Modellbasert feildeteksjon for undervanns produksjonssystem

Abstract

Undervanns produksjonssystemer er på grunn av økonomiske fordeler blitt den vanligste måten å utvikle olje- og gassfelt offshore. Ettersom stadig mer avanserte komponenter plasseres på havbunnen er det vesentlig at feil detekteres så tidlig som mulig for å unngå at produksjonen stenges ned. Fokus i denne masteroppgaven vil være lekkasjedeteksjon for en rørledning som knytter sammen en undervanns produksjonsmanifold med et flytende produksjonsfartøy.Teori og bevaringslikninger bak modellering av flerfasestrømning i rørledning er presentert og aktuelle feiltilstander er beskrevet. En lekkasje anses som den mest alvorlige feiltilstand for en rørledning på grunn av konsekvenser for marint miljø samt at den utgjør en sikkerhetsrisiko for fartøyer i nærheten. Flere metoder for lekkasjedeteksjon er så beskrevet, da med hovedfokus på interne og modellbaserte metoder.En rørledningsmodell er implementert i Simulink, denne er basert på Helmholtzresonatorer koplet sammen i en kjede. Modellen er validert gjennom simulering med normale driftsbetingelser, og ved introduksjon av en plutselig lekkasje. En identisk Helmholtzkjede gis de samme inngangs- og utgangssignaler, denne utsettes derimot ikke for noen lekkasje og brukes til parameterestimering. Avvikene generert ved å sammenlikne de to modellenes respons er deretter utforsket.Videre er en funksjon for lekkasjedeteksjon implementert gjennom bruk av massebalanse og kryss-korrelasjon av residualene. Som et foreslått supplement og som basis for sammenlikning er også en funksjon for deteksjon av negativ trykkbølge implementert. Modellbasert lekkasjedeteksjon er så testet ut ved å simulere at en lekkasje inntreffer ved ulike driftsbetingelser som oppstart og produksjonsøkning, og lekkasje som oppstår under nedstengt produksjon.