在役海上油氣生產固定平臺的少人化操作運營模式設計

童 理

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

1 設計范圍

目前，在役井口平臺的少人化改造處于探索和研究階段，根據海上油（氣）田特點與平臺功能，優先考慮自動化程度高的海上氣田井口平臺，油藏與原油天然氣物性穩定單一，盡量選取井口數量在10口以內的平臺，平臺無鉆修井機設施，工藝流程相對較為簡單，無多級的原油與水處理系統，無電站與壓縮機、熱站等大型機械設備，周邊有可依托的有人平臺用來實現少人化遠程操作，所選平臺最好與中心平臺或陸地直接采用海底光纜通信。綜上所述，在役井口平臺的少人化改造應遵從“先氣田后油田、先少井平臺后多井平臺、先易后難，逐步推廣”的基本原則[1]。

2 設計基礎

（1）提供在役平臺的當前產量和后續生產預測指標、開發方式（注水/注氣/注聚/熱采）、開發井數、原油物性、伴生氣和天然氣組分及性質等。

（2）提供在役平臺的平臺位置、平臺類型、結構形式、總體布置、處理流程及與周邊依托設施的物流關系、消防與救逃生設施、機械設備表、空調配置和通風方式、供電方案與電氣設備配置、儀控系統組成與配置、通信鏈路與帶寬、現有的登平臺方式、海管及海纜設計年限等。

（3）提供在役平臺的生產操作現狀及要求：投產時間、生產時率、人員配置；日常生產操作要求；生產遠程監控要求，如油氣嘴遠程調節、遠程遙控倒井計量、生產流程切換、設備遠程狀態監測、設備遠程啟/停與性能測試等；采油遠程監控要求，如井筒化學藥劑遠程注入、電潛泵遠程狀態監測、啟停和調頻等；遠程復產與流動安全保障要求，如遠程開關井和海管置換等；巡檢周期、巡檢要求和維保策略；化學藥劑和柴油自持周期、補給方式等[2]。

3 設計方案

3.1 生產流程在線監測及控制

3.1.1 工藝流程節點監測及控制

在役平臺生產井、生產流程、公用系統流程關鍵節點處增加遠傳儀表和自動控制閥門，具體設計內容包括：如有遠程調產需求，油氣嘴應具備遠程調節功能；如有遠程倒井計量需求，單井計量應具備遠程遙控計量功能；如有海管置換需求，應急置換流程應具備遠程切換功能；生產井油壓和套壓應將壓力信號送入中控實現在線監測；開排系統、閉排系統、化學藥劑系統、公用儀表氣系統、注水系統、海水系統進出口壓力信號應實現遠程監測；開排罐、閉排罐、化學藥劑罐、公用儀表氣儲罐、柴油儲罐液位信號應實現遠程監測；生產流程上的控制閥門應具備遠程復位和開啟功能；公用氣儲罐排液閥及非危險區排海流程切換閥應設置帶有閥位信號反饋功能的遠程開/關閥[3]。

3.1.2 生產設備遠程控制

在役平臺如有遠程復產需求，井口控制盤應具備遠程復位和開啟功能；現場重要設備如開排泵、閉排泵、化學藥劑泵、應急置換泵、注水泵、海水提升泵及空壓機的控制方式由手動啟停升級改造為具備遠程啟停功能。

3.2 設備運行監控管理

3.2.1 中控系統及智能儀表診斷評估

在役平臺部署中控及智能儀表診斷服務，采集中控系統以及現場基于HART協議的儀表和閥門的信號，對系統信息進行綜合展示，掌握中控系統的運行狀況，精準監控儀表閥門運行數據，實時監控儀表閥門的運行狀態，實現對中控系統和智能儀表設備的預防預測性維護管理。

中控系統及智能儀表診斷評估內容包括：實時采集中控系統設備的基本性能數據、采集包括控制器、IO卡件、電源、通信模塊、操作站的運行狀態數據、控制網絡在線狀態監測、設備運行溫度監控、控制系統設備數據可視化展示、控制器及系統網絡負荷監控等信息，根據設備臺賬信息及運行狀態信息應用中控系統健康管理的故障診斷模型算法進行診斷分析；采用中控系統組態數據庫數據對比工具獲取組態增量變化信息，根據因果控制邏輯關系以及因果邏輯控制策略制定其因果控制邏輯變更優化方案；自動掃描現場智能儀表及傳感器并讀取設備基本臺賬信息，實現包括遠程組態修改以及變化記錄跟蹤的智能儀表遠程組態管理，可實現對智能儀表進行初始設定、參數修改、組態自動記錄，可實時、直觀顯示儀表所有變量值，并對現場智能設備的健康狀況進行監測。

3.2.2 動設備狀態監測

在役平臺動設備如注水泵、空壓機應加裝振動/溫度一體化傳感器和振動加速度傳感器，并通過通信模塊引入相關工藝數據，采用“機理模型+數學模型”相結合的算法模型，搭建設備健康管理系統，實現對注水泵機組及空壓機多參數、變工況狀態下的智能預警和診斷；電潛泵應實現遠程狀態監測、遠程啟停和調頻功能。

3.2.3 電氣系統集成監控

在役平臺應設置電源管理系統對電氣系統實現遠程控制及監測功能，電源管理系統應具備就地/遠程兩種操作和復位功能；滿足生產和安全最低要求（涉及生產關停設備回路、22 kW及以上回路、照明伴熱變壓器進線回路）的低壓負載回路塑殼斷路器應根據操作要求配置電動操作機構，220 V應急電伴熱開關應具備遠程分合閘功能；主變壓器、中低壓配電盤應設置在線狀態監測系統，并應具備數據遠傳接口；交流不間斷電源運行數據應具備狀態信息遠傳功能；霧笛導航系統應具備自動啟動或遠程啟動功能；主開關間及應急開關間可配置簡易式軌道巡檢機器人，實現對各電氣盤柜的參數遠程監控。

3.2.4 HVAC設備監測及控制

對在役平臺HVAC設備如空調、風機和風閘應實現運行狀態遠程監測，對HVAC關鍵設備應實現遠程遙控功能；對關鍵電儀控制房間內的溫濕度及壓差信號應實現遠程監測。

3.3 生產安全管理

3.3.1 視頻監控及火氣聯動

在役平臺CCTV視頻監控系統應擴展可視覆蓋范圍，針對中控室、生產區、電氣房間、應急機間、登臨平臺處等涉及生產安全的相關區域，在通信鏈路滿足要求的前提下，確保視頻監控的全覆蓋；對登臨平臺處（防止外來人員非法登臨）進行實時視頻監控和智能視頻分析，并與中控系統聯動報警；平臺周邊應布置獨立的溢油監測系統，對可能存在的溢油事故通過風險監控可視化進行及時預警；生產區域視頻監控系統應實現與火氣探測系統聯動報警。

3.3.2 消防系統監測及控制

在役平臺消防泵在性能測試期間應具備遠程啟停功能，消防泵運行狀態應實現遠程監測；消防系統關鍵節點壓力信號應實現遠程監測；對消防系統以及火氣探測設備的探測范圍進行評估，確保既能滿足消防系統的標準規范要求又能滿足現場火氣設備的實際探測要求。

4 遠程集成操控應用

典型遠程集成監控系統拓撲圖詳見圖1。

圖1 典型遠程監控系統拓撲

生產井及生產流程遠程監控應用：集成DCS系統及應急關斷遠程操作功能，DCS系統可實現對遠程接入的工藝參數進行實時監測，以及遠程開關井、CV閥遠程調節、遠程倒井、設備遠程啟動等操作；緊急關斷系統可實現遠程關斷、遠程復位、遠程置換等功能；實現依托設施對在役平臺的實時監控，保證現有生產流程的正常運行。

設備遠程監控及健康管理：集成調用海上動設備、電氣系統、中控系統及儀表閥門的實時運行數據，實現機電儀表設備健康狀態的實時監測、數據查詢和運維決策。

遠程安全監控：整合視頻監控、火氣探測、消防系統資源，實時調用海上視頻、火氣探測及消防系統數據，實現遠程火氣報警確認、遠程應急消防保護、遠程火區隔離等功能，對生產安全系統數據進行集中展示和統一管控。

遠程復產應用：在依托設施關停引起在役平臺被動停產時可進行遠程復產，包括將關斷造成的電氣脫扣進行遠程合閘操作，同時對生產設備如井口控制盤安全閥、工藝設備、開閉排泵、化學藥劑泵、生產流程關斷閥進行遠程啟動及復位操作。

5 少人化操作運營模式設計安全風險分析

（1）遠程控制風險：平臺存在遠程控制、應急關斷、火氣監控、CCTV監控等系統可靠性風險。實施方案：生產流程主體未做改動，將原流程的生產計量管匯改為多路閥，在流程上增加了相關監測儀表和閥門以滿足自動倒井和遠程監控要求，整個生產流程ESD控制邏輯和層級沒有變化，平臺所有區域、重要設備和電氣房間設置CCTV和火氣探測設備，在依托平臺設置遠程監控站和應急手操盤實現遠程監控，確保遠程控制的可靠性。

（2）作業人員登離平臺風險。登離平臺設施存在穩定性風險；實施方案：設置遙控吊橋且配置相關的絞車系統對其進行保護。

（3）作業人員滯留平臺風險：長期作業井作業、大型維修作業等涉及住宿、生活供給、消防、救逃生、通信風險。實施方案：平臺少人化改造保留生活樓及生活污水處理設備、消防、救逃生、通信設備的正常配置和基本功能，并進行定期的維護保養，確保在極端突發天氣情況下啟用原有生活樓和附屬設備（淡水、熱水、生活污水等），保障作業人員供給需求。

（4）外來人員非法登臨風險：平臺所在海域漁民非法登臺事件多發，漁民登臺后偷盜柴油、設備等行為可能導致平臺設備、生活樓遭到破壞，影響生產安全。實施方案：在登臨平臺處設置防入侵系統，新增室外防爆揚聲器和防爆紅外高清攝像頭，將防登臺水噴淋管線手閥改為電動閥，具備遠程控制和驅離功能。

（5）安全管理風險：應考慮因各種原因導致人員滯留平臺的風險，建議制定相應的應急措施，并針對有人作業制定專門的作業程序安全管理文件；確保在有人滯留情況下按照作業公司的管理流程和規章制度執行。

（6）生產作業風險：由于油藏配產數據變化、油品物性變化、設備設施特性的變化，導致生產和維修作業頻繁。實施方案：建議密切跟蹤配產、油品物性和設備條件的變化，及時對生產流程和設備設施進行必要的改造升級。

6 結束語

本設計方案運用高集成度的數字化采集方式、可靠的智能監測技術、生產區域全覆蓋的視頻監控系統、完善的消防安全系統及可視化的火災探測技術，使在役海上油氣生產平臺滿足遠程集中監視、安全生產管理和運營操控的使用要求，通過生產輔助操作的方式對設備進行統一監控管理，提高設備可靠性，降低維護頻率和人工巡檢頻率，進而大幅提高海上平臺自動化水平和遠程操作能力，通過改變現有海上油氣田生產操作和管理模式，實現生產操作集中監控和遠程協同決策支持，達到對在役海上油氣生產平臺降本增效、安全管控的目的?！?/p>