信息化數(shù)字技術(shù)在海上采油平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用探索

王晶晶

摘要：在海洋油田開(kāi)發(fā)中，為了確保生產(chǎn)效率和質(zhì)量，需要建設(shè)大量具有一定規(guī)模的采油平臺(tái)。海上采油平臺(tái)所面臨的問(wèn)題具有形式復(fù)雜、多樣性的特點(diǎn)，為了提升海上采油平臺(tái)安全系數(shù)和減少石油開(kāi)采活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，需要探索一種安全預(yù)警機(jī)制管理模式，以彌補(bǔ)安全管理中的缺陷，確保人員和生產(chǎn)的安全，構(gòu)建信息化數(shù)字技術(shù)平臺(tái)，并運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)收集海上采油活動(dòng)及環(huán)境狀態(tài)等數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了提前預(yù)警，有效推動(dòng)了海上采油安全管理工作。

關(guān)鍵詞：信息化；數(shù)字技術(shù)；海上采油；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

一、前言

我國(guó)的石油資源獲取渠道中，海洋石油開(kāi)采扮演著不可或缺的角色。由于石油行業(yè)屬于高度危險(xiǎn)的行業(yè)，海洋環(huán)境對(duì)石油開(kāi)采安全的影響更為顯著。為了確保海上石油開(kāi)采的安全性，必須探索建立一套適應(yīng)海上采油平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋技術(shù)，全面收集海上石油開(kāi)采過(guò)程中的各種因素，并設(shè)立不同級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，以積極促進(jìn)海上石油開(kāi)采的安全。

二、海上采油平臺(tái)面臨的風(fēng)險(xiǎn)種類與現(xiàn)狀

（一）生產(chǎn)過(guò)程

在海上采油平臺(tái)的生產(chǎn)過(guò)程中，存在著多種潛在風(fēng)險(xiǎn)，包括但不限于火災(zāi)爆炸、機(jī)械傷害、人為傷害以及石油泄漏等[1]。火災(zāi)爆炸屬于最常見(jiàn)且危害最大的一種事故類型。火災(zāi)爆炸的根源在于生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的低沸點(diǎn)油氣在空氣中逐漸揮發(fā)并逐漸積累，最終形成了爆炸。因此，一旦發(fā)生火災(zāi)，就容易造成大量可燃液體蒸氣外泄而造成人員傷亡。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中，由于管線和設(shè)備的更換難度較大，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)過(guò)度損耗的情況，同時(shí)磨損區(qū)域也會(huì)積累氣體。當(dāng)操作人員違反規(guī)定進(jìn)行加熱、點(diǎn)火等操作時(shí)，會(huì)使管線和設(shè)備承受過(guò)大的壓力，從而引發(fā)火災(zāi)和爆炸等安全事故[2]。

就目前的設(shè)備設(shè)施而言，海上石油開(kāi)采已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，并且采用了自升式鉆井平臺(tái)，相較于傳統(tǒng)的工程機(jī)械，海上石油開(kāi)采所帶來(lái)的機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)較低，發(fā)生機(jī)器傷害的大部分根源是由于操作過(guò)程中部分零件的破損和掉落所造成的。

在海上石油開(kāi)采過(guò)程中，人為傷害和石油泄漏是比較常見(jiàn)的傷害類型。人為傷害主要指偷石油者對(duì)人員和設(shè)備所造成的傷害。石油泄漏是指原油或其他液體從地面流入海底管線及海洋平臺(tái)等設(shè)施內(nèi)引起的事故。石油泄漏的根源在于井口、管道和油閥組的泄漏，由于在海上進(jìn)行開(kāi)采和在海底工作時(shí)承受著巨大的壓力，一旦發(fā)生石油泄漏事故，泄漏的石油擴(kuò)散速度極快，很容易導(dǎo)致周邊海域遭受大規(guī)模的污染。

（二）輸送過(guò)程

在石油輸送的過(guò)程中，最具潛在危險(xiǎn)的因素是由輸送管道的穿孔、海上雷暴和靜電火花等因素所導(dǎo)致的石油易燃易爆等火災(zāi)爆炸事故所帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。首先，石油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施有可能因腐蝕或其他因素而產(chǎn)生泄漏，為了保證安全生產(chǎn)，減少安全事故的發(fā)生，就需要采取必要的防爆保護(hù)措施，其中最重要的就是海洋油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的防腐設(shè)計(jì)問(wèn)題[3]。在進(jìn)行海上石油開(kāi)采平臺(tái)的防腐設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)環(huán)境條件的多樣性和復(fù)雜性，精選出最適宜的防護(hù)措施和材料，以確保平臺(tái)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。其次，用于石油儲(chǔ)存在罐區(qū)、分離器以及與相關(guān)設(shè)備零件的接口處經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備老化的情況，例如，溫度測(cè)量裝置、加藥裝置和卸油裝置等，這些設(shè)備的老化不僅會(huì)增加泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)對(duì)石油的品質(zhì)和安全性造成不良影響。

（三）電力系統(tǒng)

在進(jìn)行海上石油開(kāi)采的過(guò)程中，電氣設(shè)備受損和停電所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)是一項(xiàng)不可忽視的挑戰(zhàn)。由于受自然環(huán)境等因素的影響，一旦斷電事故發(fā)生，將給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)不良影響。在應(yīng)對(duì)停電事件時(shí)，應(yīng)急備用電源通常是首選，然而，當(dāng)遭遇由特殊天氣引起的短路停電時(shí)，其所帶來(lái)的危害主要表現(xiàn)在設(shè)備的損壞和人身安全的受損。由于電氣設(shè)備故障或者操作不當(dāng)造成電氣設(shè)備出現(xiàn)故障后無(wú)法及時(shí)修復(fù)或檢修，從而引發(fā)了事故。因此，為了提高電氣設(shè)備的安全性，必須加強(qiáng)電氣防爆裝置的設(shè)置，并確保電氣設(shè)備使用的規(guī)范性。對(duì)于海上石油平臺(tái)來(lái)說(shuō)，由于其環(huán)境相對(duì)惡劣，且處于復(fù)雜的電磁環(huán)境影響下，極易出現(xiàn)電氣設(shè)備故障。為了確保電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，必須建立一個(gè)完善的接地系統(tǒng)，以保障工作人員能夠安全有序地撤離事故現(xiàn)場(chǎng)，從而保證設(shè)備的絕緣性能和可靠性。如果接地系統(tǒng)不具備相應(yīng)的防護(hù)措施，則很容易造成電氣設(shè)備爆炸起火甚至人員傷亡的后果。電氣火災(zāi)的發(fā)生與絕緣失效、接地失效、線路老化、短路等多種因素息息相關(guān)，這些因素的相互作用可能引發(fā)火災(zāi)。

（四）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

在運(yùn)行期間，有可能會(huì)發(fā)生井噴事故，所以一定要保證防噴器功能良好才能保證運(yùn)行安全。再加上井下作業(yè)環(huán)境較差，容易引發(fā)各類火災(zāi)。由于海洋環(huán)境復(fù)雜、工作條件艱苦、操作人員技能水平有限等諸多因素影響，防噴器經(jīng)常受到損傷困擾。井噴事故發(fā)生后，會(huì)誘發(fā)有毒氣體、原油等外泄，不僅會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染，而且還會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕、損壞，最后引發(fā)火災(zāi)事故。海洋石油鉆井平臺(tái)具有高風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，由于剎車失靈或者承載壓力控制失誤等原因造成設(shè)備設(shè)施處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，平臺(tái)設(shè)備設(shè)施極易受到不同程度損壞，進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)事故。

三、信息化數(shù)字技術(shù)在海上平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

隨著信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新和廣泛應(yīng)用，我國(guó)的石油開(kāi)采已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了信息化平臺(tái)的構(gòu)建，并且這一進(jìn)程正在以驚人的速度推進(jìn)。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成了以油氣生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售為核心業(yè)務(wù)的多個(gè)大型企業(yè)集團(tuán)，通過(guò)實(shí)施“數(shù)字化”戰(zhàn)略，推動(dòng)石油行業(yè)整體向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。中海油作為石油開(kāi)采信息化建設(shè)的典型代表，自2009年起逐步實(shí)現(xiàn)相關(guān)項(xiàng)目數(shù)字化。在2012年，海上油田綏中36-1油井成功構(gòu)建了信息化數(shù)字平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從勘探到開(kāi)采全過(guò)程數(shù)字化。

以SOA理念為基礎(chǔ)，將目前采油平臺(tái)信息化建設(shè)劃分為業(yè)務(wù)應(yīng)用層、管理信息平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源站3個(gè)層面，共同組成平臺(tái)信息化架構(gòu)。首先，業(yè)務(wù)應(yīng)用層最為核心，旨在把各專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)融合。數(shù)據(jù)資源站注重自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與共享，利用數(shù)控技術(shù)采集各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，結(jié)合檢測(cè)手段標(biāo)定數(shù)據(jù)可靠性，保障信息化平臺(tái)中真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，以完成數(shù)據(jù)服務(wù)目標(biāo)。其次，管理信息平臺(tái)就是把各個(gè)生產(chǎn)單位和部門(mén)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，組成一個(gè)全面的數(shù)據(jù)資源庫(kù)。構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)通信的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等。管理者通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的獲取以及對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)的分析，能夠?qū)碧脚c開(kāi)采服務(wù)進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化與管理。最后，由數(shù)據(jù)管理層對(duì)各個(gè)部門(mén)進(jìn)行總結(jié)，形成綜合分析。為幫助決策層制定更好的戰(zhàn)略計(jì)劃，必須實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸和有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)把分析的結(jié)果公布到網(wǎng)站，以便更多的人了解各個(gè)方面的情況和資訊，方便把握市場(chǎng)的動(dòng)向。另外，對(duì)于一些可披露的監(jiān)測(cè)資料，石油公司可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行披露，從而為第三方服務(wù)企業(yè)的采購(gòu)、物流以及安全生產(chǎn)等環(huán)節(jié)提供所需的數(shù)據(jù)支持。

（二）海上采油信息化平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警現(xiàn)狀

海上采油信息化平臺(tái)的搭建已經(jīng)完成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)控和分布控制，包括設(shè)備剩余壽命、異常工況以及其他重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和安全預(yù)警功能。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各生產(chǎn)階段設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障信息。在發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)，應(yīng)立即向工作人員發(fā)出緊急警報(bào)，以便及時(shí)處理任何可能發(fā)生的意外情況。通過(guò)對(duì)故障原因的排查及定位，能夠提前預(yù)防事故發(fā)生或避免造成更大損失。隨著現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)和信息管理系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的報(bào)警方式已經(jīng)不再依賴人工操作，而是能夠自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，并根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，從而做出準(zhǔn)確的決策。在對(duì)各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)分析建立故障知識(shí)庫(kù)，將各種可能出現(xiàn)的事故類型及原因以圖表形式顯示出來(lái)。在信息平臺(tái)出現(xiàn)異常的情況下，系統(tǒng)會(huì)向數(shù)據(jù)資源層、管理信息平臺(tái)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層發(fā)送安全通知，并對(duì)其進(jìn)行特殊標(biāo)注，以滿足不同權(quán)限用戶的查看和回復(fù)反饋需求，從而加速各個(gè)環(huán)節(jié)的操作。

在海上采油平臺(tái)，實(shí)時(shí)預(yù)警和周期預(yù)警是最為常用的預(yù)警方式。針對(duì)目前海上油田作業(yè)中存在的諸多風(fēng)險(xiǎn)情況，構(gòu)建了一套預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)施有效的控制和管理。針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)狀況，向不同的責(zé)任部門(mén)發(fā)出預(yù)警。一是海上特殊天氣，信息平臺(tái)收到預(yù)警后，將向平臺(tái)內(nèi)工作的各個(gè)部門(mén)發(fā)布預(yù)警通告，以確保環(huán)境保護(hù)工作的順利開(kāi)展。二是在關(guān)鍵工序出現(xiàn)操作異常的情況下，必須對(duì)相應(yīng)的上下級(jí)部門(mén)進(jìn)行告知和督促，以確保操作的正常進(jìn)行。三是生產(chǎn)過(guò)程中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)異常，需要提前通知生產(chǎn)調(diào)度部門(mén)異常報(bào)警以便及時(shí)處理，同時(shí)站在安全角度提出有關(guān)建議措施。安全部門(mén)根據(jù)管理信息層接收到的數(shù)據(jù)深入分析，發(fā)現(xiàn)潛在隱患和可能達(dá)到預(yù)警指標(biāo)的設(shè)施，并發(fā)布整改通知，確保相關(guān)人員與設(shè)施的安全。

四、信息化數(shù)字技術(shù)在海上采油平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警發(fā)展趨勢(shì)

（一）新技術(shù)在信息化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用

海上采油信息化平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制在各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)繁榮發(fā)展的環(huán)境中得到了優(yōu)化和完善。從前文所述海上采油平臺(tái)四類流程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，信息平臺(tái)的工作模式表明借助物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)可以有效地提升四類流程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的效率。

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合源頭數(shù)據(jù)和開(kāi)采活動(dòng)進(jìn)行時(shí)效性判斷，并設(shè)定數(shù)據(jù)更新周期，減少數(shù)據(jù)資源站的數(shù)據(jù)冗余，從而提高管理信息層的檢索速度和分析效率。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員疲憊度、設(shè)備損耗度以及不同環(huán)境下的作業(yè)危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，從而提升信息化平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力和基于云計(jì)算的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。利用微波通信技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員與平臺(tái)及陸地之間信息傳遞效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)工況信息的實(shí)時(shí)獲取，便于各項(xiàng)作業(yè)的安全進(jìn)行。

為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，針對(duì)海洋環(huán)境中零部件的嚴(yán)重磨損，采用激光熔覆技術(shù)以較小的熱影響實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的修復(fù)，以達(dá)到提高使用壽命和減少維修費(fèi)用的目的。選取某款裝備某連接件的零件作為研究對(duì)象，開(kāi)展零件激光熔覆層厚度測(cè)量與評(píng)估工作，并根據(jù)零件實(shí)際情況制定相關(guān)防護(hù)措施。利用信息化平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)，將該技術(shù)用于對(duì)即將遭受嚴(yán)重磨損連接部件進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)提前修復(fù)。對(duì)故障部位進(jìn)行檢測(cè)和分析，確定故障部位是否存在嚴(yán)重磨損、變形或斷裂。在修復(fù)完成后，對(duì)參數(shù)進(jìn)行更新以使磨損部件退出風(fēng)險(xiǎn)警報(bào)，從而提升設(shè)備的效率。

（二）新裝置在信息化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用

在當(dāng)前的石油行業(yè)中，無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)的有機(jī)結(jié)合已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。消防無(wú)人機(jī)所搭載的毒氣和可燃?xì)怏w檢測(cè)設(shè)備，可為石油管道的巡線無(wú)人機(jī)提供高效的檢測(cè)手段，從而減少人員進(jìn)入泄漏區(qū)域的次數(shù)，協(xié)助人們及時(shí)排查泄漏源[4]。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)分析手段，結(jié)合油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，設(shè)計(jì)一套基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程應(yīng)急管理與指揮調(diào)度系統(tǒng)。利用信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的定期巡航任務(wù)，并與地面測(cè)控站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和互動(dòng)。同時(shí)將作業(yè)情況反饋到地面監(jiān)控中心，完成了無(wú)人值守模式下的應(yīng)急救援工作。在海上采油的生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)不僅能夠發(fā)揮風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的作用，而且，由于人工巡檢時(shí)間長(zhǎng)、成本高以及尋找泄漏點(diǎn)所造成的傷害較大等原因，無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期巡視，不會(huì)受海洋氣候和地形的條件限制，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（三）新材料在信息化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用

隨著化工行業(yè)防腐技術(shù)的提高，在密封部位采用奧氏不銹鋼與聚四氟乙烯耐腐蝕材料充填連接可有效緩解海水腐蝕問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中需要根據(jù)環(huán)境情況選擇合適的防護(hù)方法和材料，并和企業(yè)外網(wǎng)用戶進(jìn)行互動(dòng)，不斷地更新新型防腐材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，由安全管理部門(mén)進(jìn)行仿真分析以獲取不同材料的使用壽命和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)。對(duì)于優(yōu)化能力強(qiáng)的新材料，在小范圍進(jìn)行試用，并設(shè)置有效的防腐保護(hù)措施以提升海上采油的安全性。

五、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)海上采油企業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、電力系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)四個(gè)領(lǐng)域存在的風(fēng)險(xiǎn)，利用物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)技術(shù)建立信息庫(kù)，引進(jìn)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與信息化數(shù)字平臺(tái)相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)有信息化數(shù)字平臺(tái)海上采油風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系進(jìn)行優(yōu)化，用科學(xué)方法全面提高海上采油風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力，促進(jìn)石油企業(yè)安全管理朝著智能化、信息化、數(shù)字化方向發(fā)展。

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責(zé)任編輯：張津平、尚丹