[发明专利]数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法及系统

说明书

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法及系统。数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法，包含三个步骤：数字孪生体建立、数字孪生体跟踪与更新和故障诊断推理模型建立。数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断系统，包含七个部分：数据收集与分析子系统、水上控制模块数据采集与处理子系统、液压动力单元数据采集与处理子系统、电力动力单元数据采集与处理子系统、水下控制模块数据采集与处理子系统、水下控制模块电子模块组数据采集与处理子系统和水下采油树数据采集与处理子系统。

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法及系统。

背景技术

水下生产系统是开采深水油气田的关键设施之一,在世界各地的深水油气田开发中得到了广泛的应用。水下生产系统主要由水下井口头、采油树、跨接管、海底管线、脐带缆和控制系统等组成，通过控制系统的远程操控，可以将油气井采出的油气从海底输送到依托设备或陆上终端。水下生产系统不仅能够提高采收率、解决油井产出物处理和输送等问题，而且受海平面环境的影响较小，能够适用于深水或超深水油气开发，因此备受关注并得到蓬勃发展。

水下生产系统结构复杂，工作环境恶劣，一旦发生故障，将造成巨大的经济损失和严重的环境污染。由于水下生产系统位于深水海底，通常采用水下机器人或整体提升等方式进行诊断定位故障，操作难度大，成本花费高。数字孪生技术充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，在虚拟空间中完成映射，反映相对应的实体装备的全生命周期过程，从而可以有效提升水下生产系统监测效率，提高故障诊断准确率。因此，亟需一种数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法及系统。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法及系统。

为实现上述目的，如图1所示，数字孪生驱动的海洋石油水下生产系统故障诊断方法，包含三个步骤：数字孪生体建立、数字孪生体跟踪与更新和故障诊断推理模型建立。

数字孪生体建立的具体步骤为：

S101：针对海洋石油水下生产系统硬件设备，建立其几何模型；

S102：建立海洋石油水下生产系统物理模型；

S103：基于海洋石油水下生产系统物理模型，建立海洋石油水下生产系统生产行为模型。

数字孪生体跟踪与更新的具体步骤为：

S201：读取海洋石油水下生产系统的系统状态数据；

S202：根据读取的海洋石油水下生产系统的系统状态数据和生产行为模型，对海洋石油水下生产系统的系统逻辑进行分析，模拟生产流程和系统响应，生成海洋石油水下生产系统数字孪生模拟数据；

S203：通过布置在水下的位置传感器，温度传感器，加速度传感器，振动传感器，声发射传感器和水下水听器，采集海洋石油水下生产系统位置信号、温度信号、加速度信号、振动信号、表面声波信号和水下声音信号；

S204：对振动信号，表面声波信号和水下声音信号进行小波变换；

S205：将海洋石油水下生产系统数字孪生模拟数据和海洋石油水下生产系统传感器数据匹配到海洋石油水下生产系统数字孪生体中，将海洋石油水下生产系统数字孪生体历史数据上传到数据库中，然后，对海洋石油水下生产系统数字孪生体中相匹配数据进行更新；

S206：将S205更新后的海洋石油水下生产系统数字孪生体与计算机仿真计算结果进行对比，计算二者的偏差，利用扩展卡尔曼滤波算法对数字孪生体内部参数进行调整和修正，从而获得能够实时同步的海洋石油水下生产系统数字孪生体。

故障诊断推理模型建立的具体步骤为：