仰滿榮

中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452

在役海洋石油平臺數(shù)字化實施方法研究

仰滿榮

中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452

“數(shù)字油田”建設(shè)是中海油躋身國際一流能源公司的基礎(chǔ)性工作。文章以中海油在役平臺首個數(shù)字化項目為契機(jī)，對在役海洋石油平臺數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行了深入研究，摸索出一套行之有效的實施方案，并通過項目進(jìn)行實踐，取得了較好的效果，也為實現(xiàn)工程可視化管理、建設(shè)“數(shù)字油田”積累了寶貴的經(jīng)驗。

海洋石油平臺；數(shù)字油田；正向建模；逆向建模；工程信息

0 引言

數(shù)字油田[1]源于1998年美國前副總統(tǒng)戈爾提出的數(shù)字地球概念，并迅速受到BP、殼牌、斯倫貝謝、雪佛龍、挪威Hydro等全球大石油公司、石油開發(fā)技術(shù)服務(wù)公司以及能源咨詢服務(wù)公司的廣泛關(guān)注，引發(fā)了數(shù)字油田技術(shù)研究的熱潮，數(shù)字油田建設(shè)已經(jīng)成為石油企業(yè)發(fā)展的趨勢。數(shù)字油田技術(shù)能夠大幅度降低企業(yè)成本并進(jìn)行有效的油田管理[2-4]，也是“油田設(shè)施設(shè)備資產(chǎn)全生命周期管理”理念真正落實不可或缺的信息支撐，是實現(xiàn)油田資產(chǎn)精細(xì)化、集約化、科學(xué)化管理的必要工作。

中海石油（中國）有限公司（以下簡稱中海油）提出了建設(shè)國際一流能源公司的宏偉目標(biāo)。中海油工程建設(shè)部牽頭建設(shè)的“工程數(shù)據(jù)中心”（EDIS）是“數(shù)字油田”的核心，目前EDIS已經(jīng)在天津分公司、湛江分公司、深圳分公司、上海分公司全面安裝部署。

中海油對EDIS推廣實施工作提出了明確要求，不僅要做好在建及新建項目的工程數(shù)字化實施工作，同時要考慮在役平臺的工程設(shè)施數(shù)字化的問題。通過2012年完成的兩座試點平臺（LD10-1 CEP平臺和LD10-1 WHPA平臺）的數(shù)字化工作，研究出了一套行之有效的在役平臺數(shù)字化技術(shù)實施方案。隨著該技術(shù)方案應(yīng)用的不斷成熟，也為下游設(shè)施（如：陸上終端、油庫等）的數(shù)字化管理打下良好的基礎(chǔ)，并將為提高中海油的整體設(shè)計能力，增強(qiáng)企業(yè)競爭力做出貢獻(xiàn)。

1 我國在役海洋石油平臺數(shù)字化現(xiàn)狀

數(shù)字油田的建設(shè)是時代發(fā)展的必然趨勢，國際上數(shù)字油田建設(shè)經(jīng)歷了從低級到高級的發(fā)展階段，分別是數(shù)字化階段、網(wǎng)絡(luò)化階段、可視化階段、自動化階段和智能化階段，目前我國海洋石油行業(yè)數(shù)字油田建設(shè)尚處于數(shù)字化階段，對于網(wǎng)絡(luò)化、可視化、自動化乃至智能化，也在研究和嘗試。數(shù)字化階段的工作就是對工程信息進(jìn)行數(shù)字化管理，這是數(shù)字油田建設(shè)的基礎(chǔ)性工作。此階段通過建立專業(yè)數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)，將在役平臺、在建及新建平臺的海量數(shù)據(jù)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)整理到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)包括各種資料、檔案、文字、圖像、模型、語音等信息，以滿足平臺生產(chǎn)運(yùn)營期間數(shù)字化應(yīng)用的需求。

目前我國海域共有200多座在役固定式海洋石油平臺，自2008年中海油開展數(shù)字化工作至今已完成78座平臺的數(shù)字化工作，正在實施數(shù)字化的在役平臺6座，尚有100多座在役平臺未實施數(shù)字化。對于未實施數(shù)字化的在役平臺，大量工程信息仍采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)存檔管理形式，已跟不上大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，況且大量工程信息（如：可編輯文件、各類模型、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等）紙質(zhì)保存難度很大，加上以前對海洋石油平臺的維修改造規(guī)范化管理的欠缺，導(dǎo)致大量歷史資料缺失而返工的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，不利于實現(xiàn)油田資產(chǎn)精細(xì)化、集約化、科學(xué)化管理。

2 在役海洋石油平臺數(shù)字化工作范圍和目標(biāo)

根據(jù)在役平臺的現(xiàn)狀及特點，對在役平臺的數(shù)字化工作要求，不能等同于新建平臺全生命周期的數(shù)字化管理要求，應(yīng)在有限的時間及精力的條件下，追溯到最有用的工程信息，為海上石油平臺日常管理、改擴(kuò)建、增產(chǎn)調(diào)整、安全環(huán)保等提供最有效的數(shù)據(jù)支持。

通過試點平臺數(shù)字化項目的開展，明確了在役平臺數(shù)字化工作范圍，主要包括：工程文件的搜集整理、缺失部分設(shè)計文件的補(bǔ)充、平臺三維模型的建立、結(jié)構(gòu)SACS模型的建立、智能P&ID的繪制、文件關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立、工程信息裝載入庫。

工程文件主要指平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、詳細(xì)設(shè)計文件、完工文件、歷次改造設(shè)計文件、合同采辦文件及建造完工文件，這些文件也是后期平臺管理過程中應(yīng)用最多的工程信息；三維模型是指利用海洋石油平臺常用三維軟件如PDMS、SP3D建立的反映平臺現(xiàn)狀的3D模型，三維模型通過對平臺的直觀表達(dá)，為管理者提供決策的有效支持；結(jié)構(gòu)SACS模型是指利用海洋工程常用計算軟件SACS建立的反映平臺現(xiàn)狀的結(jié)構(gòu)模型，并按照平臺最新狀態(tài)對模型施加相應(yīng)荷載，能為后期平臺改擴(kuò)建、結(jié)構(gòu)安全評估節(jié)省大量重復(fù)性工作；智能P&ID是表述工藝過程的核心文件，圖中的符號或圖形具有屬性，經(jīng)過處理后可以與相應(yīng)的工程文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，智能P&ID中的工程位號信息是與工程文件及DCS、MAXIMO等系統(tǒng)銜接的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，智能P&ID是建設(shè)“智能油田”的必要元素。

在役石油平臺數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)是規(guī)范化整理或補(bǔ)充反映平臺現(xiàn)狀的所有設(shè)施設(shè)備的設(shè)計文件，建立反映平臺現(xiàn)狀的三維模型、反映平臺現(xiàn)狀的智能P&ID圖紙、反映平臺現(xiàn)狀且施加荷載的結(jié)構(gòu)SACS模型、數(shù)字化成果導(dǎo)入EDIS工程信息數(shù)據(jù)庫[3]，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化查詢的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)模型、設(shè)備所在系統(tǒng)、設(shè)備相關(guān)設(shè)計文件間的快速關(guān)聯(lián)查詢。

3 在役海洋石油平臺數(shù)字化實施

3.1 工程文件搜集整理

充分利用各方資源，搜集平臺紙版文件及電子版文件，將搜集到的紙版工程文件進(jìn)行電子化掃描。工程文件包括：

（1）前期資料。指可行性研究（FS）相關(guān)文件及總體開發(fā)方案（ODP）文件。

（2）設(shè)計文檔。指詳細(xì)設(shè)計成果文件、完工設(shè)計文件和改造設(shè)計文件。

（3）建造完工資料。指設(shè)備完工資料、操作維修手冊等。

（4）合同資料。指合同資料、招標(biāo)資料和投標(biāo)資料。

所有搜集的工程文件，按照數(shù)據(jù)庫對工程文件的規(guī)范性要求及目錄結(jié)構(gòu)存放要求進(jìn)行規(guī)范化整理；整理的文件要同時滿足編碼、命名及存儲結(jié)構(gòu)的要求，同時要有詳細(xì)的文件目錄。

3.2 平臺三維模型的建立

依據(jù)工程項目的詳細(xì)設(shè)計文件、完工設(shè)計文件、歷次改造的設(shè)計資料進(jìn)行三維模型正向建模，并結(jié)合逆向建模及現(xiàn)場調(diào)研，使建立的三維模型能夠真實有效地反映目前在役石油平臺狀況，并滿足規(guī)范化要求。

（1）正向建模。平臺三維模型的建立首先采用正向建模技術(shù)，即先以現(xiàn)有的設(shè)計資料為依據(jù)，使用PDMS、SP3D等軟件創(chuàng)建三維模型。

（2）逆向建模。逆向建模[5]是利用國際先進(jìn)的激光點云掃描裝置和技術(shù)進(jìn)行平臺現(xiàn)場全方位掃描，并利用PDMS、SP3D等三維設(shè)計軟件對點云圖像進(jìn)行導(dǎo)入處理，形成點云模型，將正向模型和點云模型進(jìn)行比對找出差異，對差異部分建立逆向三維模型。逆向建?？梢詫υO(shè)計、生產(chǎn)、使用中的變化內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)、生成模型，然后進(jìn)行各種改造設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析（如：形變、應(yīng)力、過程、工藝、姿態(tài)分析等）、檢測、虛擬裝配等工作。在此基礎(chǔ)上，對正向建模法和逆向建模法所建立的三維模型進(jìn)行全面對比和修正，并提供“三維模型正逆向匹配差異報告”，以供設(shè)計文件補(bǔ)充。

（3）現(xiàn)場調(diào)研。在正、逆向模型進(jìn)行差異化比對修正之后，根據(jù)“三維模型正逆向匹配差異報告”由建模工程師結(jié)合現(xiàn)場實際情況對關(guān)鍵設(shè)備、管道、閥門、結(jié)構(gòu)以及隱蔽設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行核查和完善，從而確保三維模型能夠與平臺幾何形狀等保持一致性，在軟件允許的條件下，正向模型部分設(shè)備設(shè)施必須具備應(yīng)有的設(shè)計參數(shù)。

3.3 缺失設(shè)計文件的補(bǔ)充

對于缺少設(shè)計文件支持的現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施，采用激光掃描進(jìn)行逆向建模[6-7]。并依據(jù)“三維模型正逆向匹配差異報告”及現(xiàn)場情況，參考改造設(shè)計的成熟做法進(jìn)行設(shè)計文件的補(bǔ)充（包括圖紙、設(shè)備清單、數(shù)據(jù)表、重控報告等），確?，F(xiàn)場所有設(shè)備設(shè)施均有設(shè)計文件的支持。

以“三維模型正逆向匹配差異報告”為依據(jù)，就總體、配管、結(jié)構(gòu)、舾裝、工藝、機(jī)械、暖通、電氣、儀表、通訊及安全共11個專業(yè)進(jìn)行出海調(diào)研，對缺少設(shè)計資料支持的現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施進(jìn)行文件補(bǔ)充。

提供滿足EDIS整理規(guī)范要求的PDF掃描文件及原生文件，并需要有設(shè)計資質(zhì)人員的手簽，使之成為設(shè)施完整性管理的依據(jù)性文件。

3.4 結(jié)構(gòu)SACS模型建立

依據(jù)平臺原有的歷史資料（詳細(xì)設(shè)計文件、改造設(shè)計文件）及補(bǔ)充的設(shè)計文件，使用SACS軟件建立結(jié)構(gòu)幾何模型，完整、準(zhǔn)確地反映平臺目前狀況。在工期等條件允許的情況下，可完成荷載施加工作，以減少后期重復(fù)工作量。

反映平臺實際情況的結(jié)構(gòu)計算模型的建立并且及時更新，便于平臺后續(xù)改擴(kuò)建及再評估工作的開展，縮短結(jié)構(gòu)有限元分析和強(qiáng)度校核工作量，省去重復(fù)性的工作，提高工作效率。

3.5 智能P&ID的繪制

采用智能P&ID設(shè)計軟件（如AVEVA P&ID或者SMARTPLANTP&ID）繪制原生文件及發(fā)布后的文件，確保平臺智能P&ID圖完整、準(zhǔn)確地反映平臺目前的工藝系統(tǒng)和安全消防系統(tǒng)狀況。

3.6 文件關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立

要實現(xiàn)設(shè)備屬性信息、設(shè)備模型及相關(guān)工程信息的快速關(guān)聯(lián)查詢，需要按照關(guān)聯(lián)關(guān)系矩陣模板填寫設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系表，關(guān)聯(lián)關(guān)系表是各工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入EDIS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后進(jìn)行關(guān)聯(lián)的紐帶，是快速查詢設(shè)備相關(guān)信息的依據(jù)。目前我們正在研究開發(fā)相應(yīng)的工具，以減少人工干預(yù)，實現(xiàn)智能查詢。

技術(shù)方案：依據(jù)歷史資料（詳細(xì)設(shè)計、完工文件、改造設(shè)計文件）的信息，填寫在役項目關(guān)聯(lián)關(guān)系矩陣模板，按照EDIS要求填寫關(guān)聯(lián)關(guān)系表；以存在的設(shè)備位號為依據(jù)，填寫各設(shè)備關(guān)聯(lián)信息；填寫完成單個平臺所有維護(hù)改造項目數(shù)據(jù)采集表。所有關(guān)聯(lián)關(guān)系表以Excel文件格式提供。

單個平臺設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系包括：

（1）在役平臺原完工階段關(guān)聯(lián)關(guān)系，即詳細(xì)設(shè)計及完工設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括（但不限于）組塊、生活樓、鉆修井機(jī)、導(dǎo)管架上的設(shè)備。

（2）在役平臺維修改造項目關(guān)聯(lián)關(guān)系（以改造項目為單位進(jìn)行區(qū)分）。

（3）在役平臺差異部分設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系（以數(shù)字化項目為單位進(jìn)行區(qū)分）。

3.7 工程信息裝載入庫

按照EDIS數(shù)據(jù)庫要求完成工程信息入庫預(yù)裝載，通過數(shù)據(jù)表合成工具，將關(guān)聯(lián)關(guān)系表中的工程屬性信息提取到EDIS數(shù)據(jù)模板中生成工程信息數(shù)據(jù)表，完成設(shè)備編碼與工程文檔建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的創(chuàng)建。需要入庫的工程信息包括（但不限于）：規(guī)范化整理的設(shè)計文件、建造完工文件、合同采辦文件、工程模型文件、關(guān)聯(lián)關(guān)系表、三維模型正逆向匹配差異報告等。

裝載入庫的數(shù)據(jù)，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化查詢的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)模型、設(shè)備屬性、設(shè)備所在系統(tǒng)、設(shè)備相關(guān)設(shè)計文件間的快速關(guān)聯(lián)查詢。

4 結(jié)束語

數(shù)字油田建設(shè)是一個全新的課題，還需要進(jìn)行大量的研究和實驗工作。數(shù)字油田是企業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展的手段和重要目標(biāo)之一，是信息化發(fā)展的必然結(jié)果，是信息化發(fā)展的高級階段。數(shù)字油田建設(shè)是一項長期和艱巨的任務(wù)，必須腳踏實地做好基礎(chǔ)工作，解決數(shù)據(jù)資源開發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和信息化管理等方面的具體問題。數(shù)字油田建設(shè)必將帶來管理革新，必將推動企業(yè)流程再造和企業(yè)再造，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]王權(quán)，楊斌，張萬里.數(shù)字油田及其基本架構(gòu)[J].油氣田地面工程，2004，23（12）：47-48.

[2]李國英，侯珂.數(shù)字油田研究現(xiàn)狀分析[J].中國科技信息，2012（22）：40.

[3]燕亞娟.數(shù)字油田建設(shè)在石油企業(yè)管理中的應(yīng)用[J].價值工程，2010（10）：50-51.

[4]周易霖.油田數(shù)據(jù)庫建設(shè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（1）：41.

[5]尤紅建，蘇林.基于機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)提取建筑物的研究現(xiàn)狀[J].測繪科學(xué)，2005，30（5）：114-116.

[6]黃先鋒.利用機(jī)載LIDAR數(shù)據(jù)重建3D建筑物模型的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2006.

[7]陳俊英，夏寶瑩，谷豐愷，等.三維激光掃描技術(shù)在海洋石油生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].中國造船，2012（A02）：347-353.

表2 各支點理論重量與試驗結(jié)果

參考文獻(xiàn)

[1]樊敦秋，董勝，蒙占彬.自升式鉆井平臺懸臂梁設(shè)計研究[J].中國造船，2011（9）：138-145.

[2]楊偉旗，張彬，蘭紅軍，荔灣3-1平臺裝船作業(yè)重量轉(zhuǎn)移方法研究[J].石油工程建設(shè)，2013，39（2）：7-11.

[3]陳宏，李春祥.自升式鉆井平臺發(fā)展綜述[J].中國海洋平臺，2007（12）：1-6.

作者簡介：

陳忠明（1969-），男，江蘇靖江人，工程師，1992年畢業(yè)于遼河石油學(xué)校礦機(jī)專業(yè)，主要從事大型鋼結(jié)構(gòu)施工工藝技術(shù)研究工作。

收稿日期：2014-06-26；修回日期：2015-01-30

Research on Implementation Methods of In-service Offshore Platform Digitalization

Yang Manrong
CNOOC（China）Co.，Ltd.Tianjin Branch，Tianjin 300452，China

The construction of“digitaloilfield”is the basic work of CNOOC for entrance into the internationalfirst-class energy companies.By means of the first CNOOC in-service platform digitalization project，the in-depth study of digitaltechnology is carried out.Aset of effective implementation plan is presented in this paper，which has been put in practice through some projects and achieved good results.Also valuable experience is accumulated for realizing visualization management and constructing“digitaloilfield”.

offshore oilplatform；digitaloilfield；forward modeling；inverse modeling；engineering information

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.007

仰滿榮（1983-），女，安徽安慶人，工程師，2006年畢業(yè)于天津科技大學(xué)海洋信息處理專業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油平臺工程建設(shè)管理工作。

2014-07-15