CN110220645A - 深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验工艺,提供了相应的实验***及方法。本发明将闸阀置于试验水池内的水中,用以模拟水下生产***;气源动力站向闸阀内部提供相应压力的气体,模拟水下生产***生产油气,操作与闸阀连接的针阀松开,使气体漏出在水中产生气泡,来模拟油气泄漏;还将另一闸阀置于水中反复启闭来模拟背景噪声;水下声呐监测单元接收气泡发出的声音信号,传输至控制装置对声音信号的波形、频谱进行分析处理。本发明克服了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,有效加快了***作业测试的进度,节省了测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***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。
发明内容
本发明提供一种深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***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漏检漏灵敏度实验***,其包含试验水池、气源动力站、第一闸阀、针阀、水下声呐监测单元、控制装置;
所述第一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第一闸阀连通,向第一闸阀充入设定压力的气体,所述针阀处于松开状态时,使得从该针阀处泄漏至水中的气体,在规定时间内产生指定数量的气泡;水下声呐监测单元接收气泡发出的声音信号并传输至控制装置。
优选地,采用1/2寸针阀,第一闸阀使用3寸闸阀,通过软管连接针阀及气源动力站;以100ppm指标、1000psi压力的参数,向所述第一闸阀充入气体时,在针阀处漏出的气泡为3-4个/秒。
优选地,还设置有第二闸阀,其与所述第一闸阀在水中邻近布置,且不与气源动力站或针阀连接;通过反复启闭第二闸阀模拟发出背景噪声。
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,模拟的背景噪声的频率在10.5-14.5kHz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,气体泄漏时的声音信号及模拟的背景噪声对应不同的谱线波动。
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漏检漏灵敏度实验方法,使用上述任意一项深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其中将第一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***;气源动力站通过管线与第一闸阀连通,向第一闸阀充入设定压力的气体,来模拟水下生产***生产油气,操作针阀松开使气体漏出到水中,并在规定时间内产生指定数量的气泡,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,将控制装置根据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及***接收灵敏度;
其中,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第一频段进行比对,当监测到的声音信号的频率进入所述第一频段的频率范围时,判断有气体泄漏。
优选地,通过设置第二闸阀,使其与所述第一闸阀在水中邻近布置,且不与气源动力站或针阀连接;通过反复启闭第二闸阀得以模拟发出背景噪声,模拟的背景噪声处于第二频段的范围内,第一频段与第二频段不同;
分别在所述第二闸阀产生或不产生模拟的背景噪声时,由水下声呐监测单元采集声音信号并通过控制装置分析;在所述第二闸阀产生模拟的背景噪声时,如果控制装置相应地分析出对应于第一闸阀的针阀处气体泄漏时声音信号对应的频谱,并将其与背景噪声对应的频谱区分开来,则判断***接收灵敏度是符合要求的。
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***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及该***接收灵敏度进行测试,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***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漏检漏灵敏度实验***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本发明的实施例中没有泄漏点时的功率谱图。
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漏检漏灵敏度实验***及方法。所述实验***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。
其中,闸阀14置于试验水池12内的水中,用于模拟水下生产***(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***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。
本发明为测试***的捡漏细度,即***接收灵敏度,使用3寸闸阀和1/2寸针阀。按照100ppm指标(即1.7ml/s),1000psi压力向闸阀充入气体时,通过1/2”针阀口径漏出的气泡大致为3-4个/秒。测试人员可以通过秒表计时,对观察到的气泡个数进行计数,以确定充气及漏气情况是否符合上述要求。本发明中定义在上述的实验条件下,能够正确感知并正确判断有无泄漏情况的水下声呐监测单元及控制装置是符合灵敏度要求的设备。
本实施例中,水下声呐监测单元的采样率44.1kHz,水听器与针阀模拟的泄漏点之间的距离为1.5m,试验压力2000psi。操作针阀使其分别处于打开及关闭的状态,对应有泄漏和没有泄漏的情况;在两种情况下,通过水下声呐监测单元采集声音信号并由控制装置进行分析。
图2、图3所示是控制装置通过界面显示的信号功率谱,分别对应有气体泄漏和没有气体泄漏时的情况。通过查看信号的波形和频谱,可以看出无泄漏时功率谱比较平坦,有泄漏发生时谱线会有明显变化。有泄漏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。
若水下声呐监测单元测得的声音信号及控制装置13给出的分析结果,与本实验***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。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向闸阀14供气的情况,对针阀15的开启或关闭操作等。
在另一个实施例中,可以进一步采用两个3寸闸阀,在试验水池的水中邻近布置,其中一个闸阀根据上文所述与针阀及气源动力站连接并通过打开针阀来模拟微泄漏;另一个闸阀不充气也不配置针阀,通过操作其反复启闭来模拟背景噪声,该背景噪声的频率(例如在10.5-14.5kHz)不在气体泄漏时声音信号的频率范围2.5-3.2kHz之内。则,分别在所述另一个闸阀产生或不产生背景噪声时,通过水下声呐监测单元采集声音信号并通过控制装置分析。在所述另一个闸阀产生背景噪声时,如果控制装置13仍然可以相应地分析出气体泄漏时声音信号对应的频谱,并将其与背景噪声对应的频谱成功地区分开来,则认为***接收灵敏度是符合要求的。
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。
Claims (9)
1.一种深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,包含试验水池、气源动力站、第一闸阀、针阀、水下声呐监测单元、控制装置;所述第一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第一闸阀连通,向第一闸阀充入设定压力的气体,所述针阀处于松开状态时,使得从该针阀处泄漏至水中的气体,在规定时间内产生指定数量的气泡;水下声呐监测单元接收气泡发出的声音信号并传输至控制装置。
2.如权利要求1所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,采用1/2寸针阀,第一闸阀使用3寸闸阀,通过软管连接针阀及气源动力站;以100ppm指标、1000psi压力的参数,向所述第一闸阀充入气体时,在针阀处漏出的气泡为3-4个/秒。
3.如权利要求1或2所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,还设置有第二闸阀,其与所述第一闸阀在水中邻近布置,且不与气源动力站或针阀连接;通过反复启闭第二闸阀模拟发出背景噪声。
4.如权利要求1所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,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。
5.如权利要求3所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,泄漏时声音信号的频率在2.5-3.2kHz之间;模拟的背景噪声的频率在10.5-14.5kHz之间。
6.如权利要求3或5所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,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,气体泄漏时的声音信号及模拟的背景噪声对应不同的谱线波动。
7.一种深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验方法,使用权利要求1-6中任意一项所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验***,其特征在于,所述的方法中将第一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***;气源动力站通过管线与第一闸阀连通,向第一闸阀充入设定压力的气体,来模拟水下生产***生产油气,操作针阀松开使气体漏出到水中,并在规定时间内产生指定数量的气泡,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。
8.如权利要求7所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验方法,其特征在于,将控制装置根据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及***接收灵敏度;
其中,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第一频段进行比对,当监测到的声音信号的频率进入所述第一频段的频率范围时,判断有气体泄漏。
9.如权利要求7所述深海油气田油气生产泄漏检漏灵敏度实验方法,其特征在于,通过设置第二闸阀,使其与所述第一闸阀在水中邻近布置,且不与气源动力站或针阀连接;通过反复启闭第二闸阀得以模拟发出背景噪声,模拟的背景噪声处于第二频段的范围内,第一频段与第二频段不同;
分别在所述第二闸阀产生或不产生模拟的背景噪声时,由水下声呐监测单元采集声音信号并通过控制装置分析;在所述第二闸阀产生模拟的背景噪声时,如果控制装置相应地分析出对应于第一闸阀的针阀处气体泄漏时声音信号对应的频谱,并将其与背景噪声对应的频谱区分开来,则判断***接收灵敏度是符合要求的。
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