CN102023601A

CN102023601A - 水下设施的状态监控

Info

Publication number: CN102023601A
Application number: CN2010102915721A
Authority: CN
Inventors: 斯图尔特·霍利; 尼古拉森·埃尔森
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Current assignee: Co., Ltd of oil and natural gas Britain of General Electric
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: GB0916421D0; EP2302479A2; GB2473640A; EP2302479B1; AU2010224331A1; US8515880B2; MY177364A; BRPI1010460A2; CN102023601B; SG188850A1; BRPI1010460B1; EP2302479A3; BRPI1010460A8; SG169961A1; US20110071966A1; AU2010224331B2

Abstract

本发明涉及水下设施的状态监控。一种用于对位于水下设施处的器具状态进行监控的方法包括以下步骤：a)感测与器具相关联的至少一个参数；b)提供所述至少一个参数的预期行为的模型；c)将所感测的参数与所述模型进行比较；和d)基于所述比较评估器具的状态。

Description

水下设施的状态监控

本发明涉及用于监控位于水下设施处的器具状态的方法和用于监控水下设施的部件的状态监控装置。具体地说，本发明可应用于如海底油气开采设施等水下设施。

背景技术

与石油和天然气的开采相关联的海底设备通常被设计为具有高达约三十年的设计使用年限。然而当然地，在这些复杂的设备件中，错误和故障仍然经常发生。恢复故障模块的介入操作可能非常昂贵并且在短时间内执行这些操作的船只的可用性可能受限。并且，设备内的故障可能对环境和个人安全存在潜在危害。

例如，海底设备故障的类型包括：

导电线的绝缘中的电阻击穿和/或导线自身的击穿；

液压和化学系统内的泄漏；

节流阀内的磨损；

阀致动器内的磨损；和

控制电子器件的故障。

当前用于检测这些故障的方法为利用安装于海底设备的传感器测量电气/电子系统、液压系统、化学系统和生产系统内的各种参数。可能存在很多这种部署于海底的传感器。这些测量中的很多可经由位于顶部的控制系统被监控，即：位于陆地上的表面处或者位于船只或平台上的表面处。目前，参数监控使用静定的警报设定点，以向位于控制系统处的操作员报警：出现了指示错误或故障的异常状态。通过简单的实施例，监控系统可被设置为一旦传感器测量到高于设置的预定值的压力，则引发警报。

该方法具有各种关联问题。这些问题包括：

1.尽管操作员熟悉系统的操作，但是操作员可能不擅长设备的运作。因此，由于一旦检测到了异常状态则操作员可能必须联系设备的供应商，因此这可能影响对问题的反应时间。这可能相应地大大地增加问题的解决时间和诊断。

2.由于在低设定点或高设定点处静态警报的性质，担心的故障状态通常已经在该阶段发展成熟。因此，在设备故障之前进行安排维修未必可行。

3.测量系统未考虑流体生成系统内的部件之间的相互作用。

4.测量系统通常产生大量遥测数据，这使得操作员很难了解系统的状况，这是因为一些设备操作比其它设备操作更重要。

5.系统的状态的可视性被限制于训练过的操作员，而对于高级用户可能是不可用的。

本发明的目的是解决上述问题。该目的是通过对与设施部件相关联的感测参数的预期行为进行建模并且利用实际感测值对这些模型进行校正的方式实现的。

因此，本发明允许远程监控海底设备的状态，以提供增强的反馈和异常状态检测。通过对已测量参数进行建模，本发明提供了预警和诊断信息，从而允许开展预防行动或安排维修。

通过使用现有传感器，本发明可由现有海底装置使用，或者可选择地，新的装置可被优化以允许本发明。

本发明存在多个优点。这些优点包括：

a)由于已安排的维修使生产的停机时间减少；

b)减少的无计划介入的成本；

c)具有较少经验的操作员被要求操作系统；

d)较快的响应时间以对情况做出反应；

e)更好的系统性能/状态的可视性；和

f)与其它感兴趣的各方共享数据的能力。

根据本发明的第一方面，一种用于监控位于水下设施处的器具的状态的方法被提供，该方法包括以下步骤：

a)感测与器具相关联的至少一个参数；

b)提供至少一个参数的预期行为的模型；

c)将所感测的参数与所述模型进行比较；和

d)基于所述比较评估器具的状态。

步骤b)、c)和d)优选地是通过利用专家系统被执行的，例如，包含历史数据库的专家系统。该方法可包括以下步骤：给专家系统提供来自于外部源的输入，所述输入被用于增强模型。

步骤a)可包括感测多个参数和/或步骤a)可包括核对与参数相关联的任意警报。每个参数和/或警报可被分配模型内的优先级别。

根据本发明所述的方法可被用于脐带(umbilical)导电体状态的监控。在该情况下，步骤a)可包括感测下述各项中的至少一个：表面LIM的读数、表面输入电压、表面输入电流、水下输入电压、水下输入电流和水下LIM。

根据本发明所述的方法可被用于检测和/或监控液压流体泄漏。在该情况下，步骤a)可包括感测下述各项中的至少一个：阀的启动、设施内的液压流体流量、离开位于表面处的液压流体储存器的液压流体量和设施的控制系统内的一个或多个点处的液压流体压力。

根据本发明所述的方法可被用于检测和/或监控节流阀内的磨损或侵蚀，例如通过包括确定流过节流阀的流速的步骤。流速可通过利用与节流阀相邻的流量计以直接确定通过节流阀的流量的方式被确定，或者流速可通过测量节流阀的入口和出口处的流体的压力特征和温度特征的方式被确定。

根据本发明所述的方法可被用于检测和/或监控阀致动器内的磨损，例如：通过包括确定由阀的驱动消耗的流体体积的步骤。体积可通过测量阀的每一侧处的液压流体压力的方式被确定，或者体积可通过直接测量被确定。该方法可包括监控执行的阀驱动的数量的步骤。在该情况下，步骤c)可包括将驱动的数量与致动器部件的已知寿命进行比较。该方法可包括确定使致动器移动满行程所需的时间的步骤。在该情况下，该方法可进一步包括以下步骤：利用所确定的所需时间计算致动器内的摩擦。

根据本发明所述的方法可被用于检测和/或监控用于控制设施处的器具的电子部件的故障。在该情况下，步骤a)可包括感测下述各项中的至少一个：在设施中的至少一个位置处的温度、压力、湿度、部件吸收的电流、信号电平和电压。

该方法可包括以下步骤：确定水下电气连接器的状况，例如：通过获得下述各项中的至少一个：LIM测量、液压流体流量测定和化学剂注入流量测定。

根本发明的第二方面，一种用于监控水下设施的部件的状态监控装置被提供，其包括：

与部件相关联的传感器，其与用于感测参数并且输出指示所述参数的信号；和

专家系统，其被布置为接收每个所述输出信号，该专家系统包括所述参数的预期行为的模型。

专家系统可包括历史数据库。

该部件可包括脐带和关联的脐带终端组件，状态监控装置适合于监控部件的导电体的状态。在该情况下，状态监控装置可包括用于感测下述各项中的一个或多个的传感器：表面LIM读数、表面输入电压、表面输入电流、水下输入电压、水下输入电流和水下LIM。

状态监控装置可包括用于核对与参数相关联的任意警报的装置。

该部件可包括液压流体系统，状态监控装置适合于检测和/或监控来自于系统的液压流体泄漏。在该情况下，状态监控装置可包括用于感测下述各项中的至少一个的传感器：设施处的阀的启动、设施内的液压流体流量、离开位于表面处的液压流体储存器的液压流体量和设施的控制系统内的一个或多个点处的液压流体压力。

该部件可包括节流阀，状态监控装置适合于检测和/或监控节流阀内的磨损或侵蚀。在该情况下，状态监控装置可包括用于确定流过节流阀的流速的装置。流速确定装置可包括与节流阀相邻以直接确定通过节流阀的流量的流量计，或者流速确定装置可包括用于测量节流阀的入口和出口处的流体的压力特征和温度特征的传感器。

该部件可包括阀致动器，状态监控装置适合于检测和/或监控阀致动器内的磨损。在该情况下，状态监控装置可包括用于确定由阀的驱动消耗的流体体积的装置。体积确定装置可包括位于阀的每一侧处的液压流体压力传感器或者体积确定装置可包括体积传感器。状态监控装置可包括用于监控执行的阀驱动的数量的装置。在该情况下，专家系统可适合于将驱动的数量与致动器部件的已知寿命进行比较。状态监控可包括用于确定使致动器移动满行程所需的时间的装置。在该情况下，状态监控装置可进一步包括通过利用已确定的时间计算致动器内的摩擦的装置。

该部件可包括用于控制设施处的器具的电子部件，状态监控装置适合于检测和/或监控电子部件的故障。在该情况下，状态监控装置可包括感测下述各项中的至少一个的装置：在设施中的至少一个位置处的温度、压力、湿度、部件吸收的电流、信号电平和电压。

状态监控装置可包括用于确定水下电气连接器的状况的装置。在该情况下，用于确定连接器的状况的装置可包括获得下述各项中的至少一个的传感器：LIM测量、液压流体流量测定和化学剂注入流量测定。

现在，将参照附图对本发明进行描述，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的示例性监控系统的概括图；

图2提供了示例性的海底器具经历的下降的图形表示；和

图3示意性地示出了典型的井控液压系统。

图1示意性地示出了根据本发明的示例性监控系统的概括图。该系统被实现为位于远离顶部的控制系统的专家系统，该系统自主地解释数据并且将关于被监控设施的状况的反馈提供给操作员并且还提供关于潜在的维修要求的建议。

为了简便，图1将系统划分为四个位置：海底、顶部、远程位置和远程用户。

a)海底

例如但不局限于井树(或“采油树”)、歧管、发电或存储设备、通信或配电中心、电子或控制模块等的海底器具部件1位于海底。器具部件1具有与它相关联的传感器2。通常，大量传感器被提供，以使各种参数可被测量。这些参数可包括例如压力、温度、液压流体或开采油的流速、电流、部件温度等，虽然如此，根据本发明，任意传感器输出可被包含在系统中。

在使用时，由传感器2从海底器具1处获取的数据被传送至海底电子模块(SEM)3，它可位于井树处或者与它分离。海底电子模块执行对传感器数据的初步处理。通常，海底电子模块将被封装在海底控制模块(SCM)4内部，海底控制模块4通常被安装于井树上。

b)顶部

控制站6和链接至其的顶部设备7位于顶部处，即例如陆地上的表面处或船只或平台上的表面处。控制站6经由脐带电缆5与海底进行通信，以使处理的传感器数据经由脐带5从海底电子模块3传输至顶部控制站6。

顶部控制站6包括用于将传感器数据转换为被优化以用于传输的格式的装置，这通常是通过建立的TCP/IP协议、利用连接到远程位置的互联网或卫星的方式实现的。

c)远程位置

在本文中，术语“远程位置”意味着远离海底设备的位置。在很多情况下，该位置将也远离顶部位置，例如：在中央控制基地处，但是可以可选择地位于顶部位置处。

远程控制应用8位于远程位置处。这包括适合于执行本发明所需的大部分数据分析以确定海底器具1的状况的处理装置。具体地说，远程控制应用8被连接于历史数据库9，历史数据库9存储历史数据和用于海底器具1的处理和部件的期望行为的模型。这允许远程监控应用8用作所谓的专家系统，如稍后将更详细地描述的。

d)远程用户

远程终端10被提供以允许终端用户远程地查看系统状态。终端10可经由例如安全的基于网络的接口与远程监控应用8进行通信。此外，系统状态通知部件11被提供，以使可通过远程接口和利用电子邮件通知的方式自主地告知终端用户异常系统行为。通知系统也可用作与第三方设备供应商共享数据的装置，该第三方设备供应商被要求诊断它们的设备的状态。

此外，远程用户可将信息发送至远程监控应用8。按照这种方式，系统可接收反馈并且通过学习改善它的分析，如下所述。

e)专家系统

专家系统优选地包括分析的计算机模型和来自于如有经验的个体等外部源的输入，它们都可被存储在历史数据库9中。通过使用这些部件，系统能够结合反馈和学习经验，以增强一个或多个模型并且改善系统的操作。

该系统核对来自于传感器2的所有个体参数数据，从而连续地或在离散时间点时测量数据。每个数据状态被分配优先级别，这影响了整个评估中的每个数据状态的权重。优先性采用被分配给某些组的警报(参照下面的实施例)的排名系统的形式，其根据对设备的影响按照重要性的顺序降序排列：

0-紧急停机(EDS)和安全相关系统

10-过程关键数据

20-关键设备状态

30-过程支持数据

40-设施支持数据

50-第三数据

与参数数据相关联的任意警报也通过系统进行核对。这些警报可构成硬限制或趋势或条件限制，并且具有与被应用于上述数据的评级方法相同的评级方法。

然后，该系统可总结被监控的井设施内的器具的状态，以提供海底系统状态的整体状况评分和简化视图。

本发明的专家系统可检测的问题包括：

a)导电线的电阻击穿；

b)液压和化学系统内的泄漏；

c)节流阀内的磨损/侵蚀；

d)驱动阀内的磨损；和

e)控制电子器件的故障。

本发明的专家系统检测这些问题所使用的方法在下面被详细地描述：

电阻的击穿，通过利用脐带导电线状态监控的实施例

典型的海底控制系统利用复合海底脐带5以传输来自于顶部控制站6的电功率和海底通信信号以及液压和化学供应。脐带5的海底末端终止在脐带终端组件(UTA)16中(如图3所示)。这些电功率信号经由绝缘导电线被传输和分配，该绝缘导电线终止在与海底设备相连的湿式耦合连接器内部。

配电系统的操作对于海底系统的可操作性是至关重要的。典型的海底配电系统工作在150V至600V之间，但是在更长的偏移距离的情况下，这些电压增加至千伏范围。导线的绝缘电阻击穿可导致系统故障和对操作系统的操作员或潜水员产生潜在的危害。并且，随着时间的流逝，脐带或飞线内的导线和电连接线存在击穿的趋势。

目前，脐带电阻通常(但不是始终)由线路绝缘监控设备(LIM)监控，该线路绝缘监控设备测量一个或多个导电线与大地之间的阻抗。该系统的缺点是LIM测量被单独地监控并且仅被用于在预定设定点时触发警报。一旦脐带达到这些设定点，那么绝缘通常已经降低至电线不可操作的范围。并且，测量本身通常是不精确的并且独立测量具有有限的使用。

本发明允许利用电流状态监控系统已经根据表面电源处和海底设备内的传感器提供的现有遥感。相关参数包括绝缘电阻、电压监控和电流监控。这些测量的参数被输入模型中，以通过历史数据和物理模型确定预期的行为和变量的相互作用。因此，输出可预测和标识系统性能的下降，从而提供对可能的故障的预警。

通过利用具体的实施例，脐带导电线的状况可利用在一段时间内测量的下述参数被评估：

表面LIM的读数；

表面输入电压；

表面输入电流；

海底输入电压；

海底输入电流；和

海底LIM(如果可利用)。

预期的理论电阻通过下式被计算：

R＝(V/I)-Δr

其中：R为预期电阻

V为电压

I为电流

Δr为随着时间的推移阻抗的下降

通过利用其预期的关系监控上述参数，可随着时间的推移确定脐带的预期电行为并且因此确定异常行为何时发生。该方法也可应用于监控整个配电系统，其包括：主脐带、任意现场脐带、电飞线和连接器。

图2显示了这样的图形，即：其示出了本技术，并且说明了问题的早期检测相对于现有的对警报极限的依赖的优点。

液压流体泄漏

液压流体被用于操作海底的各种阀。流体在表面处(岸上或平台/船只)被加压，然后被传输通过脐带5到达海底控制模块4。海底控制模块4利用电驱动定向控制阀(DCV)19(如图3所示)分配该流体。压力换能器(例如：如图3所示的18和21)和流量计(例如：如图3所示的17)被分配在控制系统内以确保对各个阀的驱动。在使用之后，液压流体可被排放至海(开环)中或返回至岸(闭环)上。控制系统通常被设置为故障保险位置，因此在液压压力损失的情况下，井将被关闭。

液压流体的泄漏导致下述问题：

环境问题；

大量成本；

如果压力不能被维持那么最终失去控制；和

较慢的阀驱动时间(它可能为安全问题，特别是在紧急关闭程序中)。

现行实践在没有故障至故障发生(不能操作阀或流体消耗的明显增加)的范围之间变化以监控顶部设施处的液压流体消耗。如果添加至系统的流体量明显增加，那么手动调查可随之进行。消耗的逐步增加可能被忽视。通常，不考虑活动(阀的操作)或个体压力或流量计读数直到故障发生为止。

根据本发明所述的方法可基于下述各项中的一些或所有自动地检测泄漏：

阀的启动；

被用于操作阀的已知流量，即：致动器体积；

设施内的液压流体流量，例如：

-流动通过海底流量计的流体量；

-通过监控泵状态(例如：通过利用已知的每泵旋转的体积和已知旋转数量)计算的流体量；

通过流量计或根据液压流体储存器水平测量的离开表面处的液压动力单元的流体量；和

测量海底控制系统内的一个或多个点处的液压流体压力。

通过监控上述参数，可确定应该被使用的液压流体量并且还可确定正在被使用的实际量。如果与理论要求相比更多的流体正在被使用，那么可推定存在泄漏。泄漏的量也可被确定。对上述参数的进一步分析也可指示泄漏的可能位置。

图3以图表的方式示出了简化的井控制液压系统，为了清楚，它仅示出了井树而未示出相关联的分配歧管。储存器12中的液压流体馈送给液压动力单元(泵)13，并由流量计14测量泵的输出流量。所有这些部件通常被安装在井控制平台顶部上(即：在表面处)。来自于流量计14的输出经由脐带5馈送给井口树，脐带的输入液压压力通过压力换能器15被测量。脐带5经由脐带终端组件16被连接于海底控制模块4。该海底控制模块容纳了流量计17、海底控制模块输入压力换能器18和多个操作井控制阀致动器的定向控制阀(DCV)19。为了简化，仅示出了三个DCV19和一个致动器20。每个DCV19的输出压力是通过压力换能器21(为了清楚仅示出了一个)被测量的。

图3所示的流量计未必总是存在。如果它们不存在，那么流速或体积可通过利用如压力下降、泵旋转或通过任意其它可利用的装置被测量。

故障测定可被静态地或动态地评估。

静态方法将不会考虑系统中的瞬态；它将使用在预定时期内的体积(计算的或测量的)。然后，系统将使用基本逻辑以寻找任意丢失或意外获得的体积。

动态方法将查看流速，并且利用相似的基本逻辑将这些流速进行比较以寻找丢失的或获得的流体。

静态方法可能更适合于控制系统的分析，这是因为该流体通常仅偶尔被使用。对于化学剂注射或产出流体，动态方法可更适合，这是因为流量相对恒定。

流体体积或流速可根据下述各项被计算：

储存器12的表面水平的改变-(V₁)；

表面处的物理流量计14-(V₂)；

SCM4处的物理流量计17-(V₃)；

通过利用压力传感器18和21计算的该DCV19或每个DCV19上的流量；和

DCV的已知限制和已知流体特征(V₄)；

排出/返回线23上的物理流量计22(V₅)；和

可存在于每个控制线上的物理流量计。

来自于流量计的输出可被转换为体积，该体积将被用于通过对时间进行积分的静态方法，相反地，例如将根据储存器的表面水平的变化被直接测量的体积输出可被转换为流速，该流速可由相对于时间测量的动态方法使用。

被使用的流体的预期量(V₆)是根据移动致动器21通过完整行程——或部分行程(在位置被分别测量或计算的情况下)所需的已知体积得到的。

如图3所示的简单的单个井树配置的泄漏的存在和位置可通过利用逻辑被确定，例如下面列出的逻辑：

如果V₁＞V₂并且V₂＝V₃＝V₄＝V₅，那么表面(顶部)系统中存在泄漏。

如果V₁＝V₂＞V₃并且V₃＝V₄＝V₅，那么脐带系统中存在泄漏。

如果V₁＝V₂＝V₃＞V₄并且V₄＝V₅，那么在DCV19之前的SCM4中(即：在表面侧上)存在泄漏。

如果计算出的体积V₄大于相应的预期体积V₅，那么在DCV20之后(即：在井侧上)存在泄漏。

上面的逻辑可被扩展至更典型的情况，即：具有分别相关联的SCM的多个(1-n个)井树(例如：)存在于场所中，每个井树经由分配歧管被连接于公共脐带5。在下面的逻辑中，V₄(n)表示树“n”的等效值V₄，而V_5(n)表示树“n”的等效值V5。

如果V₁＞V₂并且V₂＝V₃＝(V₄₍₁₎+V₄₍₂₎+...V_4(n))＝(V₅₍₁₎+V₅₍₂₎+...V_5(n))，那么表面(顶部)系统中存在泄漏。

如果V₁＝V₂＞V₃并且V₃＝(V₄₍₁₎+V₄₍₂₎+...V_4(n))＝(V₅₍₁₎+V₅₍₂₎+...V_5(n))，那么脐带系统中存在泄漏。

如果V₁＝V₂＝V₃＞(V₄₍₁₎+V₄₍₂₎+...V_4(n))并且(V₄₍₁₎+V₄₍₂₎+...V_4(n))＝(V₅₍₁₎+V₅₍₂₎+...V_5(n))，那么在DCV19之前的SCM4中(即：在表面的侧面上)存在泄漏。

如果已计算的体积(V₄₍₁₎，V₄₍₂₎，...V_4(n))中的一个大于相应的预期体积(V₅₍₁₎，V₅₍₂₎，...V_5(n))，那么在井树处的DCV20之后(即：在井侧上)存在泄漏。

压力计也可被用于判断在不存在阀操作的情况下是否存在任何泄漏。例如：

如果在阀未被操作的情况下(或者在储蓄器未被充满的情况下)P1＞P3+ρgh(其中：P1为由压力换能器15测量的压力、P3为由压力换能器18测量的压力、ρ为流体的密度、g为重力加速度和h为两个换能器P1和P3之间的高度差)，那么可能存在泄漏。其中，ρ、g和h项被用于补偿换能器15与18之间的高度差。

应用未被限制于本文使用的生产井的实施例，而应包括海底控制系统的任意部分，其中液压流体被用于移动致动器和/或阀。

如果一旦各个测量之间的关系已经被建立时个别测量仪表中的任意一个出现故障，那么虚拟测量可利用剩余运作的测量仪表的输出被创建。这可能在化学剂注入流量计故障的情况下特别有用。

相同的逻辑可被应用于任意流体系统，例如：化学剂注入或产出流体。

节流阀内的磨损或侵蚀

节流阀被用于控制来自于生产井的流量或者控制流体注入注入井(或化学剂注入出油管线)的速率。产出流体量是通过利用能够测量多相流的物理流量计被测量的。

本发明允许节流阀位置被确定，并且允许节流阀的位置与根据流过节流阀的流速测量的位置进行比较。为此，物理流量计可被直接用于测量流量。然而，这是较昂贵的，并且因此流量可可选择地通过利用节流阀的入口和出口处的压力测量和温度测量以及节流阀的已知流速特征和压力下降特征被确定。

节流阀可能引起的典型问题包括侵蚀和位置设置的不准确性。节流阀，由于其自然受到侵蚀，从而导致降低的功能性。操作员设置节流阀以实现具体限制，并且因此由于该侵蚀，压力流特征可呈现不同特征。

控制套管的扼流的位置可通过利用线性电位器(LVDT)或其它直接测量设备被监控，或者对于步进式节流阀，控制套管的扼流的位置可通过计算被发送至步进致动器的脉冲数量的方式被监控，同时其它方法可被用于转动式致动器。所有这些方法受到不准确性(例如：传感器上的漂移、对“步”计数的失效，等)的影响，对于操作员期望的一个位置，可导致不同的位置。

这些类型的故障可通过利用物理流量计测量的流速和/或计算的流速被分析，以判断：

节流阀是否已经侵蚀；和/或

节流阀位置指示器是否是错误的。

物理流量计给出了部件流体的流速和体积分数，流体例如：煤气、水或油等。通过利用该流速和节流阀的每一侧上的压力传感器，可通过将各个节流阀位置的被确定的流速与期望流速进行比较的方式计算节流阀的限制。两者之间的任意差别可能是由于侵蚀(如果实际限制小于期望限制)、堵塞或错误位置指示引起的。

通过将节流阀移动至开启或封闭的极限位置，错误位置指示可与侵蚀/堵塞隔离。然而，这可能不是期望的或可能的。可选择的方式是将节流阀移动至在延长期内它被保留的位置附近。由于节流阀的特性，只有相对于流体“开启”的部分将侵蚀，并且通过将活塞移动至该位置处，特性偏离将是明显的——从而使侵蚀与错误位置指示隔离。更详细地，假设节流阀在延长期内保持在恒定位置x1处。节流阀的开口部分，即：暴露于流体的部分，可侵蚀或堵塞，从而导致预期流量与实际流量之间的差别。现在，对于所有更加开放(例如：x＞x1)的节流阀位置，预期流量与实际流量之间的差别Δ实质上等于x，这是因为侵蚀/堵塞不能影响节流阀的封闭部分(因为它未被暴露于流体)。然而，对于更加封闭(例如：x＜x1)的节流阀位置，差别Δ将随x的变化而变化。

因此，通过将确定流速与期望流速进行比较，可对节流阀的运作做出推断。通过确定范围x内的Δ和在该范围内Δ的变化，可确定堵塞/侵蚀并且将它定位于具体的x值。另一方面，如果Δ被确定为在整个x范围(即：节流阀100％封闭至100％开启)内是恒定的，那么这指示节流阀位置测量是不正确的，即：存在错误的位置指示，除非节流阀已经在长时间内被100％开启从而导致在节流阀范围内的堵塞/侵蚀。

阀致动器内的磨损

图3示出了典型的液压线路，其包括大量定向控制阀(DCV)19。这些是由电磁线圈操作的阀，它们控制流动至阀致动器20的液压流体。安装在树上的海底控制模块4容纳该DCV19或每个DCV19。模块4也包含压力传感器18和21，它们测量该DCV或每个DCV的供应侧和驱动侧上的驱动流体的压力(为了简化，图3仅示出了一个传感器21，本领域相关技术人员将了解到，每个DCV可在它的驱动侧上具有相关联的传感器21)。根据这些测量，由DCV的驱动消耗的流体体积可被计算，这是因为DCV19的压力特征/流量特征是已知的。通常，如果存在流量计17，那么体积也可通过流量计17在供应侧上直接被测量，如图所示，流量计17也可被放置在模块4中。通常，直接测量海底致动器的位置是不可能的，并且相反地，依靠粗略的压力指示或计算的体积是必须的。软件应用已经发展，“VFVP”(阀足迹验证程序)用于监控移动的液压流体的体积从而判断致动器是否已经被移动满行程。

海底致动器可能失效，这可导致不能操作阀，从而相应地可导致严重的控制问题和安全问题。故障实质上是渐进的，例如：密封的退化、重复的粘贴并且在最终变得永久粘贴之前松脱，这相应地要求进行驱动所需压力的逐渐增加。

在已知的系统中，未对驱动的数量进行记录。

根据本发明所述的方法，它可：

利用驱动数量与故障数量之间的相关性。例如，根据从密封制造商处得到的随时可用的数据，滑动式密封可被估计为在某些情况下持续移动了某一距离。因此，通过监控驱动数量并且将它等同于移动的密封距离，剩余寿命的百分比可被估计；和

当阀被驱动时，通过将该配置与在已知状况点处例如在器件处实时地获得的基线进行比较的方式监控压力配置。后续的测量被评估以寻找趋势，例如：体积的差别、启动的时间或压力和在启动期间移动的速率变化，并考虑过程状态，例如：阀反抗的压力。

用于使致动器移动满行程即驱动它所需的时间是液压流体供应压力、储蓄器体积、静水压力、致动器的弹簧系数和如流体限制或致动器/阀摩擦等摩擦损失的函数。除了摩擦损失，所有这些在安装之前是已知的或者在使用时被测量的。因此，对于每个致动器，行程时间与其它测量之间的关系可被确定。因此，根据该关系的任何差异指示摩擦损失的变化，并且因此指示即将发生的故障。这可能是由于流体阻塞或机械摩擦改变(密封失效、机械摩擦等)。同样地，相同的方法可被用于监控致动器被触动为关闭的所需时间，这通常是由致动器内的弹簧施力的。

在优选的实施方式中，移动致动器所必须的液压流体的体积被监控和被记录趋势。使用的流体的体积改变指示即将到来的故障。必须的流体体积的增加指示泄漏(可能是密封的泄漏)，而流体体积的减少指示不完整的行程或废弃物的累积。

当对阀进行去激活时排出的流体体积可按照相同的方式被记录并被记录趋势。排出的体积的减少指示致动器未被完全触动、未被完全去激活或者在流量计之前存在泄漏。这些原因可通过将排出的流体体积与对于激活必须的流体体积进行比较的方式被区分。

此外，每个阀将具有普通的“标记”压力/流量配置。这可在安装期间、测试期间或在故障之前的任意时候被获得。在下面的操作期间与该标记的偏差可被监控和被记录趋势以警告操作员潜在的即将到来的故障。

具体地，上面的标记配置方法可被应用于表面控制的海底安全阀(未被示出)。这是重要的安全阀，它通常通过高压力液压流体供应被操作。它在井测试和井维修期间被用作安全栅。

控制电子器件的故障

用于海底井的控制电子器件通常位于海底电子模块(SEM)3(如图1所示，但是为了清楚，在图3中被省略)中，SEM3通常位于SCM4中。SEM3对于控制系统是至关重要的。当前安全方法包括简单地等待故障、转换至备用和当可能时进行替换，从而希望备用不会失效。当前不存在对故障预测的主动监控。井的电子操作还取决于海底连接器，它们是复杂的湿式耦合项并且通常是电子分配、液压分配或化学剂分配失效的点。与连接器有关的问题通常可通过对它们进行重新改造的方式被解决，该方法较简单，但是需要运用远程操作工具。

根据本发明所述的示例性方法，它可：

a)监控状况退化因素的“辅助”数据，例如：温度、压力和湿度，并且还监控退化的迹象，例如：吸收电流、信号电平、电压的波动等；

b)基于上述因素通过加速寿命试验确定SEM或个别板和/或部件的寿命；和

c)计算SEM的剩余使用寿命以允许在故障之前进行替换；和

使用对电子(LIM)、液压流体和化学剂注入流量计或泄漏检测器的监控组合以确定海底连接器的一般状况。

上述实施方式仅仅是示例性的，并且本领域相关技术人员将容易设想权利要求范围内的替换。

Claims

1.一种用于对位于水下设施处的器具的状态进行监控的方法，包括以下步骤：

a)感测与所述器具相关联的至少一个参数；

b)提供所述至少一个参数的预期行为的模型；

c)将所述所感测的参数与所述模型进行比较；和

d)基于所述比较评估所述器具的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)、c)和d)是利用专家系统被执行的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述专家系统包括历史数据库。

4.根据权利要求2和3中的任意一项所述的方法，包括给所述专家系统提供来自于外部源的输入的步骤，所述输入被用于增强所述模型。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中步骤a)包括感测多个参数。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中步骤a)包括核对与所述参数相关联的任意警报。

7.根据权利要求5和6中的任意一项所述的方法，其中每个参数和/或警报在所述模型中被分配一优先级别。

8.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法被用于脐带导电体状态的监控。

9.根据权利要求8所述的方法，其中步骤a)包括感测下述项中的至少一个：表面LIM的读数、表面输入电压、表面输入电流、水下输入电压、水下输入电流和水下LIM。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法被用于检测和/或监控液压流体泄漏。

11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤a)包括感测下述项中的至少一个：

阀的启动；

所述设施内的液压流体的流量；

离开位于所述表面处的液压储存器的液压流体的量；和

所述设施的控制系统内的一个或多个点处的液压流体压力。

12.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法被用于检测和/或监控节流阀内的磨损或侵蚀。

13.根据权利要求12所述的方法，包括确定通过所述节流阀的流速的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其中通过使用与所述节流阀相邻的流量计以直接确定通过所述节流阀的流量的方式来确定所述流速。

15.根据权利要求13所述的方法，其中通过测量所述节流阀的入口和出口处的流体的压力特征和温度特征的方式来确定所述流速。

16.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法被用于检测和/或监控阀致动器内的磨损。

17.根据权利要求16所述的方法，包括确定由驱动所述阀所消耗的流体的体积的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中通过测量所述阀的每一侧处的液压流体压力的方式确定所述体积。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述体积是通过直接测量的方式被确定的。

20.根据权利要求16至19中的任意一项所述的方法，包括监控所执行的驱动的数量的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤c)包括将驱动的所述数量与致动器部件的已知寿命进行比较。

22.根据权利要求16至21中的任意一项所述的方法，包括确定使所述致动器移动满行程所花费的时间的步骤。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括利用所确定的所花费的时间计算所述致动器内的摩擦的步骤。

24.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法被用于检测和/或监控用于控制所述设施处的器具的电子部件的故障。

25.根据权利要求24所述的方法，其中步骤a)包括感测下述项中的至少一个：在所述设施中的至少一个位置处的温度、压力、湿度、部件吸收的电流、信号电平和电压。

26.根据权利要求24和25中的任意一项所述的方法，包括确定水下电气连接器的状况的步骤。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述连接器的状况是通过获得下述项中的至少一个的方式被确定的：LIM测量、液压流体流量测定和化学剂注入流量测定。

28.一种用于监控水下设施的部件的状态监控装置，包括：

与所述部件相关联的传感器，该传感器用于感测参数并且输出指示所述参数的信号；

专家系统，该专家系统被布置为接收每个所述输出信号，所述专家系统包括所述参数的预期行为的模型。

29.根据权利要求28所述的状态监控装置，其中所述专家系统包括历史数据库。

30.根据权利要求28和29中的任意一项所述的状态监控装置，其中所述部件包括脐带和关联的脐带终端组件，并且所述状态监控装置适合于监控所述部件的导电体的状态。

31.根据权利要求30所述的状态监控装置，包括传感器，所述传感器用于感测下述项中的一个或多个：表面LIM的读数、表面输入电压、表面输入电流、水下输入电压、水下输入电流和水下LIM。

32.根据权利要求28至31中的任意一项所述的状态监控装置，包括用于核对与所述参数相关联的任意警报的装置。

33.根据权利要求28至32中的任意一项所述的状态监控装置，其中所述部件包括液压流体系统，并且所述状态监控装置适合于检测和/或监控来自于所述系统的液压流体泄漏。

34.根据权利要求33所述的状态监控装置，包括传感器，所述传感器用于感测下述项中的至少一个：所述设施处的阀的启动、所述设施内的液压流体的流量、离开位于表面处的液压储存器的液压流体的量、和所述设施的控制系统内的一个或多个点处的液压流体压力。

35.根据权利要求28至34中的任意一项所述的状态监控装置，其中所述部件包括节流阀，并且所述状态监控装置适合于检测和/或监控所述节流阀内的磨损或侵蚀。

36.根据权利要求35所述的状态监控装置，包括用于确定通过所述节流阀的流速的流速确定装置。

37.根据权利要求36所述的状态监控装置，其中所述流速确定装置包括与所述节流阀相邻以直接确定通过所述节流阀的流量的流量计。

38.根据权利要求36所述的状态监控装置，其中所述流速确定装置包括用于测量所述节流阀的入口和出口处的流体的压力特征和温度特征的传感器。

39.根据权利要求28至38中的任意一项所述的状态监控装置，其中所述部件包括阀致动器，并且所述状态监控装置适合于检测和/或监控所述阀致动器内的磨损。

40.根据权利要求39所述的状态监控装置，包括用于确定驱动所述阀所消耗的流体体积的体积确定装置。

41.根据权利要求40所述的状态监控装置，其中所述体积确定装置包括位于所述阀的每一侧处的液压流体压力传感器。

42.根据权利要求40所述的状态监控装置，其中所述体积确定装置包括体积传感器。

43.根据权利要求39至42中的任意一项所述的状态监控装置，包括用于监控所执行的阀驱动的数量的装置。

44.根据权利要求43所述的状态监控装置，其中所述专家系统适合于将驱动的所述数量与已知的致动器部件的寿命进行比较。

45.根据权利要求39至44中的任意一项所述的状态监控装置，包括用于确定使所述致动器移动满行程所花费的时间的装置。

46.根据权利要求45所述的状态监控装置，还包括利用已确定的时间计算所述致动器内的摩擦的装置。

47.根据权利要求28至46中的任意一项所述的状态监控装置，其中所述部件包括用于控制所述设施处的器具的电子部件，并且所述状态监控装置适合于检测和/或监控所述电子部件的故障。

48.根据权利要求47所述的状态监控装置，包括用于感测下述项中的至少一个的装置：在所述设施中的至少一个位置处的温度、压力、湿度、部件吸收的电流、信号电平和电压。

49.根据权利要求47和48中的任意一项所述的状态监控装置，包括用于确定水下电气连接器的状况的装置。

50.根据权利要求49所述的状态监控装置，其中用于确定所述连接器的状况的所述装置包括用于获得下述项中的至少一个的传感器：LIM测量、液压流体流量测定和化学剂注入流量测定。