一种浅水环境电液复合式水下控制装置的制作方法

1.本发明是关于一种浅水环境电液复合式水下控制装置，属于海洋石油工程领域。


背景技术：

2.在海洋油气田的勘探开发过程中，石油的产量控制、分离处理和运输等操作均通过水下生产系统完成，且均通过水下控制系统进行控制。水下控制模块是水下生产系统的控制核心部件之一，采用模块化设计，整体式安装，可回收、可重复使用。水下控制模块接收水面发出的控制指令，对水下生产系统进行控制和监控，其与脐带缆和水下生产系统执行器之间的连接是通过液压接头和电气接头实现的。
3.海洋油气储量丰富，海洋油气的开采也经过较长时间地发展，开采方式不断完善，但是从全世界范围来看，真正拥有海洋油气勘探并能自主开发的国家屈指可数，就水下生产系统来看，其生产商大多集中在欧洲、美国等部分发达国家。水下控制系统经历了从全液压式水下控制系统到电液复合式水下控制系统再到全电式水下控制系统的发展变化，现在海洋石油的开采中电液复合式水下控制系统仍占主导地位。
4.中国的水下生产系统研制和开发仍尚属起步阶段，相关方法不够成熟，加大水下生产系统控制模块(scm)的研究设计对于提高海洋油气田的开发能力有重要意义。中国的海洋油气勘探生产大多集中在渤海、东海、南海等浅海区域，诸多开采设备均依赖于进口，且现有的水下控制模块多是适用于深海区域，对所用的各种原件均有很高要求，制造成本高昂，适用于浅海区域的水下控制模块相对欠缺，且目前现有技术中的大多数水下控制模块在安装过程中是通过水下遥控机器人辅助的。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种成本低且无需水下遥控机器人辅助的浅水环境电液复合式水下控制装置。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种浅水环境电液复合式水下控制装置，包括外壳、scm主体、第一对接盘、第一对接锁紧机构和第二对接锁紧机构，其中，所述scm主体包括液压系统、支撑架和sem筒体；
7.所述外壳内设置有所述液压系统和支撑架；所述支撑架上设置有两所述sem筒体，两所述sem筒体的底部均开设有用于电接头伸入的通孔，每一所述sem筒体的顶部均设置有电气接头和光纤接头；所述外壳的顶部间隔设置有若干rov接口，所述外壳的底部设置有所述第一对接锁紧机构；
8.所述第一对接盘固定设置在水下设备上，对应于所述外壳的底部，所述第一对接盘上设置有用于与所述第一对接锁紧机构配合使用的所述第二对接锁紧机构。
9.优选地，所述第一对接锁紧机构包括锁紧轴、主轴套、锁紧块、母液压接头、母电接头和导向销；
10.所述锁紧轴固定设置在所述外壳的底部中心设置，所述锁紧轴的外侧套设有所述
主轴套，所述主轴套上设置有所述锁紧块；所述母液压接头和母电接头分别固定设置在所述外壳的底部两侧，所述外壳的底部一侧还设置有所述导向销。
11.优选地，所述第二对接锁紧机构包括定位套筒、定位环、公液压接头、公电接头和定位孔；
12.用于与所述主轴套配合使用的所述定位套筒固定设置在所述第一对接盘的中心，所述定位套筒内设置有用于与所述锁紧块配合使用的所述定位环；所述公液压接头和公电接头分别固定设置在所述第一对接盘的两侧，用于与对应所述母液压接头和母电接头配合使用；所述第一对接盘的一侧还设置有用于与所述导向销配合使用的所述定位孔。
13.优选地，所述液压系统的顶部套设有密封壳体，所述密封壳体的顶部开设有用于所述支撑架穿过的开口，所述密封壳体的顶部开设有用于电接头伸入的通孔。
14.优选地，所述外壳包括第二对接盘、保护罩和顶板；
15.所述第二对接盘固定连接所述保护罩的底部，所述保护罩的顶部固定连接所述顶板。
16.优选地，所述支撑架包括支杆和支架板；
17.所述支杆的底部固定设置在所述第二对接盘的顶部中心，所述支杆的外侧平行间隔设置套设有若干所述支架板，每一所述支架板的两侧均开设有用于卡设所述sem筒体的开口。
18.优选地，对应于所述开口的位置，每一所述支架板的两侧均设置有用于对所述sem筒体进行固定的卡子。
19.优选地，所述密封壳体的顶部设置有用于放置所述sem筒体的凸台。
20.优选地，所述外壳的顶部中心还设置有吊环。
21.优选地，所述第一对接盘的两侧还分别设置有用于支承所述scm主体的限位丝杠。
22.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
23.1、本发明由于设置有第一对接锁紧机构和第二对接锁紧机构，使得外壳和第一对接盘所在的水下设备上的液压接头和电接头可以采用快速自动对接的方式进行对接，对接锁紧机构采用导向销和锁紧块的方式进行锁紧，具有结构简单、定位精准、可靠性高的特点，且对接锁紧由潜水员操作，无需rov即可完成scm的安装。
24.2、由于浅水环境压力相对较小，本发明设置有密封壳体将液压系统的部分元件例如电液换向阀和压力传感器等罩住，避免上述部件浸没在硅油中，同时也就不承受水深造成的压力，使得液压系统可以选择相应的普通液压元件，极大地降低成本，同时也对其他结构起到简化的作用，适用于海洋浅水油气田开采作业环境。
25.3、本发明中的密封壳体上设置有凸台，sem筒体安装在密封壳体的凸台上，密封壳体和sem筒体相应位置开设有用于电接头伸入的通孔，sem筒体与密封壳体内的电液换向阀等元件的电连接线等传输线可以通过通孔进行连接，可以减少scm外部的接头数量，可以广泛应用于海洋石油工程领域中。
附图说明
26.图1是本发明水下控制装置一侧的结构示意图；
27.图2是本发明水下控制装置另一侧的结构示意图；
28.图3是本发明水下控制装置的下侧外观示意图；
29.图4是本发明水下控制装置的上侧外观示意图；
30.图5是本发明水下控制装置主体部分剖视图；
31.图6是本发明水下控制装置的部分结构示意图；
32.图7是本发明水下控制装置的密封壳体布置示意图；
33.图8是图7的上视图；
34.图9是本发明水下控制装置的对接锁紧机构结构示意图。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
36.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
37.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
38.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
39.本发明提供的浅水环境电液复合式水下控制装置适用于海洋浅水油气田开采作业环境，由于浅水环境压力相对较小，可以采用一种密封壳体将液压系统的部分元件例如电液换向阀和压力传感器等罩住，避免浸没在硅油中，因此本发明选择相应的普通液压元件，能够极大地降低成本，同时也对其他结构起到简化的作用。
40.如图1、图3所示，本发明提供的浅水环境电液复合式水下控制装置包括外壳1、scm(水下控制模块)主体2、第一对接盘3、第一对接锁紧机构4、第二对接锁紧机构5和限位丝杠6，其中，scm主体2包括液压系统21、支撑架22、密封壳体23、sem筒体24、电气接头25和光纤接头26。
41.如图1、图2、图4和图5所示，外壳1内设置有液压系统21和支撑架22，液压系统21的
顶部套设有密封壳体23，密封壳体23用于对液压系统21的电液换向阀211和压力传感器等部分部件进行密封，密封壳体23的顶部开设有用于支撑架22穿过的开口。支撑架22上设置有两sem筒体24，密封壳体23的顶部和两sem筒体24的底部均开设有用于电接头7伸入的通孔。每一sem筒体24的顶部均设置有电气接头25和光纤接头26。外壳1的顶部间隔设置有若干rov接口11，外壳1的顶部中心设置有吊环12，外壳1的底部设置有第一对接锁紧机构4。
42.如图3、图4和图9所示，第一对接盘3固定设置在水下设备上。对应于外壳1的底部，第一对接盘3上设置有用于与第一对接锁紧机构4配合使用的第二对接锁紧机构5。第一对接盘3的两侧还分别设置有限位丝杠6，用于当scm主体2到达预定位置后支承scm主体2。
43.在一个优选的实施例中，外壳1包括第二对接盘13、保护罩14和顶板15，其中，保护罩14为圆筒结构。第二对接盘13通过圆形法兰盘固定连接保护罩14的底部，保护罩14的顶部固定连接顶板15。
44.在一个优选的实施例中，如图6所示，支撑架22包括支杆221和支架板222。支杆221的底部通过法兰和螺栓固定设置在第二对接盘13的顶部中心，支杆221的外侧平行间隔设置套设有若干支架板222，每一支架板222的两侧均开设有弧形开口，用于卡设sem筒体24。对应于弧形开口的位置，每一支架板222的两侧均设置有卡子，用于对sem筒体24进行周向固定。
45.在一个优选的实施例中，如图7和图8所示，密封壳体23的顶部设置有凸台，用于放置sem筒体24，其中，密封壳体23的形状根据液压系统21的结构确定。
46.在一个优选的实施例中，如图1、图2、图3和图9所示，第一对接锁紧机构4包括锁紧轴41、主轴套42、锁紧块43、母液压接头44、母电接头45和导向销46。锁紧轴41固定设置在外壳1的底部中心设置，锁紧轴41的外侧套设有主轴套42，主轴套42上设置有锁紧块43。母液压接头44和母电接头45分别固定设置在外壳1的底部两侧，外壳1的底部一侧还设置有导向销46。
47.在一个优选的实施例中，如图1、图2、图3和图9所示，第二对接锁紧机构5包括定位套筒51、定位环52、公液压接头53、公电接头54和定位孔。定位套筒51固定设置在第一对接盘3的中心，定位套筒51内设置有定位环52，定位套筒51用于与主轴套42配合使用，定位环52用于与锁紧块43配合使用。公液压接头53和公电接头54分别固定设置在第一对接盘3的两侧，用于与对应母液压接头44和母电接头45配合使用。第一对接盘3的一侧还设置有用于与导向销46配合使用的定位孔。
48.下面通过具体实施例详细说明本发明浅水环境电液复合式水下控制装置的安装过程：
49.1)在水下设备上安装第一对接盘3。
50.2)将液压系统21安装在第二对接盘13顶部。
51.3)将密封壳体23通过螺栓等紧固件安装在第二对接盘13，套设液压系统21的部分部件，被密封在其中的部件不与硅油接触。
52.4)将支撑架22通过法兰和螺栓安装在第二对接盘13的顶部中心，同时，将sem筒体24安装在支撑架22的合适位置，使得sem筒体24的底部通孔与密封壳体23的顶部通孔相对应。
53.5)将保护罩14通过圆形法兰盘固定设置在第二对接盘13上，并将顶板15安装在保
护罩14的顶部，在顶板15上安装吊环12和若干rov接口11。
54.6)当scm主体2需要与第一对接盘3进行安装对接时，导向销46和定位孔以及主轴套42和定位套筒51的配合实现scm主体2与第一对接盘3的导向定位，位于scm主体2底部的母液压接头44和母电接头45与位于第一对接盘3上的公液压接头53和公电接头54自动快速连接，scm主体2到达预定位置后，限位丝杠6支承住scm主体2，同时，潜水员推动锁紧轴41轴向移动，使得锁紧块43和定位环52配合实现锁紧。
55.上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。