石油和天然气
视角

机器学习可以使系泊更安全,更具成本效益

海洋横截面(病态)

发布日期:2019年7月4日


  • 石油和天然气行业越来越担心系泊线的高频率故障及其潜在的灾难性后果

  • 物理张力传感器的维护是困难和昂贵的,并且容易在安装的头几年发生故障

  • 对于异常检测、结构完整性评估和虚拟传感器来说,机器学习是一种更准确、成本更低的方法

  • 在超过99%的模拟测试案例中,DNV GL的机器学习算法可以准确识别系泊缆绳的状况乐动体育登录

对于浮式生产、储存和卸载(FPSO)船等浮式海上设施来说,系泊系统故障是一个长期存在的问题。多位分析师表示,在2000年至2013年期间,每年平均约有两起永久系泊系统故障的报告。1、2、3其中一项研究发现,十多年来报告的此类事故中,近一半涉及多条系泊索的故障。另一项估计在上述期间修理或更换了150条系泊缆绳。

例如,Gryphonα2011年,一艘FPSO船在英国北海遭遇风暴,10条系泊缆绳中有4条断裂。4据报道,这花费了大约18亿美元来恢复,同年晚些时候,10条线路中的5条分开,船只再次离开车站,又花费了3亿美元。1

系泊系统故障的后果可能是危险和昂贵的。在最严重的情况下,船只漂移,连接浮动结构和海底系统的隔水管破裂。此类事故导致油田停产时间延长,并增加了生命、财产和环境风险。尽管如此,目前还没有正式发表的研究对系泊线上特定点的失效可能性及其后果进行量化。

传统的系泊线故障检测和预测方法存在局限性

传统的故障检测方法依赖于“观察圈”方法或测量系泊线张力。

从本质上讲,观察圈方法建立了一个环,其中假定船舶在所有系泊线完好无损的情况下运行。然而,这种方法缺乏准确性和可靠性,在实际操作中不太实用。系泊缆绳上的物理张力传感器昂贵且维护困难。现场经验表明,在安装后的几年内,它们很容易发生故障。

基于机器学习的方法有其优势

鉴于所描述的考虑因素,需要一种健壮的方法。机器学习的最新进展提出了一种方法,这引发了人们对异常检测、结构完整性评估和虚拟传感器的智能数字方法的兴趣。5,6

乐动体育登录美国休斯顿的DNV GL专家已经将这种方法应用于“训练”机器学习模型,以准确识别系泊线状况。7结果是Smart Mooring,该公司使用机器学习的新颖替代方法(图1).它使用漂浮船只的GPS和六个自由度的加速度数据来实时检测系泊系统的状况。

图1:智能系泊的机器学习
图1:DNV GL专乐动体育登录家训练了机器学习模型,以准确识别系泊线状况。(资料来源:DNV乐动体育登录 GL)
在确定系泊线何时失效时,这种先进的解决方案比检测异常的物理张力传感器更准确,成本更低。”
弗兰克•Ketelaars
  • 美洲地区经理
  • 乐动体育登录DNV GL -石油和天然气

DNV GL - Oil & Gas美洲区域经理Frank Ketelaars表示:“我们的测试表明,在确定系缆何时失效时,这种先进的解决方案比检测异常的物理张力传感器更准确,成本更低。”乐动体育登录

为了测试这一概念,DNV GL公司在250乐动体育登录米深的水中对一艘炮塔系泊FPSO船进行了桌面研究。该公司的专家在水动力分析软件上对FPSO船舶和炮塔系泊进行了数值模拟。在这个模型中,21根由链-丝-链段组成的系泊线被连接到集成在船上的不可分离的转塔上,并通过系泊系统永久固定在海床上。该项目测试了智能系泊系统的性能,以近实时检测系泊线故障。

基于大约2,900个负载案例和一年的不同环境条件,进行了大量的模拟。这创建了完整和“单系泊线损坏”情况下的船舶偏移和运动数据集,然后用于训练机器学习模型。

机器学习证明了其识别系泊线状态的能力

该模型的性能与大约4000个不同的测试数据集进行了对比。在超过99%的测试案例中,机器学习算法准确地识别了系泊线的状况。

我们的解决方案可以准确地识别系泊线是完好的还是损坏的。我们保守估计,这种方法的成本是在棕地作业中安装系泊索张力监测系统的一半。”
Vivek贾斯瓦尔
  • 高级工程师
  • 乐动体育登录DNV GL -石油和天然气

“这些出色的结果表明,我们的解决方案可以准确地识别系泊线是否完好无损。我们保守估计,这种方法的成本是在棕地作业中安装系泊索张力监测系统的一半,”DNV GL - Oil & Gas高级工程师Vivek Jaiswal说。乐动体育登录

目前的研究是基于使用数值模型开发的模拟数据。在未来的工作中,这种模型可以使用现有船只的数据进行训练和测试。目前正在对其他海上浮式船舶进行多项试点研究,预计2020年将提供商业解决方案。


参考文献

  1. “咨询公司介绍FPS设施系泊系统故障的定性分析,”N Ramrattan和A Monferini,海上杂志,2017年2月15日,offsho-mag.com
  2. “永久系泊系统完整性问题的历史回顾”,K Ma等人,海上技术会议,美国休斯顿,2013年5月6-9日,OTC-24025-MS
  3. 系泊线故障引起行业关注,”E Maslin,《海上工程师》杂志,2013年7月16日,odigital.com
  4. “工人从风暴袭击的北海油田获救”,bbc。英国,2011年2月4日
  5. “一种预测系泊浮体运动的新方法”,JM Gumley等人,ASME 2016年第35版。海洋工程,2016年6月19-24日,韩国釜山,OMAE2016-54674
  6. “系泊完整性和机器学习”,I Prislin和S Maroju,海上技术会议,美国休斯顿,2017年5月1日,OTC-27866-MS
  7. 基于机器学习的系泊线故障检测, V Jaiswal和A Ruskin,海上技术会议,美国休斯顿,2019年5月6-9日,OTC-29511-MS。

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