在役海上油气生产固定平台的少人化操作运营模式设计

童 理

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

1 设计范围

目前，在役井口平台的少人化改造处于探索和研究阶段，根据海上油（气）田特点与平台功能，优先考虑自动化程度高的海上气田井口平台，油藏与原油天然气物性稳定单一，尽量选取井口数量在10口以内的平台，平台无钻修井机设施，工艺流程相对较为简单，无多级的原油与水处理系统，无电站与压缩机、热站等大型机械设备，周边有可依托的有人平台用来实现少人化远程操作，所选平台最好与中心平台或陆地直接采用海底光缆通信。综上所述，在役井口平台的少人化改造应遵从“先气田后油田、先少井平台后多井平台、先易后难，逐步推广”的基本原则[1]。

2 设计基础

（1）提供在役平台的当前产量和后续生产预测指标、开发方式（注水/注气/注聚/热采）、开发井数、原油物性、伴生气和天然气组分及性质等。

（2）提供在役平台的平台位置、平台类型、结构形式、总体布置、处理流程及与周边依托设施的物流关系、消防与救逃生设施、机械设备表、空调配置和通风方式、供电方案与电气设备配置、仪控系统组成与配置、通信链路与带宽、现有的登平台方式、海管及海缆设计年限等。

（3）提供在役平台的生产操作现状及要求：投产时间、生产时率、人员配置；日常生产操作要求；生产远程监控要求，如油气嘴远程调节、远程遥控倒井计量、生产流程切换、设备远程状态监测、设备远程启/停与性能测试等；采油远程监控要求，如井筒化学药剂远程注入、电潜泵远程状态监测、启停和调频等；远程复产与流动安全保障要求，如远程开关井和海管置换等；巡检周期、巡检要求和维保策略；化学药剂和柴油自持周期、补给方式等[2]。

3 设计方案

3.1 生产流程在线监测及控制

3.1.1 工艺流程节点监测及控制

在役平台生产井、生产流程、公用系统流程关键节点处增加远传仪表和自动控制阀门，具体设计内容包括：如有远程调产需求，油气嘴应具备远程调节功能；如有远程倒井计量需求，单井计量应具备远程遥控计量功能；如有海管置换需求，应急置换流程应具备远程切换功能；生产井油压和套压应将压力信号送入中控实现在线监测；开排系统、闭排系统、化学药剂系统、公用仪表气系统、注水系统、海水系统进出口压力信号应实现远程监测；开排罐、闭排罐、化学药剂罐、公用仪表气储罐、柴油储罐液位信号应实现远程监测；生产流程上的控制阀门应具备远程复位和开启功能；公用气储罐排液阀及非危险区排海流程切换阀应设置带有阀位信号反馈功能的远程开/关阀[3]。

3.1.2 生产设备远程控制

在役平台如有远程复产需求，井口控制盘应具备远程复位和开启功能；现场重要设备如开排泵、闭排泵、化学药剂泵、应急置换泵、注水泵、海水提升泵及空压机的控制方式由手动启停升级改造为具备远程启停功能。

3.2 设备运行监控管理

3.2.1 中控系统及智能仪表诊断评估

在役平台部署中控及智能仪表诊断服务，采集中控系统以及现场基于HART协议的仪表和阀门的信号，对系统信息进行综合展示，掌握中控系统的运行状况，精准监控仪表阀门运行数据，实时监控仪表阀门的运行状态，实现对中控系统和智能仪表设备的预防预测性维护管理。

中控系统及智能仪表诊断评估内容包括：实时采集中控系统设备的基本性能数据、采集包括控制器、IO卡件、电源、通信模块、操作站的运行状态数据、控制网络在线状态监测、设备运行温度监控、控制系统设备数据可视化展示、控制器及系统网络负荷监控等信息，根据设备台账信息及运行状态信息应用中控系统健康管理的故障诊断模型算法进行诊断分析；采用中控系统组态数据库数据对比工具获取组态增量变化信息，根据因果控制逻辑关系以及因果逻辑控制策略制定其因果控制逻辑变更优化方案；自动扫描现场智能仪表及传感器并读取设备基本台账信息，实现包括远程组态修改以及变化记录跟踪的智能仪表远程组态管理，可实现对智能仪表进行初始设定、参数修改、组态自动记录，可实时、直观显示仪表所有变量值，并对现场智能设备的健康状况进行监测。

3.2.2 动设备状态监测

在役平台动设备如注水泵、空压机应加装振动/温度一体化传感器和振动加速度传感器，并通过通信模块引入相关工艺数据，采用“机理模型+数学模型”相结合的算法模型，搭建设备健康管理系统，实现对注水泵机组及空压机多参数、变工况状态下的智能预警和诊断；电潜泵应实现远程状态监测、远程启停和调频功能。

3.2.3 电气系统集成监控

在役平台应设置电源管理系统对电气系统实现远程控制及监测功能，电源管理系统应具备就地/远程两种操作和复位功能；满足生产和安全最低要求（涉及生产关停设备回路、22 kW及以上回路、照明伴热变压器进线回路）的低压负载回路塑壳断路器应根据操作要求配置电动操作机构，220 V应急电伴热开关应具备远程分合闸功能；主变压器、中低压配电盘应设置在线状态监测系统，并应具备数据远传接口；交流不间断电源运行数据应具备状态信息远传功能；雾笛导航系统应具备自动启动或远程启动功能；主开关间及应急开关间可配置简易式轨道巡检机器人，实现对各电气盘柜的参数远程监控。

3.2.4 HVAC设备监测及控制

对在役平台HVAC设备如空调、风机和风闸应实现运行状态远程监测，对HVAC关键设备应实现远程遥控功能；对关键电仪控制房间内的温湿度及压差信号应实现远程监测。

3.3 生产安全管理

3.3.1 视频监控及火气联动

在役平台CCTV视频监控系统应扩展可视覆盖范围，针对中控室、生产区、电气房间、应急机间、登临平台处等涉及生产安全的相关区域，在通信链路满足要求的前提下，确保视频监控的全覆盖；对登临平台处（防止外来人员非法登临）进行实时视频监控和智能视频分析，并与中控系统联动报警；平台周边应布置独立的溢油监测系统，对可能存在的溢油事故通过风险监控可视化进行及时预警；生产区域视频监控系统应实现与火气探测系统联动报警。

3.3.2 消防系统监测及控制

在役平台消防泵在性能测试期间应具备远程启停功能，消防泵运行状态应实现远程监测；消防系统关键节点压力信号应实现远程监测；对消防系统以及火气探测设备的探测范围进行评估，确保既能满足消防系统的标准规范要求又能满足现场火气设备的实际探测要求。

4 远程集成操控应用

典型远程集成监控系统拓扑图详见图1。

图1 典型远程监控系统拓扑

生产井及生产流程远程监控应用：集成DCS系统及应急关断远程操作功能，DCS系统可实现对远程接入的工艺参数进行实时监测，以及远程开关井、CV阀远程调节、远程倒井、设备远程启动等操作；紧急关断系统可实现远程关断、远程复位、远程置换等功能；实现依托设施对在役平台的实时监控，保证现有生产流程的正常运行。

设备远程监控及健康管理：集成调用海上动设备、电气系统、中控系统及仪表阀门的实时运行数据，实现机电仪表设备健康状态的实时监测、数据查询和运维决策。

远程安全监控：整合视频监控、火气探测、消防系统资源，实时调用海上视频、火气探测及消防系统数据，实现远程火气报警确认、远程应急消防保护、远程火区隔离等功能，对生产安全系统数据进行集中展示和统一管控。

远程复产应用：在依托设施关停引起在役平台被动停产时可进行远程复产，包括将关断造成的电气脱扣进行远程合闸操作，同时对生产设备如井口控制盘安全阀、工艺设备、开闭排泵、化学药剂泵、生产流程关断阀进行远程启动及复位操作。

5 少人化操作运营模式设计安全风险分析

（1）远程控制风险：平台存在远程控制、应急关断、火气监控、CCTV监控等系统可靠性风险。实施方案：生产流程主体未做改动，将原流程的生产计量管汇改为多路阀，在流程上增加了相关监测仪表和阀门以满足自动倒井和远程监控要求，整个生产流程ESD控制逻辑和层级没有变化，平台所有区域、重要设备和电气房间设置CCTV和火气探测设备，在依托平台设置远程监控站和应急手操盘实现远程监控，确保远程控制的可靠性。

（2）作业人员登离平台风险。登离平台设施存在稳定性风险；实施方案：设置遥控吊桥且配置相关的绞车系统对其进行保护。

（3）作业人员滞留平台风险：长期作业井作业、大型维修作业等涉及住宿、生活供给、消防、救逃生、通信风险。实施方案：平台少人化改造保留生活楼及生活污水处理设备、消防、救逃生、通信设备的正常配置和基本功能，并进行定期的维护保养，确保在极端突发天气情况下启用原有生活楼和附属设备（淡水、热水、生活污水等），保障作业人员供给需求。

（4）外来人员非法登临风险：平台所在海域渔民非法登台事件多发，渔民登台后偷盗柴油、设备等行为可能导致平台设备、生活楼遭到破坏，影响生产安全。实施方案：在登临平台处设置防入侵系统，新增室外防爆扬声器和防爆红外高清摄像头，将防登台水喷淋管线手阀改为电动阀，具备远程控制和驱离功能。

（5）安全管理风险：应考虑因各种原因导致人员滞留平台的风险，建议制定相应的应急措施，并针对有人作业制定专门的作业程序安全管理文件；确保在有人滞留情况下按照作业公司的管理流程和规章制度执行。

（6）生产作业风险：由于油藏配产数据变化、油品物性变化、设备设施特性的变化，导致生产和维修作业频繁。实施方案：建议密切跟踪配产、油品物性和设备条件的变化，及时对生产流程和设备设施进行必要的改造升级。

6 结束语

本设计方案运用高集成度的数字化采集方式、可靠的智能监测技术、生产区域全覆盖的视频监控系统、完善的消防安全系统及可视化的火灾探测技术，使在役海上油气生产平台满足远程集中监视、安全生产管理和运营操控的使用要求，通过生产辅助操作的方式对设备进行统一监控管理，提高设备可靠性，降低维护频率和人工巡检频率，进而大幅提高海上平台自动化水平和远程操作能力，通过改变现有海上油气田生产操作和管理模式，实现生产操作集中监控和远程协同决策支持，达到对在役海上油气生产平台降本增效、安全管控的目的。■