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602第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集

基于AMESim的深水液压控制仿真分析研究

张涛，刘立新，刘冬冬，李连波，颜昌德

（海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津300451）

摘要：复合电液控制是目前深水油气田开发应用较多的控制模式，本文首先研究了水下复合电液控制的组成部分以及液压

控制原理，然后介绍了系统仿真软件AMESim的特性以及液压元件标准库和液压元件设计库，最后利用AMESim仿真软件对

南海某油田液压控制系统进行建模和动态仿真。该仿真可以对水下液压控制系统的关键元部件进行参数优化，对以后设计深

水液压控制有一定的参考和指导作用。

关键词：深水液压控制；AMESim；仿真

由于陆地石油和浅海油气的迅速枯竭，深水油气开发已成为必由之路。水下生产系统由于其在经济性、

安全性等方面的优势，是深水油气工业发展的未来。水下生产控制技术是水下生产系统进行海上油气开发

的关键技术，目前，液压控制系统被广泛用来控制水下生产设施上执行机构的动作。液压控制的类型主要

包括全液压控制和电液控制[1]

。由于水下生产系统工作的环境水深大、压力高，操作、维修较为困难，这

[2]

要求水下液压控制的可靠性很高。水下生产液压控制目前控制路径已经达到150km，水深也已经接

近3000m，用传统的试验方法无法验证水下生产液压控制系统的性能，因而多采用仿真分析方法研究系统

的参数设计是否合理、系统的性能是否达到要求。国外的深水工程公司基本都有独立进行系统仿真的能力，

国内已经投入生产运行的水下井口，也都由国外公司设计完成，国内在这方面的研究、应用较少[2]

。

复合电液控制因其监控能力强、控制路径长等优点，在水下生产液压控制中应用最广，因此在本文液

压仿真分析研究中，主要对复合电液控制的组成以及工作原理进行深入分析研究，并以南海某深水油气田

为依托工程，利用AMESim仿真软件对复合电液控制系统进行建模仿真，并与国外仿真结果进行对比，为

将来开发水下生产控制系统提供仿真分析的思路和方法。

1复合电液控制的组成以及原理研究

典型的复合电液式水下控制系统主要包括以下部分：液压动力源、化学药剂注入系统、主控站、分布

式控制系统、电源、调制解调器、不间断电源、脐带缆、水下控制模块、水下分配系统、水下传感器、控

制液、控制浮体、飞头[3]

，其组成部分布置如图1所示。

对系统的工作原理进行了深入研究，得到复合电液控制的原理图2。考虑脐带缆中供油管的供油量不

能满足系统多个执行器频繁或同时动作时所需的流量，在靠近水下控制模块(SCM)的位置安装了一个水下

蓄能器，该蓄能器可以满足所有执行器同时开启所需的液压液。水下电子模块(SEM)冗余设计，使得在其

中一个发生故障的时候，电磁阀A、B仍然能正常开关，增强了系统的可靠性。

图1复合电液控制系统结构图

系统充压时，电磁换向阀1开启，电液换向阀A、B关闭，液压液缓缓充满整个系统直至水下蓄能器达

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到系统工作要求的最高工作压力。

系统正常工作时，液压泵出口压力调节后作为系统工作压力。当需要执行器开启时，水上主控站发出

指令，使电磁换向阀A或B得电，液压液便进入执行器的进油腔，执行器开启；当需要执行器关闭时，水上

主控站发出指令，电磁换向阀A或B失电，由于弹簧复位，导致执行器复位。执行器控制水下阀门的开启和

关闭，以完成对水下工艺装备的控制。

系统泄压时，电磁换向阀1关闭，切断油源，同时电磁换向阀A、B失电，执行器复位，液压液经回油

脐带管缓缓流回平台(闭式液压系统)或者排海(开式液压系统)，如果系统再次进行工作，则必须对系统重新

进行充压。

图2复合电液控制系统原理图

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