本發(fā)明涉及石油工程，提出一種海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，海洋石油開采已成為滿足能源需求的重要途徑之一。水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為海洋油氣開采的核心裝備，廣泛應(yīng)用于深海油田的開發(fā)與生產(chǎn)。水下生產(chǎn)系統(tǒng)通常包含多個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，如電潛泵、采油樹等，這些設(shè)備之間存在相互依賴關(guān)系。電潛泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響油氣的生產(chǎn)效率，采油樹根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)節(jié)流量和壓力。水下生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整泵速、油嘴開度等參數(shù)，以提升產(chǎn)量并降低能耗。

2、為了保證設(shè)備可靠性，海洋油田的電潛泵普遍采用冗余設(shè)計(jì)。雙電潛泵機(jī)組在生產(chǎn)過程中工作電潛泵和備用電潛泵協(xié)同運(yùn)行，工作電潛泵用于生產(chǎn)，備用電潛泵隨時(shí)準(zhǔn)備啟動(dòng)以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。然而，傳統(tǒng)的冗余電潛泵運(yùn)維模式主要依靠周期性輪換運(yùn)行與定期檢查維護(hù)，未能根據(jù)設(shè)備健康狀態(tài)優(yōu)化生產(chǎn)流程。現(xiàn)有的水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化策略往往以單一設(shè)備為研究對(duì)象，忽視了設(shè)備間的協(xié)同作用，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率低下，進(jìn)而影響整體生產(chǎn)進(jìn)度。因此，開發(fā)海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化方法，所述協(xié)同優(yōu)化方法包括如下步驟：

4、進(jìn)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估；

5、當(dāng)水下生產(chǎn)系統(tǒng)擁有冗余電潛泵系統(tǒng)時(shí)，執(zhí)行工作電潛泵與備用電潛泵動(dòng)態(tài)輪換的步驟；

6、進(jìn)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)方案評(píng)價(jià)，判斷是否需要調(diào)整當(dāng)前生產(chǎn)方案；

7、當(dāng)滿足生產(chǎn)方案調(diào)整條件時(shí)，執(zhí)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化的步驟；

8、所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化的步驟包括：

9、以產(chǎn)量最大化、維護(hù)成本最小化、生產(chǎn)能耗最小化為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，基于遺傳粒子群優(yōu)化算法建立水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型；

10、求解所述多目標(biāo)優(yōu)化問題，根據(jù)最優(yōu)解集，篩選最優(yōu)生產(chǎn)方案；

11、根據(jù)所述最優(yōu)生產(chǎn)方案對(duì)所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整；

12、在執(zhí)行所述最優(yōu)生產(chǎn)方案一段時(shí)間后，對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行效果反饋，基于反饋結(jié)果，對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。

13、進(jìn)一步的，所述進(jìn)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估的具體步驟包括：

14、獲取水下生產(chǎn)系統(tǒng)各傳感器參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)，通過信號(hào)處理，獲取水下生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)；

15、計(jì)算水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)度；

16、計(jì)算水下生產(chǎn)系統(tǒng)性能退化度；

17、根據(jù)水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)度與水下生產(chǎn)系統(tǒng)性能退化度及其對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要性，計(jì)算水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康指數(shù)。

18、進(jìn)一步的，所述切換備用電潛泵的具體步驟包括：

19、當(dāng)滿足主備泵切換條件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵并關(guān)閉當(dāng)前工作電潛泵。在自動(dòng)切換不成功情況下，由操作人員手動(dòng)切換至備用泵；

20、進(jìn)行備用泵啟動(dòng)測試：首先進(jìn)行空載運(yùn)行，檢查電機(jī)狀態(tài)、振動(dòng)、噪音等，確保備用泵啟動(dòng)平穩(wěn)且無異常；逐步施加負(fù)載，測試備用泵在實(shí)際工作環(huán)境下的性能，確保備用泵能夠在規(guī)定的工作壓力、流量和功率范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行；

21、備用泵投入運(yùn)行，成為新的工作泵。記錄工作泵的運(yùn)行參數(shù)，為后續(xù)分析和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

22、進(jìn)一步的，所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)方案評(píng)價(jià)的具體步驟包括：

23、根據(jù)當(dāng)前油氣產(chǎn)量與目標(biāo)油氣產(chǎn)量的比值，確定當(dāng)前生產(chǎn)方案的產(chǎn)量目標(biāo)評(píng)分sy；

24、根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)方案實(shí)際能耗與油田目標(biāo)能耗，依靠專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)方案的能耗方面進(jìn)行評(píng)分，得到能耗評(píng)分se；

25、基于水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康指數(shù)結(jié)果，得到水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康指數(shù)評(píng)分shi；

26、生產(chǎn)方案綜合評(píng)分s由產(chǎn)量目標(biāo)評(píng)分sy、能耗評(píng)分se、系統(tǒng)健康指數(shù)評(píng)分shi求和得出，s∈[0,100]；

27、當(dāng)滿足以下生產(chǎn)方案調(diào)整條件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)生產(chǎn)方案調(diào)整策略，制定針對(duì)性的調(diào)整方案：

28、產(chǎn)量目標(biāo)評(píng)分sy低于40分，此時(shí)啟動(dòng)提產(chǎn)策略；

29、能耗評(píng)分se低于12分，此時(shí)啟動(dòng)降低能耗策略；

30、水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康指數(shù)評(píng)分shi低于21分，此時(shí)啟動(dòng)健康指數(shù)恢復(fù)策略；

31、當(dāng)水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)方案綜合評(píng)分s低于75分時(shí)，此時(shí)啟動(dòng)預(yù)警，立即檢查并調(diào)整生產(chǎn)方案。

32、進(jìn)一步的，所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估子系統(tǒng)的水上組件數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集主控站、緊急關(guān)斷裝置、工作站、液壓動(dòng)力單元、電力動(dòng)力單元、不間斷電源、臍帶纜的監(jiān)測數(shù)據(jù)；水下采油樹數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集第一水下控制模塊、第二水下控制模塊、第三水下控制模塊、第四水下控制模塊、第五水下控制模塊、第六水下控制模塊、第七水下控制模塊、第八水下控制模塊、第一水下采油樹、第二水下采油樹、第三水下采油樹、第四水下采油樹、第五水下采油樹、第六水下采油樹、第七水下采油樹和第八水下采油樹的監(jiān)測數(shù)據(jù)；電潛泵數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集第一電潛泵、第二電潛泵、第三電潛泵、第四電潛泵、第五電潛泵、第六電潛泵、第七電潛泵和第八電潛泵的監(jiān)測數(shù)據(jù)；水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊通過線纜與水上組件數(shù)據(jù)采集模塊、水下采油樹數(shù)據(jù)采集模塊、電潛泵數(shù)據(jù)采集模塊相連，用于水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；電氣元件數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集緊急關(guān)斷裝置、電力動(dòng)力單元、不間斷電源的監(jiān)測數(shù)據(jù)；機(jī)械元件數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集水下生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)械元件的監(jiān)測數(shù)據(jù)；液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊通過線纜與工作站相連，用于采集液壓動(dòng)力單元的監(jiān)測數(shù)據(jù)；水下生產(chǎn)系統(tǒng)退化評(píng)估模塊通過線纜與電氣元件數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)械元件數(shù)據(jù)采集模塊、液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊相連，用于水下生產(chǎn)系統(tǒng)退化評(píng)估；水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估模塊通過線纜與水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊、水下生產(chǎn)系統(tǒng)退化評(píng)估模塊相連，用于評(píng)估水下生產(chǎn)系統(tǒng)整體的健康狀態(tài)。

33、更進(jìn)一步的，一種海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

34、水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估子系統(tǒng)，用于評(píng)估水下生產(chǎn)系統(tǒng)的健康狀態(tài)；

35、冗余電潛泵主備動(dòng)態(tài)輪換子系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)工作電潛泵與備用電潛泵的動(dòng)態(tài)輪換；

36、水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)方案評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，用于對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；

37、水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化子系統(tǒng)，用于對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化；

38、所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化子系統(tǒng)包括：

39、多目標(biāo)優(yōu)化模塊，用于對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，生成生產(chǎn)優(yōu)化方案；

40、生產(chǎn)優(yōu)化方案執(zhí)行模塊，用于執(zhí)行生產(chǎn)優(yōu)化方案；

41、優(yōu)化效果反饋模塊，用于反饋生產(chǎn)優(yōu)化方案的優(yōu)化效果。

42、進(jìn)一步的，所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估子系統(tǒng)包括：

43、水上組件數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集水上組件的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

44、水下采油樹數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集水下采油樹的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

45、電潛泵數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集電潛泵的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

46、水下生產(chǎn)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于評(píng)估水下生產(chǎn)系統(tǒng)的故障風(fēng)險(xiǎn)；

47、電氣元件數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集電氣元件的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

48、機(jī)械元件數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集機(jī)械元件的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

49、液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集液壓系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

50、水下生產(chǎn)系統(tǒng)退化評(píng)估模塊，用于評(píng)估水下生產(chǎn)系統(tǒng)的退化程度；

51、水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估模塊，用于評(píng)估水下生產(chǎn)系統(tǒng)的整體健康狀態(tài)。

52、進(jìn)一步的，所述冗余電潛泵主備動(dòng)態(tài)輪換子系統(tǒng)包括：

53、工作泵數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集工作泵的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

54、備用泵數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集備用泵的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

55、工作泵健康狀態(tài)評(píng)估模塊，用于評(píng)估工作泵的健康狀態(tài)；

56、主備泵自動(dòng)輪換模塊，用于自動(dòng)切換工作泵與備用泵；

57、主備泵手動(dòng)切換模塊，用于手動(dòng)切換工作泵與備用泵。

58、進(jìn)一步的，所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)方案評(píng)價(jià)子系統(tǒng)包括：

59、產(chǎn)量評(píng)價(jià)模塊，用于評(píng)價(jià)當(dāng)前生產(chǎn)方案下的產(chǎn)量；

60、能耗評(píng)價(jià)模塊，用于評(píng)價(jià)當(dāng)前生產(chǎn)方案下的能耗；

61、水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模塊，用于量化水下生產(chǎn)系統(tǒng)的健康狀態(tài)；

62、生產(chǎn)方案綜合評(píng)價(jià)模塊，用于綜合評(píng)價(jià)當(dāng)前生產(chǎn)方案。

63、進(jìn)一步的，所述水下生產(chǎn)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化子系統(tǒng)包括：

64、多目標(biāo)優(yōu)化模塊，用于對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，生成生產(chǎn)優(yōu)化方案；

65、生產(chǎn)優(yōu)化方案執(zhí)行模塊，用于執(zhí)行生產(chǎn)優(yōu)化方案；

66、優(yōu)化效果反饋模塊，用于反饋生產(chǎn)優(yōu)化方案的優(yōu)化效果。

67、本發(fā)明有益效果如下：

68、提升系統(tǒng)可靠性：通過實(shí)時(shí)故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與退化評(píng)估，實(shí)現(xiàn)水下生產(chǎn)系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測，顯著提升系統(tǒng)可靠性，減少生產(chǎn)中斷風(fēng)險(xiǎn)。

69、優(yōu)化設(shè)備利用：冗余電潛泵主備動(dòng)態(tài)輪換確保工作泵和備用泵高效利用，避免設(shè)備過度磨損，降低生產(chǎn)停滯可能性。

70、提高生產(chǎn)效率：通過生產(chǎn)方案優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田開發(fā)的最優(yōu)管理，提高生產(chǎn)效率和資源利用效益。

71、降低生產(chǎn)成本：多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化模型綜合考慮產(chǎn)量最大化、維護(hù)成本最小化和生產(chǎn)能耗最小化，有效降低生產(chǎn)成本。

72、實(shí)現(xiàn)智能化管理：整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化管理，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測、評(píng)估和優(yōu)化，確保油氣生產(chǎn)安全、高效。