水下生产控制系统结构的设计与研究
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ＳＰＣＳ的结 构是 指 ＳＰＣＳ的控 制设备 在 水下 的 分 布方 式 、水 下 安装设 备 与上 部安 装设 备 的连接 方
式 以及水下设备相互之间的连接方式等 ，主要包括 独 立 式 、平 衡式 、组合 式 、环形 等结构 。由于每个 项 目的控制距 离 、水下井 口分布 、依 托设 施各 不相 同 ， 需 要 根 据 项 目具 体 情 况 选 择 不 同 的 ＳＰＣＳ结 构 。 ＳＰＣＳ结 构 的选 择 是 ＳＰＣＳ设 计 初 期 的重 点 工 作 ， 不 仅 要满 足生 产系统 的功能要 求 ，还 必须 考虑 职业 健康、安全和环境（ＨＳＥ）、可靠性 、可操作性 、经济 性 以及 技术 成 熟 度 。笔 者 以 目前 较 为 常用 的复 合 电液控 制 系统 。。为例 ，结 合 较 为先 进 的 水下 生 产 控 制 系 统ｕ ，介 绍 了 ＳＰＣＳ 的 基 本 组 成 、各 种 ＳＰＣＳ结 构 的优 缺点 以及 设计 时应 考虑 的 因素 。 １ 水 下 生产 控 制 系统 的组成
水 下 生 产 控 制 系 统 ＳＰＣＳ（ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）是水 下 生产 系统 的重要 组 成 部分 ， 为 水下 生产 提供 安 全 、可 靠 、高效 的数 据 采 集 和 监 控 功能 。ＳＰＣＳ通过 控 制水 下 采 油 树 、水 下 管 汇 等 水 下设 施来 保证 生产 的安全进 行 ，并对 水下 仪表 和 各 控制 模 块 进 行 监 控 。ＳＰＣＳ通 过 控 制 网 络 与 浮 式 生 产 储 卸 油 船 ＦＰＳＯ （ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ，）、浮 式 生 产 装 置 ＦＰＵ （ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）或 陆 上终 端 等 依 托设 施 的控 制 系统 相连 ，向依 托 设 施 提 供 数 据 ，并 执 行来 自依托 设施 的操 作指 令 ｊ。
第 ５２卷 第 ３期
２０１６年 ６月
石 油 化 工 自 动 化
ＡＵＴＯＭ ＡＴ１０Ｎ ＩＮ ＰＥＴＲ（ ＣＨＥＭ ＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．３ Ｊｕｎ，２０１６
水 下 生 产 控 制 系统 结 构 的设 计 与研 究
谭 壮 壮 ，李 小瑞 ，张凤 红
（中国石油集团海洋工程有限公 司，北京 １０００２８）
摘 要 ：作为水下生产系统的重要组成部分 ，水下生产控制系统（ＳＰＣＳ）提供了数据采集、远程控 制和异 常情况监测处理等功能。 为了满足 ＳＰＣＳ在安全 可靠性 、经济性 和可操作性等方 面的要求 ，研究 了 ＳＰＣＳ的结构设计 ，介绍 了 ＳＰＣＳ的功能 、组成 ，对 比了
独立式 、平衡式 、组合式和环式等多种 ＳＰＣＳ结构 的优缺点 ，分 析了 ＳＰＣＳ设计 应考虑 的因素。最 后 ，得出 了 ＳＰＣＳ结构设计 的
要点 ，可供 ＳＰＣＳ设计参考 。
关 键 词 ：深水油气 田开发 水下生产系统 水下生产控制 系统 控 制系统结构
中图分类号 ：ＴＰ２７３
文献标志码 ：Ｂ
文章编号 ：１００７—７３２４（２０１６）０３－００１３—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｕｂｓｅａ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔａｎ Ｚｈｕａｎｇｚｈｕａｎｇ，Ｌｉ Ｘｉａｏｒｕｉ，Ｚｈａｎｇ Ｆｅｎｇｈｏｎｇ
目前 ，水下 生产 系统 已成 为 深水油 气 田开发 中 最 常用 的开 发方 式 ｊ。水 下 生产 系统 通 过水 下 井 口、水 下生产 设 施 、海 底 管线 和脐 带缆 ，将源自文库油气井 生 产 的油 气混 合 物输 送 至依 托 设 施 或 陆 上 终 端 。水 下 生产 系统 能 够适应 深 水油气 田的开 发 ，具 有 开发 成 本低 、建设 周 期短 、开 发效 益高 的特 点 。
（Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ａ ｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＳＰＣＳ） ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ， ｒｅｍ ｏｔｅ ｅｏｎｔｒｏｌ， ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ａｂｎｏｒｍａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｔｏ ｍｅｅｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ， ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， ｅｃｏｎｏｍ ｙ ａｎｄ ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＳＰＣＳ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ， ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＳＰＣＳ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ＳＰＣＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ， ｂａｌａｎｃｅ，ｃｏｍ ｂｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｉｎｇ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ｆａｃｔｏｒｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔｓ ｆｏｒ ＳＰＣＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｄｒａｗｎ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ＳＰＣＳ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｅｅｐ—ｗａｔｅｒ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ； ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ； ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ：ｃｏｎｔｒｏ１ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
式 以及水下设备相互之间的连接方式等 ，主要包括 独 立 式 、平 衡式 、组合 式 、环形 等结构 。由于每个 项 目的控制距 离 、水下井 口分布 、依 托设 施各 不相 同 ， 需 要 根 据 项 目具 体 情 况 选 择 不 同 的 ＳＰＣＳ结 构 。 ＳＰＣＳ结 构 的选 择 是 ＳＰＣＳ设 计 初 期 的重 点 工 作 ， 不 仅 要满 足生 产系统 的功能要 求 ，还 必须 考虑 职业 健康、安全和环境（ＨＳＥ）、可靠性 、可操作性 、经济 性 以及 技术 成 熟 度 。笔 者 以 目前 较 为 常用 的复 合 电液控 制 系统 。。为例 ，结 合 较 为先 进 的 水下 生 产 控 制 系 统ｕ ，介 绍 了 ＳＰＣＳ 的 基 本 组 成 、各 种 ＳＰＣＳ结 构 的优 缺点 以及 设计 时应 考虑 的 因素 。 １ 水 下 生产 控 制 系统 的组成
水 下 生 产 控 制 系 统 ＳＰＣＳ（ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）是水 下 生产 系统 的重要 组 成 部分 ， 为 水下 生产 提供 安 全 、可 靠 、高效 的数 据 采 集 和 监 控 功能 。ＳＰＣＳ通过 控 制水 下 采 油 树 、水 下 管 汇 等 水 下设 施来 保证 生产 的安全进 行 ，并对 水下 仪表 和 各 控制 模 块 进 行 监 控 。ＳＰＣＳ通 过 控 制 网 络 与 浮 式 生 产 储 卸 油 船 ＦＰＳＯ （ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ，）、浮 式 生 产 装 置 ＦＰＵ （ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）或 陆 上终 端 等 依 托设 施 的控 制 系统 相连 ，向依 托 设 施 提 供 数 据 ，并 执 行来 自依托 设施 的操 作指 令 ｊ。
第 ５２卷 第 ３期
２０１６年 ６月
石 油 化 工 自 动 化
ＡＵＴＯＭ ＡＴ１０Ｎ ＩＮ ＰＥＴＲ（ ＣＨＥＭ ＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．３ Ｊｕｎ，２０１６
水 下 生 产 控 制 系统 结 构 的设 计 与研 究
谭 壮 壮 ，李 小瑞 ，张凤 红
（中国石油集团海洋工程有限公 司，北京 １０００２８）
摘 要 ：作为水下生产系统的重要组成部分 ，水下生产控制系统（ＳＰＣＳ）提供了数据采集、远程控 制和异 常情况监测处理等功能。 为了满足 ＳＰＣＳ在安全 可靠性 、经济性 和可操作性等方 面的要求 ，研究 了 ＳＰＣＳ的结构设计 ，介绍 了 ＳＰＣＳ的功能 、组成 ，对 比了
独立式 、平衡式 、组合式和环式等多种 ＳＰＣＳ结构 的优缺点 ，分 析了 ＳＰＣＳ设计 应考虑 的因素。最 后 ，得出 了 ＳＰＣＳ结构设计 的
要点 ，可供 ＳＰＣＳ设计参考 。
关 键 词 ：深水油气 田开发 水下生产系统 水下生产控制 系统 控 制系统结构
中图分类号 ：ＴＰ２７３
文献标志码 ：Ｂ
文章编号 ：１００７—７３２４（２０１６）０３－００１３—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｕｂｓｅａ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔａｎ Ｚｈｕａｎｇｚｈｕａｎｇ，Ｌｉ Ｘｉａｏｒｕｉ，Ｚｈａｎｇ Ｆｅｎｇｈｏｎｇ
目前 ，水下 生产 系统 已成 为 深水油 气 田开发 中 最 常用 的开 发方 式 ｊ。水 下 生产 系统 通 过水 下 井 口、水 下生产 设 施 、海 底 管线 和脐 带缆 ，将源自文库油气井 生 产 的油 气混 合 物输 送 至依 托 设 施 或 陆 上 终 端 。水 下 生产 系统 能 够适应 深 水油气 田的开 发 ，具 有 开发 成 本低 、建设 周 期短 、开 发效 益高 的特 点 。
（Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ａ ｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＳＰＣＳ） ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ， ｒｅｍ ｏｔｅ ｅｏｎｔｒｏｌ， ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ａｂｎｏｒｍａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｔｏ ｍｅｅｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ， ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， ｅｃｏｎｏｍ ｙ ａｎｄ ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＳＰＣＳ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ， ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＳＰＣＳ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ＳＰＣＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ， ｂａｌａｎｃｅ，ｃｏｍ ｂｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｉｎｇ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ｆａｃｔｏｒｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔｓ ｆｏｒ ＳＰＣＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｄｒａｗｎ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ＳＰＣＳ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｅｅｐ—ｗａｔｅｒ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ； ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ； ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ：ｃｏｎｔｒｏ１ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ