渤海邊際油田無人平臺標準化儀控設計研究

許曉英，劉愛明，高 陽，郝 銘

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

據統計，在1995年至2020年間，渤海在研究開發中的邊際油田儲量較在生產中的邊際油田儲量增長近7.8倍。可以看出，邊際油田經濟有效開發對渤海油田產能接替起到了舉足輕重的作用。該類型油田通常儲量規模小、動用難度大，單獨開發經濟性差，依托已有平臺設施處理能力，建設無人平臺，降低投資門檻是高效開發邊際油氣田的主攻方向，而儀控專業設計是渤海油田無人平臺標準化設計不可或缺的部分。本文將研究邊際油田無人平臺標準化儀控專業設計方案，并對其進行詳細闡述。

1 研究范圍

目前海上平臺最常見、技術最成熟的邊際油田無人平臺為鋼質樁基平臺，生產井在9井槽以下(包含9井槽)，并從結構上分成單柱三樁、三柱三樁和四腿井口平臺3種。最終選取渤海油田17座(不含氣田)典型無人平臺為研究樣本，對儀控專業設計進行趨勢分析以及標準化研究。

2 趨勢分析

對17座樣本平臺從井口控制盤、中控系統、多路閥、多相流量計和關斷閥等設備參數方面進行分析研究。

2.1 井口控制盤

井口控制盤是海上油氣田生產中的重要設備，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施。井口控制盤通過監測每一井口管線的壓力、結合該系統與應急關斷系統(ESD)的相互作用，并根據有關監測信號控制井口設施順序關停，以保證海上平臺或裝置處于安全狀態的就地控制裝置。渤海邊際油田無人平臺井口控制盤統計表如表1所示。

表1 渤海邊際油田無人平臺井口控制盤統計表

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

2.2 中控系統

儀表控制系統是海上油氣田開發工程中的關鍵環節之一，它是海上油氣田各種開發設施的大腦和安全衛士。儀表控制系統一方面連續檢測和控制海上油氣田各種生產、公用設備的正常運行，另一方面又對各種意外事故進行實時監測。一旦出現意外問題，第一時間進行報警并經過系統邏輯自動地處理控制，以便將不安全的因素控制在最小的范圍內，從而保障海上油氣田的生產安全，確保人員、設施安全。儀表控制系統又稱為中央控制系統，簡稱中控系統。渤海邊際油田無人平臺中控系統統計表如表2所示。

由表2可知，樣本平臺中有8個平臺設有中控室，占比47%；5個平臺的中控系統放在電氣間，占比29%。4個平臺中控系統沒有設置房間，均采用了集束海纜供電方式，把中控系統放在了室外，占比24%；而中控系統放在室內的占比為76%。

通常控制點數都在400～700之間，中控室控制機柜數量和控制點數有關，一般控制點數越多，控制機柜數量就越多。因此，建議把小型無人平臺中控系統按規模劃分，控制點小于500點，宜設置1套控制系統，500點及以上宜設置2套控制系統，且中控系統控制機柜應首選考慮布置在房間內。

表2 渤海邊際油田無人平臺中控系統統計表

2.3 計量方式

油井產量的計量是油田生產管理中的一項重要工作，對油井產量進行準確、及時的計量，對掌握油藏狀況、制定生產方案具有重要的指導意義。計量方式的選擇，關系計量工作的好壞，直接決定安全工作的可靠性。

通過樣本平臺統計，有3個平臺是手動倒井計量，占比18%，2個平臺是多相流量計+管匯計量，占比12%，其余都是多相流量計+多路閥計量，占比70%。渤海邊際油田無人平臺多相流量計尺寸統計見圖1，多路閥尺寸統計見圖2，其中，E、F、G平臺未使用多相流量計和多路閥，C、P平臺未使用多路閥。

圖1 渤海邊際油田無人平臺多相流量計尺寸統計

由圖1可知，多相流量計的最大長度3 m，多數是2 m左右；最大寬度3 m，多數是2 m以下；最大高度5.8 m，多數是3.0 m左右。結合近幾年多相流量計實際中標廠家提供的尺寸，建議多相流量計尺寸控制在2 m×3 m×4.5 m之內。由圖2可知，多路閥最大長度2.5 m，多數是1.0 m左右；最大寬度1.5 m，多數是1.0 m左右；最大高度3.5 m，多數是3.0 m以下。結合近幾年多路閥實際中標廠家提供的尺寸，建議多路閥尺寸控制在2.5 m×2.0 m×3.0 m之內。

圖2 渤海邊際油田無人平臺多路閥尺寸統計

2.4 關斷閥

緊急關斷閥也叫應急關斷閥，簡稱關斷閥。關斷閥廣泛應用于海上平臺的管線中，是工藝安全系統的重要組成部分。當有關閉信號時，它們必須快速切斷隔離工藝系統或者使其泄壓，用于保護設備設施和人員的安全。

通過樣本平臺統計，僅1個平臺關斷閥是氣動關斷閥，占比6%，因為這是一個與依托平臺通過棧橋相連的無人平臺，可以利用依托平臺的氣源。其余16個平臺因為無氣源，均使用了液動關斷閥，占比94%，且液壓源來自井口控制盤。

通常海管出入口均設置關斷閥，關斷閥宜采用液動形式。數量少的情況下，液壓源可與井口盤共用，否則建議廠家自帶液壓源。如果關斷閥與井口控制盤液壓源共用，井口控制盤尺寸可能會變大，設計時要引起注意。

3 儀控專業設計方案研究

儀控專業設計方案研究是在趨勢特點分析成果基礎上，根據《海上固定平臺總體設計規范》和《海上無人駐守井口平臺設計規定》等規范文件，結合生產作業方反饋意見，同時參考近幾年無人平臺創新研究成果初步給出的設計方案。

渤海邊際油田無人平臺標準化研究課題，形成了3個系列(三柱三樁平臺、單柱三樁平臺、四腿平臺)設計的標準方案成果。其中三柱三樁平臺只有1種集束海纜方式，而單柱三樁和四腿平臺均有常規海纜和集束海纜2種方式。集束海纜不同于常規海纜方式，平臺上沒有房間，中控系統布置在室外安全區。結合樣本平臺統計規律，同時綜合考慮無人平臺數字化智能化需求，對渤海邊際油田無人平臺標準化儀控方案進行設計。表3為渤海邊際油田無人平臺儀控設計方案。

此外，3個系列平臺還應根據需求具備遠程遙控功能，均設有就地/遠程控制模式轉換功能。控制系統應具備與遠程控制中心通信中斷10 min ～ 30 min 后自動觸發關斷的能力。

單井計量具備遠程遙控計量功能，優先采用多路閥和多相流量計相結合實現單井遙控計量。多路閥和多相流量計的設計應根據工藝參數配置，可參考表3尺寸。

表3 渤海邊際油田無人平臺儀控設計方案

由于標準化無人平臺不設置儀表風系統，調節閥宜采用電動執行機構，關斷閥、放空閥宜選擇液動執行機構。

4 結束語

渤海邊際油田無人平臺標準化建設，推進了邊際油田的開發進程，縮短了邊際油田建設周期，同時還可以降低開發投資。儀控專業設計通過全面收集并梳理渤海油田在役無人平臺儀控設計資料，提取設備關鍵參數，總結分析在役工程設施儀控設計特點和趨勢，并結合近幾年邊際油田開發技術創新成果，推出邊際油田無人平臺標準化儀控設計方案，為邊際油田快速投產夯實了基礎，為高質量開發提供了新動能。