石油和天然气生产系统中检测和校正传感器故障的方法技术方案

使用基于计算机的过程模型，通过检验正在考虑的传感器测量值与系统中其它传感器测量值的一致性，监控和检测石油和天然气生产系统中的传感器故障。通过识别与系统中其它传感器测量值最一致的值，本发明专利技术也用所述过程模型为故障传感器产生备份值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Method for detecting and correcting sensor failures in oil and gas production systems

The use of process model based on computer, through the sensor test is considering measurements consistent with other sensors in measurement, sensor fault monitoring and detection of oil and gas production system. By identifying the most consistent values of the measurements of other sensors in the system, the invention also generates backup values for the fault sensors using the process model.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产石油和天然气的生产系统，尤其是传感器确认，其安装在这些系统中用于测量流经生产系统的流动的物理特性。
技术介绍
石油和天然气的生产系统典型地包含传感器，其用于测量流动的物理特性。生产系统中的传感器测量值例如用作油层仿真的输入(初始值)。在石油工业中，众所周知的一个问题是生产系统中的传感器运行一段时间后，变得不精确，或甚至完全故障。这些问题主要由于这种设备运行的恶劣环境，例如生产系统中出现的高压、高温或腐蚀环境。新油井越来越多地装备传感器。在石油和天然气生产系统中使用的传感器实例是井下文氏流量计。井下文氏流量计是一种本身包含一些传感器如压力传感器的传感器。在新油井中安装井下文氏流量计变得越来越常见。井下文氏流量计给生产系统其它部分输送基本信息来自井下文氏流量计的值对于判定函数例如油井分配来说是必需的。基于在数据处理系统中执行的油井过程模型的流量计实例，是由本申请受让人ABB AS of Billingstad，Norway提供的软件产品WellocateTM(目前称为OptimizeIT油井监视系统)。文献“Oil WellAllocationthe Ultimate Interpolation Problem”(L.T.Biegler，A.Bramilla，C.Scali，G.Marchetti(编辑)，Advanced Control ofChemical Processes 2000，Elsevier，2001)描述了WellocateTM如何通过检验假设流速与所观测的油井管道和产品节流器上的压降和温差的一致性，识别油井中的流速。生产系统中的传感器构成油田运行原理和油田操作员工作程序的主要部分。因此，有益的是能够检测传感器是否可靠或是否出现故障。这个问题的通用方法一直是给具体传感器定义一组容许值。这组容许值随着时间是恒定的，例如，操作员可以指定最小和最大值。这组容许值也可以依赖历史测量数据，例如，操作员可以指定最大变化率。遗憾的是，即便不是不可能，经常很难指定一组容许值。一方面，所述组必须具有一个极限，其足够小或足够灵敏以便判别特定传感器的正确和错误读数，指示设备完全故障的读数除外。另一方面，该组容许值必须具有足够大的范围，以便适应宽范围的系统合理运行状况，其在数量和范围方面可能是很大的。与故障传感器相关的另一个问题是，不幸地，用新传感器更换这些传感器是极其昂贵的。当传感器安装在生产系统远程位置上时，例如井下或海底或其它水体，就是这种情况。因此，当传感器故障时，为了监控目的，同样有益的是利用备份值或读数而不是传感器本身。该问题的合理解决是在生产系统中彼此靠近地安装多个同类型传感器，以便获得冗余。在任何一个传感器故障的情况下，其它传感器之一可以用来提供数据。由于包含多个传感器做同样一种工作，这种方法昂贵且效率差。这种方法的另一个缺点是，由于相同的油井环境，同类型的这些传感器可能遭受到相同误差。专利技术概述本专利技术提供一种方法，在数据处理系统中执行这种方法用于检测石油和天然气生产系统中的传感器故障。在一组计算机可读指令的控制下，执行该方法，计算机可读指令包含在计算机程序存储设备中。利用本专利技术产生生产系统中一传感器的测量值的期望值。所述期望值与实际测量值进行比较。如果所述期望值在实际测量值的某一特定容许极限范围内，确认实际测量值的有效性。如果不是这种情况，指示传感器故障。本专利技术提供一种基于模型的方法，用于给一指定传感器的测量值产生期望值或备份值。这个期望值与系统中其它传感器测量值最一致。在本专利技术中使用的模型包含整个生产系统的子系统说明。附图的简要说明附图说明图1是使用本专利技术的典型海上油田的示意图。图2是在图1油田中使用的井下文氏流量计的示意图，其具有机载计算能力。图3是图2井下文氏流量计在油井中适当位置的示意图，其具有机载计算能力。图4是本专利技术实施例的数据绘图，表示由井下压力传感器(计)测量的井下压力和相应的根据本专利技术的一个实施例计算的压力之间的比较。图5是表示定向曲线示意图，表示石油和天然气生产系统实例。图6是流程图，表示根据本专利技术在石油和天然气生产系统中用于检测和校正传感器故障的操作顺序的基本步骤。图7表示由数据处理系统执行的步骤流程图，其执行图6中本专利技术的第二基本步骤。图8是曲线图的实例，表示计算的传感器值的概率分布和相应测量的传感器值的概率分布。优选实施例的详细描述在附图中，图1表示石油和天然气生产系统S的实例。系统S包含用于生产石油和天然气的生产系统的典型部件，例如油井、流送管、集管、竖管和甲板上的设备，以及气举系统和化学注射系统。这些元件包含用于导向、控制和观测流量的基本部件，例如，管道、接头、弯头、节流器、阀、泵、分离槽、热交换器、压力计、温度计、(多相)流量计、比重计和含水量计。系统S包括一个水中的生产平台M，其连接到一组油井，以水12中的地表底面15之下的13和14示意性表示这些油井。油井13和14通过一组流送管16、集管18和竖管19连接在一起。生产系统还包含用于注射化学制品的船10。作为惯例，在生产系统S中设置许多传感器22。这样的传感器包括压力计、温度计、多相流量计、比重计和含水量计。这些传感器连接到海底控制系统或计算机17，再连接到甲板上的控制系统或计算机P。如图所示，传感器22把读数或测量值发送给过程控制系统或计算机P，该系统或计算机P在操作员站O的控制下运行，并且如26或28示意性表示，交换传感器读数和结果。如30所示，与操作员站O通讯的油井监视数据处理系统W也交换指令，并且如32所示，从过程控制系统P中接收传感器读数。油井监视数据系统W和过程控制系统P可以是例如WellocateTM系统，该系统是本申请受让人ABB的可用类型。根据本专利技术，在下述指令序列控制下运行的计算机程序产品C使得油井监视数据处理系统W监视传感器22的故障。常规类型的石油和天然气生产系统中的流动模型根据从传感器22中得到的测量值运行。众所周知，油井中的流速可以通过测量油井某些部分上的压降和/或温差和通过识别与根据流动模型测量的压降和/或温差最一致的流速而得到。图1中传感器22的实例可以是图2中示意性表示的基于模型的井下流量计23。流量计23例如可用英国(UK)上市公司(PLC)ExproInternational Group的名称为SUREFLO的井下流量计。流量计23包括一个位于生产系统S油管36内的收缩管(文氏管)34和一个井下压力计38。压力计40和温度计42位于管34的两端。图2中的井下流量计23根据文氏管34上的压降模型进行运行，该模型为流速函数(文氏方程)。而且，为了简化某些计算，图2中的这种井下流量计23具有一个内嵌计算机44。图2中的这种流量计测量管34上的压降，并通过识别与根据文氏方程所观测的压降最一致的速率来确定流速。本专利技术使用仿真来计算预先未知的流速。本专利技术的方法还使用这些计算的流速来验证传感器测量值，并且还替换石油和天然气生产系统S中的故障传感器的测量值。图3中表示生产系统S中的油井48，包括容纳在环形空间52内的油管50。产品通过油流54中的射孔进入油井50。在海底15的井口56上产品被生产节流器58容纳。油井装备有图2的井下文氏流量计、井口压力温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在石油和天然气生产系统中检测传感器故障的方法，其特征在于：依靠过程模型，它为一个（或多个）传感器的测量值产生一期望值，所述期望值与一个（或多个）实际的传感器测量值进行比较，由此检验所述一个（或多个）实际传感器测量值的有效性或指示传感器故障，所述传感器给出一个（或多个）实际的传感器测量值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RAB范德格斯特，R阿伦，SA莫鲁德，BO布林格达尔，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]