代齊加 肖宇 錢勇君(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在國際油價呈斷崖式下跌的環(huán)境下，提質降本增效是企業(yè)扭虧為盈，在危機中求生存，在逆境中謀發(fā)展的重要舉措[1]。為降低開發(fā)成本、減少人員操作及設備維修費用，利用現(xiàn)代科學技術、網(wǎng)絡技術等手段，將海上某平臺工藝系統(tǒng)設計為無人化生產(chǎn)模式，在滿足該平臺安全性、合理性和可操作性的前提下，保證工藝系統(tǒng)更簡單、配置更合理、設備更少、造價更低，是降低成本、增加效益的有效途徑[2]。

1 設計原則

某平臺采用全海式開發(fā)，距離中心平臺約10km，借助附近中心平臺的工藝流程及人力資源開發(fā)生產(chǎn)。平臺工藝系統(tǒng)的設備參數(shù)及狀態(tài)，經(jīng)過現(xiàn)場采集后，通過光纖通信傳至中心平臺中央控制室以實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。同時，該平臺可接受中心平臺中央控制室的遙控指揮，替代操作人員完成相應的指令，隨時調整生產(chǎn)狀態(tài)[3]。在保證該平臺工藝系統(tǒng)本質安全、符合設計標準和規(guī)范、滿足配置需求的基礎上，通過簡化工藝流程、減少設備數(shù)量、優(yōu)化設計思路、選用自動化和智能化程度較高的儀表以及可靠性強的光纖通信等措施，實現(xiàn)生產(chǎn)操作可視化、數(shù)據(jù)遠傳、遠傳控制，最大程度地延長人員登臨平臺巡檢及維保周期。

2 設計內容

平臺充分依托中心平臺以實現(xiàn)自身的無人化設計，包括井產(chǎn)物流的處理、外輸、注水以及光纖通信。

該平臺設計為1座4腿簡易無人駐守平臺[4]，設有生產(chǎn)計量系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)。油井所產(chǎn)物流依靠電潛泵余壓通過10km的混輸海管輸送至中心平臺處理，注水則通過10km的注水海管從中心平臺輸送至該平臺。該平臺與中心平臺之間的控制系統(tǒng)通過海底光纖連接。

2.1 工藝系統(tǒng)簡易化及壓力等級分界最少化

平臺主工藝系統(tǒng)由原油和注水兩大系統(tǒng)組成。原油系統(tǒng)設備包括采油樹、多路閥、多相流量計、混輸海管，注水系統(tǒng)設備包括注水井、注水管匯、注水海管。兩大系統(tǒng)壓力等級均按照關井最大壓力設計，即：整個工藝系統(tǒng)壓力等級保持一致，以提高工藝系統(tǒng)的可靠性。由于工藝系統(tǒng)采用全壓設計，流程上不再設置PSV、BDV等泄放閥。

油井所產(chǎn)物流進入多路閥，需要計量的油井經(jīng)過多路閥計量通道與多相流量計后，與其他油井物流匯合，通過混輸海管輸送至中心平臺。中心平臺處理合格的高壓注水，通過注水海管輸送至該平臺，經(jīng)注水管匯、注水井注入地層，如圖1所示。

圖1 無人化平臺工藝系統(tǒng)圖

2.2 排放系統(tǒng)簡易化

平臺設置有集開排、閉排、冷放空為一體的簡易式排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由開排管匯、閉排管匯、排放罐、排放泵、冷放空管匯組成。正常生產(chǎn)時，排放罐僅用于收集甲板雨水，當達到設定的高液位時，排放泵將自動啟泵，將排放罐中的液體泵入混輸海管。

停產(chǎn)檢修作業(yè)時，排放罐將用于收集設備和管線的排放流體，待停產(chǎn)檢修作業(yè)結束后，再使用排放泵將排放流體泵入混輸海管。由于工藝系統(tǒng)正常生產(chǎn)時無連續(xù)天然氣泄放，排放罐出口設置的冷放空管匯，僅用于停產(chǎn)檢修或者設備維修作業(yè)時手動泄放的天然氣放空，因此，冷放空管匯上不設置二氧化碳滅火系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 無人化平臺排放系統(tǒng)示意圖

2.3 海底管道環(huán)路設計

由于該平臺依托中心平臺開發(fā)生產(chǎn)，根據(jù)注水海管以及混輸海管的物流方向，在注水海管入口設置清管球發(fā)射器，在混輸海管出口設置清管球接收器，清管球發(fā)射器與清管球接收器均安裝在中心平臺。

考慮到該平臺原油具有高凝點、高含蠟的特點，同時為滿足混輸海管最小輸送量及應急置換等需求，在該平臺上設置有注水海管與混輸海管相連通的兩條環(huán)路管線，A管路用于海管通球及內檢測，B管路用于海管預熱、摻水與置換，如圖3所示?；谇骞芮虬l(fā)射器與清管球接收器的安裝位置、巧妙的環(huán)路設計以及兩條海管管徑規(guī)格的一致性，人員無需登臨該平臺，使用中心平臺的高壓注水即可完成兩條海管的通球、內檢測以及混輸海管的預熱、摻水與置換作業(yè)。

圖3 無人化平臺海管通球、預熱、摻水及置換示意圖

2.4 工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠傳及遠程控制

無人平臺與中心平臺之間的控制系統(tǒng)如圖4所示。無人平臺設置三套控制系統(tǒng)，PCS、SIS1和SIS2。PCS執(zhí)行過程控制功能，SIS1執(zhí)行ESD和FGS功能，SIS2遠程執(zhí)行海管應急置換功能。中心平臺的中央控制室設置有該平臺的遠程工程師站、OPC服務器、遠程SIS。

通過海底光纖連接，同時，選用穩(wěn)定性高、故障率低、維護頻率低的儀表設備，實現(xiàn)了該平臺穩(wěn)定的數(shù)據(jù)遠傳、監(jiān)控及遠傳控制功能。無人化平臺與中心平臺數(shù)據(jù)遠傳及遠傳控制在遠程操作站監(jiān)控畫面上，設置有該平臺的ESD緊急關停按鈕、報警指示及遠程啟停軟點按鈕等功能，能夠始終保持對該平臺“動所想動、看所想看、有險即關”的良好狀態(tài)。遠傳數(shù)據(jù)包括：所有工藝系統(tǒng)設備的壓力、溫度、液位、流量、腐蝕速率，所有關斷閥、開關閥、調節(jié)閥、井上安全閥、井下安全閥的開關狀態(tài)，多路閥閥位指示及運行狀態(tài)，排放罐加熱器與排放泵啟停狀態(tài)。遠程控制包括：所有關斷閥、開關閥、調節(jié)閥、井上安全閥、井下安全閥的手動控制和復位操作，電潛泵的啟停與頻率調整，油井計量，排放泵啟停。

圖4 無人化平臺與中心平臺數(shù)據(jù)遠傳及遠傳控制示意圖

3 結語

本著結構簡單、自動智能的原則，通過優(yōu)化設計、配置，選擇可靠性強、維保周期長的儀表設備，利用現(xiàn)代通信技術，引入人工智能技術，既保證了該平臺的本質安全生產(chǎn)，又降低了前期投資成本及后期維保費用。該平臺工藝系統(tǒng)的無人化設計，是低油價形勢下開發(fā)邊際油田降低成本、提升效益的有效舉措，對后期此類油田的開發(fā)建設具有較好的借鑒意義。