水下应急维修半物理仿真方法及系统应用(精)/水下作业与装备丛书
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作者:
段梦兰，余阳，孙成功著
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出版社:
科学出版社
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ISBN:
9787030656506
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出版时间:
2021-11
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装帧:
精装
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开本:
16开
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作者:
段梦兰，余阳，孙成功著
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出版社:
科学出版社
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ISBN:
9787030656506
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出版时间:
2021-11
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定价
￥178.00
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全新
上书时间2024-02-08
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目录
丛书序
前言
章 概述
第2章 水下应急维修半物理仿真原理
2.1 水下应急维修半物理仿真系统总体架构
2.2 水下应急维修半物理仿真系统硬件集成原理
2.3 水下应急维修半物理仿真系统软件集成原理
2.4 水下应急维修半物理分布式仿真原理
2.4.1 分布式虚拟仿真
2.4.2 场景管理和资源管理
2.4.3 并行场景绘制
2.5 水下应急维修半物理仿真系统通信与控制原理
2.6 运动控制模拟子系统集成原理
2.7 水下应急维修半物理仿真系统测试原理
2.7.1 测试指标体系与测试方法
2.7.2 系统单元测试
2.7.3 系统集成测试
2.7.4 系统测试平台
第3章 水下应急维修半物理仿真系统关键技术
3.1 虚拟现实技术
3.1.1 虚拟现实技术的基本概念
3.1.2 虚拟现实的3I特性
3.1.3 虚拟现实系统分类
3.1.4 虚拟现实技术的发展
3.1.5 虚拟现实系统组成
3.1.6 典型虚拟现实系统
3.1.7 虚拟现实交互技术
3.1.8 增强现实技术
3.2 水下应急维修半物理仿真系统软件
3.2.1 虚拟现实建模语言
3.2.2 虚拟现实建模软件
3.2.3 虚拟现实开发软件
3.2.4 虚拟现实软件接口
3.2.5 虚拟现实平台对接方案
3.3 水下应急维修半物理仿真系统硬件
3.3.1 输入设备
3.3.2 输出设备
3.3.3 服务器
3.3.4 图像边缘融合与无缝拼接设备
3.3.5 主被动立体信号转换器
3.3.6 图像数字几何矫正设备
3.4 多通道三维视景仿真原理
3.4.1 三维立体视景仿真
3.4.2 三通道分布式绘制
第4章 水下应急维修半物理仿真系统软硬件集成
4.1 分布式仿真系统网络开发及集成
4.1.1 HLA技术简介
4.1.2 面向分布式仿真的开发框架
4.1.3 分布式仿真中的数据管理体系结构
4.1.4 分布式仿真中的交互数据管理
4.1.5 联邦成员内部的数据管理
4.1.6 分布式网络的测试
4.2 三维视景仿真原理
4.2.1 三维视景系统总体设计
4.2.2 三维视景系统的开发环境
4.2.3 水下维修三维视景
4.2.4 三维视景系统开发路线
4.2.5 维修工具三维视景仿真建模技术
4.3 动力学仿真原理
4.3.1 基于Vortex的实时动力学仿真
4.3.2 动力学仿真的实现
4.4 水下应急维修半物理仿真系统硬件平台
第5章 水下应急维修半物理仿真系统接口设计方法
5.1 系统结构设计方法
5.1.1 系统逻辑结构设计
5.1.2 联邦成员的功能划分
5.2 分布式动力学仿真的交互设计方法
5.3 第三方软件接口
第6章 水下应急维修方法及工机具
6.1 水下应急维修方法
6.1.1 海底管道点泄漏的夹具快速止漏法
6.1.2 海底管道破损段的跨接管替换方法
6.1.3 海底管道破损段的不停产抢修方法
6.1.4 海底管道法兰连接修复方法
6.1.5 立管点泄漏的夹具快速止漏法
6.1.6 立管断裂应急处理抢修方法
6.1.7 水下管汇密封泄漏的应急维修方法
6.1.8 刚性跨接管破坏的应急处理与抢修方法
6.1.9 柔性跨接管破坏的应急处理与抢修方法
6.1.10 水下采油树各部件失效的快速置换方法
6.1.11 海底管道破损的紧急封堵方法
6.1.12 海底管道漏油应急收集方法
6.2 水下应急维修工机具功能和结构
6.2.1 作业船
6.2.2 吊机
6.2.3 绞车
6.2.4 ROV
6.2.5 多功能切割机具
6.2.6 提管架
6.2.7 ADS
6.2.8 封堵机
6.2.9 HOV
6.2.10 控油罩
第7章 水下应急维修水动力分析及风险评估方法
7.1 水下设备在海洋环境中的水动力仿真
7.2 水下设备的风险评估
第8章 水下应急维修半物理仿真运动控制模拟方法
8.1 吊机仿真模拟器系统架构
8.2 吊机仿真模拟器系统硬件平台开发
8.2.1 硬件系统的组成
8.2.2 吊机仿真模拟器设计
8.2.3 元件选择与功能实现
8.2.4 PLC系统配置与选型
8.2.5 控制柜内PLC布局设计
8.2.6 数据库服务器
8.2.7 模型解算服务器
8.3 吊机仿真模拟器软件平台开发
8.3.1 吊机仿真模拟器软件功能介绍
8.3.2 吊机仿真模拟器软件架构
8.3.3 吊机仿真模拟器软件实现
8.3.4 数据通信协议OPC(通信模块)
8.3.5 OPC转换程序详细设计
8.3.6 系统网络配置图
8.3.7 系统主要软件配置
8.4 绞车仿真子系统总体架构
8.5 绞车仿真子系统硬件平台开发
8.5.1 绞车仿真子系统硬件组成
8.5.2 模拟器设计
8.5.3 元件选择与功能实现
8.5.4 PLC控制系统配置与选型
8.6 绞车仿真子系统软件系统开发
8.7 水下机器人运动模拟系统设计
第9章 水下应急维修半物理仿真模型库管理方法
9.1 模型库管理子系统程序系统的结构
9.2 模型
内容摘要
第1章 概述 相对于水面各种形式的浮式系统来讲，在深水油气资源开发中，使用水下系统可以避免建造昂贵的海上采油平台，节省大量建设投资，且受灾害天气影响较小，可靠性强。随着技术的不断成熟和发展，水下生产系统在深水工程中的应用越来越多[1]。典型的水下生产系统[2，3]如图1.1所示。随着国际深水油气资源的大规模勘探开采，水下工程技术[4-6]得到了很大的发展。但是，水下工程技术具有的高风险、高科技的特点，尤其是深水的复杂环境，使水下系统事故带来的后果更严重，对事故、故障的应急处理更复杂、更重要。2010年，“深水地平线”平台爆炸导致的墨西哥湾漏油事故[7]，导致当地的海洋生态环境受到严重威胁，英国石油公司(BP)经过长期的努力，虽然尝试了各种办法，但很多预案都没能成功阻止原油泄漏。油田的所有者英国石油公司(BP)不仅面临美国政府的巨额罚款，而且公司股票大幅下跌，造成了异常严重的经济损失。因此，为了尽可能将水下生产系统设施发生故障后的影响降到*低，需要对水下设施应急维修系统开展深入研究，以保障深水油气资源的安全开发。 图1.1 典型的水下生产系统(文后附彩图) PLET：管道终端；PLEM：管汇终端；UTA：脐带缆终端；FPS0：浮式生产储油轮 水下设施应急维修系统中*核心的内容是水下作业装备[8，9]、工具[10]和水下作业技术与工艺。近年来，世界水下工程技术的研究开发重点已从常规有人潜水技术向大深度无人遥控潜水方向发展，水下机器人(remote operated vehicle，ROV)[11]、载人潜水器(human occupied vehicle，HOV)[12]、单人常压潜水装具(atmospheric diving suit，ADS)[13]等被广泛应用于深水海洋工程的勘探、开采、监测、检测和维修。目前，在大深度情况下，ROV与自主式水下运载器、HOV的联合作业已成为深海作业的一种重要手段。 在我国，经过多年的发展、建设和实践，已基本具备了研制各种不同类型HOV的能力；ROV的研制和应用也取得了较大的进展，我国已经研制开发多种观察型或轻作业型ROV；同时，也初步具备开发、研制常规潜水装具、装备及饱和潜水设备系统的能力。但是，国内的深水作业装备总体开发水平还比较低，没有系统地进行工程化应用，国产化、产业化程度均不高，还没有拥有系统的深水水下作业能力。国内目前研发的水下作业工具绝大多数属于潜水员人工操作类型，且深水水下作业工具的研发刚刚起步[14]。目前，深水水下作业装备和工具几乎被少数几个发达国家垄断，购买、使用、维护和维修费用昂贵，加之国外对我国实施技术封锁与保密措施，严重制约了我国深水油气田的开发，因此我国急需研发深水水下作业装备和工具。 针对海上油气田水下设施应急维修作业需求，需要开发由HOV、ROV、ADS、饱和潜水等设备和水下作业工具系统组成的、*大工作水深为1500m的深水水下作业装备及相关作业工艺与技术，实现水下生产系统设施的安装更换与维修、紧急工况下水下阀门操作、海底管道巡检与维修及深水钻井支持与生产服务，将为海上油气田安全生产提供有力保障，并形成具有自主知识产权的深水水下工程维修技术及相关能力，填补我国深水工程作业技术的空白。 我国南海油气资源丰富，但深水油气勘探开发装备与技术还远远落后于国际先进水平。深水油气开发面临复杂的油气藏特性及恶劣的海洋环境条件，因此必须加强深水海洋工程装备和技术的攻关。随着海洋工程技术的发展和海上油田水深的增加，水下生产系统研发已经成为国际深水油气资源开发的重要趋势。水下设施应急维修系统是水下生产系统安全生产的重要保障，是深水水下工程必不可少的环节，也是深水油气资源开发体系不可或缺的重要组成部分。水下设施应急维修系统的研究将为我国深水油气资源的开发提供有力的支撑和保障，也必将为我国海洋工程企业走向国际提供技术和装备支持。 要设计开发新的工艺和设备，对已有案例的深入研究和分析必不可少，只有在此基础上，才能使所设计的新工艺更加合理，所开发的新设备更加高效。既要对国内外案例进行调研分析，包括对工艺、维修设备和工具的合理性和有效性进行分析，也要结合现有技术发展，对维修工艺进行改进，对新工艺所需维修设备和机具的性能进行研究。这些是其他研究任务顺利进行的前提条件，并保证其他各项任务的研究朝正确的方向进行。研发水下应急维修半物理仿真系统可以大幅提高相关资料与信息的管理效率，整体提升事故应对能力。 第2章 水下应急维修半物理仿真原理 2.1 水下应急维修半物理仿真系统总体架构 水下应急维修半物理仿真系统总体架构不仅确定了系统的组织架构和拓扑结构，还显示了系统需求和构成系统各元素之间的对应关系。在进行系统架构设计时，要遵循如下原则。
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