如何提高钻井安全性？且看Cameron深水BOP监控系统

现在目前的海洋钻井环境更加苛刻、要求更加严格，工作水深更深、工作压力更高。为了在这些恶劣的环境下工作，司钻需要新的技术能够，使他们的操作变得更加安全、更加有效、更加可靠性，从而减少停机时间。

什么是状态监控？

状态监控已经在很多领域有多年的应用先例，尤其在旋转设备如泵、涡轮和喷气发动机等方面，应用更为普遍。通过测量设备性能数据与基准数据比较，可以确定不符合要求的趋势、判断设备是否失效。

例如：如果一个子系统或组件正在超负荷运行，这种情况下状态监控系统就会向操作者发出警告，提示可能存在的问题。因此可以提醒工作人员主动的采取相应措施进行调查、维修或更换部件，而不是被动的、定期的维修。状态监控的应用变得越来越普遍，就像是汽车的行车电脑显示里程一样，不仅可以显示已经行驶的里程数，还可以显示汽车行驶的路径，而这些数据会影响维修周期。

很显然，状态监控和预防性维护技术在其它工业上的推广应用，取得了很好的实际效果。相似技术在水下钻井工业上的应用也有显著益处，包括降低费用、提高可靠性、增加安全性等。在设备需要进行维修或是更换时进行预告，在时间成本非常昂贵的水下钻井环境下，能够节省大量的时间和金钱。水下钻井环境恶劣，因此在深水钻井操作时使用的设备应该尽量智能化，以便于更好的管理。Cameron公司的Cognition StackTM 系列软件和其它状态监控技术的出现满足了深水钻井需求。

对Cameron公司的用户来说，监控水下防喷器的状况、进行更加智能的维护和应急操作反应是非常重要的。

Cognition可以监控对于水下控制系统操作非常关键的电磁阀的运行状况，该状态监控方式对防喷器操作有重要的影响。目前因为缺乏对于电磁阀性能的可视化监控，通常做法是每次防喷器控制箱从水下回收后都会更换电磁阀，一般情况下，需要更换20%的电磁阀。

确定更换哪些电磁阀仅根据电磁阀使用的时间，而不是根据每个电磁阀的性能。在某些情况下，当防喷器系统使用的时间很短，按照时间计算不需要更换（实际上电磁阀的性能出现问题需要更换），此时这种基于时间的预防性维护就可能会导致系统运行故障。如果这个故障的影响很严重，防喷器系统就需要回收进行预期外的维修，导致停机进而造成昂贵的损失。

而通过监控电磁阀的性能状态，与其技术参数进行比较，可以确定没有工作很久，但是需要更换的电磁阀。状态监控系统可以给操作者提示信息，确定在下一个周期性维护时更换的部件，由此可见进行基于状态监控的预防性维护具有很大的益处。

状态监控数据可以提供给司钻更好的信息，帮助其进行决策。例如，Cognition可以监测每个水下蓄能器活塞的位置，这些数据可以用来计算每个蓄能器的可用液量，帮助确定蓄能器相关的管路的泄露情况，甚至可以确定泄露点在活塞的液压侧还是气体侧。同时，用于确定活塞位置的传感器还可以测量液压液的温度和压力。这些信息对操作者在很多方面都有帮助：

1.如果某个蓄能器瓶液压压力低，可以对它进行检查活塞维修；
2.在某些情况下可以帮助操作者判断可用液量是否足够执行某个功能，例如关闭一个闸板防喷器；
3.在水下设备返回到水上时，蓄能器组需要排放压力，这时可以帮助判断是否存在蓄能器活塞卡塞，这些情况如果未及时发现也是潜在的危险。

持续对防喷器进行监控

当防喷器组在海底运行时，Cognition提供一种新的方式，可以从地面上监控水下防喷器组功能。这个系统包括一套新增传感器，把传感器数据采用多种方式传输到地面的，分析传感器数据并转换成水下防喷器状态的警告和报警，这样可以帮助经营者管理资产，节约资金。

状态监控系统主要包括五部分

1.水下防喷器系统上安装的大量传感器。典型的测量包括闸板位置、控制液状况、蓄能器可用液量、电磁阀性能和连接器解锁压力。用户可以根据需要增加传感器（来自任何制造商的），软件设计成可以接受任何工业标准传感器的输出信号。

2.用于监控水下防喷器组运行的水下传感器接口箱接收系统中高达80个传感器数据接口。系统中有四个接口箱，每个接口箱都可以接受系统数据，因此具有较大的冗余性。

3.无线信号传输装置提供下部隔水管总成（LMRP）和下部防喷器组之间的数据和电力传输。代替传统的湿式连接器的金属连接，简化对准要求，提高长时间工作的可靠性。

4.该系统提供四种从水下防喷器到地面的数据传输冗余方式，增加紧急情况下数据的可用性。数据传输路径包括：

  1）数据和电力通过主脐带缆传输；
  2）声纳信号传输；石油圈原创www.oilsns.com
  3）连接ROV传输；石油圈原创www.oilsns.com
  4）通过系统黑匣子记录。石油圈原创www.oilsns.com

水下黑匣子记录器可以记录和存储至少3周的水下防喷器控制系统上所有传感器数据，这些数据基于时间标签。在事故发生时，黑匣子可以被ROV回收，用于事故数据分析，可以提供事故发生时水下系统的全面状况。

5.在平台上应用Cognition系统可以提供先进的分析、警告、预警和报告，将这些防喷器实时数据和历史的综合数据，转化成有用信息。这些信息和平台上其它钻井设备的信息一起保存到海上或是陆上的指定位置。收集的信息存储在主数据库中，可以复制到陆地上。可以将这些数据反馈给经营者或是承包商，以及用户或服务商。

Cameron公司的状态监控系统

Cameron公司的状态监控系统软件（Congition Knowledge Base），给将水下钻井设备的运行状况和性能的信息，提供给司钻，这可可以帮助他们制定设备预防性维护计划，继而进而减少停机时间。

Cognition系统提供的传感器能够适应防喷器系统上的各种安装方式，可以增配到现有系统上，也可以配置到新建造的防喷器组上。关键的目标是可以把状态监控系统从防喷器控制系统中独立，不影响原系统关键功能的完整性和安全性。作为一个被动系统，附加一个监控点可帮助减少停机时间。

状态监控技术的重要能力是在紧急情况发生时，具备足够的冗余性。例如，系统设计成模块化，用户可以选择如何配置新系统从而满足控制风险和特殊需求。紧急事故发生时，选择冗余设备或者连接ROV方式处理紧急事故。从基本配置开始，就已经开始模块化，在水下传感器网络上增加更多的传感器、网络访问点，从而增加设备的冗余性，是一个非常简单的过程。

工业影响

对一些合作伙伴来说，状态监控系统的益处是增加认知来减少停机时间，减少费用；对其他人来说，优势是提高操作安全性和可靠性。

钻井工业正处于状态监控和预防性维护的初始阶段，用于准确分析的大数据系统还没有很好的建立起来。但随着更多的平台配备的信息和更多的数据被收集到核心数据库，预期的运算法则将不断完善。升级分析软件，例如Cognition软件将确保客户在预防性处理过程中受益。

使用Cognition数据的中心知识库和信息的分析处理结果，客户将得到更多的益处。把这些和其它的商业系统联系起来，如果将状态监控和物资采购系统结合，当系统确定某些部件将在下个维修周期更换时，这些部件就可以提前订购，以便于在需要时随时可用。

应用在水下防喷器组上的Cognition TM组件是大量传感器、数据记录器和通信设备的集合，提供用于水下防喷器组实时监控、基于现状的维护、紧急缓解和回收的关键信息。

水下防喷器组实时监控能够提供水下防喷器组状态和性能的关键详情。

通过对水下防喷器状态数据收集和分析，提供给司钻更多的信息，帮助其制定计划和执行维修，有助于减少计划外的停机时间。

在井控紧急情况下，足够多的数据加之从水下防喷器到地面的数据传输具有较大冗余性，因此可以帮助作业者做出决策和响应。

特征和优势

1.预防事故发生和减少停机时间；
2.历史和实时信息的数据收集和恢复；
3.高达四个冗余的数据传输方式；
4.广泛的传感器的兼容性。

系统组件

1.传感器和监控，收集水下防喷器数据，包括闸板位置、液压液状况、水下蓄能器可用液量、压力和温度、电磁阀性能、连接器解锁压力；
2.传感器接口箱，接收高达80个反映水下防喷器组工作信息的传感器数据；
3.感应连接器，即使主脐带缆故障，感应连接器依旧正常工作，给系统可靠的传输数据和电力；
4.多样数据收集技术，在紧急情况时，可以通过主脐带缆、声纳传感器、ROV（感应或是湿式的）和黑匣子收集数据，提高数据可用性；
5.黑匣子，与主控制系统通信，记录3周的传感器数据，有助于对事故进行定性分析；
6.Cognition知识库，提供预先的分析、警告、报警和报告，可把实时和历史数据综合成有用的信息。

本稿由河北华北石油荣盛机械制造有限公司刘立兵、吴国辉提供，特此感谢！

来自/Cameron  译者/刘立兵 吴国辉  编辑/魏亚蒙 王亚钒

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