CN105021382A - 水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，包括数据收集部分和数据处理部分；所述数据收集部分分别收集水下电子模块和/或液压供应模块和/或生产控制系统中的液压数据，传输到数据处理部分；所述数据处理部分对所述液压数据进行储存和处理，结合事先存储的标准液压数据进行对比、分析，输出检测结果和诊断信息。本发明还公开了与所述系统对应的监测及诊断方法。本发明在线实时采集分析数据，大幅提高了生产效率，不受恶劣天气及海况等情况影响，消除了现有技术在施工作业时人员及设备的安全风险，本系统应用到水下各种液压阀门的监测和诊断中，作业时不再需要出动大型工程设备及大量作业人员，可以大量节约人员和设备成本。

Description

水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统和方法

技术领域

本发明属于水下油气开发技术领域，具体涉及一种基于计算机数据采集及分析，对水下采油树液压阀门性能进行在线实时监测及诊断的系统和方法。

背景技术

水下采油树是深水油气田开发的关键设备之一，每座水下采油树上安装的液压控制阀门多达10个以上，阀门的可靠性直接影响着深水油气田的安全运行。因此在日常生产作业中需要重点关注采油树阀门关闭及打开是否正常，液压是否存在泄漏等。目前通用的做法是利用工程船舶载运水下机器人检查采油树所有部位，并逐个打开和关闭阀门来确认开关状态是否正常。该做法优点是检查全面到位，但缺点也特别突出：(1)一次作业所需时间长，效率低，且不能实时对采油树阀门性能进行检测；(2)工程船舶及水下机器人的作业易受恶劣天气及海况的影响，导致检测工作受影响，甚至作业暂停；(3)海上施工作业存在人员及设备的安全风险；(4)海上作业需要出动大型工程设备及大量作业人员，作业费用高。

为了克服人工检测的上述缺点，有必要对现有技术进行改进，开发一种对水下采油树液压阀门进行自动检测的监测及诊断系统，用于替代工程船舶和水下机器人的相关工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统和方法，以代替工程船舶及水下机器人的相关工作，完成采油树液压阀门数据在线实时采集、储存、工作性能分析、故障识别诊断、液压泄漏分析、泄漏量计算、曲线图形及报警信息显示、诊断报告打印等，对阀门工作性能及故障进行及时、准确的分析。

本发明基于如下的原理：每个液压阀门在打开的过程中，其供给液压压力和执行器液压压力随着时间变化形成自身独有的曲线，如果实际曲线与该阀门正常工作时的标准曲线有差异，则说明阀门存在故障，通过分析实际曲线与标准曲线在不同时间段存在何种差异，即可以找出问题的原因；同时液压阀门在关闭的过程中，其排放液压压力和执行器液压压力随着时间变化也形成与打开过程中不一样的特有曲线，通过分析实际曲线与标准曲线在不同时间段存在何种差异，也可以找出阀门故障的原因；同时通过跟踪分析采油树上的供给液压压力、阀门开关次数及液压液消耗量的变化趋势，便可识别出水下采油树是否存在液压液泄漏。利用深水油气田开发装置现有的控制系统及设备，通过采集相关的液压数据、设置相应的应用模块及数据库，来组成一个水下采油树液压阀门性能在线实时监测及诊断的系统。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，包括数据收集部分和数据处理部分；所述数据收集部分分别收集水下电子模块和/或液压供应模块和/或生产控制系统中的液压数据，传输到数据处理部分；所述数据处理部分对所述液压数据进行储存和处理，结合事先存储的标准液压数据进行对比、分析，输出检测结果和诊断信息。

具体地，所述数据收集部分收集的水下电子模块数据包括每一个水下采油树阀门在打开过程中的液压供给压力、执行器液压压力、阀门打开时间，以及阀门在关闭过程中的执行器液压压力、液压排放压力、阀门关闭时间；上述数据传送到数据处理部分存储分析，形成两条液压压力曲线，分别与预先存储在数据库中打开和关闭该阀门的两条标准液压压力曲线进行对比，得到阀门工作状态是否正常、是否存在故障及存在何种故障，并输出故障报警信息及阀门工作性能的分级诊断报告。

具体地，所述生产控制系统中的液压数据包括从水上主控站MCS中统计阀门开关次数数据、液压液消耗量数据，上述数据传输到数据处理部分，结合水下采油树液压压力数据，形成曲线，与标准数据对比分析，得到水下采油树液压是否存在泄漏，及计算泄漏量，并显示液压液泄漏的报警提示。

具体地，所述数据处理部分包括数据处理站及输出设备；所述数据处理站包括数据存储与调用模块、条件设定模块、液压曲线模块、阀门性能分析模块、液压泄漏分析模块、警报模块、报表报告模块；所述输出设备包括显示器、打印机及报警设备。

具体地，所述数据处理部分是水上控制中心的一部分，通过在原有生产控制系统基础上增加相应的功能模块来实现。

一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)数据采集：收集水下电子模块和/或液压供应模块和/或生产控制系统中的液压数据，传输到数据处理部分；(2)数据处理：对所述液压数据进行储存和处理，结合事先存储的标准数据进行对比分析；(3)输出：通过显示器和/或打印机和/或报警设备输出检测和诊断信息。

具体地，所述数据的收集和处理包括：(1)收集包括每一个水下采油树阀门在打开过程中的液压供给压力、执行器液压压力、阀门打开时间，以及阀门在关闭过程中的执行器液压压力、液压排放压力、阀门关闭时间；上述数据传送到数据处理部分存储分析，形成两条液压压力曲线，分别与预先存储在数据库中打开和关闭该阀门的两条标准液压压力曲线进行对比，得到阀门工作状态是否正常、是否存在故障及存在何种故障，并输出故障报警信息及阀门工作性能的分级诊断报告；(2)从水上主控站MCS中统计阀门开关次数数据、液压液消耗量数据，上述数据传输到数据处理部分，结合水下采油树液压压力数据，形成曲线，与标准数据对比分析，得到水下采油树液压是否存在泄漏及计算泄漏量，并显示液压液泄漏的报警提示。

本发明充分利用现有的生产控制设备及系统，增加相应的应用模块，完成数据收集及传输；所有数据处理均为模块化，便于修改及扩展；输出显示图文信息及生成报告便于实施检测。本发明的有益效果在于：(1)在线实时采集分析数据，大幅度提高了生产效率；(2)不受恶劣天气及海况等情况影响，自动检测系统可以全天候不间断对水下阀门的工作情况进行检测和诊断；(3)消除了现有技术在施工作业时人员及设备的安全风险；(4)节约成本。本系统可以应用到水下各种液压阀门的监测和诊断中，作业时不再需要出动大型工程设备及大量作业人员，可以大量节约人员和设备成本。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的数据处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的解释。

如图1所示，本发明所述水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统由数据收集及数据处理两大部分组成：(1)数据收集部分。在水下电子模块、液压供应模块及生产控制系统中增加相应的功能模块，收集上述位置的液压数据，传送至位于水上控制中心的水上主控站MCS；(2)数据处理部分。位于水上控制中心，由一台数据处理站及相关打印机、显示器、警报设备等附属设备组成，数据处理站作为水上控制中心的一部分，在原有生产控制系统基础上增加相应的应用模块实现本发明的所有功能，进行液压数据处理、储存、分析、显示图文信息及生成和打印报告等。

数据收集部分，需要收集的数据有：(1)每一个水下采油树阀门在打开过程中的液压供给压力、执行器液压压力、阀门打开时间及阀门在关闭过程中的执行器液压压力、液压排放压力、阀门关闭时间。这些数据由水下电子模块收集，收集频率为3-10次/秒(可由条件设定模块调整频率参数)，以数据包的形式通过水下脐带缆传回水上主控站MCS，并通过水上主控站MCS传送至数据处理站；(2)液压液的消耗量。通过由液压供应模块检测液压液储罐液位及液压系统压力变化计算得到，由水上主控站MCS计算收集并传送至数据处理站；(3)采油树每一个液压阀门在设定时间段内的打开及关闭次数，在进行阀门打开或关闭时，由水上主控站MCS新增的功能模块统计得到，并传送至数据处理站。

本发明所提供的系统结构如图1所示，一般水下采油树安装有10多个液压阀门，图中仅以其中2个阀门作为示例，其余阀门的结构及工作方式与此类似。通过液压供应总管线上的压力传感器PT1，可获得采油树阀门1、采油树阀门2等在打开过程中的液压供给压力；通过液压排放汇总管线上的压力传感器PT4，可获得采油树阀门1、采油树阀门2等在关闭过程中的液压排放压力；通过压力传感器PT2，可获得采油树阀门1在打开和关闭过程中采油树阀门1执行器液压压力；通过压力传感器PT3，可获得采油树阀门2在打开和关闭过程中采油树阀门2执行器液压压力。PT1、PT2、PT3、PT4所获得的数据均为4-20mA的模拟信号，水下电子模块SEM将其转换成数字信号，并与水下电子模块新增计时模块所统计的阀门打开时间和/或阀门关闭时间一起，通过脐带缆通讯(以太网)传回水上主控站MCS。

液压供应模块中液压液储罐的液位L由其自身的PLC模块实时获取4-20mA液位传感器信号数据，PLC通过RS485电缆将其传至水上主控站MCS，用于水上主控站MCS新增模块计算液压液消耗量。

数据处理部分的工作过程如图2所示，数据处理站将收集到的实时数据储存于数据库中。在系统建立时，阀门的液压特性参数及试验所得打开阀门的标准数据和关闭阀门的标准数据也保存在数据库，作为系统分析的基准数据。数据处理站调用数据库数据进行阀门工作性能分析、故障识别诊断、液压泄漏分析、泄漏量计算、显示曲线图形及阀门故障及液压泄漏等报警信息、产生分级诊断报告等，并将分析结果保存在数据库存档，供数据处理站调用查阅。

本系统数据处理站主要由七大模块组成：(1)数据存储与调用模块。负责接收数据、将数据存储于数据库中，并按照其它应用模块的指令调用数据库的数据，系统的计算结果及生成的报告也通过此模块存储于数据库中。(2)条件设定模块。操作人员可设定时间、数据采集频率等条件，其他模块在工作时将按此条件进行计算，直到该条件被改变。(3)液压曲线模块。该模块的功能是生成液压压力与时间的曲线图(Y-X轴)，包括标准曲线及实际曲线。(4)阀门性能分析模块。按照每个阀门开(或关)过程中四个液压压力的不同变化阶段，来分别计算这四个不同阶段实际液压曲线与标准曲线之间的面积，与标准曲线在这四个阶段与X轴的面积，计算这两个面积之比，得出阀门在某个阶段工作性能的改变程度(变差程度)，同时结合曲线的曲率变化，可分析得出阀门的性能状态。(5)液压泄漏分析模块。通过统计液压消耗量的历史变化，结合阀门开关次数及系统压力变化趋势，计算出某个时间段内的液压消耗量与存储在数据库中水下采油树正常生产且阀门开关次数相同的时期内液压消耗量差值，如果差值超过7％(不同脐带缆系统设定值不同)，可认为水下采油树存在泄漏，该差值即为泄漏量。(6)警报模块。由阀门性能分析模块及液压泄漏分析模块的计算结果，超出设定点范围，即产生相应的报警，报警由日期时间、报警模块名、报警描述、声音等组成，可在显示器中显示出来。(7)报表报告模块。点击数据处理站的生成报表按钮，该模块即调用数据库的数据，按照预设的标准格式将报表显示出来，并可供打印。系统形成的分析诊断报告，按照阀门性能下降的不同程度或液压泄漏量的大小不同，生成3种不同级别的报告：1级诊断报告，在报告表头标注有红色的①，表示阀门性能曲线严重偏离标准曲线，出现了严重故障，或采油树液压出现了严重泄漏，需要立即采取行动，以保证生产安全。2级诊断报告，在报告表头标注有黄色的②，表示阀门性能曲线轻微偏离标准曲线，或采油树液压可能存在泄漏，需要生产人员保持关注。3级诊断报告，在报告表头标注有绿色的③，表示阀门性能曲线与标准曲线基本吻合，同时采油树液压也不存在泄漏，采油树工作正常。

上述实施例目的在于使本领域专业技术人员可以据其了解本发明的技术方案并加以实施，并不能以其限制本专利的保护范围，凡依据本发明披露技术所作的变形、等同替换和改进，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，包括数据收集部分和数据处理部分；所述数据收集部分分别收集水下电子模块和/或液压供应模块和/或生产控制系统中的液压数据，传输到数据处理部分；所述数据处理部分对所述液压数据进行储存和处理，结合事先存储的标准液压数据进行对比、分析，输出检测结果和诊断信息。

2.根据权利要求1所述一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，所述数据收集部分收集的水下电子模块数据包括每一个水下采油树阀门在打开过程中的液压供给压力、执行器液压压力、阀门打开时间，以及阀门在关闭过程中的执行器液压压力、液压排放压力、阀门关闭时间；上述数据传送到数据处理部分存储分析，形成两条液压压力曲线，分别与预先存储在数据库中打开和关闭该阀门的两条标准液压压力曲线进行对比，得到阀门工作状态是否正常、是否存在故障及存在何种故障，并输出故障报警信息及阀门工作性能的分级诊断报告。

3.根据权利要求1所述一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，所述生产控制系统中的液压数据包括从水上主控站MCS中统计阀门开关次数数据、液压液消耗量数据，上述数据传输到数据处理部分，结合水下采油树液压压力数据，形成曲线，与标准数据对比分析，得到水下采油树液压是否存在泄漏，及计算泄漏量，并显示液压液泄漏的报警提示。

4.根据权利要求1所述一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，所述数据处理部分包括数据处理站及输出设备；所述数据处理站包括数据存储与调用模块、条件设定模块、液压曲线模块、阀门性能分析模块、液压泄漏分析模块、警报模块、报表报告模块；所述输出设备包括显示器、打印机及报警设备。

5.根据权利要求4所述一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统，其特征在于，所述数据处理部分是水上控制中心的一部分，通过在原有生产控制系统基础上增加相应的功能模块来实现。

6.一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)数据采集：收集水下电子模块和/或液压供应模块和/或生产控制系统中的液压数据，传输到数据处理部分；(2)数据处理：对所述液压数据进行储存和处理，结合事先存储的标准数据进行对比分析；(3)输出：通过显示器和/或打印机和/或报警设备输出检测和诊断信息。

7.根据权利要求6所述一种水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断方法，其特征在于，所述数据的收集和处理包括：(1)收集包括每一个水下采油树阀门在打开过程中的液压供给压力、执行器液压压力、阀门打开时间，以及阀门在关闭过程中的执行器液压压力、液压排放压力、阀门关闭时间；上述数据传送到数据处理部分存储分析，形成两条液压压力曲线，分别与预先存储在数据库中打开和关闭该阀门的两条标准液压压力曲线进行对比，得到阀门工作状态是否正常、是否存在故障及存在何种故障，并输出故障报警信息及阀门工作性能的分级诊断报告；(2)从水上主控站MCS中统计阀门开关次数数据、液压液消耗量数据，上述数据传输到数据处理部分，结合水下采油树液压压力数据，形成曲线，与标准数据对比分析，得到水下采油树液压是否存在泄漏及计算泄漏量，并显示液压液泄漏的报警提示。