一种全电控井下安全阀的视情维修方法技术

本发明专利技术属于石油工程领域，具体地，涉及一种全电控井下安全阀的视情维修方法，包括建立全电控井下安全阀的退化过程模型，将退化过程离散化，求解全电控井下安全阀在检查间隔时间的退化状态转移概率矩阵，建立备件状态和退化状态的联合状态空间模型，确定全电控井下安全阀不同维修模式下的退化状态转移概率矩阵，确定全电控井下安全阀的维修动作空间及全电控井下安全阀在不同联合状态下采取不同维修动作时的联合状态转移概率矩阵，建立基于马尔可夫决策过程的全电控井下安全阀的奖励矩阵，利用马尔可夫决策过程的策略迭代算法求得不同联合状态下的最优维修动作。联合状态下的最优维修动作。联合状态下的最优维修动作。

【技术实现步骤摘要】
一种全电控井下安全阀的视情维修方法


[0001]本专利技术属于石油工程领域，具体地，涉及一种全电控井下安全阀的视情维修方法。

技术介绍

[0002]海洋油气开采作业环境复杂，一旦发生井喷、溢油、火灾等事故，造成的后果及次生灾害远远大于陆上油田。井下安全阀是井下安全控制系统的重要组成部分，是一种在井口出现重大故障时自动关井的装置，是海上油田的油水井均需安装安全控制装置，具有预防生产事故发生，保护设备安全和海洋环境的作用。
[0003]全电控井下安全阀相较于液控井下安全阀具有下深不受限、关井速度快的显著优势，是井下安全阀的发展方向。但全电控井下安全阀维修费用高，维修难度大，且一旦故障将对油气生产带来巨大的安全隐患。视情维修是一种基于系统当前退化状态的维修方式，在保证系统安全可靠的前提下，可以有效减少维修干预次数及维修花费。因此，亟需一种全电控井下安全阀的视情维修方法。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种全电控井下安全阀的视情维修方法。
[0005]为实现上述目的，一种全电控井下安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全电控井下安全阀的视情维修方法，其特征在于：包括以下5个步骤：S1：根据历史故障数据建立全电控井下安全阀的退化过程模型，将退化过程离散化，求解全电控井下安全阀在检查间隔时间的退化状态转移概率矩阵；S2：结合全电控井下安全阀备件状态，建立备件状态和退化状态的联合状态空间模型；S3：根据全电控井下安全阀维修数据及维修之后的退化数据，确定全电控井下安全阀不同维修模式下的退化状态转移概率矩阵；S4：确定全电控井下安全阀的维修动作空间及全电控井下安全阀在不同联合状态下采取不同维修动作时的联合状态转移概率矩阵；S5：建立基于马尔可夫决策过程的全电控井下安全阀的奖励矩阵，利用马尔可夫决策过程的策略迭代算法求得不同联合状态下的最优维修动作。2.如权利要求1所述的一种全电控井下安全阀的视情维修方法，其特征在于：所述的S1包括以下步骤：S11：建立全电控井下安全阀内部退化模型，将全电控井下安全阀内部退化过程建模为伽马过程，全电控井下安全阀在检查间隔时间T的退化量x
T
服从伽马分布，如下所示：服从伽马分布，如下所示：其中，f(x
T
,α,β)为伽马分布密度函数，α为伽马分布的形状参数，β为伽马分布的逆尺度参数，Γ(x
T
)为伽马函数，伽马分布的形状参数和逆尺度参数由历史数据确定；全电控井下安全阀在g个检查间隔时间的内部退化总量X
g
为：其中，x
Tk
为全电控井下安全阀第k个检查间隔时间的退化量，k为检查间隔时间编号；S12：建立全电控井下安全阀海洋环境外部冲击模型，将全电控井下安全阀海洋环境外部冲击过程建模为泊松过程，对任意时间段t1≥0,t2≥0，有其中，n为全电控井下安全阀受到海洋环境外部冲击的次数，N
c
(t1+t2)为t1+t2时间段受到的海洋环境外部冲击次数，N
c
(t1)为t1时间段受到的海洋环境外部冲击次数，P{N
c
(t1+t2)
‑
N
c
(t1)＝n}为在任意t2时间段发生n次海洋环境外部冲击的概率，λ为泊松分布的参数，由历史数据确定；一次海洋环境外部冲击造成的退化量x
w
服从正态分布，如下所示：其中，f(x
w
)为正态分布的密度函数，μ为海洋环境外部冲击造成的退化量的均值，σ为海洋环境外部冲击造成的退化量的方差，由历史数据确定；海洋环境外部冲击总量X
w
为：
其中，x
wh
为第h次海洋环境外部冲击造成的退化量，N
w
为海洋环境外部冲击次数，h为海洋环境外部冲击次数编号；全电控井下安全阀退化量X为内部退化总量X
g
和海洋环境外部冲击总量X
w
之和，即：X＝X
g
+X
w
全电控井下安全阀的故障阈值为L，当全电控井下安全阀退化量X超过故障阈值L时，全电控井下安全阀故障；在不采取维修和更换的情况下，随着时间的增加，全电控井下安全阀退化量单调递增；S13：将全电控井下安全阀的退化过程离散化，利用蒙托卡罗仿真方法，求解全电控井下安全阀在检查间隔时间的退化状态转移概率矩阵，具体包括以下内容：将全电控井下安全阀的退化状态S0划分为健康、良好、一般、较差、故障，如下所示：为便于描述，分别用0，1，2，3，4表示健康、良好、一般、较差和故障状态；全电控井下安全阀在检查间隔时间T的退化状态转移概率矩阵通过蒙托卡罗仿真获得，具体包括以下下步骤：S131：初始化全电控井下安全阀各退化状态出现次数和各退化状态之间转移次数；S132：初始化全电控井下安全阀的退化量；S133：对全电控井下安全阀的退化过程进行仿真，每隔检查间隔时间T获得全电控井下安全阀的退化状态；S134：更新全电控井下安全阀各退化状态出现次数及各退化状态之间的转移次数；S135：判断全电控井下安全阀是否故障，如果没有故障则回到步骤S133，如果故障则判断是否达到最大仿真次数，如果没有达到最大仿真次数则回到步骤S132，如果达到最大仿真次数，则仿真结束；全电控井下安全阀在检查间隔时间T从退化状态i转移到退化状态j的转移概率P
ij
如下所示：其中，N
i
为退化状态i出现的次数，N
ij
为当前退化状态为i，检查间隔时间T之后转移到退化状态j的次数；由于全电控井下安全阀的退化过程是单调递增的，因此，当j<i时，P
ij
＝0；当全电控井下安全阀为故障状态时，在没有维修的情况下，一直保持故障状态，因此，P
44
＝1；全电控井下安全阀正常退化时的退化状态转移概率矩阵如下所示：
3.如权利要求1所述的一种全电控井下安全阀的视情维修方法，其特征在于：所述的全电控井下安全阀备件状态为有备件状态和无备件状态，分别用Y和F表示，全电控井下安全阀的退化状态有健康、良好、一般、较差、故障5种，分别用0，1，2，3，4表示，全电控井下安全阀备件状态和退化状态组成的联合状态s共有10种，分别是{(健康，无备件)，(良好，无备件)，(一般，无备件)，(较差，无备件)，(故障，无备件)，(健康，有备件)，(良好，有备件)，(一般，有备件)，(较差，有备件)，(故障，有备件)}，这10种联合状态s组成的集合便是全电控井下安全阀的状态空间S1，表示为：S1＝{(0,F),(1,F),(2,F),(3,F),(4,F),(0,Y),(1,Y),(2,Y),(3,Y),(4,Y)}备件在当前时刻被订购后，在下一检查时刻，即在检查间隔时间T之后，备件订购成功，备件状态转变为有备件。4.如权利要求1所述的一种全电控井下安全阀的视情维修方法，其特征在于：所述的全电控井下安全阀的维修模式包括不维修、小修、大修和更换，根据维修数据获得小修模式下的退化状态转移概率矩阵P1如下所示：其中，P
ij1
为在退化状态i实施小修时转移到退化状态j的概率；大修模式下的退化状态转移概率矩阵P2如下所示：其中，P
ij2
为在退化状态i实施大修时转移到退化状态j的概率；更换模式下的退化状态转移概率矩阵P3如下所示：
无论在何种退化状态对全电控井下安全阀进行更换，更换之后的退化状态都为健康。5.如权利要求1所述的一种全电控井下安全阀的视情维修方法，其特征在于：所述的S4包括以下步骤：S41：确定全电控井下安全阀的维修动作空间A；全电控井下安全阀的维修动作空间包括维修模式的选择和备件的订购两部分，维修模式有不维修、小修、大修和更换4种选择，备件有订购备件和不订购备件2种选择，在全电控井下安全阀有备件时，不能继续订购备件，即最多只能有一个备件；当全电控井下安全阀没有备件时，不能进行更换操作；全电控井下安全阀在不同联合状态s时的维修动作空间如下所示：S
11
为无备件的联合状态，S
11
＝{(0，F)，(1，F)，(2，F)，(3，F)，(4，F)}，当s∈S
11
时，维修动作空间为{(不维修，不购买备件)，(不维修，购买备件)，(小修，不购买备件)，(小修，购买备件)，(大修，不购买备件)，(大修，购买备件)}；S
12
为有备件的联合状态，S
12
＝{(0，Y)，(1，Y)，(2，Y)，(3，Y)，(4，Y)}，当s∈S
12
时，维修动作空...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明新，蔡宝平，杨俊，刘可扬，杨子琪，王远东，张妍平，孔祥地，高春坦，盛朝洋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：