[发明专利]一种海洋石油井控装备安全保障方法及系统

权利要求书

1.一种基于海洋石油井控装备安全保障系统的安全保障方法，其特征在于包含五个大步骤，即海洋石油井控装备主体结构状态识别、海洋石油井控装备液控单元状态识别、海洋石油井控装备电控单元状态识别、海洋石油井控装备状态预测以及基于现有信息的实时决策；

所述海洋石油井控装备主体结构状态识别具体步骤为：

S101：通过信号处理，获得海洋石油井控装备主体结构特征值获取层V₁₁、V₁₂...V_1a、A₁₁、A₁₂...A_1b、C₁₁、C₁₂...C_1c状态，对应状态为V₁₁(m₁₁)、V₁₂(m₁₂)、...V_1a(m_1a)、A₁₁(s₁₁)、A₁₂(s₁₂)...A_1b(s_1b)、C₁₁(w₁₁)、C₁₂(w₁₂)...C_1c(w_1c)；

S102：基于已建立的贝叶斯网络，获得对应组件故障概率，对于组件F_1x(x＝1，2，...m)故障概率求解方法如下所示：

其中，P(F_1x|I_1i(j))表示当海洋石油井控装备主体结构中间推理层第i个节点处于状态j时海洋石油井控装备主体结构状态识别层中第x个节点所代表的组件处于故障状态概率；P(I_1i(j)|V₁₁(m₁₁)...V_1a(m_1a),A₁₁(s₁₁)...A_1b(s_1b),C₁₁(w₁₁)...C_1c(w_1c))表示当海洋石油井控装备主体结构特征值获取层节点V₁₁、V₁₂、...V_1a、A₁₁、A₁₂...A_1b、C₁₁、C₁₂...C_1c在状态V₁₁(m₁₁)、V₁₂(m₁₂)、...V_1a(m_1a)、A₁₁(s₁₁)、A₁₂(s₁₂)...A_1b(s_1b)、C₁₁(w₁₁)、C₁₂(w₁₂)...C_1c(w_1c)时，海洋石油井控装备主体结构中间推理层第i个节点处在第j个状态的概率；y_1i表示海洋石油井控装备主体结构中间推理层第i个节点所具有的状态个数；n表示海洋石油井控装备主体结构中间推理层节点的总数；P(F_1x|I_1i(j))和P(I_1i(j)|V₁₁(m₁₁)...V_1a(m_1a),A₁₁(s₁₁)...A_1b(s_1b),C₁₁(w₁₁)...C_1c(w_1c))为条件概率，通过已有数据库统计获得；

S103：依据如下规则判断各组件是否处于故障状态：

(1)当故障概率大于70％时认为该组件处于故障状态；

(2)当故障概率处于50％和70％之间时认为该组件存在潜在故障；

(3)当故障概率小于50％时认为该组件正常；

所述海洋石油井控装备液控单元状态识别具体步骤为：

S201：通过信号处理，获得海洋石油井控装备液控单元特征值获取层节点A₂₁、A₂₂...A_2d、PT₂₁、PT₂₂...PT_2e对应状态，对应状态为A₂₁(s₂₁)、A₂₂(s₂₂)...A_2d(s_2d)、PT₂₁(w₂₁)、PT₂₂(w₂₂)...PT_2e(w_2e)；

S202：基于已建立的贝叶斯网络，获得对应组件故障概率，对于组件F_2x(x＝1，2，......p)故障概率求解方法如下所示：

其中，P(F_2x|I_2i(j))表示当海洋石油井控装备液控单元中间推理层第i个节点处于状态j时海洋石油井控装备液控单元状态识别层第x个节点所代表的组件处于故障状态概率；P(I_2i(j)|A₂₁(s₂₁)...A_2d(s_2d),PT₂₁(w₂₁)...PT_2e(w_2e)表示当海洋石油井控装备液控单元特征值获取层节点A₂₁...A_2d、PT₂₁...PT_2e在状态A₂₁(s₂₁)...A_2d(s_2d)、PT₂₁(w₂₁)...PT_2e(w_2e)时，海洋石油井控装备液控单元特征值获取层第i个节点处在第j个状态的概率；y_2i表示海洋石油井控装备液控单元中间推理层第i个节点所具有的状态个数；q表示海洋石油井控装备液控单元中间推理层节点的总数；P(F_2x|I_2i(j))和P(I_2i(j)|A₂₁(s₂₁)...A_2d(s_2d),PT₂₁(w₂₁)...PT_2e(w_2e)为条件概率，通过已有数据库统计获得；

S203：依据如下规则判断各组件是否处于故障状态：

(1)当故障概率大于70％时认为该组件处于故障状态；

(2)当故障概率处于50％和70％之间时认为该组件存在潜在故障；

(3)当故障概率小于50％时认为该组件正常；

所述海洋石油井控装备电控单元状态识别具体步骤为：

S301：通过信号处理，获得海洋石油井控装备电控单元控制信息层C₃₁、C₃₂...C_3f对应状态，对应状态为C₃₁(w₃₁)、C₃₂(w₃₂)...C_3f(w_3f)；

S302：基于已建立的贝叶斯网络，获得对应组件故障概率，对于组件F_3x(x＝1，2，...r)故障概率求解方法如下所示：

其中，P(F_3x|I_3i(j))表示当海洋石油井控装备电控单元中间推理层第i个节点处于状态j时海洋石油井控装备电控单元状态识别层第x个节点所代表的组件处于故障状态概率；P(I_3i(j)|C₃₁(w₃₁),C₃₂(w₃₂)...C_3f(w_3f))表示当海洋石油井控装备电控单元控制信息层节点C₃₁、C₃₂...C_3f在状态C₃₁(w₃₁)、C₃₂(w₃₂)...C_3f(w_3f)时，海洋石油井控装备电控单元中间推理层第i个节点处在第j个状态的概率；y_3i表示海洋石油井控装备电控单元中间推理层第i个节点所具有的状态个数；s表示海洋石油井控装备电控单元中间推理层节点的总数；P(F_3x|I_3i(j))和P(I_3i(j)|C₃₁(w₃₁),C₃₂(w₃₂)...C_3f(w_3f))为条件概率，通过已有数据库统计获得；

S303：依据如下规则判断各组件是否处于故障状态：

(1)当故障概率大于70％时认为该组件处于故障状态；

(2)当故障概率处于50％和70％之间时认为该组件存在潜在故障；

(3)当故障概率小于50％时认为该组件正常；

所述海洋石油井控装备状态预测具体步骤为：

S401：通过对状态识别信号采集，获得海洋石油井控装备组件F₁₁、F₁₂...F_1m、F₂₁、F₂₂...F_2p、F₃₁、F₃₂...F_3r对应状态，对应状态分别为F₁₁(z₄₁)、F₁₂(z₄₂)...F_1m(z_4m)、F₂₁(u₄₁)、F₂₂(u₄₂)...F_2p(u_4p)、F₃₁(v₄₁)、F₃₂(v₄₂)...F_3r(v_4r)；

S402：基于已建立的贝叶斯网络，获得对应组件预测故障概率，对于组件P_4x(x＝1，2，...t)故障预测概率求解方法如下所示：

其中，P(P_4x|I_4i(j))表示当海洋石油井控装备状态预测中间推理层第i个节点处于状态j时海洋石油井控装备状态预测层第x个节点所代表的组件在未来一定时间内出现故障的概率；P(I_4i(j)|F₁₁(z₄₁),...F_1m(z_4m),F₂₁(u₄₁),...F_2p(u_4p),F₃₁(v₄₁),...F_3r(v_4r)表示海洋石油井控装备当前状态层节点F₁₁、F₁₂...F_1m、F₂₁、F₂₂...F_2p、F₃₁、F₃₂...F_3r在状态F₁₁(z₄₁)、F₁₂(z₄₂)...F_1m(z_4m)、F₂₁(u₄₁)、F₂₂(u₄₂)...F_2p(u_4p)、F₃₁(v₄₁)、F₃₂(v₄₂)...F_3r(v_4r)时，海洋石油井控装备状态预测中间推理层第i个节点处在第j个状态的概率；y_4i表示海洋石油井控装备状态预测中间推理层第i个节点所具有的状态个数；u表示海洋石油井控装备状态预测中间推理层节点的总数；P(P_4x|I_4i(j))和P(I_4i(j)|F₁₁(z₄₁),...F_1m(z_4m),F₂₁(u₄₁),...F_2p(u_4p),F₃₁(v₄₁),...F_3r(v_4r)为条件概率，通过专家决策获得；

S403：依据如下规则判断各组件是否会在24小时内发生故障：

(1)当预测故障概率大于70％时认为该组件在24小时内发生故障的可能性极大；

(2)当预测故障概率小于70％时认为该组件在未来24小时内出现故障的概率偏小；

所述基于现有信息的实时决策具体步骤为：

S501：判断当前是否存在故障，若存在故障，则进行面板显示并停机维修，若不存在故障，则进行下一步；

S502：判断是否存在预测故障，若不存在预测故障则继续运行，若存在预测故障则进行面板显示并判断预测故障是否为重大故障，评价故障是否为重大故障方法如下：

(1)采用如下公式计算预测故障权重：

ε_x＝P(P_4x)×γ_x

其中，ε_x为对应故障权重；P(P_4x)为S402中第x个组件所预测故障概率；γ_x为对应第x个组件在系统中所占权重，通过专家评分获得；

(2)若故障权重ε_x大于0.4，则认为预测故障为重大故障；

S503：若预测故障是重大故障则停机维修，若预测故障不是重大故障则进行下一步；

S504：重复S501-S504；

海洋石油井控装备安全保障系统包括安装于海洋石油井控装备主体结构上的主体结构状态识别子系统，安装于海洋石油井控装备液控单元上的液控单元状态识别子系统，安装于海洋石油井控装备电控单元上的电控单元状态识别子系统以及安装于司钻房的状态预测与实时决策子系统；

所述主体结构状态识别子系统，包括主体结构振动传感器组、主体结构声发射传感器组、主体结构腐蚀电位计、主体结构腐蚀信号特征值提取单元、主体结构声发射信号特征值提取单元、主体结构振动信号特征值提取单元、主体结构状态监测信息融合单元、主体结构状态识别单元；所述主体结构振动传感器组通过粘结剂与海洋石油井控装备主体结构相连；所述主体结构声发射传感器组通过粘结剂与海洋石油井控装备主体结构相连；所述主体结构腐蚀电位计通过粘结剂与海洋石油井控装备主体结构相连；所述主体结构腐蚀信号特征值提取单元通过信号线与主体结构腐蚀电位计相连；所述主体结构声发射信号特征值提取单元通过信号线与主体结构声发射传感器组相连；所述主体结构振动信号特征值提取单元通过信号线与主体结构振动传感器组相连；所述主体结构状态监测信息融合单元通过信号线分别与主体结构腐蚀信号特征值提取单元、主体结构声发射信号特征值提取单元以及主体结构振动信号特征值提取单元相连；所述主体结构状态识别单元通过信号线与主体结构状态监测信息融合单元相连；

所述液控单元状态识别子系统，包括液控单元声发射传感器组、液控单元压力信号特征值提取单元、液控单元声发射信号特征值提取单元、液控单元状态监测信息融合单元、液控单元状态识别单元；所述液控单元声发射传感器组通过粘结剂与海洋石油井控设备液控单元中关键阀件相连；所述液控单元压力信号特征值提取单元通过信号线与海洋石油井控装备液控单元中的压力传感器相连；所述液控单元声发射信号特征值提取单元通过信号线与液控单元声发射传感器组相连；所述液控单元状态监测信息融合单元通过信号线分别与液控单元压力信号特征值提取单元和液控单元声发射信号特征值提取单元相连；所述液控单元状态识别单元通过信号线与液控单元状态监测信息融合单元相连；

所述电控单元状态识别子系统，包括电控单元信号采集单元、电控单元信息筛选单元、电控单元状态识别单元；所述电控单元信号采集单元通过信号线与海洋石油井控装备电控单元中的接口相连；所述电控单元信息筛选单元通过信号线与电控单元信号采集单元相连；所述电控单元状态识别单元通过信号线与电控单元信息筛选单元相连；

所述状态预测与实时决策子系统，包括当前状态采集单元、海洋石油井控装备信息融合单元、海洋石油井控装备状态预测单元、视情决策单元、在线显示单元；所述当前状态采集单元通过信号线与电控单元状态识别单元相连，通过防水电缆分别与液控单元状态识别单元以及主体结构状态识别单元相连；所述海洋石油井控装备状态预测单元通过信号线与当前状态采集单元相连；所述海洋石油井控装备信息融合单元通过信号线分别与当前状态采集单元和海洋石油井控装备状态预测单元相连；所述视情决策单元通过信号线与海洋石油井控装备信息融合单元相连；所述在线显示单元通过信号线分别与海洋石油井控装备信息融合单元和视情决策单元相连。