应用智能机器人保障转油站无人值守的探索

大庆油田有限责任公司第二采油厂

目前采油二厂已建成了规模庞大的油气生产系统，随着生产规模的不断扩大，对生产用工的需求也在逐渐增多，全厂人力资源紧张的矛盾日渐凸显。另外根据开发安排，未来几年还将增加上千口油水井，人员的需求量将进一步增大，在自然减员的大形势下，若仍采用现有的建设和管理模式，人力资源将严重不足。只有加快推进数字化建设，提高生产控制能力，转变管理方式，才能进一步提高人力资源的利用效率，满足未来油田发展的需要。

通过实施油田数字化建设，将工作由高频、手动，人工向适度、自动、智能转变，在确保生产经营管理水平稳步提升的前提下，最大限度地降低员工劳动强度，提高劳动生产效率。通过信息化管理，促进生产组织模式和劳动组织结构优化，提升科学决策和管理水平。

1 油气生产数字化建设目标

（1）提供生产依据，提高管理水平。对各类参数变化规律进行分析，及时掌握生产运行工况，及时制定措施，实现精细化生产；对生产计划、任务、趋势等生产动态进行跟踪，及时提供决策依据。

（2）整合管理要素，优化管理模式。实现值守、巡检和维保专业化，技术和后勤保障专业化，小队、班组适应信息化模式重组转型，变看护管理为智能化管理。

（3）优化劳动组织结构，提升管理效率。通过井、中小型站场区域巡检、无人值守，大型站场集中监控，达到员工集中管理、运行集中控制、数据集中处理。

2 转油站无人值守模式存在的安全风险

转油站是集输系统中二级布站或三级布站的中间站，主要功能是对站外来液进行油气分离并转输至脱水站进一步处理。主要工艺如图1所示。

考虑到转油站处理介质含油气等易燃易爆介质，事故的损失和危害均较大，实施无人值守的风险高、难度大等因素，目前油气生产数字化建设在转油站仍采用有人值守模式。转油站实施无人值守模式风险主要有以下几个方面：

图1 转油站工艺流程示意图Fig.1 Schematic diagram of oil transfer station process flow

（1）在无人值守的情况下，无应急的事故流程，转油站内可能出现易燃液体从容器中溢出、天然气输送管道超压等异常危险情况[1]。冬季时，前后端工艺管道可能出现原油凝固冻堵，导致所辖井及站场的停产。

（2）站内工艺设施已建成，新增仪器仪表安装因工艺设施结构[2]、安装空间以及开孔动火等因素，造成施工风险高，难度大，使转油站内部分生产参数采集、执行设备无法安装，无人值守模式下无法有效监控生产运行状况，建设及生产运行中存在安全风险。

（3）目前油气生产数字化建设仅设置了对机泵及加热炉等站内核心设备运行中的安全保护，对各类机泵、加热炉本身未实现较为完整的监护，在设备本身故障时难以及时发现，易造成全站停产，可能发生原油、天然气等可燃物质泄漏甚至火灾爆炸等安全风险。

（4）转油站外输、掺水、热洗工艺流程控制基本为手动，控制力不足[3]。在日常工艺参数调整或特殊工况下的紧急处置时，无法实现远程及时控制[4]，严重时可能出现易燃液体从容器中溢出、天然气输送管道超压等异常危险情况，甚至发生爆炸、火灾等严重的安全事故。

（5）目前油气生产数字化建设主要参照《油气田地面工程数据采集与监控系统设计规范》、《大庆油田原油生产站场集中监控设计规范》等标准及规范，但在实现转油站无人值守方面均未做相关规定，同时缺少技术应用及设计经验。

3 智能巡检机器人的应用探讨

3.1 智能巡检机器人的功能及构架

智能巡检机器人具备图像识别、红外热成像、声音识别、气体状态检测等功能，能够在工业环境下完成生产运行的监控、报表录取、工况风险识别等工作[5]。同时，自身运行具备制图定位、导航和避障功能，可完成日常自动巡检、数据读取、安防等工作。智能巡检机器人的基本组成及功能如图2所示。

图2 智能巡检机器人基本组成及功能示意图Fig.2 Schematic diagram of basic composition and function of intelligent patrol robot

智能巡检机器人的基本架构如图3所示。

图3 智能巡检机器人架构示意图Fig.3 Schematic diagram of intelligent patrol robot architecture

通过远程的平台支持，在转油站可实现日常巡检、值守，生产数据数字化，安防管理，工艺泄漏监测以及设备监护等功能，进而降低转油站运行的安全风险，实现无人值守。

3.2 智能巡检机器人在无人值守转油站的应用

智能巡检机器人能够在工业环境下实现生产运行监控、数据读取、安全防护功能，并通过制图定位、导航和避障功能完成生产值守、巡检等工作。其在转油站无人值守模式的应用主要包括：

（1）生产数据数字化。智能巡检机器人使用图像识别技术，实现生产所需各类指针式仪表、数字式仪表数值的智能读取，完成数据的分类记录、存储；通过站内网络与站库系统数据整合，补充系统数据的不足，形成完整的电数字格式数据。应用智能巡检机器人可以有效弥补生产参数检测的不足，解决因现场实际条件限制传感器无法安装，导致生产运行监控不足的问题，最大限度地减少了改造对生产的影响，降低了生产运行风险及实施无人值守的难度。

（2）安防管理。智能巡检机器人使用图像识别、人脸识别技术[6]，实现油田生产人员、外来人员及其他物体的智能识别，数据上传安防系统，对各类人员的出入情况形成完整日志和图像等信息的备份，对异常闯入情况进行报警，提高站场安防的能力，降低生产安防风险及实施无人值守的难度。

（3）工艺泄漏监测。智能巡检机器人使用泄漏状态检测技术[7]，可对站场内各种介质泄漏进行监测，通过系统形成生产监测日志，预判风险等级，进行及时的远程报警，可以有效弥补油气生产数字化建设对生产泄漏工况检测的不足，降低了生产运行安全风险及实施无人值守的难度。

（4）工艺设备监护。智能巡检机器人使用红外热成像、声音识别等技术，对机泵的运行温度、震动情况进行监测，完成设备运行数据的分类记录、存储，并形成生产检测日志，实现了对机泵运行有效监测，进一步实现故障的预判，及时发出预警，有效避免设备损坏及生产事故。

另外，智能巡检机器人使用可视化温度识别技术，实现转油站变压器运行油压、温度，配电屏内母线、开关的温度等变配电主要设备运行参数的监测[8]，完成设备运行数据的分类记录、存储，并形成生产检测日志，在设备异常运行时及时报警，提高了设备故障排查、维护效率，可有效避免电气设备损坏及供电事故。

（5）日常巡检及生产值守。智能巡检机器人使用制图定位导航[9]、智能避障技术，通过高通过率的地盘设计，正常情况下按照预定程序在站内进行自由巡检，巡检后回到值班室值班，监控站库系统运行，当系统异常时及时报警，替代了员工的巡检值班工作。

3.3 无线通信网络

智能巡检机器人可使用5G通信或建立站内局域无线网络实现数据通信。为了降低外网入侵风险及相关保密要求，可在站内自行搭建无线通信网络，实现站内无线通信覆盖[10]，费用估算为5.04万元。主要建设内容如表1所示。

表1 无线网络费用测算Tab.1 Cost calculation of wireless network

3.4 费用测算

在转油站内采用单个智能巡检机器人，并建立机器人的管理平台，同时站内进行各房间之间廊桥搭建，室外地面平整处理等场地辅助设施进行完善，即可保障无人值守转油站运行。该模式的基本投入约132.08万元。具体投入统计如表2所示。

表2 智能巡检机器人费用测算Tab.2 Cost calculation of intelligent patrol robot

4 认识

转油站是油田生产主要单元之一，具有影响安全运行的因素多、风险高，事故损失大、破坏性强的特点。通过应用智能巡检机器人保障转油站无人值守的分析研究，取得了以下几点认识：

（1）智能巡检机器人可弥补无人值守模式下数据采集不全的不足，可以替代人工巡检和值班。

（2）智能巡检机器人对生产环境的适应能力较强，可以在不同工况和基础设施条件下运行，不需对站场进行大规模改造。

（3）可根据需要配置不同的传感器，通过移动方式解决特殊节点、特殊生产参数的检测。

（4）可以作为无人值守转油站的运行保障，降低无人值守模式下安全运行风险。