理论计算
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
鉴于上述问题，第二代海底防喷器控制系统（先导液 压控制系统）在国外早已开发出来并采用多时，称为“开式 系统”。将专用的水下伺服控制阀安装在防喷器组上，当需 要关闭防喷器时，首先由平台发出控制信号，控制信号传递 到水下伺服控制阀，减少了信号传输时间，并且该控制系统 将动力液通过防喷器组的部件直接排入海中，从而缩短关闭 时间。
640
0
条件1：已充压
21
213.3 426.7
条件2：最小操作压力
8.4
பைடு நூலகம்
533.3 106.7
条件3：完全卸载
7
640
0
条件0～条件2：气体波义耳定律 条件3：容积设计系数
蓄能器容积计算（4.2.3） 概念：容积率VE－可用流体体积和蓄能器中气体体积的比值
VEp—— 最小操作力，在压力极限情况下的VE VEv——完全卸荷，在容积极限情况下的VE
响应时间是否符合标准，应通过制造厂的计算，模拟物理 试验或与防喷器组连接试验来验证。
水下防喷器组控制系统简介
（戴昀08年论文）
在浮式钻井作业中，水下钻井设备是浮式钻井的特点 之一，也是特有的关键设备。设备中的关键部件防喷器是 安装在水下海底的，因此，在船上对海底防喷器的控制和 监测是一项非常复杂的技术。
力：泵最大排量时其压力不超过系统额定压力的133％， 需设计计算
计算： A）泵：无蓄能器，一套泵不工作时
2min内关环形，开节流阀，提供最小操作压力或节流阀 推荐压力
15min内使蓄能器系统达到控制系统额定压力
以上通过泵的排量进行计算
B）阀：溢流阀，设定压力不高出系统额定压力10％，溢流能 力，泵最大排量时其压力不超过系统额定压力的133％
控制 油源
混液罐
水下控制箱
水上蓄能器
功能执行
（图一）
但这种方法有一个严重的问题，就是当水深增加时， 钻井船和防喷器组之间所采用的粗大软管束，经不起海流和 风浪的影响，尽管都绑在隔水管上，但经过风浪的作用易发 生断裂而失控，且操作时间较长。但如果增加控制管束的内 经的话，也不可行，因为那样更粗、更重、更易断裂。如减 小内径也不行，因为关闭时间越长，发生井喷的概率也越高， 相当危险。
此类型系统相对于闭式系统有明显的优势，即信号传输 时间短，动作迅速。蓄能器也由水上蓄能器发展导了水下蓄 能器，这可以极大地缩短防喷器组的动力液作用时间，并且 水深越大，优势越明显。但钻井工作水深对于先导信号的传 输有着重要影响。由于在液压控制过程大多使用软管束进行 传输，软管线的高压膨胀以及水击现象会明显的增加信号传 输的时间，为了减少信号传输占用的时间，可以增大管径或 改为硬管。虽然增大管径可以提高信号传输素的，但体积也 相应增大，下放软管的滚筒的体积也会增大；硬管的话，制 造成本较高，不经济。因此在这基础上又出现了改进的偏压 先导液控制系统，其原理也属于“开式系统”。
计算方法：VEi＝（Vi－V1）/（V0×F） 方法A ：理想气体，恒温排放，压力低于34.6MPa （Vi＝m/ρi →理想气体ρi＝k×Pi） VEp＝（P0/P2-P0/P1)/1.0 VEv＝（1.0-P0/P1）/1.5 最佳预充压力VEv＝VEp P0＝1.0/（1.5/P2-0.5/P1）
方法B：真实气体，恒温排放，压力高于34.6MPa
方法C：真实气体，绝热排放（快速卸荷系统，如自动剪切， 紧急）
验证要求 5.1.4 容积极限: FVR＝（关环形＋关闸板＋开节流阀＋开压井阀）×100% 压力极限：剩余压力大于最小操作压力
2.泵阀件
参数： 气动泵
标称压力 排量 冲数
气源压力
21MPa 128ml/冲 115冲/min 0.53～0.8MPa
第一代海底防喷器控制系统基本上照搬了陆地钻机的 控制系统，称为“闭式系统”。动力源将液体送给装在船 上的控制管汇，几条液压管线从这个管汇上直接连到每台 防喷器上。这些液压管线沿隔水管下去，和隔水管组成一 个整体或者把它们绑在一起，组成一根大直径的独立软管 束，控制阀将液体引到各个防喷器和基本执行机构。当这 一动作完成后，在复位时，把先前的控制液排出，经由各 自的液压管线回到装在船上的控制管汇，然后回到液压源。 原理图见图一；
防喷器远程控制装置理论计算
• 蓄能器 (能量存储) • 泵阀件 (提供压力能和控制) • 响应时间
1.蓄能器
参数： 皮囊式蓄能器 预充压 已充压 最小操作压力
7MPa 21MPa 8.4MPa
蓄能器充压过程（例FKQ640－6）
蓄能器功能的步骤
压力（MPa）
容积（L） 气体 液体
条件0：预充压
7
以上通过计算或试验的方式验证
3.响应时间 5.1.1（30S）
响应时间为从功能启动到功能结束之间所发生的时间，水 上防喷器控制系统应能在30s内关闭每个闸板防喷器；节流 阀和压井阀的相应时间（开或关）应不超过已知闸板防喷 器响应时间中的最小值。
关闭响应时间的测定为从任一控制板启动关闭动作开始， 到防喷器或节流阀，压井阀关闭并封住为止。当调压阀出 口压力恢复到其正常调定值时，可认为防喷器已经关闭。
曲轴柱塞泵
标称压力 排量
电机功率 转速
21MPa 80ml/r 18.5kw 514.5r/min
两种泵系统，动力源至少是两种相互独立的动力源
要求5.1.2：
a)不使用蓄能器且一套泵系统或一套动力系统不工作时，余 下的泵应在2分钟内满足： 1）在空井时关闭环形防喷器（不包括分流器） 2）打开液动溢流阀 3）达到系统最小操作压力
状态：0预充压，1已充压，2最小操作压力，3完全卸荷 计算公式：
FVR=BV×min（VEv ,VEp）
FVR——功能液量要求 BV ——蓄能器容积
VEi＝（Vi－V1）/（V0×F）
Vi——影响条件2（最小操作压力）或影响条件3（完全卸荷）时的气体 体积 V0——条件0（预充压）时的气体体积 V1——条件1（已充压）时的气体体积
b)泵组的总排量应能在15分钟内使蓄能器从预充压力7MPa升 至21MPa
特点 泵： 90％主泵自动启动 ≤ 18.9MPa 通过压力控制器 97％～100 ％主泵自动停止 ≥ 21MPa
85％辅助泵自动启动 ≤ 17.8MPa 通过液气开关 95％辅助泵自动停止 ≥ 20MPa
阀：每套泵至少两套超压保护装置 A）限制泵输出压力不超过系统额定压力 B）溢流阀，设定压力不高出系统额定压力10％，溢流能
640
0
条件1：已充压
21
213.3 426.7
条件2：最小操作压力
8.4
பைடு நூலகம்
533.3 106.7
条件3：完全卸载
7
640
0
条件0～条件2：气体波义耳定律 条件3：容积设计系数
蓄能器容积计算（4.2.3） 概念：容积率VE－可用流体体积和蓄能器中气体体积的比值
VEp—— 最小操作力，在压力极限情况下的VE VEv——完全卸荷，在容积极限情况下的VE
响应时间是否符合标准，应通过制造厂的计算，模拟物理 试验或与防喷器组连接试验来验证。
水下防喷器组控制系统简介
（戴昀08年论文）
在浮式钻井作业中，水下钻井设备是浮式钻井的特点 之一，也是特有的关键设备。设备中的关键部件防喷器是 安装在水下海底的，因此，在船上对海底防喷器的控制和 监测是一项非常复杂的技术。
力：泵最大排量时其压力不超过系统额定压力的133％， 需设计计算
计算： A）泵：无蓄能器，一套泵不工作时
2min内关环形，开节流阀，提供最小操作压力或节流阀 推荐压力
15min内使蓄能器系统达到控制系统额定压力
以上通过泵的排量进行计算
B）阀：溢流阀，设定压力不高出系统额定压力10％，溢流能 力，泵最大排量时其压力不超过系统额定压力的133％
控制 油源
混液罐
水下控制箱
水上蓄能器
功能执行
（图一）
但这种方法有一个严重的问题，就是当水深增加时， 钻井船和防喷器组之间所采用的粗大软管束，经不起海流和 风浪的影响，尽管都绑在隔水管上，但经过风浪的作用易发 生断裂而失控，且操作时间较长。但如果增加控制管束的内 经的话，也不可行，因为那样更粗、更重、更易断裂。如减 小内径也不行，因为关闭时间越长，发生井喷的概率也越高， 相当危险。
此类型系统相对于闭式系统有明显的优势，即信号传输 时间短，动作迅速。蓄能器也由水上蓄能器发展导了水下蓄 能器，这可以极大地缩短防喷器组的动力液作用时间，并且 水深越大，优势越明显。但钻井工作水深对于先导信号的传 输有着重要影响。由于在液压控制过程大多使用软管束进行 传输，软管线的高压膨胀以及水击现象会明显的增加信号传 输的时间，为了减少信号传输占用的时间，可以增大管径或 改为硬管。虽然增大管径可以提高信号传输素的，但体积也 相应增大，下放软管的滚筒的体积也会增大；硬管的话，制 造成本较高，不经济。因此在这基础上又出现了改进的偏压 先导液控制系统，其原理也属于“开式系统”。
计算方法：VEi＝（Vi－V1）/（V0×F） 方法A ：理想气体，恒温排放，压力低于34.6MPa （Vi＝m/ρi →理想气体ρi＝k×Pi） VEp＝（P0/P2-P0/P1)/1.0 VEv＝（1.0-P0/P1）/1.5 最佳预充压力VEv＝VEp P0＝1.0/（1.5/P2-0.5/P1）
方法B：真实气体，恒温排放，压力高于34.6MPa
方法C：真实气体，绝热排放（快速卸荷系统，如自动剪切， 紧急）
验证要求 5.1.4 容积极限: FVR＝（关环形＋关闸板＋开节流阀＋开压井阀）×100% 压力极限：剩余压力大于最小操作压力
2.泵阀件
参数： 气动泵
标称压力 排量 冲数
气源压力
21MPa 128ml/冲 115冲/min 0.53～0.8MPa
第一代海底防喷器控制系统基本上照搬了陆地钻机的 控制系统，称为“闭式系统”。动力源将液体送给装在船 上的控制管汇，几条液压管线从这个管汇上直接连到每台 防喷器上。这些液压管线沿隔水管下去，和隔水管组成一 个整体或者把它们绑在一起，组成一根大直径的独立软管 束，控制阀将液体引到各个防喷器和基本执行机构。当这 一动作完成后，在复位时，把先前的控制液排出，经由各 自的液压管线回到装在船上的控制管汇，然后回到液压源。 原理图见图一；
防喷器远程控制装置理论计算
• 蓄能器 (能量存储) • 泵阀件 (提供压力能和控制) • 响应时间
1.蓄能器
参数： 皮囊式蓄能器 预充压 已充压 最小操作压力
7MPa 21MPa 8.4MPa
蓄能器充压过程（例FKQ640－6）
蓄能器功能的步骤
压力（MPa）
容积（L） 气体 液体
条件0：预充压
7
以上通过计算或试验的方式验证
3.响应时间 5.1.1（30S）
响应时间为从功能启动到功能结束之间所发生的时间，水 上防喷器控制系统应能在30s内关闭每个闸板防喷器；节流 阀和压井阀的相应时间（开或关）应不超过已知闸板防喷 器响应时间中的最小值。
关闭响应时间的测定为从任一控制板启动关闭动作开始， 到防喷器或节流阀，压井阀关闭并封住为止。当调压阀出 口压力恢复到其正常调定值时，可认为防喷器已经关闭。
曲轴柱塞泵
标称压力 排量
电机功率 转速
21MPa 80ml/r 18.5kw 514.5r/min
两种泵系统，动力源至少是两种相互独立的动力源
要求5.1.2：
a)不使用蓄能器且一套泵系统或一套动力系统不工作时，余 下的泵应在2分钟内满足： 1）在空井时关闭环形防喷器（不包括分流器） 2）打开液动溢流阀 3）达到系统最小操作压力
状态：0预充压，1已充压，2最小操作压力，3完全卸荷 计算公式：
FVR=BV×min（VEv ,VEp）
FVR——功能液量要求 BV ——蓄能器容积
VEi＝（Vi－V1）/（V0×F）
Vi——影响条件2（最小操作压力）或影响条件3（完全卸荷）时的气体 体积 V0——条件0（预充压）时的气体体积 V1——条件1（已充压）时的气体体积
b)泵组的总排量应能在15分钟内使蓄能器从预充压力7MPa升 至21MPa
特点 泵： 90％主泵自动启动 ≤ 18.9MPa 通过压力控制器 97％～100 ％主泵自动停止 ≥ 21MPa
85％辅助泵自动启动 ≤ 17.8MPa 通过液气开关 95％辅助泵自动停止 ≥ 20MPa
阀：每套泵至少两套超压保护装置 A）限制泵输出压力不超过系统额定压力 B）溢流阀，设定压力不高出系统额定压力10％，溢流能