钻井及船舶作业管控系统研究

何 芳，吴文成，胥晓晴，山镇铭

（1.红有软件股份有限公司，新疆 克拉玛依 834000；2.中国海洋石油服务股份有限公司船舶事业部，河北 廊坊 065201）

随着信息技术的不断普及，中海油服钻井平台及船舶作业管理向网络化、数字化、智能化方向发展。必须建立一个与之相适应的“钻井平台及船舶作业管控系统”，实现海上油田作业管理的标准化、智能化。钻井平台及船舶作业管控系统以中海油服2艘新建的LNG船、1个钻井平台为示范场景，借助工业互联网应用环境，实时采集钻井平台作业动态信息、船舶作业动态信息，实现对钻井作业与船舶作业的远程可视化科学管控，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障管理需要。更高效率、更加精准地优化现有生产和服务资源。

本系统基于云计算、微服务架构进行系统设计与实现，遵循中国海油集团公司信息化建设统一标准，遵循集团公司及中海油服钻井作业管理、船舶作业管理体系文件各项要求，在海油云环境上集成部署。系统打破以往管理部门各自为政、业务部门缺乏协同、生产信息不能共享的局面，实现生产运营数据实时采集、高度共享，实现船端数据与岸基系统的互联，实现生产数据、作业动态、经营数据多专业多角度集成分析决策，有效提升了中海油服钻井、船舶作业管理的智能化水平。

1 解决方案研究

1.1 系统总体架构设计

系统采用云计算、微服务总体技术架构。总体技术架构采用云计算架构，改变以往烟囱化、孤岛化、功能高度耦合的传统设计理念，对复杂系统进行分层解耦[1]。其中基础设施分为船端和岸基2部分，船端独立部署，岸基依托海油云集中管理，传输网借助海油海陆天地一体化的工业互联网环境；数据资源层集中汇聚中海油服生产、管理、经营数据，从自动化采集、传输，到数据处理、治理、数据组织、数据服务，实现对中海油服数据资源的集中管理和综合应用；应用服务层采用微服务架构，由业务中台、数据中台、技术中台、应用中台、安全中台等各类微服务网关联结的综合服务平台构成；门户层以油服公司、事业部及船舶用户等不同用户角色，以及PC端、移动端等不同终端场景定义统一的工作平台入口与服务入口。保障体系包括相对较成熟的运维管理、安全管理、标准规范、保障制度4方面内容。

应用服务层采用微服务架构进行设计开发，其中作业管控应用服务按照钻井、船舶作业管控业务功能进行细粒度的微服务化（组件化）设计，依据平台的业务服务需求和微服务标准，对服务进行细粒度拆分[1]，改变以往烟囱化、孤岛化、功能高度耦合的传统设计理念，体现中海油服公司及作业管控应用服务层的高内聚、低耦合、高伸缩性、高扩展性、灵活配置、快速部署等特点[2]。

数据层包含组织和数据管理资源的逻辑与物理数据资产，显示了如何管理和共享钻井、船舶信息资源，用以决策支持，最大限度地发挥数据的价值。数据组织分为数据采集管理平面（OLTP）与大数据分析平面（OLAP），数据层为业务分析应用提供可靠的数据源，构建应用系统协同，为处理和辅助决策提供高效支撑。系统总体架构如图1所示。

1.2 系统功能架构设计

1．2．1 系统功能

钻井平台及船舶作业管控系统功能包括钻井平台作业管控、船舶作业管控、岸基支持、统计分析、运行监控5个功能模块，实现作业动态可视化监控、异常报警、统计分析、船岸交互等功能，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障的管理需要。系统功能架构如图2所示。

图1 系统总体架构图

图2 系统功能架构示意图

1．2．2 数据流程说明

数据获取采用3种方式，分别是人工录入、传感端数据自动采集、系统数据对接。对数据进行准确性验证和数据传输，保障数据的准确性和安全性，用过PaaS平台接口，进行物理保存。根据不同的权限，对数据进行审核，审核通过后将状态修改保存到数据库。通过钻井与船舶作业管控系统，对数据进行查询统计和可视化展示。系统数据流程如图3所示。

图3 系统数据流程图

2 系统功能开发

2.1 船舶作业管控

2．1．1 船舶作业与动态信息

集成所有相关船舶作业动态信息，并通过电视墙的综合显示，实现对船舶日常生产组织、监控及应急保障的管理。

在海图上点击单船，可实时显示包括AIS船舶动态信息资料、GPS信息、主机等动力设备运行状况等信息，以及显示船舶的作业动态，包括航行、巡航待命、靠泊码头、靠泊海上设施、航修、厂修、停航、停泊、锚泊等状态[3]。

对于不同船舶动态，系统能够智能查询与其相对应的信息。主要包括：对在航运营船舶查询作业任务、作业海域、即时作业状态、航行或锚泊动态、船员信息、油水及散料信息以及航次计划等；船舶避风或目的地的变更、ETA延误2 h及超过其正常作业区域5 n mile以上时，系统自动报警；“航修和厂修”中可查询船舶位置、修船方名称、修船计划、修理内容、预计完成时间等；对“停航”中的船舶可查询停航原因、预计起租或其他计划安排[3]。

自动抓取的船舶动态及载货信息（载货信息来自舱室感应探头），包括航程、航时、航速、油水存量、甲板货物量及散料货物量，形成《船舶日报表》《船舶航次报表》，并通过邮件自动发送给船舶调度室、作业者及相关方。

船舶日报在船舶调度室自动汇总形成作业公司日报表、《HSE工作周报》并自动转发给相关领导及管理人员或科室等。系统自动识别和搜集船舶航次报表中的相关作业信息及类别等，如靠泊海上设施、抛起锚、拖航、提油支持、破冰、ROV支持、酸化压裂、拖轮固井等作业活动类型及作业量，并将数据信息与在船船员的作业服务履历相关联，形成船员作业履历的记录档案。实现对船舶关键区域的监控，并对视频内容进行智能化人脸识别分析，及时发现人员违规操作并进行报警。

2．1．2 大型（特殊）作业

自动采集船舶作业类别信息，在海图上可显示正在进行大型（或特殊）作业的船舶，集中显示所有从事大型作业船舶的名单，用鲜明的颜色予以标识。

系统具有语音识别功能，人员说出船名，系统可以自动显示该从事大型（或特殊）作业船舶作业的详细信息，主要包括作业动态、设备状况、水文气象、作业进度、问题与需求和项目预计完成时间等。

自动搜集航向、航速、拖航阻力、风向、风速、船舶摇摆、气象预报，并自动识别作业状态等，自动汇总形成《船舶大型作业情况统计表》、日报，自动发送给相关部门及人员，并自动及归档。

《特殊作业船舶定时动态报告》包括船舶名称、起拖时间、报告时间、船位、风向、风速、浪高、拖缆长度、拖力、剩余航程及预计到达时间等。

2.2 钻井作业管控

2．2．1 视频智能分析

系统可实现对钻井平台关键区域、钻井设备运行状况、泥浆罐区、钻机、海底的视频监控等，并对视频内容进行智能化识别分析，及时发现安全隐患事件并进行报警。

2．2．2 平台操作安全监测

系统可实现对钻井平台操作动态的实时监测，包括压载和卸载平衡管理、甲板负荷布置、液体舱室液位监测及预测，关键阀门状态及水密门状态监测，锚机张力和DP系统监测，火气系统和消防系统状态监测，作业时水下设备及钻井关键操作和关键参数监测等。

2.3 岸基支持

岸基支持通常包括船舶急需，设备故障异常维修及额外作业需求的提交、审核、批准等。

船舶客户端需求支持包括配件、物料及航海图书资料等的采办，异常设备故障维修，体系内审、外审不符合项的纠正，安全、防污染管理需求，人员异常调整，船舶运营中需要与作业者进行针对性沟通等。提交《相关需求表》，自动识别相关需求的类别、涉及的职能部门和人员、智能推送[4]。

岸基各职能部门根据相关管理流程录入、审核、批准并由系统智能推送，跟踪整改进度及通报，完成后自动生成封闭记录。

2.4 运行监控

系统通过采集船上的GPS位置、计程仪的速度及电罗经的航向等信息来监控船舶的动态信息数据，以此判别船舶的作业动态是否安全。

船舶动态数据信息链接集成包括GPS、计程仪、电罗经、风向风速仪、船舶3个维度摇摆数据等；进入安全区的航速超过4 kn时系统自动报警及语音提示；至海上设施靠泊处不少于1.5～2.5倍船长（取决于风流海况）为船舶试靠泊点。届时系统将自动语音提示，船舶接近到海上设施10 m时，航速应降到0.5 kn以下，否则，系统自动报警及语音提示。

实现岸基对船舶动态信息数据采集。数据信息自动演算，形成模拟数据并在显示系统实时显示船舶动态。船舶动态自动监控和警示包括实现对在海上设施500 m安全区内靠泊作业的船舶动态进行实时自动监控，对违规船舶的船舶进行自动警示[4]，并提示岸基管理人员通过船上的视频监控进行现场验证，及时发出人工提示。

2.5 统计分析

收集船舶作业数据，处理钻井平台作业与船舶作业过程中产生的各类资料及报表，支持数据统计及自动汇总、分项查询、打印、导出等功能，为船舶作业远程可视化管控，实现作业动态可视化监控、趋势预判、异常报警、统计分析等功能，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障的管理需要。更高效率、更加精准地优化现有生产和服务资源，科学地进行生产作业管控，保证生产作业正常进行，满足精益安全生产的要求。

系统操作对象主要是船上的数据管理员，他们对作业数据进行数据采集，主要包括作业、物料、安全、设备。作业对象包括拖航作业、DP作业、巡航作业、提油、计划和实际航行航次、大型作业；物料对象包括自耗、外供、现存、加载（油气水）、水泥等；安全对象包括人、操作、设备、预案；设备对象包括主机运行、船舶运行。船上数据采集管理员、船长和轮机长、作业公司、事业部等用户通过作业采集的数据进行作业分析，提升作业效率和作业质量。作业公司在岸端接收船上数据能有效监控船上作业动态，进行趋势预判。船舶事业部用户通过作业公司统计分析后的数据进行管理决策。

3 结语

随着信息技术的快速发展，云计算、微服务架构成为当前业界流行的软件架构设计方案。设计注重层间的松耦合与应用封装的高内聚，通过对业务对象的抽象内聚，组件化服务模块，统一服务调用，突出拓展性、稳定性、复用性及可配置性，降低了维护成本和开发成本，使得系统变得更轻量化，能够满足业务不断的变化带来的架构挑战。

钻井平台及船舶作业管控系统借助海油云船岸一体化智能平台及智能船舶系统，自动采集船舶作业过程中的各类信息，多种维度分析统计、趋势预判。根据工作状况及时进行分析，变被动管理为主动管理，更高效率、更加精准地优化现有生产和服务资源，科学地进行生产作业管控，保证生产作业正常进行，满足精益安全生产的要求。