据悉，2017年11月21日，中国海洋石油总公司申请了一项国家发明授权专利——水下采油树液压阀门性能在线监测及诊断系统和方法。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。
发明背景
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。
图为本发明的系统结构示意图
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。
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。
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。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。
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