An internal leakage failure prognosis system for electro-hydrostatic subsea valve actuators

Abstract

Os custos de manutenção e reparo de equipamentos utilizados na indústria de petróleo & gás offshore particularmente em sistemas de produção submarinos (SPS) correspondem a um gasto significativo do custo operacional (OPEX). Este fator motiva a demanda de equipamentos que possibilitam estratégias de manutenção melhoradas, como uma estratégia de manutenção baseada em condição (CBM). CBM tem como objetivo avaliar a condição do equipamento e prever o seu tempo de vida útil remanescente (RUL) para agendar um procedimento de manutenção em tempo hábil. Ela pode ser implementada através de sistemas de monitoramento de condição, que por sua vez fazem uso de sistemas de diagnóstico de avarias e sistemas de prognóstico de falhas. Os atuadores de válvula abrangem partes importantes da infra-estrutura de SPSs. Foi observado que vazamento hidráulico é o mecanismo de falha mais comum acometido sobre este equipamento. Nesta pesquisa, um atuador eletro-hidrostático de válvulas submarinas é analisado e um sistema de prognóstico de vazamento interno no seu cilindro hidráulico é proposto. O sistema de prognóstico é modelado de acordo com testes de degradação acelerada da vedação do pistão do atuador onde acredita-se que seja a fonte da falha e de acordo com o modelo fenomenológico do atuador. O sistema é implementado e validado através de múltiplas simulações aleatórias numa abordagem Monte Carlo. Os resultados para a melhor configuração do sistema reportaram um RUL confiável em 85% dos experimentos 85 de 100 experimentos com uma antecedência média de 18,45 meses e um erro médio de 2,01 meses antes do verdadeiro evento de falha.

Abstract : In the Offshore Oil & Gas industry, particularly for Subsea Production Systems (SPS), the cost of maintenance and repair of equipment corresponds to a significant amount of the Operational Expenditure (OPEX). This drives the demand for equipment that enable improved maintenance strategies, such as a Condition-Based Maintenance (CBM) strategy. CBM aims to assess the actual condition of the equipment and forecast its remaining useful life (RUL) in order to schedule a maintenance intervention in a timely manner. It can be achieved with condition monitoring, which employs both fault diagnosis systems as well as failure prognosis systems. The valve actuators are important pieces of equipment in SPSs. It has been observed that leakage is the most common failure mechanism inflicted on this kind of equipment. In this research, an electro-hydrostatic subsea valve actuator is analyzed and a failure prognosis framework for internal leakage in the hydraulic cylinder is proposed. The prognosis system is modeled after Accelerated Degradation Tests of the piston sealing, which is believed to be the source of the failure, and the phenomenological description of the actuator. The system is implemented and validated through randomized simulation in a Monte Carlo approach. The results for the best configuration reported a reliable RUL estimation in 85% of the experiments 85 out of 100 experiments performed with an average of 18.45 months of antecedence and an average error of 2.01 months prior to the failure event.