CN112039189A - 一种用于链式井口分布的水下电分配系统 - Google Patents

一种用于链式井口分布的水下电分配系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种本发明的用于链式井口分布的水下电分配系统，包括水上电力单元，水上电力单元依次连通有多级上下游水下电分配模块，水下电分配模块之间通过脐带缆电连通，每个水下电分配模块包括主控回路和备用回路，主控回路将通讯和电力信号分配和传递，当主控回路处于正常状态时，备用回路仅仅起到冷备回路的作用，当主控回路的某个位置发生故障时，断开发生故障的位置所连接的下游水下电分配模块中的备用回路和主控回路，并将下游水下电分配模块中的主控回路通过第一电飞线跳接和连通备用回路，实现故障处的备用回路连通下游水下电分配模块中的主控回路，从而能够保证在上游故障处进行维修时，下游的各级水下电分配模块不受影响，无需停产。

Description

一种用于链式井口分布的水下电分配系统
技术领域
本发明涉及海洋石油工程领域中的水下电分配系统，特别是一种用于链式井口分布的水下电分配系统。
背景技术
水下控制系统是保障深海生产设施安全、高效进行的关键系统之一。水下控制系统包括主控站（MCS）、水上液压动力站（HPU）、水上电力单元（EPU）、水下分配单元（SDU）、水下控制模块（SCM）、水下仪表等。水下分配单元（SDU）通常由电、液分配模块组成电分配系统，是水下控制系统关键设备，本发明涉及到的水下电分配系统对脐带缆中的电力、信号进行分配，从而输送到多个水下生产设施（采油树，管汇等）中。
由于水下控制系统电力和通讯的是整个水下控制系统的血液和神经，对系统及其设备的可靠性和可用性要求极高。
对于链式井口分布的大型油气田群，一般会包括2到3个密集井位分布区，这些区域通常会设置一个中心管汇，在各个管汇上集成水下控制系统电分配单元，各个管汇上的电分配模块成串行回路分布。所以中心平台或FPSO的电力和通讯线路要到达各个末端井口，需要经过2到3次的电分配，当上游电分配单元或脐带缆故障维修时，需要切断下游油气井的供电和通讯，这样会降低整个油田群的系统可用性，影响油气生产。
与此同时，水下控制系统维修时，需要工程船和ROV对故障点下游沿程回路的各处电接头进行插拔连接，实际过程中通常需要几十公里的区域进行作业，导致高额的海上船舶和ROV的作业费用。
因此，有必要设计一种能够实现仅仅在故障点处操作，即可实现回路跳接的安全、合理、高可用性的水下电分配系统，在上游分配单元维修时能够解决下游油气井供电和通讯回路的停产问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是需要提供一种用于链式井口分布的水下电分配系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于链式井口分布的水下电分配系统，包括水上电力单元，所述水上电力单元依次连通有多级上下游水下电分配模块，所述水下电分配模块之间通过脐带缆电连通，每个所述水下电分配模块包括主控回路电分配单元、脐带缆上游终端和脐带缆下游终端，所述主控回路电分配单元通过第一电飞线连接所述脐带缆上游终端和所述脐带缆下游终端构成主控回路，每个所述水下电分配模块还包括备用回路电分配单元；
当所述主控回路处于正常时，所述备用回路电分配单元通过第二电飞线连接所述脐带缆上游终端和所述脐带缆下游终端构成备用回路；
当所述主控回路上某个位置发生故障时，断开所述发生故障的位置所连接的下游所述水下电分配模块中的所述备用回路和所述主控回路，并将下游所述水下电分配模块中的所述主控回路通过所述第一电飞线跳接和连通所述备用回路。
进一步地，所述主控回路设置有至少两条，包括互为热备冗余配置的第一主控回路和第二主控回路。
进一步地，所述第一电飞线通过水下可插拔电接头接在所述主控回路中，所述第二电飞线通过水下可插拔电接头接在所述备用回路中。
进一步地，每个所述水下电分配模块还包括用于测试回路故障位置的回路电测试接头，所述回路电测试接头电连接所述水上电力单元。
进一步地，每个所述水下电分配模块还包括用于放置闲置的电飞线的电飞线停车位，当所述主控回路上某个位置发生故障时，所述电飞线停车位连接断开的所述备用回路电分配单元的所述第二电飞线。
进一步地，所述备用回路电分配单元上设有备用接头。
本发明的技术效果在于：1、本发明的用于链式井口分布的水下电分配系统，包括水上电力单元，水上电力单元依次连通有多级上下游水下电分配模块，水下电分配模块之间通过脐带缆电连通，每个水下电分配模块包括主控回路和备用回路，主控回路将通讯和电力信号分配和传递，当水下电分配系统正常工作，主控回路处于正常状态时，备用回路仅仅起到冷备回路的作用，当主控回路的某个位置发生故障时，启用备用回路，断开发生故障的位置所连接的下游水下电分配模块中的备用回路和主控回路，并将下游水下电分配模块中的主控回路通过第一电飞线跳接和连通备用回路，实现故障回路处的备用回路与下游的主控回路接通，从而能够保证上游线路发生故障时，下游的各级水下电分配模块不受影响，在上游故障处进行维修时，下游的主控线路依然正常工作，下游的油气井供电和通讯回路正常连通，无需停产，相比较于现有技术，本发明的设计还能够简化工程船及ROV的水下维修工作，仅仅在故障点一处维修，即可实现故障点整个下游主控回路的跳接，相比较传统的维修方式，本发明的设计大大减少了了工程船及ROV的工作量，从而节省了水下电分配模块维修的费用，提高了水下电分配模块的维修效率。
2、本发明的用于链式井口分布的水下电分配系统，主控回路设置有至少两条，包括互为热备冗余配置的第一主控回路和第二主控回路，能够满足水下电分配系统的通讯和供电线路冗余要求，当第一主控回路上发生故障时，不会即时影响到整个回路中的通讯和供电，第二主控回路能够承担分配和传递通讯和电力信号的作用，且当故障位置的备用回路接通下游的第一主控回路时，故障位置下游的两条主控回路均能够正常工作，保证了水下电分配系统的通讯和供电线路冗余要求，提高了水下电分配系统工作的安全性。
3、本发明的用于链式井口分布的水下电分配系统，每个水下电分配模块还包括用于测试回路故障位置的回路电测试接头，回路电测试接头电连接水上电力单元，当主控回路上某个位置发生故障时，电飞线的一端连接在回路电测试接头，电飞线的另一端接入故障线路中测试并确定具体的故障位置，节省维修时间，提高水下电分配系统的工作效率。
附图说明
图1是本发明的水下控制系统中的水下电分配单元中回路连接结构示意图；
图2是本发明的水下控制系统中第二级水下电分配模块中线路故障状态示意图；
图3是本发明的水下控制系统在线路故障后回路跳接状态示意图；
图4是本发明的水下控制系统中第二级水下电分配模块中主控回路电分配单元故障状态示意图；
图5是本发明的水下控制系统在主控回路电分配单元故障后回路跳接状态示意图。
图中主要标号说明：
100-水下电分配系统、1-水上电力单元、2-脐带缆、3-脐带缆下游终端、4-第一电飞线、5-水下可插拔电接头、6-主控回路电分配单元、7-备用回路电分配单元、8-脐带缆上游终端、9-电飞线停车位、10-第一级水下电分配模块、11-第二级水下电分配模块、12-第三级水下电分配模块、13-终端水下电分配模块、14-第二电飞线、15-回路电测试接头、M-主控回路、M1-第一主控回路、M2-第二主控回路、S-备用回路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
图1是本发明的水下控制系统中的水下电分配单元中回路连接结构示意图，参见图1，一种用于链式井口分布的水下电分配系统100，包括水上电力单元1，水上电力单元1依次连通有多级上下游水下电分配模块，水下电分配模块之间通过脐带缆2电连通，每个水下电分配模块包括主控回路电分配单元6、脐带缆上游终端8和脐带缆下游终端3，主控回路电分配单元6通过第一电飞线4连接脐带缆上游终端8和脐带缆下游终端3构成主控回路M，每个水下电分配模块还包括备用回路电分配单元7；
当主控回路M处于正常时，备用回路电分配单元7通过第二电飞线14连接脐带缆上游终端8和脐带缆下游终端3构成备用回路S；
当主控回路M上某个位置发生故障时，断开发生故障的位置所连接的下游水下电分配模块中的备用回路S和主控回路M，并将下游水下电分配模块中的主控回路M通过第一电飞线4跳接和连通备用回路S。
进一步地，主控回路M设置有至少两条，包括互为热备冗余配置的第一主控回路M1和第二主控回路M2，当第一主控回路M1或第二主控回路M2中的任一一条回路发生故障时，另外一条回路能够维持正常工作，保证了水下电分配系统的通讯和供电线路冗余，也提高了水下生产的安全性。
进一步地，第一电飞线4通过水下可插拔电接头5接在主控回路M中，第二电飞线14通过水下可插拔电接头5接在备用回路S中，采用水下可插拔电接头5能够在回路发生故障时，方便ROV在水下操作实现回路跳接。
进一步地，每个水下电分配模块还包括用于测试回路故障位置的回路电测试接头15，回路电测试接头15电连接水上电力单元1，当检测具体的故障发生位置时，操作ROV将回路电测试接头15与故障回路连接，不断测试故障回路上的各个位置，直至测试出故障的具体位置，因为回路电测试接头15与水上电力单元1电连接，能够实现在故障点距离水上电力单元1很远时，实现ROV在水下操作便捷查找故障位置。
进一步地，每个水下电分配模块还包括用于放置闲置的电飞线的电飞线停车位9，当主控回路M上某个位置发生故障时，电飞线停车位9连接断开的备用回路电分配单元7的第二电飞线14。
进一步地，备用回路电分配单元7上设有备用接头，将脐带缆2中的一路用于备用回路S的电接头分配成多路，设置备用接头的作用在于当任一回路出现故障时，均可以通过备用接头实现多路跳接，多路更加保证跳接回路的安全。
应该理解的是，实际的水下电分配系统中可能包含多级水下电分配模块，如图1所示，本发明的一个较佳实施例中以水下电分配系统中包含四级水下电分配模块为例，水上电力单元1通过脐带缆2依次连通有第一级水下电分配模块10、第二级水下电分配模块11、第三级水下电分配模块12和终端水下电分配模块13，主控回路M包括第一主控回路M1和第二主控回路M2。
图2是本发明的水下控制系统中第二级水下电分配模块中线路故障状态示意图，图3是本发明的水下控制系统在线路故障后回路跳接状态示意图，如图2和图3所示，当第二水下电分配模块11中的第二主控回路M2发生线路故障时，第二水下电分配模块11至终端水下电分配模块13之间的主控回路M仅有第一主控回路M1正常工作，需要对第二级水下电分配模块11中的第二主控回路M2进行检修，此时先将施工船行驶至第三级水下电分配模块12处，下放ROV进行水下操作，断开第三级水下电分配模块12中的备用回路S与脐带缆下游终端3之间的第二电飞线14，同时断开第三级水下电分配模块12中的第二主控回路M2与脐带缆下游终端3之间的第一电飞线4，并操作ROV将第一电飞线4跳接并连通备用回路S，将第二电飞线14的连接至第三级水下电分配模块12中的电飞线停车位9，相比较传统的检修方式能够大大减少施工船和ROV的工作量，节省维修费用。
图4是本发明的水下控制系统中第二级水下电分配模块中主控回路电分配单元故障状态示意图，图5是本发明的水下控制系统在主控回路电分配单元故障后回路跳接状态示意图，如图4和图5所示，当第二水下电分配模块11中的主控回路电分配单元6发生故障时，第二水下电分配模块11至终端水下电分配模块13之间的第一主控回路M1和第二主控回路M2均无法正常工作，需要回收第二级水下电分配模块11中的主控回路电分配单元6进行检修，此时先将施工船行驶至第三级水下电分配模块12处，下放ROV进行水下操作，断开第三级水下电分配模块12中的备用回路S与脐带缆下游终端3之间的第二电飞线14，同时断开第三级水下电分配模块12中的第一主控回路M1和第二主控回路M2，并操作ROV将第一主控回路M1或第二主控回路M2的第一电飞线4跳接并连通备用回路S，将第二电飞线14的接头连接至第三级水下电分配模块12中的电飞线停车位9，此时能够保持第三级水下电分配模块12和终端水下电分配模块13中有一路主控回路M能临时性正常工作，如图5所示，本实施例中，将第三级水下电分配模块12中的第二主控回路M2跳接接通备用回路S，此种状态能在第二级水下电分配模块11中的主控回路电分配单元6回收维修时，短暂性维持水下电分配系统100中第三级水下电分配模块12和终端水下电分配模块13工作，不至于停产，等到第二级水下电分配模块11中的主控回路电分配单元6检修完成后，将第二级水下电分配模块11中的主控回路电分配单元6接入主控回路M中，恢复第三级水下电分配模块12中的第一主控回路M1和第二主控回路M2以及备用回路S至正常工作状态时的连接，保证水下电分配系统100的工作效率。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种用于链式井口分布的水下电分配系统，包括水上电力单元，所述水上电力单元依次连通有多级上下游水下电分配模块，所述水下电分配模块之间通过脐带缆电连通，其特征在于：每个所述水下电分配模块包括主控回路电分配单元、脐带缆上游终端和脐带缆下游终端，所述主控回路电分配单元通过第一电飞线连接所述脐带缆上游终端和所述脐带缆下游终端构成主控回路，每个所述水下电分配模块还包括备用回路电分配单元；
当所述主控回路处于正常时，所述备用回路电分配单元通过第二电飞线连接所述脐带缆上游终端和所述脐带缆下游终端构成备用回路；
当所述主控回路上某个位置发生故障时，断开所述发生故障的位置所连接的下游所述水下电分配模块中的所述备用回路和所述主控回路，并将下游所述水下电分配模块中的所述主控回路通过所述第一电飞线跳接和连通所述备用回路。
2.根据权利要求1所述的用于链式井口分布的水下电分配系统，其特征在于：所述主控回路设置有至少两条，包括互为热备冗余配置的第一主控回路和第二主控回路。
3.根据权利要求1所述的用于链式井口分布的水下电分配系统，其特征在于：所述第一电飞线通过水下可插拔电接头接在所述主控回路中，所述第二电飞线通过水下可插拔电接头接在所述备用回路中。
4.根据权利要求1所述的用于链式井口分布的水下电分配系统，其特征在于：每个所述水下电分配模块还包括用于测试回路故障位置的回路电测试接头，所述回路电测试接头电连接所述水上电力单元。
5.根据权利要求1所述的用于链式井口分布的水下电分配系统，其特征在于：每个所述水下电分配模块还包括用于放置闲置的电飞线的电飞线停车位，当所述主控回路上某个位置发生故障时，所述电飞线停车位连接断开的所述备用回路电分配单元的所述第二电飞线。
6.根据权利要求1所述的用于链式井口分布的水下电分配系统，其特征在于：所述备用回路电分配单元上设有备用接头。
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