深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验工艺的制作方法

本发明涉及深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统及方法。

背景技术：

深海油气资源开采过程中，由于泄漏导致的特大事故时有发生，对生产的安全性、经济型以及环境都会带来重大的影响，为此深海油气田生产的关键装备水下井口采油(气)树等的密封连接及高腐蚀管道部分的微泄漏的早期发现及时预警显得尤为重要，故建立其实验工艺过程。

技术实现要素：

本发明提供一种深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统及方法，实验环境容易部署，测试过程简单，有效节省测试成本，加快测试进度。

本发明的一个技术方案是提供一种深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统，包含试验水池、气源动力站、闸阀、针阀、水下声呐监测单元、控制装置；

所述闸阀和通过管线与之连接的针阀，一起置于试验水池内的水中；

所述气源动力站通过管线与闸阀连通，向闸阀充入设定压力的气体，所述针阀处于松开状态时，使该针阀处有气体泄漏；水下声呐监测单元接收声音信号并传输至控制装置。

优选地，使用3寸闸阀和1/2寸针阀。

优选地，所述闸阀通过软管连接针阀及气源动力站。

优选地，所述水下声呐监测单元包含依次连接的水听器、声呐噪声计、噪声放大器，所述水听器在试验水池的水中与针阀隔开指定距离，所述噪声放大器与控制装置相连接。

优选地，泄漏时声音信号的频率在2.5-3.2khz之间。

优选地，所述控制装置包含支持人机交互的操作平台，对声音信号的频谱谱线进行展现，气体泄漏时的谱线有相应波动。

本发明的另一个技术方案是提供一种深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验方法，使用上述任意一项深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统；其中，将闸阀和通过管线与之连接的针阀一起置于试验水池内的水中，用以模拟水下生产系统；气源动力站通过管线与闸阀连通，向闸阀充入设定压力的气体，来模拟水下生产系统生产油气，操作针阀松开使气体漏出，用以模拟油气泄漏；水下声呐监测单元将接收到的声音信号进行处理，并传输至控制装置对声音信号的波形、频谱进行分析。

优选地，所述控制装置分析声音信号的频谱谱线，并在谱线从表示无泄漏时的平坦状态转为出现超出设定范围的波动时，判断有气体泄漏；

或者，所述控制装置将监测到的声音信号的频率，与表示气体泄漏时声音信号对应的频段进行比对，当监测到的声音信号的频率进入所述频段时，判断有气体泄漏；对泄漏时的声音信号进行多次采集，并进行时延估计，来进一步定位泄漏点的位置。

优选地，当判断监测到的声音信号的频率进入所述频段时，所述控制装置在设定的第一时间段内，驱使水下声呐监测单元持续地采集声音信号；

所述控制装置在随后的第二时间段内，对第一时间段内采集的声音信号的频率是否均处于所述频段内进行判断；若第一时间段内采集的声音信号的频率均处于该频段内的，所述控制装置判断有气体泄漏，并进行报警指示。

优选地，将控制装置根据监测到的声音信号判断是否有气体泄漏的分析结果，与实际是否操作针阀松开使气体漏出的情况进行比对，来验证水下声呐监测单元及控制装置的泄漏监测功能；将控制装置根据有泄漏时的声音信号算出的泄漏点位置，与针阀与水下声呐监测单元的水听器的实际距离进行比对，来验证水下声呐监测单元及控制装置的泄漏点定位功能。

本发明的又一个技术方案是提供一种深海油气田油气生产泄露点定位方法，使用经过上述深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验方法验证通过的水下声呐监测单元及控制装置，对处于试验水池内由气源动力站供气的水下生产系统进行测试，或者对处于深海油气田油气生产现场环境的水下生产系统进行测试。

本发明利用模拟的工厂实验环境，利用水下生产设备上使用最多的部件水下阀门系列和一些辅助设备作为实验载体，对油气泄露在线监测系统进行深海油气田生产关键设备的泄露点定位及报警的功能进行测试，克服原先在海洋设施现场深水油气田环境条件下测试时工况复杂、测试成本高昂的问题，加快系统作业测试进度。

附图说明

图1是本发明深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统的示意图；

图2是本发明的实施例中有泄漏点时的功率谱图；

图3～图6是本发明的实施例中报警界面的示意图，图3、图4、图6中没有报警，图5中给出报警指示。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种深海油气田油气生产泄露点定位及报警实验系统及方法。所述实验系统包含试验水池12、气源动力站11、闸阀14、针阀15、水下声呐监测单元、控制装置13。示例地，可以使用3寸闸阀和1/2寸针阀。

其中，闸阀14置于试验水池12内的水中，用于模拟水下生产系统(如深海油气田生产关键设备)；气源动力站11以软管19连通闸阀14的输入端，向其内部充入相应压力的气体，用于模拟水下生产系统生产油气的情况；所述闸阀14的输出端通过软管19连接针阀15，操控针阀15少许松开时，可以模拟油气泄漏。当管线充入的气体达到一定压力时，针阀15处泄漏的气体在水中产生气泡，发出的声音信号可以通过放置在池内不远处的水听器16接收，并在依次由声呐噪声计17、噪声放大器18处理后，传输至控制装置13对声音信号的波形、频谱、参数等进行后续的分析，并通过支持人机交互的操作平台的界面进行结果展现。

若水下声呐监测单元测得的声音信号及其分析结果，与本实验系统中相关设备为模拟油气生产所做的实际布置及操作一致的话，说明该水下声呐监测单元及控制装置13的功能是完备的。使用经过功能验证的水下声呐监测单元及控制装置13，还可以进一步在实验环境或现场环境下，测试水下生产系统是否存在泄露并对泄露点定位。上文所述的设备实际布置及操作情况，例如是所模拟的泄漏点与水听器16之间的距离，气源动力站11是否向闸阀14供气，对针阀15的开启或关闭操作等。

通过分析声音信号的功率频谱，可判断水下生产系统或其模拟系统有无泄漏及定位泄漏的位置。图2所示是在具体实施例中采集的信号功率谱。通过查看信号的波形和频谱，可以看出泄漏时声音信号的主要能量都集中在2.5-3.2khz频带内，分析这个频段内的信号，就可以满足定位泄漏位置的要求。

本发明在检测到有泄漏存在后，对泄漏时的声音信号进行多次采集并进行时延估计，可以进一步确定漏点位置。从图2可以看出，无泄漏时功率谱比较平坦(从幅值上看，都在60db以下，可以忽略不计)，当有泄漏发生时谱线会有明显变化，而且能量都集中在2.5-5khz之间，优选是在2.5-3.2khz之间。这时可以设置数字滤波器的截止频率，在经过去噪处理之后用广义互相关法分析泄漏时的声音信号得出时延值是2.687ms，由此算出漏点距离水听器1.492m，与实际布置时水听器与针阀模拟的泄露点的距离接近，重复以上过程10min，测得所有泄露时的谱线均基本一致。

本实施例在相同条件下测了十次，得到十组数据，如下表所示：

表泄漏点定位测试延时值

取延时值的平均值2.745ms，算出漏点距离声呐1.521m，与实际情况十分吻合，误差≈1.18％，说明广义互相关法是有效的，通过本发明的系统定位泄漏点是成功的。

图3～图6是本发明的实施例中操作平台的报警界面示意图。本例的预警开始时间为14:14:20，对应控制装置的启动时间或复位时间；在14:17:30时信号的振幅为-48.53db，频率为2543.69hz进入2.5-3.2khz的范围内(图3)，由此开始的一个第一时间段内，持续地采集声音信号，本例中是从14:17:30到14:19:40之间的2分10秒(图4)，该第一时间段的具体数值可以由工作人员在控制装置上设定。在第二时间段内，对上述第一时间段内采集的声音信号的频率是否处于上述范围内进行判断，若频率基本处于该范围内的，则判断有泄漏，并进行报警指示；本例中的第二时间段从14:19:40到14:23:15，在14:23:15触发报警指示信号(图5中报警指示灯变色)，该第二时间段对应系统的报警反应时间为3分35秒。图6的示例中，信号的频率为13028.41hz，超出上述范围，因而不进行报警。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。