深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與國(guó)產(chǎn)化探索

何驍勇 李達(dá) 陳勇軍 王婷婷 賈創(chuàng)

基金項(xiàng)目：中國(guó)海油科技項(xiàng)目陵水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)研究專項(xiàng)（批準(zhǔn)號(hào)：LSZX-2020-HN-05-0402）資助的課題。

作者簡(jiǎn)介：何驍勇（1982-），高級(jí)工程師，從事海洋工程相關(guān)儀表自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化技術(shù)的研究與方案設(shè)計(jì)工作，hexy2@cnooc.com.cn。

引用本文：何驍勇，李達(dá)，陳勇軍，等.深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與國(guó)產(chǎn)化探索［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2024，51（2）：145-151；349.

DOI：10.20030/j.cnki.1000-3932.202402001

摘 要 通過對(duì)深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及在我國(guó)海洋油氣平臺(tái)上的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，給出了監(jiān)測(cè)設(shè)備具體部署以及國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的研制和示范應(yīng)用情況。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵傳感器設(shè)備、系統(tǒng)集成等核心技術(shù)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化現(xiàn)狀分析與研究，提出國(guó)產(chǎn)化研究方向和建議，為打破國(guó)外技術(shù)壟斷、指導(dǎo)深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步開展國(guó)產(chǎn)化研制提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 深水浮式平臺(tái) 國(guó)產(chǎn)化 傳感器

中圖分類號(hào) TP277? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A? ?文章編號(hào) 1000-3932（2024）02-0145-08

隨著我國(guó)海上油氣田開發(fā)逐漸走向深水、超深水，海洋環(huán)境條件越來越惡劣，深水浮式平臺(tái)的響應(yīng)越來越難以預(yù)測(cè)，為了保障深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)在全生命周期內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)安全并提高其運(yùn)維管理效率，充分了解平臺(tái)的在位狀態(tài)和實(shí)際響應(yīng)，有必要在平臺(tái)上設(shè)置一套一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Integrated Marine Monitoring System，IMMS）。

通過一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)浮式平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)海洋環(huán)境與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，有利于全面了解平臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而為作業(yè)者提供現(xiàn)場(chǎng)決策支持。同時(shí)，長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有助于及時(shí)評(píng)估結(jié)構(gòu)的損害和剩余壽命，為平臺(tái)完整性管理提供數(shù)據(jù)支持。另外，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究，可以校核和改善數(shù)值設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，為以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供可靠的基礎(chǔ)。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展歷史與趨勢(shì)

世界上第1個(gè)海洋浮式油氣生產(chǎn)平臺(tái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以追溯到1987年BMT公司在康菲石油公司的Joliet張力腿平臺(tái)上安裝的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Performance Monitoring System，PMS）。隨后，殼牌石油公司為了充分了解平臺(tái)在惡劣環(huán)境中的總體響應(yīng)，陸續(xù)在多個(gè)張力腿平臺(tái)上安裝了類似的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［1，2］。

1995年，安裝于挪威海域的Heidrun平臺(tái)是世界上第1座混凝土船體的張力腿平臺(tái)。為了監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)以及張力腿張力等，平臺(tái)上配置了一套比較完整的海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［3］。1996年，世界上第1座Spar平臺(tái)由Oryx石油公司安裝在美國(guó)墨西哥灣Neptune油田，平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從1997年11月開始采集數(shù)據(jù)，用于研究平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特征、浮體與立管的耦合作用等［4］。平臺(tái)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括海洋環(huán)境數(shù)據(jù)、平臺(tái)位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)、系泊纜張力數(shù)據(jù)、立管頂部張力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)等。平臺(tái)傳感器布置如圖1所示。

1998年，第1根鋼制懸鏈線立管（SCR）在巴西石油公司Petrobras的P-18半潛平臺(tái)上成功安裝。為了更好地研究SCR的性能和響應(yīng)特征，在SCR上安裝了一套監(jiān)測(cè)設(shè)施，用于監(jiān)測(cè)SCR的曲

圖1 Neptune Spar平臺(tái)傳感器布置示意圖

率、張力、加速度及位移等。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)用于對(duì)SCR的渦激振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究［1，5，6］。2001年，

Technip公司開發(fā)了一套立管一體化管理（Pipe Integrity Management，PIM）系統(tǒng)，將光纖預(yù)埋到柔性立管中，用于監(jiān)測(cè)立管內(nèi)復(fù)雜的力學(xué)特性，并對(duì)立管端部進(jìn)行了變形狀態(tài)的研究［5］。

2002年，英國(guó)石油公司在1 650 m水深的Horn Mountain油田安裝了一座Spar平臺(tái)，這是海洋油氣領(lǐng)域首次突破了1 500 m的水深限制，步入超深水區(qū)域。平臺(tái)上配備了一套完整的一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)平臺(tái)姿態(tài)、系泊張力及立管響應(yīng)等信息的同步測(cè)量。

2005年，GRAAF J等通過預(yù)置在整條SCR上的光纖應(yīng)變計(jì)對(duì)大尺寸SCR在安裝過程中的力學(xué)響應(yīng)情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和研究［7］。

目前，一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的各海上油氣開發(fā)區(qū)域。從墨西哥灣到北海、從南美到西非，從東南亞到澳大利亞，世界上所有深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)幾乎都裝備有一套一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，盡管每個(gè)平臺(tái)的具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容和復(fù)雜度不同。國(guó)外深水浮式平臺(tái)安裝有一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的包括墨西哥灣的Big Foot TLP、Perdido Spar、Appomattox Semi、Turritella

FPSO，北海的Aasta Hansteen Spar、東南亞的

Malikai TLP、Kikeh Spar，南美的Papa Terra TLP及西非的Moho Nord TLP等。

隨著傳感器、通信、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，深水浮式平臺(tái)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也不斷更新；不但監(jiān)測(cè)內(nèi)容越來越廣泛，而且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更實(shí)時(shí)、更可靠、數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用更加智能。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a. 更為先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，耐用、穩(wěn)定、兼容、可靠、冗余；

b. 海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)測(cè)+陸地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的海陸協(xié)同；

c. 海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地邊緣計(jì)算+陸地云儲(chǔ)存的云邊協(xié)同；

d. 采用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警與預(yù)報(bào)；

e. 采用可視化和數(shù)字孿生技術(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)非專業(yè)技術(shù)人員操作運(yùn)維提供決策支持。

1.2 國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和發(fā)展

我國(guó)對(duì)海洋平臺(tái)的監(jiān)測(cè)起步于20世紀(jì)90年代，最早是由中國(guó)海油在渤海的多條海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（Floating Production Storage Off-

loading，F(xiàn)PSO），如明珠號(hào)、HYSY112、HYSY113 FPSO上安裝了環(huán)境監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和船體姿態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備［8］，近年來又在HYSY118、HYSY119FPSO上安裝了單點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這可以看作是IMMS的早期雛形。我國(guó)對(duì)海洋平臺(tái)的監(jiān)測(cè)起步雖然較晚，但經(jīng)過多年研究和探索，目前也取得了一定的進(jìn)展。樊哲良等基于渤海多條FPSO的長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)軟剛臂單點(diǎn)系統(tǒng)和極淺水下FPSO的運(yùn)動(dòng)性能開展了研究［9］。上海交通大學(xué)海洋工程團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家科技重大專項(xiàng)，研發(fā)了“深海平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，并且成功應(yīng)用于我國(guó)首座超深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油981”［10］。倪學(xué)莉等基于南海500 m水深油田的潛在張力腿平臺(tái)，首次提出了與其相適應(yīng)的一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案［11］。但總的來說，我國(guó)浮式生產(chǎn)平臺(tái)的監(jiān)測(cè)仍處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段。

我國(guó)第1座采用自主開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的平

臺(tái)是“南海挑戰(zhàn)號(hào)”半潛式生產(chǎn)平臺(tái)。“南海挑戰(zhàn)號(hào)”在1995年完成改造后服務(wù)于我國(guó)南海流花11-1油田，平臺(tái)上安裝有一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器布置如圖2［12］所示。

2012年塢修時(shí)，在平臺(tái)上安裝了一套自主開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括海洋環(huán)境、平臺(tái)姿態(tài)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及系泊系統(tǒng)等［13，14］。依托此項(xiàng)目，同期國(guó)內(nèi)還研制了北斗信息傳送軟件、系泊系統(tǒng)水下傾角傳感器監(jiān)測(cè)裝置及夾具等［12］。

“深海一號(hào)”能源站是我國(guó)首座超深水浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)，于2021年2月安裝于水深1 500 m

圖2 南海挑戰(zhàn)號(hào)浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（FPS）

傳感器布置示意圖

的陵水氣田，2021年6月正式投產(chǎn)。平臺(tái)的安全生產(chǎn)和裝卸油作業(yè)對(duì)于作業(yè)公司是一項(xiàng)全新的挑戰(zhàn)。由于陵水平臺(tái)是我國(guó)第1次采用聚酯纜作為永久系泊系統(tǒng)、第1次采用鋼制懸鏈線立管、第1次采用30年不入塢的平臺(tái)［15］。為了保障平臺(tái)在全生命周期內(nèi)作業(yè)安全和提高運(yùn)維管理效率，平臺(tái)上安裝了一套完整的一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器布置如圖3所示。

圖3 “深海一號(hào)”能源站傳感器布置示意圖

為了加速推進(jìn)海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用進(jìn)程，“深海一號(hào)”能源站上還安裝了部分國(guó)產(chǎn)化監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備和國(guó)產(chǎn)化監(jiān)測(cè)集成軟件。表1為國(guó)產(chǎn)化和進(jìn)口監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)參數(shù)的對(duì)比，其中進(jìn)口設(shè)備為實(shí)際安裝在平臺(tái)上的傳感器；國(guó)產(chǎn)化設(shè)備中上標(biāo)*代表示范應(yīng)用安裝在平臺(tái)上的，其他的為基于廠家調(diào)研結(jié)果的設(shè)備。

2 系統(tǒng)軟硬件國(guó)產(chǎn)化現(xiàn)狀

2.1 系統(tǒng)組成

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖4所示，包括傳感器設(shè)備、機(jī)房設(shè)備及系統(tǒng)集成軟件等。傳感器設(shè)備根據(jù)功能需要，安裝布置在平臺(tái)各處，包括直升機(jī)甲板、主甲板、立柱頂部及底部等。為了能充分了解平臺(tái)在臺(tái)風(fēng)惡劣環(huán)境下的響應(yīng)并校核驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算理論和方法，系統(tǒng)一般需配備不間斷電源（UPS），用于保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)撤離期間能夠正常運(yùn)行并采集到重要的環(huán)境和平臺(tái)響應(yīng)數(shù)據(jù)。UPS后備時(shí)間一般不少于72 h。

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，除了海洋環(huán)境和平臺(tái)姿態(tài)外，其他的監(jiān)測(cè)內(nèi)容一般都自成體系。為了避免相互孤立，一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將各監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)集成在一起，在統(tǒng)一的集成軟件中進(jìn)行展示，從而讓作業(yè)人員能夠綜合評(píng)價(jià)平臺(tái)的整體狀態(tài)。

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備、系統(tǒng)集成及軟件。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備不僅需要滿足海洋環(huán)境的高濕度、高溫度、高鹽度及易腐蝕等要求，還需要適應(yīng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)（尤其是傾角和加速度）的要求。部分設(shè)備對(duì)防塵、防水、防爆、防輻射及防雷擊等有特殊要求，如風(fēng)速儀需要防雷擊保護(hù)措施，溫濕壓儀需要防輻射保護(hù)措施。同時(shí)因?yàn)楸O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接影響到平臺(tái)的運(yùn)維和生命財(cái)產(chǎn)安全，所以系統(tǒng)對(duì)于監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度、靈敏度、可靠性、壽命等也有很高的要求。另外，對(duì)于關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)，為了確保數(shù)據(jù)的可靠性和冗余性，系統(tǒng)需多配置一個(gè)同樣的監(jiān)測(cè)設(shè)備，分別布置在平臺(tái)的不同位置。

目前深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備主要被歐美公司所壟斷。2021年6月安裝于中國(guó)南海的“深海一號(hào)”能源站是我國(guó)第1座超深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)，其海洋環(huán)境和平臺(tái)姿態(tài)的監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備采用的都是歐美進(jìn)口產(chǎn)品。

在海洋環(huán)境和平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)測(cè)方面，波浪儀、流速儀及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀等屬于關(guān)鍵設(shè)備。測(cè)量波浪參數(shù)的主要儀器包括波浪浮標(biāo)、X-波段雷達(dá)等。英國(guó)R.S.Aqua、美國(guó)Ocean Sensor Systems和挪威Nortek、MIROS公司的測(cè)波雷達(dá)處于市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。測(cè)量流的主要儀器是聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP），其他的類型還包括旋槳式流速儀、電磁式流速儀等。為了測(cè)量整個(gè)水柱的流速和流向，深水平臺(tái)一般需要安裝多個(gè)ADCP水平型儀表用于測(cè)量表面流速和垂直型儀表，用于測(cè)量從海底到浮體基線不同深度的流剖面。在流速儀方面，挪威AADI、美國(guó)RDI、Teledyne Marine等公司的產(chǎn)品壟斷了大部分市場(chǎng)。平臺(tái)姿態(tài)是平臺(tái)作業(yè)者最關(guān)心的數(shù)據(jù)之一，一般通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS測(cè)量。在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方面，美國(guó)Inertial Labs和挪威Kongsberg等的運(yùn)動(dòng)參考單元（Motion Reference Unit，MRU）產(chǎn)品占據(jù)了市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

我國(guó)國(guó)內(nèi)各類監(jiān)測(cè)傳感器雖然廠商眾多，但不少是以代理商的形式存在；即便是制造廠商，其傳感器的核心元器件大多數(shù)仍是依賴進(jìn)口，真正完全國(guó)產(chǎn)化的傳感器設(shè)備較少。同時(shí)部分國(guó)產(chǎn)化傳感器設(shè)備雖然技術(shù)參數(shù)指標(biāo)與進(jìn)口設(shè)備相當(dāng)，但是目前還沒有全部應(yīng)用在海洋浮式平臺(tái)上，因此其監(jiān)測(cè)范圍和精度、可靠性以及壽命等仍待通過實(shí)際工程的應(yīng)用才能得到驗(yàn)證。

2.3 系統(tǒng)集成及軟件

系統(tǒng)集成是一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最核心和最關(guān)鍵的技術(shù)，是將各個(gè)傳感器信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集器，并通過軟件進(jìn)行接收、清洗、儲(chǔ)存、顯示和分析。傳感器的數(shù)據(jù)采集方式一般采用串口通信（RS422/RS485）或網(wǎng)絡(luò)方式。集成軟件與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互則一般采用Modbus或OPC Server進(jìn)行。

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器設(shè)備與數(shù)據(jù)采集器的連接方式一般有3種形式。最常見的是硬連線形式，主要用于安裝在平臺(tái)上部組塊和浮體內(nèi)部的傳感器，采用纜線供電和傳送數(shù)據(jù)，具備安裝方便、維護(hù)容易及數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。但是纜線容易損壞，布置需要避免穿過非安全區(qū)域等。獨(dú)立應(yīng)用形式是將所有相關(guān)設(shè)備，包括電池和儲(chǔ)存卡，整合在一個(gè)金屬容器內(nèi)，然后采用水下機(jī)器人（ROV）定期取回，更換電池和下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。獨(dú)立應(yīng)用形式雖然安裝處理方便、容易，但是取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)，ROV使用成本高，所以主要用于深水中和海底的結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)。聲波傳輸形式介于硬連線和獨(dú)立應(yīng)用形式之間，采用電池供電，利用聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器與平臺(tái)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳遞。安裝在平臺(tái)基線附近的流速儀便采用聲波傳輸。

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成軟件主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)展示分析兩個(gè)模塊。數(shù)據(jù)采集模塊安裝于服務(wù)器上，用于從各個(gè)傳感器采集實(shí)時(shí)測(cè)量到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過過濾和清洗后同步存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫，同時(shí)對(duì)每一個(gè)傳感器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和顯示。數(shù)據(jù)采集模塊一般采用LabVIEW語言進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般采用數(shù)據(jù)庫，如開源MySQL。

數(shù)據(jù)展示分析模塊安裝于操作臺(tái)的計(jì)算機(jī)上，通過友好的人機(jī)交互界面將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用圖像和表格形式實(shí)時(shí)進(jìn)行可視化顯示；對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行預(yù)警；對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、顯示及統(tǒng)計(jì)分析等。

一體化海洋集成系統(tǒng)集成商的主要工作內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備布置，監(jiān)測(cè)傳感器及其他設(shè)備的采購與安裝調(diào)試，集成軟件的開發(fā)以及平臺(tái)上現(xiàn)場(chǎng)軟硬件的聯(lián)調(diào)等。

在系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)方面，英國(guó)BMT公司和Strainstall公司處于主導(dǎo)地位。BMT公司從1987年開始就集成了世界上第1座浮式平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，到現(xiàn)在已經(jīng)完成了100多套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在系泊和立管監(jiān)測(cè)集成方面，美國(guó)Stress Engineering、英國(guó)Pulse、2H公司等處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

在我國(guó)，雖然早期的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都由國(guó)外公司集成，但是近年來多條FPSO平臺(tái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造和升級(jí)以及監(jiān)測(cè)軟件的開發(fā)和集成等已經(jīng)開始由國(guó)內(nèi)公司自己主導(dǎo)。2021年6月投產(chǎn)的首座超深水浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)“深海一號(hào)”能源站的一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成就是由國(guó)內(nèi)公司自主完成的。另外，將要投產(chǎn)的我國(guó)首座深水圓筒型FPSO的一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成與軟件開發(fā)也將由國(guó)內(nèi)公司自主完成。在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)產(chǎn)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成軟件能夠更適合中國(guó)人的操作習(xí)慣，并滿足國(guó)內(nèi)海上油氣田生產(chǎn)運(yùn)維的要求，而且能夠根據(jù)用戶需求，及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)軟件功能配置與升級(jí)。“深海一號(hào)”能源站的國(guó)產(chǎn)化軟件除了具有常規(guī)的數(shù)據(jù)采集和展示功能外，為了滿足海上智能生產(chǎn)運(yùn)維的要求，還首次在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)嵌入了姿態(tài)智能預(yù)報(bào)、壓載智能調(diào)節(jié)和系泊智能調(diào)節(jié)等智能化功能。

3 國(guó)產(chǎn)化探索

3.1 國(guó)產(chǎn)化的必要性

一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并逐步應(yīng)用在新平臺(tái)和老平臺(tái)的更新?lián)Q代上。但是傳感器設(shè)備大部分仍然依賴進(jìn)口，或者其中的元器件依賴進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備（元器件）不但來源壟斷、成本高、采購過程復(fù)雜并且周期長(zhǎng)，而且售后的安裝、維護(hù)及零部件替換等服務(wù)困難。

近年來，我國(guó)傳感器的電子元器件國(guó)產(chǎn)化程度雖然不斷提高，但是以微處理器CPU、數(shù)字信號(hào)處理器DSP等為代表的高端元器件的國(guó)產(chǎn)化率還相對(duì)比較低［16］。海洋傳感器方面，在國(guó)家

“863”計(jì)劃支持下，取得了一定的成效，逐步縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)間的差距，但發(fā)展水平參差不齊，尤其是在深遠(yuǎn)海應(yīng)用方面尚處于初始階段。例如，我國(guó)聲學(xué)海流剖面測(cè)量技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，但波浪測(cè)量技術(shù)仍有一定的差距。另外，雖然部分測(cè)量技術(shù)研發(fā)水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平，但其成果產(chǎn)品轉(zhuǎn)化步伐緩慢，相應(yīng)產(chǎn)品只限于實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏真正的工程應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量難以提高。總體來說，我國(guó)在海洋傳感器技術(shù)上整體落后歐美國(guó)家15～20年。

我國(guó)海洋能源開發(fā)正逐步走向深遠(yuǎn)海域，如陵水17-2氣田，流花11-1/4-1油田二次開發(fā)等，對(duì)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求越來越多。海洋能源開發(fā)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展需要具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)和設(shè)備來支撐。這樣不僅能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展中對(duì)于知識(shí)儲(chǔ)備、技術(shù)能力和裝備制造的需求，而且還能降低對(duì)國(guó)外技術(shù)、設(shè)備和原料的依賴，打破歐美國(guó)家的技術(shù)壟斷，避免核心技術(shù)的封鎖和“卡脖子”。同時(shí)，如果一體化海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備能逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，還可以：

a. 降低采購成本，縮短供貨周期，便于安裝和維護(hù)；

b. 帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)一起發(fā)展，如安裝、零部件、產(chǎn)品售后服務(wù)等；

c. 自主掌握產(chǎn)品更新?lián)Q代，開發(fā)適合國(guó)情的產(chǎn)品；

d. 建立自己的標(biāo)準(zhǔn)體系，增強(qiáng)通用性，易于購買與維修，便于與其他國(guó)產(chǎn)化設(shè)備相連接；

e. 提升國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，護(hù)持民族產(chǎn)業(yè)/企業(yè)發(fā)展。

3.2 國(guó)產(chǎn)化分析

我國(guó)海洋油氣工程開發(fā)已成為發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)建設(shè)“海洋強(qiáng)國(guó)”的必由之路。海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化最主要的方向是傳感器核心元器件的國(guó)產(chǎn)化，這需要一個(gè)較長(zhǎng)的研究制造、示范應(yīng)用、改進(jìn)完善周期：

a. 基礎(chǔ)研究。國(guó)家應(yīng)加大在傳感器材料、制作工藝等基礎(chǔ)性技術(shù)研究的投入。

b. 產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。我國(guó)部分監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)水平和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量范圍、精度已接近國(guó)際先進(jìn)水平，但是產(chǎn)品化進(jìn)度慢。國(guó)家需要為這些技術(shù)成果提供政策扶持，積極推動(dòng)其產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，盡早形成產(chǎn)業(yè)化。

c. 示范應(yīng)用。在資金許可的情況下，示范工程應(yīng)該同時(shí)配置國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備。國(guó)產(chǎn)設(shè)備通過與進(jìn)口設(shè)備在監(jiān)測(cè)范圍和精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、環(huán)境適用性、可靠性、使用壽命等方面進(jìn)行對(duì)比與驗(yàn)證后，才能逐步改進(jìn)和完善。

d. 工程應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)化設(shè)備只有在不斷的實(shí)際應(yīng)用中才能發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)制造工藝、提高技術(shù)性能，逐步達(dá)到世界先進(jìn)水平并推廣應(yīng)用。國(guó)家應(yīng)該鼓勵(lì)和提倡國(guó)內(nèi)企業(yè)（項(xiàng)目）優(yōu)先采用國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，從而形成規(guī)模化應(yīng)用，降低成本。

雖然在一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)備方面，歐美國(guó)家應(yīng)用得比我國(guó)早，經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)領(lǐng)先，但是對(duì)于近年來興起的物聯(lián)網(wǎng)、智能化及數(shù)字化等高新技術(shù)，各國(guó)都處于起步探索階段，這對(duì)我國(guó)是難得的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、智能化和數(shù)字化技術(shù)，可以使海洋浮式生產(chǎn)平臺(tái)升級(jí)成為“智慧平臺(tái)”，甚至是“無人平臺(tái)”，這就需要大量的高精度、高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)設(shè)備和強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)處理分析能力。在軟件方面，目前主要用于對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表顯示，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的分析，利用簡(jiǎn)單的上下限閾值對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行預(yù)警等。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，可以在軟件中集成新興技術(shù)，在智能化方面實(shí)現(xiàn)彎道超車：

a. 增強(qiáng)預(yù)報(bào)功能。通過大數(shù)據(jù)和人工智能方法，基于歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)惡劣環(huán)境和平臺(tái)極端情況；通過自學(xué)習(xí)自動(dòng)修訂預(yù)報(bào)的參數(shù)，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。這樣可以提前預(yù)報(bào)風(fēng)險(xiǎn)、降低損害、提高生產(chǎn)效率。

b. 增強(qiáng)預(yù)警功能。基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值分析結(jié)果，實(shí)時(shí)更新預(yù)警閾值，盡早發(fā)現(xiàn)可能的異常信號(hào)，并對(duì)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行原因識(shí)別（環(huán)境惡劣、傳感器讀數(shù)問題、平臺(tái)實(shí)際發(fā)生破損）；對(duì)于破損情況，推薦切實(shí)可行的消警措施，如壓載、系泊調(diào)節(jié)方案等。

c. 增強(qiáng)可視化。采用數(shù)字孿生技術(shù)，將平臺(tái)監(jiān)測(cè)到的姿態(tài)性能等數(shù)據(jù)，采用三維圖像或虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行顯示，讓決策者有非常直觀甚至身臨其境的感覺。

d. 增強(qiáng)校核功能。對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以用于校核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而提高監(jiān)測(cè)信號(hào)的質(zhì)量。例如通過對(duì)平臺(tái)橫搖縱搖進(jìn)行譜分析，得到其固有周期，從而推算出平臺(tái)實(shí)際重心高度；通過對(duì)平臺(tái)偏移進(jìn)行差分計(jì)算，可以校核測(cè)量得到加速度；通過對(duì)平臺(tái)在兩個(gè)水平方向的波頻運(yùn)動(dòng)方差進(jìn)行計(jì)算，可以校核測(cè)量得到波浪方向等。

e. “大數(shù)據(jù)”應(yīng)用。通過建立我國(guó)深水浮式平臺(tái)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)化信息管理系統(tǒng)及陸地?cái)?shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中管理；通過對(duì)監(jiān)測(cè)“大數(shù)據(jù)”的分析與挖掘，為海洋工程的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)維和完整性管理提供服務(wù)。

4 結(jié)束語

深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化和核心技術(shù)自主可控是我國(guó)建設(shè)“海洋強(qiáng)國(guó)”的必由之路。目前，我國(guó)海上深水浮式平臺(tái)的海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備大多依賴進(jìn)口，雖然近年來我國(guó)在深水浮式平臺(tái)一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成與監(jiān)測(cè)軟件開發(fā)方面取得了一定的發(fā)展，但關(guān)鍵監(jiān)測(cè)設(shè)備性能指標(biāo)和可靠性相對(duì)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家成熟產(chǎn)品還有一定的差距。為了避免技術(shù)封鎖和“卡脖子”，下一步需要加大科研投入，加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，尤其是關(guān)鍵監(jiān)測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化研制；制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，給予企業(yè)支持和鼓勵(lì)；協(xié)調(diào)行業(yè)內(nèi)企業(yè)間相互合作，共同發(fā)力，我國(guó)深水浮式平臺(tái)的一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并且通過依托我國(guó)首座超深水浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)“深海一號(hào)”能源站以及我國(guó)首座深水圓筒型FPSO進(jìn)行一體化海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化研制和智能化核心技術(shù)攻關(guān)，未來有望在深水浮式平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化研究方面實(shí)現(xiàn)彎道超車。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2023-03-04，修回日期：2024-01-10）

Development Status and Domestication Exploration of Integrated

Marine Monitoring System for Deep-water Floating Platform

HE Xiao-yong1， LI Da1， CHEN Yong-jun2， WANG Ting-ting1， JIA Chuang1

（1. CNOOC Research Institute Co.， Ltd.； 2. Beijing DMAR Marine Technology Co.， Ltd.）

Abstract? ?Through investigating development history of the deep-water floating platforms integrated marine monitoring system（IMMS）and its research and application there， the specific deployment of monitoring equipment， the development and demonstration application of domesticated? equipment were presented.? Through analyzing domestication status of the on-site key sensors， system integration and other core monitoring technologies， the research direction and suggestions of domestication were put forward to provide a basis for breaking foreign monopoly in the technology and guiding the further development of domesticating the integrated marine monitoring system for deepwater floating platform.

Key words? ?integrated marine monitoring system， deep-water floating platform， domestication， sensor