許曉英，劉愛明，高 陽，郝 銘

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1995年至2020年間，渤海在研究開發(fā)中的邊際油田儲(chǔ)量較在生產(chǎn)中的邊際油田儲(chǔ)量增長(zhǎng)近7.8倍?？梢钥闯觯呺H油田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)對(duì)渤海油田產(chǎn)能接替起到了舉足輕重的作用。該類型油田通常儲(chǔ)量規(guī)模小、動(dòng)用難度大，單獨(dú)開發(fā)經(jīng)濟(jì)性差，依托已有平臺(tái)設(shè)施處理能力，建設(shè)無人平臺(tái)，降低投資門檻是高效開發(fā)邊際油氣田的主攻方向，而儀控專業(yè)設(shè)計(jì)是渤海油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不可或缺的部分。本文將研究邊際油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化儀控專業(yè)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 研究范圍

目前海上平臺(tái)最常見、技術(shù)最成熟的邊際油田無人平臺(tái)為鋼質(zhì)樁基平臺(tái)，生產(chǎn)井在9井槽以下(包含9井槽)，并從結(jié)構(gòu)上分成單柱三樁、三柱三樁和四腿井口平臺(tái)3種。最終選取渤海油田17座(不含氣田)典型無人平臺(tái)為研究樣本，對(duì)儀控專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行趨勢(shì)分析以及標(biāo)準(zhǔn)化研究。

2 趨勢(shì)分析

對(duì)17座樣本平臺(tái)從井口控制盤、中控系統(tǒng)、多路閥、多相流量計(jì)和關(guān)斷閥等設(shè)備參數(shù)方面進(jìn)行分析研究。

2.1 井口控制盤

井口控制盤是海上油氣田生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其主要用于控制采油樹的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥和電潛泵等設(shè)施。井口控制盤通過監(jiān)測(cè)每一井口管線的壓力、結(jié)合該系統(tǒng)與應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)的相互作用，并根據(jù)有關(guān)監(jiān)測(cè)信號(hào)控制井口設(shè)施順序關(guān)停，以保證海上平臺(tái)或裝置處于安全狀態(tài)的就地控制裝置。渤海邊際油田無人平臺(tái)井口控制盤統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 渤海邊際油田無人平臺(tái)井口控制盤統(tǒng)計(jì)表

由表1可以看出，樣本平臺(tái)中有14個(gè)平臺(tái)的井口控制盤長(zhǎng)度小于等于3 m，寬度全部小于1 m，高度全部小于等于2.2 m，可見變化主要在長(zhǎng)度上，井口控制盤單井控制模塊數(shù)量越多，長(zhǎng)度也隨之越大。因此，建議小型無人平臺(tái)井口控制盤的尺寸控制在3 m×1 m×2.2 m之內(nèi)。

2.2 中控系統(tǒng)

儀表控制系統(tǒng)是海上油氣田開發(fā)工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它是海上油氣田各種開發(fā)設(shè)施的大腦和安全衛(wèi)士。儀表控制系統(tǒng)一方面連續(xù)檢測(cè)和控制海上油氣田各種生產(chǎn)、公用設(shè)備的正常運(yùn)行，另一方面又對(duì)各種意外事故進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦出現(xiàn)意外問題，第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警并經(jīng)過系統(tǒng)邏輯自動(dòng)地處理控制，以便將不安全的因素控制在最小的范圍內(nèi)，從而保障海上油氣田的生產(chǎn)安全，確保人員、設(shè)施安全。儀表控制系統(tǒng)又稱為中央控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱中控系統(tǒng)。渤海邊際油田無人平臺(tái)中控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表如表2所示。

由表2可知，樣本平臺(tái)中有8個(gè)平臺(tái)設(shè)有中控室，占比47%；5個(gè)平臺(tái)的中控系統(tǒng)放在電氣間，占比29%。4個(gè)平臺(tái)中控系統(tǒng)沒有設(shè)置房間，均采用了集束海纜供電方式，把中控系統(tǒng)放在了室外，占比24%；而中控系統(tǒng)放在室內(nèi)的占比為76%。

通?？刂泣c(diǎn)數(shù)都在400～700之間，中控室控制機(jī)柜數(shù)量和控制點(diǎn)數(shù)有關(guān)，一般控制點(diǎn)數(shù)越多，控制機(jī)柜數(shù)量就越多。因此，建議把小型無人平臺(tái)中控系統(tǒng)按規(guī)模劃分，控制點(diǎn)小于500點(diǎn)，宜設(shè)置1套控制系統(tǒng)，500點(diǎn)及以上宜設(shè)置2套控制系統(tǒng)，且中控系統(tǒng)控制機(jī)柜應(yīng)首選考慮布置在房間內(nèi)。

表2 渤海邊際油田無人平臺(tái)中控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表

2.3 計(jì)量方式

油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量，對(duì)掌握油藏狀況、制定生產(chǎn)方案具有重要的指導(dǎo)意義。計(jì)量方式的選擇，關(guān)系計(jì)量工作的好壞，直接決定安全工作的可靠性。

通過樣本平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，有3個(gè)平臺(tái)是手動(dòng)倒井計(jì)量，占比18%，2個(gè)平臺(tái)是多相流量計(jì)+管匯計(jì)量，占比12%，其余都是多相流量計(jì)+多路閥計(jì)量，占比70%。渤海邊際油田無人平臺(tái)多相流量計(jì)尺寸統(tǒng)計(jì)見圖1，多路閥尺寸統(tǒng)計(jì)見圖2，其中，E、F、G平臺(tái)未使用多相流量計(jì)和多路閥，C、P平臺(tái)未使用多路閥。

圖1 渤海邊際油田無人平臺(tái)多相流量計(jì)尺寸統(tǒng)計(jì)

由圖1可知，多相流量計(jì)的最大長(zhǎng)度3 m，多數(shù)是2 m左右；最大寬度3 m，多數(shù)是2 m以下；最大高度5.8 m，多數(shù)是3.0 m左右。結(jié)合近幾年多相流量計(jì)實(shí)際中標(biāo)廠家提供的尺寸，建議多相流量計(jì)尺寸控制在2 m×3 m×4.5 m之內(nèi)。由圖2可知，多路閥最大長(zhǎng)度2.5 m，多數(shù)是1.0 m左右；最大寬度1.5 m，多數(shù)是1.0 m左右；最大高度3.5 m，多數(shù)是3.0 m以下。結(jié)合近幾年多路閥實(shí)際中標(biāo)廠家提供的尺寸，建議多路閥尺寸控制在2.5 m×2.0 m×3.0 m之內(nèi)。

圖2 渤海邊際油田無人平臺(tái)多路閥尺寸統(tǒng)計(jì)

2.4 關(guān)斷閥

緊急關(guān)斷閥也叫應(yīng)急關(guān)斷閥，簡(jiǎn)稱關(guān)斷閥。關(guān)斷閥廣泛應(yīng)用于海上平臺(tái)的管線中，是工藝安全系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)有關(guān)閉信號(hào)時(shí)，它們必須快速切斷隔離工藝系統(tǒng)或者使其泄壓，用于保護(hù)設(shè)備設(shè)施和人員的安全。

通過樣本平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，僅1個(gè)平臺(tái)關(guān)斷閥是氣動(dòng)關(guān)斷閥，占比6%，因?yàn)檫@是一個(gè)與依托平臺(tái)通過棧橋相連的無人平臺(tái)，可以利用依托平臺(tái)的氣源。其余16個(gè)平臺(tái)因?yàn)闊o氣源，均使用了液動(dòng)關(guān)斷閥，占比94%，且液壓源來自井口控制盤。

通常海管出入口均設(shè)置關(guān)斷閥，關(guān)斷閥宜采用液動(dòng)形式。數(shù)量少的情況下，液壓源可與井口盤共用，否則建議廠家自帶液壓源。如果關(guān)斷閥與井口控制盤液壓源共用，井口控制盤尺寸可能會(huì)變大，設(shè)計(jì)時(shí)要引起注意。

3 儀控專業(yè)設(shè)計(jì)方案研究

儀控專業(yè)設(shè)計(jì)方案研究是在趨勢(shì)特點(diǎn)分析成果基礎(chǔ)上，根據(jù)《海上固定平臺(tái)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》和《海上無人駐守井口平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)定》等規(guī)范文件，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)方反饋意見，同時(shí)參考近幾年無人平臺(tái)創(chuàng)新研究成果初步給出的設(shè)計(jì)方案。

渤海邊際油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化研究課題，形成了3個(gè)系列(三柱三樁平臺(tái)、單柱三樁平臺(tái)、四腿平臺(tái))設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方案成果。其中三柱三樁平臺(tái)只有1種集束海纜方式，而單柱三樁和四腿平臺(tái)均有常規(guī)海纜和集束海纜2種方式。集束海纜不同于常規(guī)海纜方式，平臺(tái)上沒有房間，中控系統(tǒng)布置在室外安全區(qū)。結(jié)合樣本平臺(tái)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，同時(shí)綜合考慮無人平臺(tái)數(shù)字化智能化需求，對(duì)渤海邊際油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化儀控方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。表3為渤海邊際油田無人平臺(tái)儀控設(shè)計(jì)方案。

此外，3個(gè)系列平臺(tái)還應(yīng)根據(jù)需求具備遠(yuǎn)程遙控功能，均設(shè)有就地/遠(yuǎn)程控制模式轉(zhuǎn)換功能?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)具備與遠(yuǎn)程控制中心通信中斷10 min ～ 30 min 后自動(dòng)觸發(fā)關(guān)斷的能力。

單井計(jì)量具備遠(yuǎn)程遙控計(jì)量功能，優(yōu)先采用多路閥和多相流量計(jì)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)單井遙控計(jì)量。多路閥和多相流量計(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)配置，可參考表3尺寸。

表3 渤海邊際油田無人平臺(tái)儀控設(shè)計(jì)方案

由于標(biāo)準(zhǔn)化無人平臺(tái)不設(shè)置儀表風(fēng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥宜采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)斷閥、放空閥宜選擇液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 結(jié)束語

渤海邊際油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，推進(jìn)了邊際油田的開發(fā)進(jìn)程，縮短了邊際油田建設(shè)周期，同時(shí)還可以降低開發(fā)投資。儀控專業(yè)設(shè)計(jì)通過全面收集并梳理渤海油田在役無人平臺(tái)儀控設(shè)計(jì)資料，提取設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)，總結(jié)分析在役工程設(shè)施儀控設(shè)計(jì)特點(diǎn)和趨勢(shì)，并結(jié)合近幾年邊際油田開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新成果，推出邊際油田無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化儀控設(shè)計(jì)方案，為邊際油田快速投產(chǎn)夯實(shí)了基礎(chǔ)，為高質(zhì)量開發(fā)提供了新動(dòng)能。