MOPU移位作業(yè)智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用

姜春起,胡猛,張鳴翔,仝家林,宮忠才

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司,天津 300452)

目前,渤海邊際油田大小區(qū)塊眾多,海洋石油162平臺(tái)在試采過程中經(jīng)常需要拖航、重新定位、插拔樁。MOPU的拖航移位作業(yè)程序復(fù)雜,是一項(xiàng)受多因素影響、具有高風(fēng)險(xiǎn)、高難度、高技術(shù)含量的復(fù)雜工作[1],任何一項(xiàng)因素的考慮不周都有可能導(dǎo)致平臺(tái)產(chǎn)生意外事故。為解決上述問題,“海洋石油162平臺(tái)”積極推進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)測、智能評(píng)估計(jì)算、智能文案等技術(shù)在MOPU移位作業(yè)中的應(yīng)用[2],實(shí)現(xiàn)MOPU拖航、插樁拔樁作業(yè)的智能化管理,以期提高服務(wù)水平。通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)回傳,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測,及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工作業(yè)中的問題,遇到緊急情況可以迅速做出決策并及時(shí)求援,最大程度減小損失,作業(yè)回傳數(shù)據(jù)可以形成新的數(shù)據(jù)樣本信息,為后續(xù)MOPU移位作業(yè)提供參考。

1 目標(biāo)

“海洋石油162平臺(tái)” 已經(jīng)安裝監(jiān)測系統(tǒng),采集樁腿深度、樁腿入泥深度、四角吃水、海水深度等數(shù)據(jù),但這些數(shù)據(jù)只有現(xiàn)場作業(yè)人員通過本地主機(jī)才能進(jìn)行觀看,為了實(shí)現(xiàn)在陸地上的協(xié)同辦公管理[3],通過現(xiàn)場安裝北斗系統(tǒng),以短報(bào)文的形式發(fā)送到陸上終端。

另外,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)插樁/拔樁作業(yè)中的結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行監(jiān)測,通過安裝應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以短報(bào)文的形式同樣將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)疥懮辖K端[4]。通過安裝北斗設(shè)備,還可以把拖航過程中平臺(tái)的拖航速度和平臺(tái)位置的經(jīng)度和緯度傳輸?shù)疥懮辖K端,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)MOPU移位作業(yè)智能化管理。見圖1。

圖1 MOPU移位作業(yè)智能化管理系統(tǒng)示意

為了監(jiān)測在移位作業(yè)中HYSY162平臺(tái)固樁架的應(yīng)力狀態(tài),在主甲板上固樁架的翼緣處安裝應(yīng)變儀,其中三個(gè)固裝架上布置4個(gè)應(yīng)變儀,另外一個(gè)固樁架布置3個(gè)應(yīng)變儀來避開防爆區(qū),其中控制器安裝在3號(hào)樁腿附近。

2 室外硬件系統(tǒng)組成

2.1 應(yīng)變儀安裝

采用焊接式應(yīng)變計(jì)(DH1205K),防護(hù)等級(jí)IP68,適合金屬結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測,見圖2。

圖2 DH1205K應(yīng)變儀

被測表面的變形(如應(yīng)變變化)導(dǎo)致兩端固定塊相對(duì)運(yùn)動(dòng),使得內(nèi)部彈性元件發(fā)生形變,被粘貼在彈性元件上的高性能應(yīng)變片感知,并通過數(shù)采儀器采集[5]。敏感元件采用低蠕變、高精度電阻應(yīng)變片,經(jīng)過嚴(yán)格的粘貼工藝和防潮密封技術(shù)措施,最后組成全電橋輸出。應(yīng)變儀采用保護(hù)盒進(jìn)行保護(hù),應(yīng)變器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接采用船用線纜。

每個(gè)樁腿附近需要安裝4個(gè)應(yīng)變儀,固定在受力最大的支撐板上,在圖3標(biāo)示位置安裝1個(gè),壁板背面安裝1個(gè),壁板對(duì)側(cè)的相同壁板上安裝2個(gè)。用適當(dāng)?shù)那鍧崉┎潦贸?然后用打磨機(jī)、銼、鋼刷或砂紙以獲得平整、光滑的安裝基面。將2個(gè)安裝塊,通過M6螺母固定到焊接夾具上,然后將黑色部分直接焊接在安裝區(qū)域,見圖3。

圖3 應(yīng)變儀安裝現(xiàn)場

安裝塊焊好后,放置一段時(shí)間,使焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余熱量完全散失后,裝上應(yīng)變儀。安裝完應(yīng)變儀后,安裝應(yīng)變儀保護(hù)盒,在應(yīng)變儀周圍合適位置焊接2個(gè)M6×16的沉頭螺絲,固定應(yīng)變儀保護(hù)盒,保護(hù)盒為鋁制。

2.2 控制器和采集器安裝

控制器和采集器放置在防爆箱內(nèi),防爆箱安裝在每個(gè)固樁架上,焊接角鐵的位置見圖4。

圖4 采集箱安裝現(xiàn)場

2.3 主數(shù)據(jù)采集箱

主數(shù)據(jù)采集箱外形尺寸為高×寬×深為650×550×220 mm,材質(zhì)為2 mm冷軋鋼板,防護(hù)等級(jí)IP44,盤內(nèi)安裝S7-1200 PLC組件用于采集現(xiàn)場設(shè)備輸出信號(hào)。

該主數(shù)據(jù)采集箱的主要用于采集及處理以下信號(hào)。

1)4個(gè)樁腿的升降高度。

2)平臺(tái)四角吃水。

3)海水測深。

4)氣隙傳感器輸出。

5)雙傾角傳感器輸出。

6)組合測距儀測距。

7)內(nèi)置以太網(wǎng)交換機(jī)中繼轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)視頻。

8)提供220V工作電源至組合測距儀現(xiàn)場接線箱。

2.4 從數(shù)據(jù)采集器1#

用于采集樁腿升降信號(hào),主要包含4塊脈沖信號(hào)分配模塊,該模塊將原系統(tǒng)升降信號(hào)一分為二,輸入輸出通道互相隔離,分別供原升降控制系統(tǒng)及平臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測裝置進(jìn)行采集處理。脈沖信號(hào)分配模塊分別安裝在4個(gè)樁腿的控制柜內(nèi),其主要參數(shù)見表1。

表1 從數(shù)據(jù)采集器1#參數(shù)

2.5 從數(shù)據(jù)采集器2#

用于采集平臺(tái)四角吃水信號(hào),平臺(tái)原有吃水傳感器接入從數(shù)據(jù)采集器2#,其輸出信號(hào)接入原液位遙測系統(tǒng),并通過Modbus-RTU協(xié)議與狀態(tài)監(jiān)測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,接線簡圖見圖5。

圖5 從數(shù)據(jù)采集器2#接線簡圖

從數(shù)據(jù)采集器2#采集儀表主要參數(shù)如下。

供電電壓:24 V DC;

功 耗:≤4 W;

輸入/ 輸出通道:4路/4路;

輸入/ 輸出信號(hào):4～20 mA/4～20 mA;

輸出允許負(fù)載:≦400 Ω;

測量精度:0.2%FS;

通訊方式:Modbus-RTU;

安裝方式:面板嵌入式。

2.6 北斗傳輸線纜

擬采用ZB2110-16K型北斗多卡數(shù)傳終端實(shí)現(xiàn)北斗數(shù)據(jù)回傳,見圖6。

圖6 ZB2110-16K型北斗多卡數(shù)傳終端實(shí)物

ZB2110-16K型北斗多卡數(shù)傳終端是針對(duì)需要高頻度通信用戶開發(fā)的一款終端設(shè)備。其內(nèi)部集成了北斗多頻天線、射頻模塊、基帶處理、多卡陣列以及主控板,可實(shí)現(xiàn)高頻度短報(bào)文通信和 RNSS 導(dǎo)航定位等功能;還配有專門的固定支架,安裝使用方便[6]。為了適應(yīng)海上的惡劣環(huán)境,采取防水、防霧、防腐蝕等措施,并集成抗Wifi信號(hào)濾波器,開發(fā)低延時(shí)北斗短報(bào)文通訊協(xié)議。

從中控室上位機(jī)處鋪設(shè)25 m的線纜,經(jīng)線纜通道和線纜孔到中控室頂部,天線固定在中控室頂部支架上,中間線纜綁扎固定。

3 中控室內(nèi)的軟件安裝

3.1 上位機(jī)安裝

1)安裝控制主機(jī),控制主機(jī)包含主機(jī)箱和1臺(tái)24"顯示器,主機(jī)置放于中控臺(tái)內(nèi),顯示器擺放在中控臺(tái)上。

2)安裝通訊接線盒,外形尺寸350×300×120 mm,置于中控臺(tái)內(nèi)靠近主機(jī)位置。

3)安裝布置兩臺(tái)測深儀主機(jī),靠近升降操作臺(tái)位置,測深主機(jī)外形尺寸270×264×95 mm。

3.2 軟件安裝

為了讀取數(shù)據(jù),需要在中控室的主機(jī)上插入一個(gè)多串口卡,另外需要安裝表2所列的軟件。

表2 主機(jī)上安裝的軟件

應(yīng)變儀的主界面運(yùn)行見圖7,此時(shí)“通道列表”中會(huì)顯示已經(jīng)連接上的應(yīng)變器,點(diǎn)擊“刷新連接”可以刷新通道列表中的應(yīng)變器。打開“啟動(dòng)采樣”按鈕,數(shù)據(jù)開始進(jìn)行采集,然后點(diǎn)擊“清零”按鈕將誤差清除,點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”按鈕將數(shù)據(jù)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫中。

圖7 應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)采集軟件

ZB2110-16K型北斗多卡數(shù)傳終端內(nèi)部集成了北斗多頻天線、射頻模塊、基帶處理、多卡陣列以及主控板,可實(shí)現(xiàn)高頻度短報(bào)文通信和RNSS導(dǎo)航定位等功能,北斗數(shù)據(jù)傳輸軟件見圖8。

圖8 北斗軟件數(shù)據(jù)傳輸軟件界面

ZB2110-16K型北斗多卡數(shù)傳終端積小、功耗低,連接簡單、操作方便。終端內(nèi)部最大支持17張北斗卡,其中一張為主卡,用于接收信息,也可以用于發(fā)送信息,其余16張為副卡,只用于發(fā)送信息。終端內(nèi)部通過MCU合理調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)高頻度的數(shù)據(jù)傳輸,非常適合用于北斗運(yùn)營平臺(tái)、電力遠(yuǎn)程抄表服務(wù)中心、救援服務(wù)中心等領(lǐng)域。

4 系統(tǒng)維護(hù)及保養(yǎng)

4.1 系統(tǒng)維護(hù)要求

本系統(tǒng)的維護(hù)主要取決于現(xiàn)場工況的惡劣程度、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等因素。本章所描述的系統(tǒng)維護(hù)的內(nèi)容及周期僅供參考,操作人員需要在使用的過程中不斷的熟悉和了解設(shè)備的實(shí)際狀況,并據(jù)此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更有效的維護(hù)和保養(yǎng)。

4.2 周期性維護(hù)要求

本系統(tǒng)滿足長期持續(xù)運(yùn)行和最小維護(hù)量的使用需求,但為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能最大程度的可靠性,使用人員應(yīng)該堅(jiān)持進(jìn)行下列周期性維護(hù)保養(yǎng)工作。

5 結(jié)論

本文針對(duì)“海洋石油162平臺(tái)”積極推進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)測、智能評(píng)估計(jì)算、智能文案等技術(shù)在MOPU移位作業(yè)中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)MOPU拖航、插樁拔樁作業(yè)的智能化管理。通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)回傳,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測,提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度,提高M(jìn)OPU拖航及就位作業(yè)的安全性,作業(yè)回傳數(shù)據(jù)可以形成新的數(shù)據(jù)樣本信息,為后續(xù)MOPU移位作業(yè)提供參考。

通過MOPU移位作業(yè)智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用研究,有助于提高插拔樁作業(yè)效率和測量精度,提高了MOPU插拔樁作業(yè)、生產(chǎn)運(yùn)行的安全系數(shù),同時(shí)也降低了公司大型裝備的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn);若再進(jìn)一步研究,可降低測量誤差,提高計(jì)算精度,并向其他MOPU平臺(tái)推廣,以現(xiàn)在成功的經(jīng)驗(yàn),帶動(dòng)其他MOPU平臺(tái)工作效率和工作質(zhì)量的提升。