浅谈深水勘察船海底钳及控制系统

徐炜华 吕拴明

【摘 要】本文将重点介绍COSL 3000米深水勘察船项目钻井及取样提升系统的一种关键设备“海底基盘”（海底基盘，顾名思义就是安放在海床上，搭载配置海底钳及控制系统，以实现夹紧或松开钻杆并满足海底取样要求、具有导向功能的海底钢质框架结构物）的核心部件，即：海底钳及控制系统。宝鸡石油机械有限责任公司负责承担了深水勘察船钻井及取样提升系统的集成和配套。

【关键词】深水勘察船 海底钳 控制系统

1项目背景

COSL3000米深水勘察船项目是我国自主研发的第一艘3000米水深的石油资源勘查船，是国家重大海洋工程项目之一，也是国家深水重大科技攻关项目的综合配套项目之一，其将作为深水半潜式钻井平台“海洋石油981”辅助船支。下面将着重从其工作原理和配套方面，介绍配套海底基盘的关键设备，海底钳及其控制系统。

2海底钳及控制系统

海底钳及控制系统，主要由三大部分组成。①液压系统；② 控制系统；③ 电池充电管理系统。

2.1 液压系统

该液压系统是为基盘海底钳设计制造的专用液压系统。计算机通过声学遥控的方式，实现“海底钳”开合即夹紧或松开钻杆，以满足海底取样的要求。

2.1.1技术参数及技术特征

（1）最大工作水深：3000米；（2）一次充电开合次数：≥200次；（3）夹持力（钻杆径向）：≥100KN；（4）牙钳摩擦力（钻杆轴向）：≥50KN；（5）适用钻杆直径：5″、7″、8.25″。

2.1.2 液压原理图及工作原理

主控室计算机发出指令，通过水面声学换能器和水下声学换能器，将指令信号传送给水下控制系统；再由水下控制系统控制油泵电机组启动，水下控制系统控制电磁换向阀工作。通过位移传感器和压力变送器测量的位移及压力参数，判断海底钳是否完全打开；通过位移传感器和压力变送器测量的位移及压力参数，判断海底钳是否夹紧。液压系统配备两套油泵电机组，在1#泵组出现故障时，可自动切换2#泵组，从而提高了液压系统工作可靠性。若两套泵组均出现故障，则可通过蓄能器使海底钳打开。

2.2 控制系统

2.2.1 硬件组成

由工业控制计算机、液晶触摸显示屏、声纳系统、水下控制系统、各种传感器、通讯转接盒、直流电源、直流电机、电磁阀以及控制按钮等组成。如图1示。

a） 工业控制计算机是甲板控制系统的核心，甲板控制软件通过水上声纳系统发出各种指令，指挥海底钳水下控制系统的工作。

水下控制系统是水下控制单元的核心，通过水下声纳系统接收并执行甲板控制系统发来的控制指令，主要与三部分连接：① 传感器 水下控制系统通过采集这些传感器的数据，得到海底钳当前的工作状态，包括：海水深度，系统压力，倾角，油缸位移，电池电压等。② 电机和电磁阀 这两部分是控制液压系统工作的，当水下控制系统接收到甲板单元的指令后，启动电机和电磁阀实现海底钳的开合。③声纳系统 主要负责与甲板单元的通讯，接收和发送数据包，其分为水上部分和水下部分。

2.2.2 软件系统

软件运行在甲板控制计算机上，通过甲板声纳与水下控制系统通讯。主要用于控制海底钳的开合状态，采集海水深度、系统压力、电池电压、海底钳水下姿态，油缸位移等各种传感器参数以及电池、电机、应急、通讯等各种报警信号，并对这些数据进行显示、保存、管理和回放。

2.3电池充电管理系统

2.3.1主要用途

海底钳电池充电管理系统（Battery Management System，）是对海底钳所用电池的充、放电实施自动化智能管理、同时对各电池组的总电压以及每节单体电池的电压进行监测显示，从而为海底钳水下工作系统的正常运行提供安全可靠的供电电源，是海底钳及控制系统不可缺少的重要组成部分。

2.3.2 组成及工作原理

海底钳的BMS系统主要由电池组单元、电池数据采集单元、甲板管理控制单元、充电器单元以及专用连接电缆等构成。

2.4系统工作过程简述

如图1所示，由甲板计算机控制系统发出指令，通过水面声学调制解调器发送到水下声学调制解调器，该调制解调器接收到信号后，经过解调再将指令传输给水下控制系统，然后由水下控制系统控制液压站工作，完成海底钳夹紧或打开。

水下各传感器的监测数据，通过水下控制系统发送给水下声学调制解调器，并由该调制解调器将各数据按规定格式调制后传回到水面调制解调器。然后由水面调制解调器将信号解调后传输给甲板计算机控制系统，从而实现对水下系统工作状态的监控和各参数的实时显示。

3小结

以上对深水勘察船的海底钳及控制系统从功能到配套，进行了简单的介绍，相信该设备会在该项目上会有良好表现。我国深水海洋装备，尤其是3000米水深以上的起步较晚，这对于国内石油装备制造企业来说，需要不断学习和技术创新，我们要走的路还很长。

参考文献

[1]深水勘察船海底钳及控制系统相关技术资料.

[2]《Subsea well template for directional driliing》-Stephen J.Novsad.

[3]维基、百度等网络媒体有关海底钳及控制系统相关资讯.