[发明专利]用于估计疲劳损坏的系统及用于生产含烃流体的方法

说明书

在一个方面中，本公开提供一种用于估计立管柱中的疲劳损坏的系统及用于生产含烃流体的方法。所述系统包括可以沿立管柱部署的多个加速度计以及通信链路，所述通信链路将来自所述多个加速度计的加速度计数据实时传输到一个或多个数据处理器。所述系统使用来自位于传感器位置处的有限数量的加速度计的数据，来估计沿所述立管的整个长度的优化水流分布，包括不存在加速度计的位置处。随后使用所述优化水流分布估计个体立管部件的损坏率，并且更新个体立管部件的总累积损坏。传感器位置的数量相对于深水立管柱的长度而言较小，并且可以使用二十个以下的传感器位置沿立管柱的整个长度可靠地监测若干英里长的立管柱。

关于由联邦政府赞助的研发的声明

本发明是依据与美国能源部签订的第11121-5402号RPSES合同而在政府支持下产生的。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及监测水下(subsea)设备的损坏。在特定方面中，本发明涉及实时(inreal time)监测海底立管柱(riser string)中的疲劳。

背景技术

在深水钻井环境中，对由钻井立管(drilling riser)的旋涡感应振动(VIV)引起的疲劳损坏进行预测和监测是一个复杂且具有挑战性的问题。尽管存在多个疲劳损坏来源，但是VIV和波浪是导致深水钻井立管发生疲劳损坏的主要原因。海底水流(underseacurrents)可能导致VIV，其中钻井立管沿垂直于主水流方向的方向振动。与浅水环境不同，深水钻井需要相对较高的顶部张力(top tension)来保持立管柱的横向稳定性。这种高张力与强水流产生的应力相结合，可导致立管柱所服务的水下装置的部件(例如，防喷器组(BOP stack)导体)以部件共振频率或相近频率振动，并且引起疲劳损坏率增大以及整个系统更易于发生疲劳破损。

目前，钻井立管监测系统使用振动数据记录器(loggers)，所述振动数据记录器在钻井作业(drilling campaign)结束时收回后，提供关于沿所述立管柱所经历的应力的数据。通常不提供能够用于持续评估沿立管长度累积的损坏的实时数据。因此，钻井作业期间对疲劳损坏的评估通常依赖于在钻井作业开始之前应用的预测模型。鉴于所述不确定性，损坏率估计相对保守并且趋于超出实际损坏率，从而限制了立管寿命和立管操作灵活性。

因此，需要用于以可靠方式实时确定水下立管中的损坏率的系统和方法。本发明提供解决一个或多个上述问题的新的系统和方法。

发明内容

在一个或多个实施例中，本发明提供一种用于估计立管柱中的疲劳损坏的系统，所述系统包括：(a)多个加速度计，所述多个加速度计配置成沿立管柱部署；(b)通信链路，所述通信链路配置成从所述多个加速度计实时传输加速度计数据；以及(c)一个或多个数据处理器，所述一个或多个数据处理器配置成实时接收所述加速度计数据并且从中估计沿所述立管柱的优化水流分布，并且基于所述优化水流分布来估计个体立管部件的损坏率，并且更新个体立管柱部件的总累积损坏(total accumulated damage)。

在一个或多个替代实施例中，本发明提供一种用于估计立管柱中的疲劳损坏的系统，所述系统包括：(a)多个加速度计，所述多个加速度计配置成沿立管柱部署；(b)无线通信链路，所述无线通信链路配置成从所述多个加速度计实时传输加速度计数据；(c)一个或多个数据处理器，所述一个或多个数据处理器配置成实时接收所述加速度计数据并且从中估计沿所述立管柱的优化水流分布，并且基于所述优化水流分布来估计个体立管部件的损坏率，并且更新个体立管柱部件的总累积损坏；其中所述优化水流分布使用一个或多个机器学习技术生成，并且其中所述数据处理器中的至少一个数据处理器配置成以系统输出的形式提供一个或多个图形数据汇总。