劉春悅

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

1 改造背景與意義

目前，世界正處在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的時(shí)代大潮已經(jīng)來臨，因此國家做出了加快推進(jìn)國有企業(yè)發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的決策，把推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為當(dāng)前的主要任務(wù)。中海油作為國際一流的能源公司，把海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的無人化、數(shù)字化和智能化作為未來的發(fā)展趨勢，始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新為主，結(jié)合先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，探索智慧油田建設(shè)，提高油田自動化水平。

通過自動化和數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，降低生產(chǎn)設(shè)施的現(xiàn)場人工操作，推進(jìn)海上平臺無人化，不但可以降低海上油氣田開發(fā)、生產(chǎn)和操作運(yùn)營全生命周期成本，還可以通過提高平臺自動化和數(shù)字化水平，革命性地改變現(xiàn)有操作方式，大幅減少現(xiàn)場操作人員工作量，保證人員安全，減少環(huán)境污染，極大地提高一線生產(chǎn)操作人員的幸福感，符合國家“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略。

2 現(xiàn)狀與趨勢

海上無人平臺幾乎分布于世界上所有油氣活躍海域，目前在全球范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)的約7 000個(gè)海上固定平臺中，有超過23%（約1 600多座）的是無人駐守平臺。在國外，海上無人平臺通常采用鋼結(jié)構(gòu)型式，挪威北海海域也有少數(shù)混凝土重力式結(jié)構(gòu)平臺。海上無人平臺大部分為簡易井口平臺為主，平臺井?dāng)?shù)相對較少，上部設(shè)施比較簡單，一般只設(shè)1~2層甲板。無人平臺的正常生產(chǎn)操作一般通過遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)。全球海上無人平臺分布情況詳見表1。

目前國外無人平臺自動化和數(shù)字化程度普遍較高，總體布置較優(yōu)、設(shè)備選型和可靠性要求高，平臺上所有工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、視頻圖像都可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，大部分現(xiàn)場工作都可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，部分平臺還在陸地建有模擬仿真系統(tǒng)，用于人員培訓(xùn)和操作演練。

目前國內(nèi)最大的海上油田渤海油田共有186座海上在役平臺，其中井口平臺98座，井口平臺分為有人駐守井口平臺和無人駐守井口平臺。其中無人駐守井口平臺24座，占比24.5%，有人駐守井口平臺74座，占比75.5%，無人駐守井口平臺占比遠(yuǎn)低于國際同類油田的平均水平。目前渤海海域無人駐守井口平臺大多為簡易井口平臺，平臺不設(shè)生活樓，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施較少，處理流程簡單，流程操作大都通過周邊中心平臺遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)；有人駐守井口平臺一般設(shè)置40人生活樓，平時(shí)配備20人左右的班組維持平臺運(yùn)營，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施多以人工操作為主，自動化水平不高，人員工作強(qiáng)度大，運(yùn)營成本高，且容易造成環(huán)境污染，影響人員身心健康。與國外油田相比，國內(nèi)無人平臺數(shù)量和技術(shù)水平上都存在一定差距，因此，推進(jìn)海上在役有人駐守井口平臺無人化改造是建設(shè)國際一流能源公司，降低運(yùn)營成本，提高企業(yè)核心競爭力的重要有效手段。

3 改造方案

3.1 平臺篩選

有人駐守井口平臺無人化改造實(shí)施首先是篩選合適的目標(biāo)井口平臺，篩選條件見表2。

表2 有人駐守井口平臺無人化改造篩選條件

結(jié)合上述實(shí)際情況，進(jìn)行綜合分析，確保改造設(shè)計(jì)方案的合規(guī)和可實(shí)施性。因此，推薦優(yōu)先改造選取井槽數(shù)10~20的常規(guī)4腿井口平臺，平臺設(shè)置20~40人生活樓，135或180修井機(jī)，修井及其他作業(yè)頻率低，維護(hù)人員少。平臺生產(chǎn)流程無原油、天然氣及生產(chǎn)水處理設(shè)施，一般單井物流通過加熱及計(jì)量后，與其他生產(chǎn)井物流混合后，再經(jīng)加熱，直接進(jìn)入海管外輸依托平臺，注水由依托平臺提供處理合格生產(chǎn)水作為注水水源，平臺不設(shè)注水增壓設(shè)備，通過海管提供合格注水直接回注井口。平臺設(shè)置常規(guī)的公用系統(tǒng)，包括柴油、開閉排、藥劑、公用儀表風(fēng)、海水、淡水、生活污水等。典型推薦平臺的油田總圖和生產(chǎn)流程見圖1~圖3。

圖1 典型有人駐守井口平臺油田群總圖

圖2 典型有人駐守井口平臺原油系統(tǒng)流程圖

圖3 典型有人駐守井口平臺注水系統(tǒng)流程圖

3.2 設(shè)計(jì)思路和原則

海上無人駐守平臺系指無人居住的平臺。在日常生產(chǎn)條件下，平臺上無人進(jìn)行生產(chǎn)操作。特殊條件下，如檢修期、應(yīng)急故障處理期、經(jīng)批準(zhǔn)的訪問以及定期巡檢時(shí)，允許登平臺的人數(shù)應(yīng)盡可能少。一般情況下登臺人員不得在平臺上過夜。如遇緊急情況或其他不可抗力因素導(dǎo)致當(dāng)天無法撤離平臺時(shí)，可在平臺臨時(shí)過夜。

對于在役有人駐守井口平臺無人化改造，應(yīng)盡量減少改造工作量和改造費(fèi)用，主要考慮通過改造實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，降低操作成本。

3.3 改造方案

3.3.1 原油系統(tǒng)和注水系統(tǒng)流程改造

（1）井口采油樹油壓和套壓表設(shè)置為機(jī)械式壓力表的，為滿足油壓、套壓的遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要將壓力表更換為壓力變送器，實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)程傳送。

（2）油嘴、水嘴、氣嘴采用手動調(diào)節(jié)方式的，更換為遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)開度的類型，同時(shí)具備閥位遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。常規(guī)推薦采用電動調(diào)節(jié)類型的油嘴、水嘴和氣嘴。

（3）對于有遠(yuǎn)程壓井需求的平臺，需要將采油樹服務(wù)管匯閥門及相連接的管線上的手動閥門更換為遠(yuǎn)程開關(guān)的類型，同時(shí)將柴油和注水系統(tǒng)與采油樹連接的管線改為鋼管連接。

（4）井口控制盤采用氣動和液動控制的平臺，對井口控制盤進(jìn)行改造時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，改造后能夠?qū)崿F(xiàn)單井的遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動關(guān)停功能，實(shí)現(xiàn)中控遠(yuǎn)程手動關(guān)閉井上、井下安全閥的功能。

（5）單井出油管線和注水管線上缺少溫度和壓力變送器的平臺需要增加相應(yīng)的變送器，實(shí)現(xiàn)壓力溫度信息遠(yuǎn)程傳送。

（6）單井計(jì)量應(yīng)具備遠(yuǎn)程遙控計(jì)量功能，對于采用人工導(dǎo)井計(jì)量的平臺，優(yōu)先考慮采用多路閥替換生產(chǎn)計(jì)量管匯進(jìn)行單井輪換計(jì)量，也可將單井出油管線與生產(chǎn)計(jì)量管匯連接的手動閥門改為遠(yuǎn)程控制閥門，滿足無人操作的自動導(dǎo)井計(jì)量需求。

（7）對于設(shè)置了計(jì)量分離器的平臺，計(jì)量分離器需要滿足壓力及液位的自動調(diào)節(jié)，同時(shí)壓力、溫度、流量、閥位數(shù)據(jù)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，滿足無人化操作需求。在改造過程中，如果計(jì)量分離器改造內(nèi)容較多，改造時(shí)間過長，改造費(fèi)用過高，也可以考慮采用多相流量計(jì)代替計(jì)量分離器，通過經(jīng)濟(jì)對比，考慮改造費(fèi)用較低的方案。

（8）對于設(shè)置了電加熱器的平臺，電加熱器需要滿足遠(yuǎn)程啟停和加熱功率的自動調(diào)節(jié)，同時(shí)壓力、溫度、閥位數(shù)據(jù)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到無人化操作需求。

（9）對于平臺海管例行通球作業(yè)，目前常規(guī)考慮為人員登臨平臺進(jìn)行現(xiàn)場操作。如果需要進(jìn)行無人化操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動收發(fā)球作業(yè)，或在遠(yuǎn)程置換過程中需要采用隔離球隔離介質(zhì)等操作時(shí)，可以進(jìn)行無人化改造。將與清管球收發(fā)器連接的主管線、Kicher管線、壓力平衡管線上的手動操作閥門改為遠(yuǎn)程控制閥門，相對應(yīng)的現(xiàn)場顯示壓力表及過球指示器改為變送器，實(shí)現(xiàn)信號遠(yuǎn)傳。

（10）對于因設(shè)備及流程檢修等原因而實(shí)施計(jì)劃停輸置換的平臺，一般均采用注水海管輸送的生產(chǎn)水置換混輸海管。由于計(jì)劃置換操作可提前進(jìn)行規(guī)劃，因此可以安排生產(chǎn)操作人員登臨平臺進(jìn)行現(xiàn)場操作，如生產(chǎn)方需要進(jìn)行遠(yuǎn)程置換，需將注水海管連接混輸海管置換管線上手動閥門改為遠(yuǎn)程控制閥門。對于應(yīng)急停產(chǎn)后需要應(yīng)急置換的平臺，由于應(yīng)急停產(chǎn)的突然性，因此置換操作無法提前進(jìn)行規(guī)劃，遠(yuǎn)程應(yīng)急置換有利于解決人員無法登臨平臺進(jìn)行現(xiàn)場操作的問題。如平臺不設(shè)應(yīng)急置換泵，由依托平臺通過注水海管提供應(yīng)急置換水源，需要把置換流程上手動操作閥門改為遠(yuǎn)程控制閥門，如平臺設(shè)置應(yīng)急置換泵，在上述改造基礎(chǔ)上，還需要確保置換泵可以遠(yuǎn)程啟停，因此泵進(jìn)出口閥門及排氣閥門均應(yīng)考慮改為遠(yuǎn)程操作的型式。

（11）對于生產(chǎn)流程中的關(guān)斷閥，應(yīng)增加遠(yuǎn)程復(fù)位功能，實(shí)現(xiàn)非本平臺故障引起的停產(chǎn)后的遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)。

3.3.2 公用系統(tǒng)改造

（1）對在役井口平臺進(jìn)行無人化改造，原則上以在役平臺原設(shè)計(jì)的自持周期為無人化改造后的自持周期（7d或15d）或由生產(chǎn)方確定。因此對于柴油罐、化學(xué)藥劑罐、淡水罐等有效容積主要考慮自持周期的設(shè)備，需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際自持周期進(jìn)行核算是否需要改造。對罐內(nèi)設(shè)置的加熱器，需要滿足遠(yuǎn)程啟停和自動調(diào)節(jié)功能，同時(shí)對罐內(nèi)的液位及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送。

（2）柴油系統(tǒng)中的柴油輸送泵應(yīng)改造為帶遠(yuǎn)程啟停功能，有遠(yuǎn)程壓井需求的平臺，壓井泵同時(shí)改造為帶遠(yuǎn)程啟停功能，同時(shí)泵進(jìn)出口閥門及出口回流管線上的閥門應(yīng)改為遠(yuǎn)程控制閥門。

（3）淡水系統(tǒng)中的淡水輸送泵應(yīng)改造為帶遠(yuǎn)程啟停功能，同時(shí)淡水儲罐存水超過7d甚至更長時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)排空處理，在人員登臺后需要淡水時(shí)，可采用支持船補(bǔ)充。

（4）對開排罐內(nèi)的液位及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，對罐內(nèi)設(shè)置的加熱器，滿足遠(yuǎn)程啟停和自動調(diào)節(jié)功能。開排槽應(yīng)設(shè)置液位變送器并對數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送。開排泵應(yīng)具備遠(yuǎn)程啟停功能，泵進(jìn)出口手動閥門需改為遠(yuǎn)程控制閥門。開排槽泵建議更換為電動隔膜泵，同時(shí)增加遠(yuǎn)程啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，泵進(jìn)出口手動閥門改為遠(yuǎn)程控制閥門。同時(shí)開排管匯非危險(xiǎn)區(qū)排海流程和進(jìn)開排罐/槽流程切換閥門應(yīng)具備遠(yuǎn)程控制功能，滿足遠(yuǎn)程控制流程切換。

（5）對閉排罐內(nèi)的液位及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，對罐內(nèi)設(shè)置的加熱器，滿足遠(yuǎn)程啟停和自動調(diào)節(jié)功能。閉排泵應(yīng)具備遠(yuǎn)程啟停功能，泵進(jìn)出口手動閥門需改為遠(yuǎn)程控制閥門。泵進(jìn)出口設(shè)置壓力變送器并對數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送。

（6）對有連續(xù)海水用戶的平臺，海水提升泵應(yīng)具備遠(yuǎn)程啟停功能，運(yùn)行參數(shù)需進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（7）平臺采用生化法處理的生活污水處理裝置，因其無法保證間歇使用的處理效果，故需停用或拆除。為滿足人員臨時(shí)登臨需求，可新增便攜式廁所滿足使用需求，有條件的可改造為電解式生活污水處理裝置。

4 結(jié)論

我國海洋油氣儲量豐富，增長潛力巨大，大力開發(fā)海洋油氣資源有利于緩解國內(nèi)能源短缺狀況，滿足經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，對進(jìn)一步完善國家能源戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整都具有重要意義。通過推廣海上在役平臺無人化改造，可以大幅削減人員費(fèi)、船舶租金、船舶燃料費(fèi)及直升機(jī)費(fèi)，節(jié)省操作費(fèi)15%~25%，提高油氣田生產(chǎn)開發(fā)效益；同時(shí)減少人員操作后，降低人員操作錯(cuò)誤造成的損失，提高自動化控制水平，可以消除設(shè)備故障引起的意外停機(jī)，降低維護(hù)時(shí)間，提高平臺的安全可靠性和智能化水平，實(shí)現(xiàn)海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)全生命周期降本增效，延長油氣田的經(jīng)濟(jì)年限，增加海上油氣田油氣累產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。