童 理

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

1 設(shè)計(jì)范圍

目前，在役井口平臺(tái)的少人化改造處于探索和研究階段，根據(jù)海上油（氣）田特點(diǎn)與平臺(tái)功能，優(yōu)先考慮自動(dòng)化程度高的海上氣田井口平臺(tái)，油藏與原油天然氣物性穩(wěn)定單一，盡量選取井口數(shù)量在10口以內(nèi)的平臺(tái)，平臺(tái)無(wú)鉆修井機(jī)設(shè)施，工藝流程相對(duì)較為簡(jiǎn)單，無(wú)多級(jí)的原油與水處理系統(tǒng)，無(wú)電站與壓縮機(jī)、熱站等大型機(jī)械設(shè)備，周邊有可依托的有人平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)少人化遠(yuǎn)程操作，所選平臺(tái)最好與中心平臺(tái)或陸地直接采用海底光纜通信。綜上所述，在役井口平臺(tái)的少人化改造應(yīng)遵從“先氣田后油田、先少井平臺(tái)后多井平臺(tái)、先易后難，逐步推廣”的基本原則[1]。

2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（1）提供在役平臺(tái)的當(dāng)前產(chǎn)量和后續(xù)生產(chǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)、開(kāi)發(fā)方式（注水/注氣/注聚/熱采）、開(kāi)發(fā)井?dāng)?shù)、原油物性、伴生氣和天然氣組分及性質(zhì)等。

（2）提供在役平臺(tái)的平臺(tái)位置、平臺(tái)類型、結(jié)構(gòu)形式、總體布置、處理流程及與周邊依托設(shè)施的物流關(guān)系、消防與救逃生設(shè)施、機(jī)械設(shè)備表、空調(diào)配置和通風(fēng)方式、供電方案與電氣設(shè)備配置、儀控系統(tǒng)組成與配置、通信鏈路與帶寬、現(xiàn)有的登平臺(tái)方式、海管及海纜設(shè)計(jì)年限等。

（3）提供在役平臺(tái)的生產(chǎn)操作現(xiàn)狀及要求：投產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)率、人員配置；日常生產(chǎn)操作要求；生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，如油氣嘴遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程遙控倒井計(jì)量、生產(chǎn)流程切換、設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備遠(yuǎn)程啟/停與性能測(cè)試等；采油遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，如井筒化學(xué)藥劑遠(yuǎn)程注入、電潛泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)、啟停和調(diào)頻等；遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)與流動(dòng)安全保障要求，如遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)井和海管置換等；巡檢周期、巡檢要求和維保策略；化學(xué)藥劑和柴油自持周期、補(bǔ)給方式等[2]。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 生產(chǎn)流程在線監(jiān)測(cè)及控制

3.1.1 工藝流程節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)及控制

在役平臺(tái)生產(chǎn)井、生產(chǎn)流程、公用系統(tǒng)流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處增加遠(yuǎn)傳儀表和自動(dòng)控制閥門(mén)，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：如有遠(yuǎn)程調(diào)產(chǎn)需求，油氣嘴應(yīng)具備遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)功能；如有遠(yuǎn)程倒井計(jì)量需求，單井計(jì)量應(yīng)具備遠(yuǎn)程遙控計(jì)量功能；如有海管置換需求，應(yīng)急置換流程應(yīng)具備遠(yuǎn)程切換功能；生產(chǎn)井油壓和套壓應(yīng)將壓力信號(hào)送入中控實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)；開(kāi)排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)、公用儀表氣系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、海水系統(tǒng)進(jìn)出口壓力信號(hào)應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；開(kāi)排罐、閉排罐、化學(xué)藥劑罐、公用儀表氣儲(chǔ)罐、柴油儲(chǔ)罐液位信號(hào)應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；生產(chǎn)流程上的控制閥門(mén)應(yīng)具備遠(yuǎn)程復(fù)位和開(kāi)啟功能；公用氣儲(chǔ)罐排液閥及非危險(xiǎn)區(qū)排海流程切換閥應(yīng)設(shè)置帶有閥位信號(hào)反饋功能的遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)閥[3]。

3.1.2 生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制

在役平臺(tái)如有遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)需求，井口控制盤(pán)應(yīng)具備遠(yuǎn)程復(fù)位和開(kāi)啟功能；現(xiàn)場(chǎng)重要設(shè)備如開(kāi)排泵、閉排泵、化學(xué)藥劑泵、應(yīng)急置換泵、注水泵、海水提升泵及空壓機(jī)的控制方式由手動(dòng)啟停升級(jí)改造為具備遠(yuǎn)程啟停功能。

3.2 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控管理

3.2.1 中控系統(tǒng)及智能儀表診斷評(píng)估

在役平臺(tái)部署中控及智能儀表診斷服務(wù)，采集中控系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)基于HART協(xié)議的儀表和閥門(mén)的信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行綜合展示，掌握中控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，精準(zhǔn)監(jiān)控儀表閥門(mén)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控儀表閥門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中控系統(tǒng)和智能儀表設(shè)備的預(yù)防預(yù)測(cè)性維護(hù)管理。

中控系統(tǒng)及智能儀表診斷評(píng)估內(nèi)容包括：實(shí)時(shí)采集中控系統(tǒng)設(shè)備的基本性能數(shù)據(jù)、采集包括控制器、IO卡件、電源、通信模塊、操作站的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制網(wǎng)絡(luò)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)控、控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)可視化展示、控制器及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷監(jiān)控等信息，根據(jù)設(shè)備臺(tái)賬信息及運(yùn)行狀態(tài)信息應(yīng)用中控系統(tǒng)健康管理的故障診斷模型算法進(jìn)行診斷分析；采用中控系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)比工具獲取組態(tài)增量變化信息，根據(jù)因果控制邏輯關(guān)系以及因果邏輯控制策略制定其因果控制邏輯變更優(yōu)化方案；自動(dòng)掃描現(xiàn)場(chǎng)智能儀表及傳感器并讀取設(shè)備基本臺(tái)賬信息，實(shí)現(xiàn)包括遠(yuǎn)程組態(tài)修改以及變化記錄跟蹤的智能儀表遠(yuǎn)程組態(tài)管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能儀表進(jìn)行初始設(shè)定、參數(shù)修改、組態(tài)自動(dòng)記錄，可實(shí)時(shí)、直觀顯示儀表所有變量值，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2.2 動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在役平臺(tái)動(dòng)設(shè)備如注水泵、空壓機(jī)應(yīng)加裝振動(dòng)/溫度一體化傳感器和振動(dòng)加速度傳感器，并通過(guò)通信模塊引入相關(guān)工藝數(shù)據(jù)，采用“機(jī)理模型+數(shù)學(xué)模型”相結(jié)合的算法模型，搭建設(shè)備健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)注水泵機(jī)組及空壓機(jī)多參數(shù)、變工況狀態(tài)下的智能預(yù)警和診斷；電潛泵應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程啟停和調(diào)頻功能。

3.2.3 電氣系統(tǒng)集成監(jiān)控

在役平臺(tái)應(yīng)設(shè)置電源管理系統(tǒng)對(duì)電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及監(jiān)測(cè)功能，電源管理系統(tǒng)應(yīng)具備就地/遠(yuǎn)程兩種操作和復(fù)位功能；滿足生產(chǎn)和安全最低要求（涉及生產(chǎn)關(guān)停設(shè)備回路、22 kW及以上回路、照明伴熱變壓器進(jìn)線回路）的低壓負(fù)載回路塑殼斷路器應(yīng)根據(jù)操作要求配置電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，220 V應(yīng)急電伴熱開(kāi)關(guān)應(yīng)具備遠(yuǎn)程分合閘功能；主變壓器、中低壓配電盤(pán)應(yīng)設(shè)置在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并應(yīng)具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口；交流不間斷電源運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)具備狀態(tài)信息遠(yuǎn)傳功能；霧笛導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)啟動(dòng)或遠(yuǎn)程啟動(dòng)功能；主開(kāi)關(guān)間及應(yīng)急開(kāi)關(guān)間可配置簡(jiǎn)易式軌道巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)各電氣盤(pán)柜的參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2.4 HVAC設(shè)備監(jiān)測(cè)及控制

對(duì)在役平臺(tái)HVAC設(shè)備如空調(diào)、風(fēng)機(jī)和風(fēng)閘應(yīng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，對(duì)HVAC關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能；對(duì)關(guān)鍵電儀控制房間內(nèi)的溫濕度及壓差信號(hào)應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3.3 生產(chǎn)安全管理

3.3.1 視頻監(jiān)控及火氣聯(lián)動(dòng)

在役平臺(tái)CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)擴(kuò)展可視覆蓋范圍，針對(duì)中控室、生產(chǎn)區(qū)、電氣房間、應(yīng)急機(jī)間、登臨平臺(tái)處等涉及生產(chǎn)安全的相關(guān)區(qū)域，在通信鏈路滿足要求的前提下，確保視頻監(jiān)控的全覆蓋；對(duì)登臨平臺(tái)處（防止外來(lái)人員非法登臨）進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和智能視頻分析，并與中控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警；平臺(tái)周邊應(yīng)布置獨(dú)立的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)可能存在的溢油事故通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控可視化進(jìn)行及時(shí)預(yù)警；生產(chǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)與火氣探測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警。

3.3.2 消防系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及控制

在役平臺(tái)消防泵在性能測(cè)試期間應(yīng)具備遠(yuǎn)程啟停功能，消防泵運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；消防系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)壓力信號(hào)應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；對(duì)消防系統(tǒng)以及火氣探測(cè)設(shè)備的探測(cè)范圍進(jìn)行評(píng)估，確保既能滿足消防系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求又能滿足現(xiàn)場(chǎng)火氣設(shè)備的實(shí)際探測(cè)要求。

4 遠(yuǎn)程集成操控應(yīng)用

典型遠(yuǎn)程集成監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D詳見(jiàn)圖1。

圖1 典型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)?/p>

生產(chǎn)井及生產(chǎn)流程遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用：集成DCS系統(tǒng)及應(yīng)急關(guān)斷遠(yuǎn)程操作功能，DCS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程接入的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)井、CV閥遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程倒井、設(shè)備遠(yuǎn)程啟動(dòng)等操作；緊急關(guān)斷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)斷、遠(yuǎn)程復(fù)位、遠(yuǎn)程置換等功能；實(shí)現(xiàn)依托設(shè)施對(duì)在役平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證現(xiàn)有生產(chǎn)流程的正常運(yùn)行。

設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控及健康管理：集成調(diào)用海上動(dòng)設(shè)備、電氣系統(tǒng)、中控系統(tǒng)及儀表閥門(mén)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電儀表設(shè)備健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢和運(yùn)維決策。

遠(yuǎn)程安全監(jiān)控：整合視頻監(jiān)控、火氣探測(cè)、消防系統(tǒng)資源，實(shí)時(shí)調(diào)用海上視頻、火氣探測(cè)及消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程火氣報(bào)警確認(rèn)、遠(yuǎn)程應(yīng)急消防保護(hù)、遠(yuǎn)程火區(qū)隔離等功能，對(duì)生產(chǎn)安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示和統(tǒng)一管控。

遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)應(yīng)用：在依托設(shè)施關(guān)停引起在役平臺(tái)被動(dòng)停產(chǎn)時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，包括將關(guān)斷造成的電氣脫扣進(jìn)行遠(yuǎn)程合閘操作，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備如井口控制盤(pán)安全閥、工藝設(shè)備、開(kāi)閉排泵、化學(xué)藥劑泵、生產(chǎn)流程關(guān)斷閥進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)及復(fù)位操作。

5 少人化操作運(yùn)營(yíng)模式設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）遠(yuǎn)程控制風(fēng)險(xiǎn)：平臺(tái)存在遠(yuǎn)程控制、應(yīng)急關(guān)斷、火氣監(jiān)控、CCTV監(jiān)控等系統(tǒng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施方案：生產(chǎn)流程主體未做改動(dòng)，將原流程的生產(chǎn)計(jì)量管匯改為多路閥，在流程上增加了相關(guān)監(jiān)測(cè)儀表和閥門(mén)以滿足自動(dòng)倒井和遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，整個(gè)生產(chǎn)流程ESD控制邏輯和層級(jí)沒(méi)有變化，平臺(tái)所有區(qū)域、重要設(shè)備和電氣房間設(shè)置CCTV和火氣探測(cè)設(shè)備，在依托平臺(tái)設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控站和應(yīng)急手操盤(pán)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保遠(yuǎn)程控制的可靠性。

（2）作業(yè)人員登離平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)。登離平臺(tái)設(shè)施存在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)施方案：設(shè)置遙控吊橋且配置相關(guān)的絞車系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

（3）作業(yè)人員滯留平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)：長(zhǎng)期作業(yè)井作業(yè)、大型維修作業(yè)等涉及住宿、生活供給、消防、救逃生、通信風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施方案：平臺(tái)少人化改造保留生活樓及生活污水處理設(shè)備、消防、救逃生、通信設(shè)備的正常配置和基本功能，并進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)，確保在極端突發(fā)天氣情況下啟用原有生活樓和附屬設(shè)備（淡水、熱水、生活污水等），保障作業(yè)人員供給需求。

（4）外來(lái)人員非法登臨風(fēng)險(xiǎn)：平臺(tái)所在海域漁民非法登臺(tái)事件多發(fā)，漁民登臺(tái)后偷盜柴油、設(shè)備等行為可能導(dǎo)致平臺(tái)設(shè)備、生活樓遭到破壞，影響生產(chǎn)安全。實(shí)施方案：在登臨平臺(tái)處設(shè)置防入侵系統(tǒng)，新增室外防爆揚(yáng)聲器和防爆紅外高清攝像頭，將防登臺(tái)水噴淋管線手閥改為電動(dòng)閥，具備遠(yuǎn)程控制和驅(qū)離功能。

（5）安全管理風(fēng)險(xiǎn)：應(yīng)考慮因各種原因?qū)е氯藛T滯留平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)，建議制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，并針對(duì)有人作業(yè)制定專門(mén)的作業(yè)程序安全管理文件；確保在有人滯留情況下按照作業(yè)公司的管理流程和規(guī)章制度執(zhí)行。

（6）生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)：由于油藏配產(chǎn)數(shù)據(jù)變化、油品物性變化、設(shè)備設(shè)施特性的變化，導(dǎo)致生產(chǎn)和維修作業(yè)頻繁。實(shí)施方案：建議密切跟蹤配產(chǎn)、油品物性和設(shè)備條件的變化，及時(shí)對(duì)生產(chǎn)流程和設(shè)備設(shè)施進(jìn)行必要的改造升級(jí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案運(yùn)用高集成度的數(shù)字化采集方式、可靠的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、生產(chǎn)區(qū)域全覆蓋的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、完善的消防安全系統(tǒng)及可視化的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，使在役海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)滿足遠(yuǎn)程集中監(jiān)視、安全生產(chǎn)管理和運(yùn)營(yíng)操控的使用要求，通過(guò)生產(chǎn)輔助操作的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，提高設(shè)備可靠性，降低維護(hù)頻率和人工巡檢頻率，進(jìn)而大幅提高海上平臺(tái)自動(dòng)化水平和遠(yuǎn)程操作能力，通過(guò)改變現(xiàn)有海上油氣田生產(chǎn)操作和管理模式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程協(xié)同決策支持，達(dá)到對(duì)在役海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)降本增效、安全管控的目的?！?/p>