自升式海洋石油钻井平台监控关键技术研究

【摘要】：自升式海洋石油钻井平台是一种工作稳定性良好、发展前景十分广阔的海洋油气开发设备。自升式海洋石油钻井平台装备具有结构复杂、受控节点多、系统可靠性要求高等特点,平台监控系统的性能直接影响着平台作业的稳定性、安全性与可靠性。研究自升式海洋石油钻井平台监控技术是实现平台在复杂气候环境下长时间正常作业的关键,也是我国实现该类海洋石油钻井设备国产化的重要基础。 本文以自升式海洋石油钻井平台为研究对象,研究与平台监控相关的关键技术问题,探讨其实现方法,采用仿真研究与试验模型测试相结合的方法验证论文研究成果的可行性。论文的主要研究工作如下： (1)针对自升式海洋石油钻井平台监控的研究现状,基于我国近海油气资源的开采现状与国内的能源需求,提出平台监控的关键技术研究问题： (2)针对自升式海洋石油钻井平台监控,本文在分析平台的结构与功能的基础上,汇总整理了平台装备的各监控参数,并完成了平台监控的需求分析,包括平台监控功能、平台监控数据传输和平台监控数据集成管理三个方面： (3)研究了自升式海洋石油钻井平台监控的主要方法,涉及平台设备的故障诊断、平台装备的控制方式和平台监控数据的管理三个方面。提出了基于PLC的平台设备故障诊断方法；研究了平台装备控制系统结构的设计方式,提出了符合人机工程学原理的控制柜外观设计方案,以升降系统为控制对象,完成了触摸屏监控界面的设计；基于Fameview软件平台,研究了平台监控数据的集成管理模式和实现方法。 (4)针对自升式海洋石油钻井平台监控特点,对数据传输协议进行了研究,首先探讨了自升式海洋石油钻井平台监控数据的传输方式,然后,分别针对平台现场控制层采用的PROFIBUS-DP协议和管理决策层采用的以太网IEEE 802.3协议的性能进行了分析,并以此为基础,研究了自升式海洋石油钻井平台监控数据传输网络的性能优化方法。 (5)研究了自升式海洋石油钻井平台的信息集成方法,主要面向平台现场控制层。首先分析了平台信息的集成模式,然后针对采用不同总线协议的平台设备信息的集成,提出了协议转换器的设计思路与实现方法,分别设计了PROFIBUS-DP至以太网、CAN总线至PROFIBUS-DP和HART总线至PROFIBUS-DP的协议转换网关,从而实现异类平台设备信息的集成；在此基础上,提出了以PROFIBUS-DP协议和以太网IEEE 802.3协议为主的自升式海洋石油钻井平台监控系统结构设计方案。 (6)依据自升式海洋石油钻井平台关键技术的研究成果,分别针对平台监控系统的通信和平台升降系统的控制建立了试验模型,通过试验测试与仿真分析,表明所提出的平台监控系统信息集成方案满足平台监控系统的通信需求,且能够较好地满足平台装备的作业控制要求。 论文综合运用仿真研究与实验研究相结合的方法展开相关研究工作,所提出的自升式海洋石油钻井平台监控关键技术能够较好地适应近海油气开采作业的特殊性和我国近海油气资源开发的需求,为指导工程实践提供了重要依据。