基于可用度的水下生产系统弹性评估方法及系统

摘要

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种基于可用度的水下生产系统弹性评估方法及系统。基于可用度的水下生产系统弹性评估方法，包括五个大步骤：获取无冲击载荷下系统稳定时间及可用度、定义冲击载荷下系统组件的先验概率、获取冲击载荷时刻及可用度、获取冲击之后系统稳定时间及可用度和计算水下生产系统的弹性值；水下生产系统弹性评估系统包括：水下生产系统数据读取单元、无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元、冲击载荷时刻及可用度计算单元、冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元、冲击载荷个数输入单元和水下生产系统弹性值计算单元。该弹性评估方法仅与系统的内部属性相关，而与外部的冲击载荷无关，便于弹性值的评估。

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种基于可用度的水下生产系统弹性评估方法及系统。

背景技术

随着海洋石油开发技术的快速发展，现代海洋石油勘探开发的范围已经从近海、浅海逐步向远海、深海区域进军，其开发方式也逐步从海洋平台向水下生产系统的方向上发展。相比于海洋平台作业，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，特别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。在台风、海啸、地震等恶劣天气的影响下，水下生产系统的性能会下降甚至功能完全丧失，在操作人员维修之后，水下生产系统的性能会不断上升，并维持在某一稳定状态。

水下生产系统的弹性被定义为水下生产系统在遭受外部冲击载荷(如台风、海啸、地震)下恢复系统原来功能的能力。然而，目前并没有水下生产系统的弹性计算方法及系统，因此，开发一种基于可用度的水下生产系统弹性评估方法及系统，显得尤为必要。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于可用度的水下生产系统弹性评估方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于可用度的水下生产系统弹性评估方法的步骤是：

(1)获取无冲击载荷下系统稳定时间及可用度：建立无冲击载荷情况下，水下生产系统基于动态贝叶斯网络的可用度预测模型，获取可用度随时间变化的曲线，当连续五小时内，系统可用度下降幅度小于1×10^-5时，取第一个小时为t₁时刻，并记t₁时刻的系统可用度为A₁；

(2)定义冲击载荷下系统组件的先验概率：对于水下生产系统，定义n个冲击载荷，并给定每个冲击载荷i(i∈[1,n])下系统所有组件的先验概率p_i均为

(3)获取冲击载荷时刻及可用度：分别建立n个冲击载荷下，水下生产系统基于动态贝叶斯网络的可用度预测模型，对于每个冲击载荷i，取冲击时刻为时刻，并记时刻的系统可用度为

(4)获取冲击之后系统稳定时间及可用度：根据每个冲击载荷i下水下生产系统的可用度预测模型，获取系统可用度随时间变化的曲线，当连续五小时内，系统可用度上升幅度小于1×10^-5时，取第一个小时为时刻，并记时刻的系统可用度为

(5)计算水下生产系统的弹性值：水下生产系统的弹性值ρ为

相对于现有技术，本发明的有益效果是：水下生产系统的弹性评估方法，仅涉及系统的内部属性(如组件失效率、冗余配置、维修资源)参数，而与外部的冲击载荷形式和强度无关，便于弹性值的评估。

附图说明

图1是承受组件退化和外力冲击的水下生产系统的可用度曲线示意图；

图2是基于可用度的水下生产系统弹性评估流程图；

图3是基于可用度的水下生产系统弹性评估系统示意图；

图中，1、水下生产系统数据读取单元，2、无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元，3、冲击载荷时刻及可用度计算单元，4、冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元，5、冲击载荷个数输入单元，6、水下生产系统弹性值计算单元。

具体实施方案

水下生产系统的弹性定义为水下生产系统在遭受外部冲击载荷(如台风、海啸、地震)下恢复系统原来功能的能力；如图1所示，自初次使用，由于水下生产系统的组件性能自然退化，系统可用度从100％不断下降，稳定在t₁时刻，此时系统可用度为A₁；在t₂时刻，水下生产系统遭受外部冲击载荷(如台风、海啸、地震)，在这一冲击载荷下，系统可用度立刻下降为A₂；在水下生产系统的冗余备件运行和操作人员的维修下，系统可用度逐渐上升，并在t₃时刻趋于稳定，此时系统可用度为A₃。

如图2所示，基于可用度的水下生产系统弹性评估方法的步骤是：

(1)获取无冲击载荷下系统稳定时间及可用度：建立无冲击载荷情况下，水下生产系统基于动态贝叶斯网络的可用度预测模型，获取可用度随时间变化的曲线，当连续五小时内，系统可用度下降幅度小于1×10^-5时，取第一个小时为t₁时刻，并记t₁时刻的系统可用度为A₁；

(2)定义冲击载荷下系统组件的先验概率：对于水下生产系统，定义n个冲击载荷，并给定每个冲击载荷i(i∈[1,n])下系统所有组件的先验概率p_i均为

(3)获取冲击载荷时刻及可用度：分别建立n个冲击载荷下，水下生产系统基于动态贝叶斯网络的可用度预测模型，对于每个冲击载荷i，取冲击时刻为时刻，并记时刻的系统可用度为

(4)获取冲击之后系统稳定时间及可用度：根据每个冲击载荷i下水下生产系统的可用度预测模型，获取系统可用度随时间变化的曲线，当连续五小时内，系统可用度上升幅度小于1×10^-5时，取第一个小时为时刻，并记时刻的系统可用度为

(5)计算水下生产系统的弹性值：水下生产系统的弹性值ρ为

冲击载荷个数n根据水下生产系统的复杂程度及水下生产系统弹性评估系统的计算速度确定，一般取5～9。由上述评估步骤可见，水下生产系统的弹性仅与系统的内部属性(如组件失效率、冗余配置、维修资源)相关，而与外部的冲击载荷形式和强度无关，便于弹性值的评估。

根据基于可用度的水下生产系统弹性评估方法编写的评估程序运行在基于可用度的水下生产系统弹性评估系统中。如图3所示，基于可用度的水下生产系统弹性评估系统包括：水下生产系统数据读取单元1、无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元2、冲击载荷时刻及可用度计算单元3、冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元4、冲击载荷个数输入单元5和水下生产系统弹性值计算单元6。

水下生产系统数据读取单元1与水下生产系统的电控系统通过线缆相连，用于读取水下生产系统中与可用度计算相关的数据；无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元2、冲击载荷时刻及可用度计算单元3和冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元4，与水下生产系统数据读取单元1通过线缆相连，用于从水下生产系统数据读取单元1中读取数据，并分别计算无冲击载荷下系统稳定时间及可用度、冲击载荷时刻及可用度，以及冲击之后系统稳定时间及可用度；冲击载荷个数输入单元5，与无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元2、冲击载荷时刻及可用度计算单元3、冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元4和水下生产系统弹性值计算单元6通过线缆相连，用于从现场操作人员获取冲击载荷的个数并上传到上述单元；水下生产系统弹性值计算单元6与无冲击载荷下系统稳定时间及可用度计算单元2、冲击载荷时刻及可用度计算单元3、冲击之后系统稳定时间及可用度计算单元4和冲击载荷个数输入单元5通过线缆相连，用于从上述单元获取时刻值、可用度值和冲击载荷个数，并计算水下生产系统的弹性值。