单立柱系泊生产平台通信系统研究

王东，朱为全，刘超，申辉，刘波

（1.北京高泰深海技术有限公司天津分公司，天津 300451；2.北京高泰深海技术有限公司，北京 102209；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在我国的浅水海域（主要在渤海），已探明很多边际油田。所谓边际油田，是指那些探明储量较小（单个油田可采储量大约在10～200 万t之间）、地理位置分散且与其他大油田的距离较远、采用传统开发模式经济效益较差的油田。针对浅水边际油田，我国已成功采用了“三一”和“蜜蜂式”两种开发模式，并实现了很好的经济效益。

现有的已使用的边际油田采油系统或在设计中并没有一种系统能够同时满足以下所有需求：1）针对单个孤立的浅水边际油田，采用一套系统能够同时具备修井、生产、动力、储油、外输、生活所有功能，同时设施数量尽可能少，投入成本尽可能低；2）正常工作状态下可同时进行修井，而不需要停产；3）储油的空间足够大，可达到1～3万t；4）抵抗恶劣海洋环境能力强，能够抵挡50年一遇海况，并且在一年一遇的海况下不停产；5）面对100年一遇的极端恶劣海况时，可进行快速解脱。

针对这项需求，本文提出一种紧凑型浅水立柱式修井生产储卸油系统的概念，即单立柱式井口单点系泊系统，专门针对单个孤立的浅水边际油田的开发。通信系统作为单立柱系泊生产平台的神经系统，对整个系统起到了至关重要的作用，通信系统的实时性、安全性、稳定性也受到了极大的关注。

1 单立柱系泊生产平台简介

单立柱系泊生产平台（SCM）依托浮式液化天然气生产储卸装置（FPSO）进行生产，单SCM与FPSO通过软刚臂连接，FPSO以SCM为圆心，以软刚臂为半径，围绕SCM旋转。SCM共设有6口生产井，产出液经多路阀后进入多相流量计进行计量，计量后的流体通过管道输送至FPSO进行下一步处理，总体方案示意图如图1所示，详细的连接方式如图2所示。

图1 总体方案示意图

图2 SCM单点系泊系统

2 单立柱系泊生产平台通信系统

单立柱系泊生产平台属于海上边际油田开发设施，其通信系统具有海洋石油平台通信系统的所有功能，海洋石油平台应有的通信系统及功能如表1所示。在本项目中考虑到SCM属于无人设施且与FPSO通过软刚臂连接，所以SCM和FPSO可视为一个整体，在FPSO上设置所需完整的通信系统，SCM和FPSO的通信系统可共用，实现SCM和FPSO之间的内部通信即可满足单立柱系泊生产平台的通信需求。

表1 海洋石油平台通信系统一览表[1]

传统系泊系统中FPSO和海洋平台之间的通信是通过光纤来实现的，海洋平台的海底光缆从底部进入单点系统，在滑环堆栈系统设置光纤滑环，通过滑环进入FPSO的通信系统，实现信号的实时传输。本系统中的滑环堆栈系统位于SCM下方，滑环支腿的内部空间用于井口生产，光缆无法进入支腿内部，同时因为滑环内径超过φ2500 mm，现有技术无法完成光纤滑环的制造，因此本实例不能采用光纤传输信号。为解决FPSO与SCM的信号传输问题，保证信号传输的安全性、稳定性、实时性，本实例设置了信号滑环，信号滑环采用8芯的CAT-5网线传输信号，在滑环堆栈系统的定子和转子内分别设置网线接线箱，为保证网络信号经过滑环时的稳定性，需在网线接线箱中设置信号放大器（发送器，接收器），网线从SCM接入滑环定子上的接线箱，相关信号经过放大后进入信号滑环，经滑环后进入转子网线接线箱的信号放大器，经二次放大后进入FPSO的通信系统。FPSO上的信号也可通过此路径进入到SCM的通信系统。

但由于滑环的质量较大，在保证支腿安全的条件下仅能设置1套信号滑环，无法实现信号传输的冗余。为实现信号传输的冗余，在SCM与FPSO之间设置一套独立的无线通信系统。

3 通信系统无线传输技术的选用

本实例通信系统还有自己的独有特点：1）传输距离较近，从SCM顶层甲板面到FPSO的船头约为50～80 m；2）传输数据量大、传输速率要求高，闭路电视监控信号、电话信号、广播报警信号、仪表监控信号、火气监控信号等都要传输到FPSO的中控室，同时FPSO的中控室还能对SCM上的设备进行启动、关停等操作，因此信号传输的上行及下行带宽均能小于50 MB/s；3）传输终端位置不固定，FPSO围绕着SCM不停地旋转。

图3 SCM 通信系统框图

针对以上通信特点，对常用的无线通信技术的传输速率、传输距离、功耗、安全性和价格进行了比较。微波通信（Microwave Communication）是目前海洋平台最常用的技术，但由于FPSO是围绕SCM旋转的，导致其无法实现点对点的数据传输，不能满足本项目需求。蓝牙（Bluetooth）、紫蜂协议（ZigBee）和超宽频（Ultra WideBand）3种技术的传输速率太低，不能满足本项目需求。第六代无线网络技术（Wi-Fi 6）和第四代的移动信息技术（4G）在技术上满足本项目需求，但经调研，一套基于第四代的移动信息技术（4G）的接收和发射设备费用较高（约合人民币100 万元），最终本项目选择价格低廉的第六代无线网络技术作为无线信号传输方案。

表2 常见无线传输技术比较

4 结语

单立柱系泊生产平台作为一种新型的海洋石油生产装置，其通信系统必须满足国际海上人命安全公约和固定平台安全规则等多种规范的要求。通信系统作为单立柱系泊生产平台信号传输的通道，具有规模小、种类多、系统控制关系复杂等特点，因此要求在FPSO上设置全套通信系统，包括卫星地球站、电话系统、广播娱乐报警系统、监视系统、全向无线电信标机、海事卫星、甚高频调频无线电话（VHF-FM）、甚高频调幅无线电话（VHF-AM）、特高频调频无线电话（UHF-FM）、短波单边带无线电台、应急无线电设备、气象系统等系统，单立柱系泊生产平台通过网线和Wi-Fi 6与FPSO进行双向通信，这样既符合了相关规范，又能大大节省成本。