據悉，2017年11月21日，中國海洋石油總公司申請了一項國家發明授權專利——水下采油樹液壓閥門性能在線監測及診斷系統和方法。本發明屬于水下油氣開發技術領域，具體涉及一種基于計算機數據采集及分析，對水下采油樹液壓閥門性能進行在線實時監測及診斷的系統和方法。

發明背景

水下采油樹是深水油氣田開發的關鍵設備之一，每座水下采油樹上安裝的液壓控制閥門多達10個以上，閥門的可靠性直接影響著深水油氣田的安全運行。因此在日常生產作業中需要重點關注采油樹閥門關閉及打開是否正常，液壓是否存在泄漏等。目前通用的做法是利用工程船舶載運水下機器人檢查采油樹所有部位，并逐個打開和關閉閥門來確認開關狀態是否正常。該做法優點是檢查全面到位，但缺點也特別突出：(1)一次作業所需時間長，效率低，且不能實時對采油樹閥門性能進行檢測;(2)工程船舶及水下機器人的作業易受惡劣天氣及海況的影響，導致檢測工作受影響，甚至作業暫停;(3)海上施工作業存在人員及設備的安全風險;(4)海上作業需要出動大型工程設備及大量作業人員，作業費用高。

為了克服人工檢測的上述缺點，有必要對現有技術進行改進，開發一種對水下采油樹液壓閥門進行自動檢測的監測及診斷系統，用于替代工程船舶和水下機器人的相關工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下采油樹液壓閥門性能在線監測及診斷系統和方法，以代替工程船舶及水下機器人的相關工作，完成采油樹液壓閥門數據在線實時采集、儲存、工作性能分析、故障識別診斷、液壓泄漏分析、泄漏量計算、曲線圖形及報警信息顯示、診斷報告打印等，對閥門工作性能及故障進行及時、準確的分析。

圖為本發明的系統結構示意圖

本發明基于如下的原理：每個液壓閥門在打開的過程中，其供給液壓壓力和執行器液壓壓力隨著時間變化形成自身獨有的曲線，如果實際曲線與該閥門正常工作時的標準曲線有差異，則說明閥門存在故障，通過分析實際曲線與標準曲線在不同時間段存在何種差異，即可以找出問題的原因;同時液壓閥門在關閉的過程中，其排放液壓壓力和執行器液壓壓力隨著時間變化也形成與打開過程中不一樣的特有曲線，通過分析實際曲線與標準曲線在不同時間段存在何種差異，也可以找出閥門故障的原因;同時通過跟蹤分析采油樹上的供給液壓壓力、閥門開關次數及液壓液消耗量的變化趨勢，便可識別出水下采油樹是否存在液壓液泄漏。利用深水油氣田開發裝置現有的控制系統及設備，通過采集相關的液壓數據、設置相應的應用模塊及數據庫，來組成一個水下采油樹液壓閥門性能在線實時監測及診斷的系統。

為了實現上述發明目的，本發明采取的技術方案如下：一種水下采油樹液壓閥門性能在線監測及診斷系統，其特征在于，包括數據收集部分和數據處理部分;所述數據收集部分分別收集水下電子模塊和/或液壓供應模塊和/或生產控制系統中的液壓數據，傳輸到數據處理部分;所述數據處理部分對所述液壓數據進行儲存和處理，結合事先存儲的標準液壓數據進行對比、分析，輸出檢測結果和診斷信息。

具體地，所述數據收集部分收集的水下電子模塊數據包括每一個水下采油樹閥門在打開過程中的液壓供給壓力、執行器液壓壓力、閥門打開時間，以及閥門在關閉過程中的執行器液壓壓力、液壓排放壓力、閥門關閉時間;上述數據傳送到數據處理部分存儲分析，形成兩條液壓壓力曲線，分別與預先存儲在數據庫中打開和關閉該閥門的兩條標準液壓壓力曲線進行對比，得到閥門工作狀態是否正常、是否存在故障及存在何種故障，并輸出故障報警信息及閥門工作性能的分級診斷報告。

所述生產控制系統中的液壓數據包括從水上主控站MCS中統計閥門開關次數數據、液壓液消耗量數據，上述數據傳輸到數據處理部分，結合水下采油樹液壓壓力數據，形成曲線，與標準數據對比分析，得到水下采油樹液壓是否存在泄漏，及計算泄漏量，并顯示液壓液泄漏的報警提示。

所述數據處理部分包括數據處理站及輸出設備;所述數據處理站包括數據存儲與調用模塊、條件設定模塊、液壓曲線模塊、閥門性能分析模塊、液壓泄漏分析模塊、警報模塊、報表報告模塊;所述輸出設備包括顯示器、打印機及報警設備。所述數據處理部分是水上控制中心的一部分，通過在原有生產控制系統基礎上增加相應的功能模塊來實現。

一種水下采油樹液壓閥門性能在線監測及診斷方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：(1)數據采集：收集水下電子模塊和/或液壓供應模塊和/或生產控制系統中的液壓數據，傳輸到數據處理部分;(2)數據處理：對所述液壓數據進行儲存和處理，結合事先存儲的標準數據進行對比分析;(3)輸出：通過顯示器和/或打印機和/或報警設備輸出檢測和診斷信息。

具體地，所述數據的收集和處理包括：(1)收集包括每一個水下采油樹閥門在打開過程中的液壓供給壓力、執行器液壓壓力、閥門打開時間，以及閥門在關閉過程中的執行器液壓壓力、液壓排放壓力、閥門關閉時間;上述數據傳送到數據處理部分存儲分析，形成兩條液壓壓力曲線，分別與預先存儲在數據庫中打開和關閉該閥門的兩條標準液壓壓力曲線進行對比，得到閥門工作狀態是否正常、是否存在故障及存在何種故障，并輸出故障報警信息及閥門工作性能的分級診斷報告;(2)從水上主控站MCS中統計閥門開關次數數據、液壓液消耗量數據，上述數據傳輸到數據處理部分，結合水下采油樹液壓壓力數據，形成曲線，與標準數據對比分析，得到水下采油樹液壓是否存在泄漏及計算泄漏量，并顯示液壓液泄漏的報警提示。

本發明充分利用現有的生產控制設備及系統，增加相應的應用模塊，完成數據收集及傳輸;所有數據處理均為模塊化，便于修改及擴展;輸出顯示圖文信息及生成報告便于實施檢測。本發明的有益效果在于：(1)在線實時采集分析數據，大幅度提高了生產效率;(2)不受惡劣天氣及海況等情況影響，自動檢測系統可以全天候不間斷對水下閥門的工作情況進行檢測和診斷;(3)消除了現有技術在施工作業時人員及設備的安全風險;(4)節約成本。本系統可以應用到水下各種液壓閥門的監測和診斷中，作業時不再需要出動大型工程設備及大量作業人員，可以大量節約人員和設備成本。