海上某平台工艺系统无人化的设计

代齐加 肖宇 钱勇君(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在国际油价呈断崖式下跌的环境下，提质降本增效是企业扭亏为盈，在危机中求生存，在逆境中谋发展的重要举措[1]。为降低开发成本、减少人员操作及设备维修费用，利用现代科学技术、网络技术等手段，将海上某平台工艺系统设计为无人化生产模式，在满足该平台安全性、合理性和可操作性的前提下，保证工艺系统更简单、配置更合理、设备更少、造价更低，是降低成本、增加效益的有效途径[2]。

1 设计原则

某平台采用全海式开发，距离中心平台约10km，借助附近中心平台的工艺流程及人力资源开发生产。平台工艺系统的设备参数及状态，经过现场采集后，通过光纤通信传至中心平台中央控制室以实现数据互通。同时，该平台可接受中心平台中央控制室的遥控指挥，替代操作人员完成相应的指令，随时调整生产状态[3]。在保证该平台工艺系统本质安全、符合设计标准和规范、满足配置需求的基础上，通过简化工艺流程、减少设备数量、优化设计思路、选用自动化和智能化程度较高的仪表以及可靠性强的光纤通信等措施，实现生产操作可视化、数据远传、远传控制，最大程度地延长人员登临平台巡检及维保周期。

2 设计内容

平台充分依托中心平台以实现自身的无人化设计，包括井产物流的处理、外输、注水以及光纤通信。

该平台设计为1座4腿简易无人驻守平台[4]，设有生产计量系统、注水系统、排放系统。油井所产物流依靠电潜泵余压通过10km的混输海管输送至中心平台处理，注水则通过10km的注水海管从中心平台输送至该平台。该平台与中心平台之间的控制系统通过海底光纤连接。

2.1 工艺系统简易化及压力等级分界最少化

平台主工艺系统由原油和注水两大系统组成。原油系统设备包括采油树、多路阀、多相流量计、混输海管，注水系统设备包括注水井、注水管汇、注水海管。两大系统压力等级均按照关井最大压力设计，即：整个工艺系统压力等级保持一致，以提高工艺系统的可靠性。由于工艺系统采用全压设计，流程上不再设置PSV、BDV等泄放阀。

油井所产物流进入多路阀，需要计量的油井经过多路阀计量通道与多相流量计后，与其他油井物流汇合，通过混输海管输送至中心平台。中心平台处理合格的高压注水，通过注水海管输送至该平台，经注水管汇、注水井注入地层，如图1所示。

图1 无人化平台工艺系统图

2.2 排放系统简易化

平台设置有集开排、闭排、冷放空为一体的简易式排放系统。该系统主要由开排管汇、闭排管汇、排放罐、排放泵、冷放空管汇组成。正常生产时，排放罐仅用于收集甲板雨水，当达到设定的高液位时，排放泵将自动启泵，将排放罐中的液体泵入混输海管。

停产检修作业时，排放罐将用于收集设备和管线的排放流体，待停产检修作业结束后，再使用排放泵将排放流体泵入混输海管。由于工艺系统正常生产时无连续天然气泄放，排放罐出口设置的冷放空管汇，仅用于停产检修或者设备维修作业时手动泄放的天然气放空，因此，冷放空管汇上不设置二氧化碳灭火系统，如图2所示。

图2 无人化平台排放系统示意图

2.3 海底管道环路设计

由于该平台依托中心平台开发生产，根据注水海管以及混输海管的物流方向，在注水海管入口设置清管球发射器，在混输海管出口设置清管球接收器，清管球发射器与清管球接收器均安装在中心平台。

考虑到该平台原油具有高凝点、高含蜡的特点，同时为满足混输海管最小输送量及应急置换等需求，在该平台上设置有注水海管与混输海管相连通的两条环路管线，A管路用于海管通球及内检测，B管路用于海管预热、掺水与置换，如图3所示。基于清管球发射器与清管球接收器的安装位置、巧妙的环路设计以及两条海管管径规格的一致性，人员无需登临该平台，使用中心平台的高压注水即可完成两条海管的通球、内检测以及混输海管的预热、掺水与置换作业。

图3 无人化平台海管通球、预热、掺水及置换示意图

2.4 工艺系统数据远传及远程控制

无人平台与中心平台之间的控制系统如图4所示。无人平台设置三套控制系统，PCS、SIS1和SIS2。PCS执行过程控制功能，SIS1执行ESD和FGS功能，SIS2远程执行海管应急置换功能。中心平台的中央控制室设置有该平台的远程工程师站、OPC服务器、远程SIS。

通过海底光纤连接，同时，选用稳定性高、故障率低、维护频率低的仪表设备，实现了该平台稳定的数据远传、监控及远传控制功能。无人化平台与中心平台数据远传及远传控制在远程操作站监控画面上，设置有该平台的ESD紧急关停按钮、报警指示及远程启停软点按钮等功能，能够始终保持对该平台“动所想动、看所想看、有险即关”的良好状态。远传数据包括：所有工艺系统设备的压力、温度、液位、流量、腐蚀速率，所有关断阀、开关阀、调节阀、井上安全阀、井下安全阀的开关状态，多路阀阀位指示及运行状态，排放罐加热器与排放泵启停状态。远程控制包括：所有关断阀、开关阀、调节阀、井上安全阀、井下安全阀的手动控制和复位操作，电潜泵的启停与频率调整，油井计量，排放泵启停。

图4 无人化平台与中心平台数据远传及远传控制示意图

3 结语

本着结构简单、自动智能的原则，通过优化设计、配置，选择可靠性强、维保周期长的仪表设备，利用现代通信技术，引入人工智能技术，既保证了该平台的本质安全生产，又降低了前期投资成本及后期维保费用。该平台工艺系统的无人化设计，是低油价形势下开发边际油田降低成本、提升效益的有效举措，对后期此类油田的开发建设具有较好的借鉴意义。