CN110275084B - 一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法 - Google Patents

一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在脐带缆工作期间，根据传感器实时监测的脐带缆液压及化学药剂管线的状态特征信号，获取海洋平台水下生产系统的状态特征信号；2)根据海洋平台水下生产系统的状态特征信号，得到脐带缆的运行状态特征；3)基于脐带缆泄漏仿真模型，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，并将其作为训练样本；4)对训练样本进行学习训练，构建训练样本的数据模型；5)根据训练样本的数据模型，对脐带缆的运行状态特征进行诊断，得到描述特征变量和泄漏故障之间映射关系的诊断网络，实现对脐带缆泄漏故障的特征识别，本发明可以广泛应用于脐带缆泄漏故障诊断领域中。

Description

一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法
技术领域
本发明是关于一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，属于脐带缆泄漏故障诊断领域。
背景技术
深水脐带缆作为海洋平台水下生产系统的关键设备，为水下油井提供液压、电力、信号控制及注射化学药剂等，长期以来，脐带缆内液体发生泄漏后的查找和定位一直是水下生产系统难以解决的一个技术问题。由于试验条件有限，无法在脐带缆上进行泄漏故障物理试验来提取特征信号，泄漏故障样本非常有限，采用真实脐带缆研究液压及化学药剂管线的泄漏几无可能。为此，研究人员提出基于脐带缆泄漏故障样本特征库和大数据分析相结合的脐带缆泄漏故障特征识别方法，开展深水脐带缆泄漏故障诊断方法的研究，对提高水下生产系统的正常作业保障能力具有重要指导意义。
现有的脐带缆泄漏故障特征识别方法主要用于陆上的泄漏检测，针对海洋平台水下脐带缆的泄漏故障特征识别方法很少且工程实用性差。现有的水下管路泄漏故障特征识别方法属于外部识别法，是基于管内压力、温度、流量、声音以及振动等物理参数发生变化并借助各类水下声学设备、遥控潜水器(ROV)来完成的。受水下环境条件的约束，成功观测到泄漏的概率较低，即使检测到泄漏，也非常耗时，一天只能检测十几米至几十米长的管道，而水下特别是深水(水深大于1500米)脐带缆长度有数千米长，ROV检测无法满足工程需求，同时无法实时监测，工程实用性和效率低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高工程实用性和效率的针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在脐带缆工作期间，根据传感器实时监测的脐带缆液压及化学药剂管线的状态特征信号，获取海洋平台水下生产系统的状态特征信号；2)根据海洋平台水下生产系统的状态特征信号，得到脐带缆的运行状态特征；3)基于脐带缆泄漏仿真模型，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，并将其作为训练样本；4)对训练样本进行学习训练，构建训练样本的数据模型；5)根据训练样本的数据模型，对脐带缆的运行状态特征进行诊断，得到描述特征变量和泄漏故障之间映射关系的诊断网络，完成脐带缆泄漏故障的特征识别。
进一步，所述海洋平台水下生产系统的状态特征信号是指通过传感器实时动态监测得到的海洋平台水下生产系统的状态特征信号。
进一步，所述状态特征信号包括液压泵出口压力、海洋平台上部压力和水下采油树端压力。
进一步，所述脐带缆的运行状态特征包括脐带缆高低压压力稳态值、压力变化率、压力变化率的变化率、压力波动周期/频率、建压/泄压起始点时刻以及建压/泄压结束点时刻。
进一步，所述步骤3)的具体过程为：3.1)建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；3.2)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据；3.3)根据脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型和打压试验的实测数据，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；3.4)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加可能发生泄漏的泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型；3.5)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置和泄漏点等效漏孔的大小，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本；3.6)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库。
进一步，所述打压试验的实测数据为脐带缆两端压力的变化数据。
进一步，所述步骤3.3)的具体过程为：将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型。
进一步，所述脐带缆的泄漏故障样本为由脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
进一步，所述步骤3.6)的具体过程为：3.6.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库；3.6.2)根据打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
进一步，所述泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明采用大数据分析方法，对脐带缆的泄漏故障样本特征库进行学习训练，以实现对脐带缆泄漏故障的特征识别，能够快速准确地完成智能推理过程，识别精度高，稳定性强，并能准确识别微小泄漏，对于维护水下设备正常工作，减少设备停运损失有重要意义。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，包括以下步骤：
1)在脐带缆工作期间，根据传感器实时监测的脐带缆液压及化学药剂管线的状态特征信号，获取海洋平台水下生产系统的状态特征信号，其中，脐带缆的状态特征信号包括液压泵出口压力、海洋平台上部压力和水下采油树端压力等，海洋平台水下生产系统的状态特征信号是指通过传感器实时动态监测得到的海洋平台水下生产系统的状态特征信号，包括液压泵出口压力、海洋平台上部压力和水下采油树端压力等。
2)采用数据处理方法，根据海洋平台水下生产系统的状态特征信号，得到脐带缆的运行状态特征即测试样本，其中，脐带缆的运行状态特征包括脐带缆高低压压力稳态值、压力变化率(1阶导数)、压力变化率的变化率(2阶导数)、压力波动周期/频率、建压/泄压起始点时刻以及建压/泄压结束点时刻。数据处理方法可以采用现有技术公开的方法例如大数据分析法，具体过程在此不做赘述。
3)基于脐带缆泄漏仿真模型，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，并将其作为训练样本，具体为：
3.1)根据脐带缆打压试验规范，制定打压试验工况实施方案，用于对脐带缆液压仿真模型进行参数标定，其中，脐带缆打压试验规范和试验工况实施方案均可以根据实际情况进行设定。
3.2)基于面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台(Modelica)的水下液压专用学科库，建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，其中，脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型可以完成对海洋平台水下生产系统中脐带缆液压系统重要物理特性的分析，脐带缆液压系统的重要物理特性包括管线管壁摩擦导致的液体压力损失，阀门、连接器、接头处流速的改变导致的液体压力损失，管线管壁弹性和流体弹性导致的时间滞后，脐带缆外部水深和温度的变化，脐带缆外部静水压力的变化，以及流体黏性和体积弹性模量随压力和温度的变化。面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台(Modelica)的水下液压专用学科库为现有技术公开的方法，具体过程在此不做赘述。
3.3)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据(即脐带缆两端压力的变化数据)。
3.4)将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，其中，仿真模型的参数包括脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中的管道流阻、阀口通流面积等。
3.5)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加可能发生泄漏的泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型。
3.6)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置(距脐带缆末端的距离)和等效漏孔的大小(等效漏孔是指在脐带缆泄漏仿真模型中泄漏点处通过添加缝隙或节流元件模拟的泄漏孔)，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本，其中，脐带缆的泄漏故障样本是指脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
3.7)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，具体为：
3.7.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库，其中，泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
3.7.2)根据本领域技术人员的经验，结合打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
4)采用大数据分析方法，对训练样本进行学习训练，构建训练样本的数据模型例如神经网络模型，其中，大数据分析方法可以采用现有技术公开的方法例如大数据分析法，具体过程在此不做赘述。
5)根据训练样本的数据模型，对测试样本进行诊断，分析得到测试样本的特征和泄漏故障特征之间的相似度，实现对脐带缆泄漏故障的特征识别。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在脐带缆工作期间，根据传感器实时监测的脐带缆液压及化学药剂管线的状态特征信号，获取海洋平台水下生产系统的状态特征信号；
2)根据海洋平台水下生产系统的状态特征信号，得到脐带缆的运行状态特征；
3)基于脐带缆泄漏仿真模型，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，并将其作为训练样本，具体过程为：
3.1)建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；
3.2)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据；
3.3)根据脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型和打压试验的实测数据，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；
3.4)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加可能发生泄漏的泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型；
3.5)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置和泄漏点等效漏孔的大小，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本；
3.6)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库；
4)对训练样本进行学习训练，构建训练样本的数据模型；
5)根据训练样本的数据模型，对脐带缆的运行状态特征进行诊断，得到描述特征变量和泄漏故障之间映射关系的诊断网络，完成脐带缆泄漏故障的特征识别。
2.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述海洋平台水下生产系统的状态特征信号是指通过传感器实时动态监测得到的海洋平台水下生产系统的状态特征信号。
3.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述状态特征信号包括液压泵出口压力、海洋平台上部压力和水下采油树端压力。
4.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述脐带缆的运行状态特征包括脐带缆高低压压力稳态值、压力变化率、压力变化率的变化率、压力波动周期/频率、建压/泄压起始点时刻以及建压/泄压结束点时刻。
5.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述打压试验的实测数据为脐带缆两端压力的变化数据。
6.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述步骤3.3)的具体过程为：
将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型。
7.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述脐带缆的泄漏故障样本为由脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
8.如权利要求1所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述步骤3.6)的具体过程为：
3.6.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库；
3.6.2)根据打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
9.如权利要求8所述的一种针对脐带缆泄漏故障的特征识别方法，其特征在于，所述泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
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