数为阀门通径2-1/16in，所述阀门参数包括化学药剂注入阀1、化学药剂注入阀2、甲醇注入阀参数为阀门通径3/4in，所述阀门参数包括流量控制阀参数为最大开口直径25mm，所述阀门参数包括溢流阀参数为开启压力50MPa，阀门滞后0MPa，所述阀门参数包括液控单向阀参数为开启压力0.3MPa，阀门滞后0MPa；所述信号源参数选择控制阀门全开时输出信号为40，全闭时输出信号为0；所述管路参数包括主回路参数为直径18-3/4in，壁厚10mm，所述管路参数包括生产回路参数为直径5-1/8in，壁厚10mm，所述管路参数包括环空回路参数为直径2-1/16in，壁厚10mm，所述管路参数包括药剂注入回路参数为直径3/4in，壁厚10mm；所述液力参数包括恒速原动机转速1500rev/min,单向液压泵排量100cc/rev。
优选地，所述模拟单向液压泵入口连接所述模拟恒压源，由所述模拟恒速原动机控制转速，由所述阶跃函数模型控制开闭；所述模拟溢流阀入口与所述模拟单向液压泵出口相连，出口与所述模拟恒压源相连。
优选地，所述模拟井下安全阀入口与所述模拟液力源相连，出口连接所述主回路；所述主回路分别连接所述模拟生产主阀和所述模拟环空主阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟生产主阀通过所述生产回路依次连接所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀、所述模拟生产隔离阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟生产翼阀入口连接压力温度传感器；所述模拟流量控制阀控制所述生产回路中油气的流量；所述模拟生产隔离阀出口通过流量传感器连接所述恒压源；所述模拟环空主阀通过所述环空回路分别连接所述模拟环空翼阀、所述模拟环空接入阀、所述模拟转换阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟环空翼阀入口连接压力温度传感器，出口通过流量传感器连接所述模拟恒压源；所述模拟环空接入阀出口连接所述模拟恒压源；所述模拟转换阀出口通过所述生产回路与所述模拟生产主阀出口相连。
优选地，所述药剂注入回路包括化学药剂注入回路1、化学药剂注入回路2和甲醇注入回路。所述模拟化学药剂注入阀1出口连接所述模拟井下安全阀入口，所述模拟化学药剂注入阀1入口通过所述化学药剂注入回路1依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟化学药剂注入阀2出口连接所述生产隔离阀入口，所述模拟化学药剂注入阀2入口通过所述化学药剂注入回路2依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟甲醇注入阀出口连接所述模拟生产翼阀入口，所述模拟甲醇注入阀入口通过所述甲醇注入回路依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量。
优选地，所述水下全电采油树系统正常工作时，所述模拟环空主阀和所述模拟转换阀处于关闭状态，所述模拟井下安全阀、所述模拟生产主阀、所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀和所述模拟生产隔离阀处于开启状态，所述生产回路和所述药剂注入回路正常工作。所述分段线性信号源控制所述模拟生产阀门逐渐关闭，模拟所述模拟生产阀门发生堵塞，所述主回路不能正常工作，所述压力温度传感器检测到所述模拟生产翼阀入口处温度或压力上升，到达一定阈值后，反馈到控制系统打开所述模拟环空主阀和所述模拟环空翼阀。
优选地，所述压力温度传感器检测到所述模拟环空翼阀入口压力或温度超过设定值，反馈到控制系统打开所述模拟环空接入阀和所述模拟转换阀，使不能通过所述模拟生产主阀的油气返回所述生产回路。
相对于现有技术，本发明有如下技术效果：
本发明的模拟方法，能够更加直观的获取水下全电采油树系统运行情况，大大减少了使用时现场检测所需的时间。该模拟方法操作简单，模拟不同型号的采油树时模型参数修改方便，模拟所得的数据真实可靠，为水下全电采油树系统使用维护提供可靠的数据基础和理论支持。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：具体使用了LMSImagine.LabAMESim软件对水下全电采油树系统进行仿真模拟，它包括以下步骤：
设计水下全电采油树系统模型；
在AMESim应用库中选择合适的阀门模型、信号源模型及管路模型；
将实际需要的流体参数、阀门参数、信号源参数、管路参数及液力参数导入相应模型；
所述流体参数为温度40℃，密度850kg/m3 ，体积模量1700MPa，绝对黏度0.051Pa · s；
所述阀门参数包括模拟井下安全阀通径参数、模拟生产主阀通径参数、模拟生产翼阀通径参数，其尺寸均为5-1/8in，所述阀门参数还包括模拟转换阀通径参数、模拟环空主阀通径参数、模拟环空翼阀通径参数、模拟环空接入阀通径参数，其尺寸均为2-1/16in，所述阀门参数还包括模拟化学药剂注入阀1通径参数、模拟化学药剂注入阀2通径参数、模拟甲醇注入阀通径参数，其尺寸均为3/4in，所述阀门参数还包括模拟流量控制阀最大开口直径为25mm，所述阀门参数还包括模拟溢流阀开启压力参数为50MPa，阀门滞后参数为0MPa，所述阀门参数还包括模拟液控单向阀参数为开启压力参数为0.3MPa，阀门滞后参数为0MPa；
所述信号源参数包括选择控制阀门全开时输出信号为40，全闭时输出信号为0；
所述管路参数包括主回路直径参数为18-3/4in，壁厚参数为10mm，所述管路参数还包括生产回路直径参数为5-1/8in，壁厚参数为10mm，所述管路参数还包括环空回路直径参数为2-1/16in，壁厚参数为10mm，所述管路参数还包括药剂注入回路参数为直径参数为3/4in，壁厚参数为10mm；
所述液力参数包括模拟恒速原动机转速参数为1500rev/min，模拟单向液压泵排量参数为100cc/rev；
通过改变信号源参数观察阀门开度对整体回路造成的影响，模拟水下全电采油树系统正常工况及阀门出现故障时的情况。
2.如权利要求1所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述水下全电采油树系统模型包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟流量控制阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀、模拟水下电液分配器、模拟液力源。
3.如权利要求2所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述模拟水下电液分配器包括3组模拟液力源，每组所述模拟液力源分别连接1个模拟液控单向阀；所述模拟液力源包括模拟溢流阀、模拟恒速原动机、模拟单向液压泵、阶跃函数模型、模拟恒压源。
4.如权利要求3所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述模拟单向液压泵入口连接所述模拟恒压源，由所述模拟恒速原动机控制转速，由所述阶跃函数模型控制开闭；所述模拟溢流阀入口与所述模拟单向液压泵出口相连，出口与所述模拟恒压源相连。
5.如权利要求1所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述阀门包括模拟井下安全阀、模拟生产主阀、模拟生产翼阀、模拟生产隔离阀、模拟转换阀、模拟环空主阀、模拟环空翼阀、模拟环空接入阀、模拟化学药剂注入阀1、模拟化学药剂注入阀2、模拟甲醇注入阀、模拟流量控制阀；所述信号源选择分段线性信号源；所述管路模型包括主回路模型、生产回路模型、环空回路模型、药剂注入回路模型。
6.如权利要求5所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述模拟井下安全阀入口与所述模拟液力源相连，出口连接所述主回路；所述主回路分别连接所述模拟生产主阀和所述模拟环空主阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；
所述模拟生产主阀通过所述生产回路依次连接所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀、所述模拟生产隔离阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟生产翼阀入口连接压力温度传感器；所述模拟流量控制阀控制所述生产回路中油气的流量；所述模拟生产隔离阀出口通过流量传感器连接模拟恒压源；所述模拟环空主阀通过所述环空回路分别连接所述模拟环空翼阀、所述模拟环空接入阀、所述模拟转换阀，由所述分段线性信号源控制阀门开闭；所述模拟环空翼阀入口连接压力温度传感器，出口通过流量传感器连接模拟恒压源；所述模拟环空接入阀出口连接模拟恒压源；所述模拟转换阀出口通过所述生产回路与所述模拟生产主阀出口相连。
7.如权利要求6所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述药剂注入回路包括化学药剂注入回路1、化学药剂注入回路2和甲醇注入回路；
所述模拟化学药剂注入阀1出口连接所述模拟井下安全阀入口，所述模拟化学药剂注入阀1入口通过所述化学药剂注入回路1依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟化学药剂注入阀2出口连接所述生产隔离阀入口，所述模拟化学药剂注入阀2入口通过所述化学药剂注入回路2依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量；所述模拟甲醇注入阀出口连接所述模拟生产翼阀入口，所述模拟甲醇注入阀入口通过所述甲醇注入回路依次连接流量传感器、所述模拟流量控制阀和所述模拟水下电液分配器，由所述分段线性信号源控制阀门开闭，由流量传感器控制回路中液体流量。
8.如权利要求7所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述水下全电采油树系统正常工作时，所述模拟环空主阀和所述模拟转换阀处于关闭状态，所述模拟井下安全阀、所述模拟生产主阀、所述模拟生产翼阀、所述模拟流量控制阀和所述模拟生产隔离阀处于开启状态，所述生产回路和所述药剂注入回路正常工作；
所述分段线性信号源控制所述模拟生产阀门逐渐关闭，模拟所述模拟生产阀门发生堵塞，所述主回路不能正常工作，所述压力温度传感器检测到所述模拟生产翼阀入口处温度或压力上升，到达一定阈值后，反馈到控制系统打开所述模拟环空主阀和所述模拟环空翼阀。
9.如权利要求8所述的一种水下全电采油树系统模拟方法，其特征在于：
所述压力温度传感器检测到所述模拟环空翼阀入口压力或温度超过设定值，反馈到控制系统打开所述模拟环空接入阀和所述模拟转换阀，使不能通过所述模拟生产主阀的油气返回所述生产回路。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| CN110231779A (zh) | 2019-09-13 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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