CN105696963A - 深水防喷器实时可靠性评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种深水防喷器实时可靠性评估系统。实时可靠性评估系统，包括：位于水下黄箱内的黄箱可靠性评估系统、位于水下蓝箱内的蓝箱可靠性评估系统以及位于中央控制单元内的可靠性参数综合处理模块；黄箱可靠性评估系统和蓝箱可靠性评估系统具有相同的结构，它们均通过以太网总线连接到可靠性参数综合处理模块、通过信号电缆连接到黄箱液控系统内的压力、温度和流量传感器以及位于闸板防喷器上的振动和位置传感器；当深水防喷器系统的振动、位置、压力、温度和流量传感器监测的任意一个数据发生变化，且幅值超过3％时，实时可靠性评估系统自动计算系统实时可靠性与剩余寿命，为防喷器系统的维修与维护提供依据。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种深水防喷器实时可靠性评估系统。
背景技术
随着海洋石油开发事业的迅速发展，现代海洋石油勘探开发的范围已经从近海、浅海逐步向远海、深海区域进军。随着作业水深的日益增加，面临的环境越来越复杂，大大提高了海洋石油钻探开发的难度。深水防喷器是深水油气钻井中一种高自动化和高可靠性的关键井控装备，是海洋钻井中最重要的安全屏障，一旦失效，将引起灾难性的后果。
深水防喷器系统的可靠性对海洋石油钻探开发的安全起着至关重要的作用，然而，当前的可靠性评估主要采用离线方式，即在深水防喷器系统设计之初或大修之后，进行可靠性、可用性、剩余寿命等的评估。为了及时准确地获取深水防喷器系统的实时可靠性数据，为钻井平台上的操作人员提供参考，开发一套深水防喷器实时可靠性评估系统显得尤为必要。
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种深水防喷器实时可靠性评估系统，能够根据在线监测的防喷器实时状态评估系统的实时可靠性与剩余寿命，为钻井平台上的操作人员提供参考，辅助操作人员进行防喷器系统的运行、维修与维护等工作。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
深水防喷器实时可靠性评估系统，包括：位于水下黄箱内的黄箱可靠性评估系统、位于水下蓝箱内的蓝箱可靠性评估系统以及位于中央控制单元内的可靠性参数综合处理模块；其中：黄箱可靠性评估系统和蓝箱可靠性评估系统具有相同的结构，与黄箱电控系统和蓝箱电控系统完全独立；黄箱可靠性评估系统、蓝箱可靠性评估系统均通过以太网总线连接到可靠性参数综合处理模块、通过信号电缆连接到黄箱液控系统内的压力、温度和流量传感器以及位于闸板防喷器上的振动和位置传感器；当深水防喷器系统的振动、位置、压力、温度和流量传感器监测的任意一个数据发生变化，且幅值超过3％时，实时可靠性评估系统自动计算系统实时可靠性与剩余寿命。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、根据传感器监测的深水防喷器系统的实时状态数据，故障根源分析模块可精确定位出故障位置、识别出故障类型；依据上述故障信息，可靠性计算模块可计算出深水防喷器系统的实时可靠性与剩余寿命。
2、操作人员依据上述实时可靠性信息，制定深水防喷器系统的运行、维修与维护策略，可以大大提高防喷器操作的可靠性，从而进一步提高海洋石油钻探开发的安全性。
附图说明
图1是深水防喷器系统示意图；
图2是深水防喷器实时可靠性评估系统示意图；
图中，1、上环形防喷器，2、下环形防喷器，3、水下黄箱，4、水下蓝箱，5、第一闸板防喷器，6、第二闸板防喷器，7、第三闸板防喷器，8、第四闸板防喷器，9、第一振动传感器，10、第二振动传感器，11、第三振动传感器，12、第四振动传感器，13、第一位置传感器，14、第二位置传感器，15、第三位置传感器，16、第四位置传感器，17、中央控制单元，18、钻井平台，19、第一上位机，20、第二上位机，21、第三上位机，22、可靠性参数综合处理模块，23、黄箱可靠性评估系统，24、黄箱可靠性计算模块，25、黄箱故障根源分析模块，26、黄箱信号处理模块，27、黄箱电控系统，28、黄箱液控系统，29、蓝箱可靠性评估系统，30、蓝箱可靠性计算模块，31、蓝箱故障根源分析模块，32、蓝箱信号处理模块，33、蓝箱电控系统，34、蓝箱液控系统，35、控制参数综合处理模块。
具体实施方式
如图1所示，深水防喷器系统，包括上环形防喷器1、下环形防喷器2、第一闸板防喷器5、第二闸板防喷器6、第三闸板防喷器7、第四闸板防喷器8、水下黄箱3、水下蓝箱4以及中央控制单元17，中央控制单元17位于钻井平台18上；上环形防喷器1、下环形防喷器2、第一闸板防喷器5、第二闸板防喷器6、第三闸板防喷器7、第四闸板防喷器8从上到下的依次安装固定在海底井口上。在钻井过程中，当发生井喷或者井涌时，操作人员通过中央控制单元17，控制水下黄箱3或者水下蓝箱4，来关闭两台水下环形防喷器和四台闸板防喷器，从而实现井口密封。
第一闸板防喷器5上安装有第一振动传感器9和第一位置传感器13，第二闸板防喷器6上安装有第二振动传感器10和第二位置传感器14，第三闸板防喷器7上安装有第三振动传感器11和第三位置传感器15，第四闸板防喷器8上安装有第四振动传感器12和第四位置传感器16，第一振动传感器9、第一位置传感器13、第二振动传感器10、第二位置传感器14、第三振动传感器11、第三位置传感器15、第四振动传感器12、第四位置传感器16均分别通过两套信号电缆连接到水下黄箱3和水下蓝箱4，构成传感器冗余监测线路。闸板防喷器动作过程中，闸板的位置可由位置传感器监测；高压作用下，闸板防喷器的振动情况可由振动传感器监测；上述监测信息，为深水防喷器的实时可靠性评估提供计算依据。
如图2所示，深水防喷器控制系统，包括位于水下黄箱3内黄箱电控系统27和黄箱液控系统28，以及位于水下蓝箱4内蓝箱电控系统33和蓝箱液控系统34。水下黄箱3和水下蓝箱4具有相同的结构，互成备份，形成冗余。黄箱电控系统27和蓝箱电控系统33具有相同的结构，黄箱电控系统27和蓝箱电控系统33均通过以太网总线连接到控制参数综合处理模块35、通过控制电缆分别连接到黄箱液控系统28和蓝箱液控系统34内的电磁阀、通过信号电缆分别连接到黄箱液控系统28和蓝箱液控系统34内压力、温度和流量传感器以及位于闸板防喷器上的振动和位置传感器。
深水防喷器实时可靠性评估系统，包括：位于水下黄箱3内的黄箱可靠性评估系统23、位于水下蓝箱4内的蓝箱可靠性评估系统29以及位于中央控制单元17内的可靠性参数综合处理模块22；黄箱可靠性评估系统23和蓝箱可靠性评估系统29具有相同的结构，与黄箱电控系统27和蓝箱电控系统33完全独立；黄箱可靠性评估系统23、蓝箱可靠性评估系统29均通过以太网总线连接到可靠性参数综合处理模块22、通过信号电缆连接到黄箱液控系统28内的压力、温度和流量传感器以及位于闸板防喷器上的振动和位置传感器；黄箱可靠性评估系统23，包括黄箱信号处理模块26、黄箱故障根源分析模块25和黄箱可靠性计算模块24；蓝箱可靠性评估系统29，包括蓝箱信号处理模块32、蓝箱故障根源分析模块31和蓝箱可靠性计算模块30。
当深水防喷器系统的振动、位置、压力、温度和流量传感器监测的任意一个数据发生变化，且幅值超过3％时，实时可靠性评估系统自动计算系统实时可靠性与剩余寿命。下面以黄箱可靠性评估系统23为例，做进一步描述。
振动、位置、压力、温度和流量传感器采集的数据在黄箱信号处理模块26进行数据处理，该处理模块采用数字信号处理器DSP开发，主要实现传感器数据的滤波去噪、特征信息提取与维度降低。上述处理后的数据在黄箱故障根源分析模块25进行故障根源分析，该分析模块采用现场可编程门阵列FPGA开发，采用三层小波神经网络和双层贝叶斯网络相结合的方法进行故障根源分析。首先，待分析的数据输入小波神经网络的输入层，其次，在小波神经网络的中间层进行识别，然后，输出层输出的初步诊断信息，进一步输入到贝叶斯网络的故障征兆层，采用贝叶斯网络作进一步诊断识别，最终，在故障根源层获得深水防喷器系统各部件的状态信息，从而精确定位出故障位置、识别出故障类型。上述状态信息在黄箱可靠性计算模块24进行实时可靠性评估和剩余寿命计算，该评估模块采用中央处理器CPU开发，采用马尔可夫方法进行计算。
黄箱可靠性评估系统23采用压力、温度和流量传感器数据计算的黄箱液控系统28的实时可靠性和剩余寿命、采用振动和位置传感器数据计算的闸板防喷器系统的实时可靠性和剩余寿命，以及蓝箱可靠性评估系统29采用压力、温度和流量传感器数据计算的蓝箱液控系统34的实时可靠性和剩余寿命、采用振动和位置传感器数据计算的闸板防喷器系统实时可靠性和剩余寿命，通过以太网总线传输到可靠性参数综合处理模块22进行数据综合分析。该综合处理模块采用中央处理器CPU开发，采用动态贝叶斯网络方法，综合上述闸板防喷器系统、黄箱液控系统28、蓝箱液控系统34的可靠性数据，计算出整套深水防喷器系统的实时可靠性和剩余寿命。上述可靠性数据通过以太网总线传输到第一上位机19、第二上位机20和第三上位机21，钻井平台18上的操作人员依据这些实时可靠性信息，制定深水防喷器系统的运行、维修与维护策略，可以大大提高防喷器操作的可靠性，从而进一步提高海洋石油钻探开发的安全性。
Claims (2)
1.一种深水防喷器实时可靠性评估系统，包括：位于水下黄箱内的黄箱可靠性评估系统、位于水下蓝箱内的蓝箱可靠性评估系统以及位于中央控制单元内的可靠性参数综合处理模块；其特征在于：黄箱可靠性评估系统和蓝箱可靠性评估系统具有相同的结构，与黄箱电控系统和蓝箱电控系统完全独立；黄箱可靠性评估系统、蓝箱可靠性评估系统均通过以太网总线连接到可靠性参数综合处理模块、通过信号电缆连接到黄箱液控系统内的压力、温度和流量传感器以及位于闸板防喷器上的振动和位置传感器；当深水防喷器系统的振动、位置、压力、温度和流量传感器监测的任意一个数据发生变化，且幅值超过3％时，实时可靠性评估系统自动计算系统实时可靠性与剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的深水防喷器实时可靠性评估系统，其特征在于，黄箱可靠性评估系统，包括黄箱信号处理模块、黄箱故障根源分析模块和黄箱可靠性计算模块；蓝箱可靠性评估系统，包括蓝箱信号处理模块、蓝箱故障根源分析模块和蓝箱可靠性计算模块。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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