如何提高鉆井安全性？且看Cameron深水BOP監控系統

現在目前的海洋鉆井環境更加苛刻、要求更加嚴格，工作水深更深、工作壓力更高。為了在這些惡劣的環境下工作，司鉆需要新的技術能夠，使他們的操作變得更加安全、更加有效、更加可靠性，從而減少停機時間。

什么是狀態監控？

狀態監控已經在很多領域有多年的應用先例，尤其在旋轉設備如泵、渦輪和噴氣發動機等方面，應用更為普遍。通過測量設備性能數據與基準數據比較，可以確定不符合要求的趨勢、判斷設備是否失效。

例如：如果一個子系統或組件正在超負荷運行，這種情況下狀態監控系統就會向操作者發出警告，提示可能存在的問題。因此可以提醒工作人員主動的采取相應措施進行調查、維修或更換部件，而不是被動的、定期的維修。狀態監控的應用變得越來越普遍，就像是汽車的行車電腦顯示里程一樣，不僅可以顯示已經行駛的里程數，還可以顯示汽車行駛的路徑，而這些數據會影響維修周期。

很顯然，狀態監控和預防性維護技術在其它工業上的推廣應用，取得了很好的實際效果。相似技術在水下鉆井工業上的應用也有顯著益處，包括降低費用、提高可靠性、增加安全性等。在設備需要進行維修或是更換時進行預告，在時間成本非常昂貴的水下鉆井環境下，能夠節省大量的時間和金錢。水下鉆井環境惡劣，因此在深水鉆井操作時使用的設備應該盡量智能化，以便于更好的管理。Cameron公司的Cognition StackTM 系列軟件和其它狀態監控技術的出現滿足了深水鉆井需求。

對Cameron公司的用戶來說，監控水下防噴器的狀況、進行更加智能的維護和應急操作反應是非常重要的。

Cognition可以監控對于水下控制系統操作非常關鍵的電磁閥的運行狀況，該狀態監控方式對防噴器操作有重要的影響。目前因為缺乏對于電磁閥性能的可視化監控，通常做法是每次防噴器控制箱從水下回收后都會更換電磁閥，一般情況下，需要更換20%的電磁閥。

確定更換哪些電磁閥僅根據電磁閥使用的時間，而不是根據每個電磁閥的性能。在某些情況下，當防噴器系統使用的時間很短，按照時間計算不需要更換（實際上電磁閥的性能出現問題需要更換），此時這種基于時間的預防性維護就可能會導致系統運行故障。如果這個故障的影響很嚴重，防噴器系統就需要回收進行預期外的維修，導致停機進而造成昂貴的損失。

而通過監控電磁閥的性能狀態，與其技術參數進行比較，可以確定沒有工作很久，但是需要更換的電磁閥。狀態監控系統可以給操作者提示信息，確定在下一個周期性維護時更換的部件，由此可見進行基于狀態監控的預防性維護具有很大的益處。

狀態監控數據可以提供給司鉆更好的信息，幫助其進行決策。例如，Cognition可以監測每個水下蓄能器活塞的位置，這些數據可以用來計算每個蓄能器的可用液量，幫助確定蓄能器相關的管路的泄露情況，甚至可以確定泄露點在活塞的液壓側還是氣體側。同時，用于確定活塞位置的傳感器還可以測量液壓液的溫度和壓力。這些信息對操作者在很多方面都有幫助：

1.如果某個蓄能器瓶液壓壓力低，可以對它進行檢查活塞維修；
2.在某些情況下可以幫助操作者判斷可用液量是否足夠執行某個功能，例如關閉一個閘板防噴器；
3.在水下設備返回到水上時，蓄能器組需要排放壓力，這時可以幫助判斷是否存在蓄能器活塞卡塞，這些情況如果未及時發現也是潛在的危險。

持續對防噴器進行監控

當防噴器組在海底運行時，Cognition提供一種新的方式，可以從地面上監控水下防噴器組功能。這個系統包括一套新增傳感器，把傳感器數據采用多種方式傳輸到地面的，分析傳感器數據并轉換成水下防噴器狀態的警告和報警，這樣可以幫助經營者管理資產，節約資金。

狀態監控系統主要包括五部分

1.水下防噴器系統上安裝的大量傳感器。典型的測量包括閘板位置、控制液狀況、蓄能器可用液量、電磁閥性能和連接器解鎖壓力。用戶可以根據需要增加傳感器（來自任何制造商的），軟件設計成可以接受任何工業標準傳感器的輸出信號。

2.用于監控水下防噴器組運行的水下傳感器接口箱接收系統中高達80個傳感器數據接口。系統中有四個接口箱，每個接口箱都可以接受系統數據，因此具有較大的冗余性。

3.無線信號傳輸裝置提供下部隔水管總成（LMRP）和下部防噴器組之間的數據和電力傳輸。代替傳統的濕式連接器的金屬連接，簡化對準要求，提高長時間工作的可靠性。

4.該系統提供四種從水下防噴器到地面的數據傳輸冗余方式，增加緊急情況下數據的可用性。數據傳輸路徑包括：

? 1）數據和電力通過主臍帶纜傳輸；
? 2）聲納信號傳輸；石油圈原創www.h29736.cn
? 3）連接ROV傳輸；石油圈原創www.h29736.cn
? 4）通過系統黑匣子記錄。石油圈原創www.h29736.cn

水下黑匣子記錄器可以記錄和存儲至少3周的水下防噴器控制系統上所有傳感器數據，這些數據基于時間標簽。在事故發生時，黑匣子可以被ROV回收，用于事故數據分析，可以提供事故發生時水下系統的全面狀況。

5.在平臺上應用Cognition系統可以提供先進的分析、警告、預警和報告，將這些防噴器實時數據和歷史的綜合數據，轉化成有用信息。這些信息和平臺上其它鉆井設備的信息一起保存到海上或是陸上的指定位置。收集的信息存儲在主數據庫中，可以復制到陸地上?？梢詫⑦@些數據反饋給經營者或是承包商，以及用戶或服務商。

Cameron公司的狀態監控系統

Cameron公司的狀態監控系統軟件（Congition Knowledge Base），給將水下鉆井設備的運行狀況和性能的信息，提供給司鉆，這可可以幫助他們制定設備預防性維護計劃，繼而進而減少停機時間。

Cognition系統提供的傳感器能夠適應防噴器系統上的各種安裝方式，可以增配到現有系統上，也可以配置到新建造的防噴器組上。關鍵的目標是可以把狀態監控系統從防噴器控制系統中獨立，不影響原系統關鍵功能的完整性和安全性。作為一個被動系統，附加一個監控點可幫助減少停機時間。

狀態監控技術的重要能力是在緊急情況發生時，具備足夠的冗余性。例如，系統設計成模塊化，用戶可以選擇如何配置新系統從而滿足控制風險和特殊需求。緊急事故發生時，選擇冗余設備或者連接ROV方式處理緊急事故。從基本配置開始，就已經開始模塊化，在水下傳感器網絡上增加更多的傳感器、網絡訪問點，從而增加設備的冗余性，是一個非常簡單的過程。

工業影響

對一些合作伙伴來說，狀態監控系統的益處是增加認知來減少停機時間，減少費用；對其他人來說，優勢是提高操作安全性和可靠性。

鉆井工業正處于狀態監控和預防性維護的初始階段，用于準確分析的大數據系統還沒有很好的建立起來。但隨著更多的平臺配備的信息和更多的數據被收集到核心數據庫，預期的運算法則將不斷完善。升級分析軟件，例如Cognition軟件將確?？蛻粼陬A防性處理過程中受益。

使用Cognition數據的中心知識庫和信息的分析處理結果，客戶將得到更多的益處。把這些和其它的商業系統聯系起來，如果將狀態監控和物資采購系統結合，當系統確定某些部件將在下個維修周期更換時，這些部件就可以提前訂購，以便于在需要時隨時可用。

應用在水下防噴器組上的Cognition TM組件是大量傳感器、數據記錄器和通信設備的集合，提供用于水下防噴器組實時監控、基于現狀的維護、緊急緩解和回收的關鍵信息。

水下防噴器組實時監控能夠提供水下防噴器組狀態和性能的關鍵詳情。

通過對水下防噴器狀態數據收集和分析，提供給司鉆更多的信息，幫助其制定計劃和執行維修，有助于減少計劃外的停機時間。

在井控緊急情況下，足夠多的數據加之從水下防噴器到地面的數據傳輸具有較大冗余性，因此可以幫助作業者做出決策和響應。

特征和優勢

1.預防事故發生和減少停機時間；
2.歷史和實時信息的數據收集和恢復；
3.高達四個冗余的數據傳輸方式；
4.廣泛的傳感器的兼容性。

系統組件

1.傳感器和監控，收集水下防噴器數據，包括閘板位置、液壓液狀況、水下蓄能器可用液量、壓力和溫度、電磁閥性能、連接器解鎖壓力；
2.傳感器接口箱，接收高達80個反映水下防噴器組工作信息的傳感器數據；
3.感應連接器，即使主臍帶纜故障，感應連接器依舊正常工作，給系統可靠的傳輸數據和電力；
4.多樣數據收集技術，在緊急情況時，可以通過主臍帶纜、聲納傳感器、ROV（感應或是濕式的）和黑匣子收集數據，提高數據可用性；
5.黑匣子，與主控制系統通信，記錄3周的傳感器數據，有助于對事故進行定性分析；
6.Cognition知識庫，提供預先的分析、警告、報警和報告，可把實時和歷史數據綜合成有用的信息。

本稿由河北華北石油榮盛機械制造有限公司劉立兵、吳國輝提供，特此感謝！

來自/Cameron ?譯者/劉立兵 吳國輝 ?編輯/魏亞蒙 王亞釩

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