海上某平臺(tái)工藝系統(tǒng)無人化的設(shè)計(jì)

代齊加 肖宇 錢勇君(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在國際油價(jià)呈斷崖式下跌的環(huán)境下，提質(zhì)降本增效是企業(yè)扭虧為盈，在危機(jī)中求生存，在逆境中謀發(fā)展的重要舉措[1]。為降低開發(fā)成本、減少人員操作及設(shè)備維修費(fèi)用，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段，將海上某平臺(tái)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)為無人化生產(chǎn)模式，在滿足該平臺(tái)安全性、合理性和可操作性的前提下，保證工藝系統(tǒng)更簡單、配置更合理、設(shè)備更少、造價(jià)更低，是降低成本、增加效益的有效途徑[2]。

1 設(shè)計(jì)原則

某平臺(tái)采用全海式開發(fā)，距離中心平臺(tái)約10km，借助附近中心平臺(tái)的工藝流程及人力資源開發(fā)生產(chǎn)。平臺(tái)工藝系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)及狀態(tài)，經(jīng)過現(xiàn)場采集后，通過光纖通信傳至中心平臺(tái)中央控制室以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。同時(shí)，該平臺(tái)可接受中心平臺(tái)中央控制室的遙控指揮，替代操作人員完成相應(yīng)的指令，隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)[3]。在保證該平臺(tái)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全、符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、滿足配置需求的基礎(chǔ)上，通過簡化工藝流程、減少設(shè)備數(shù)量、優(yōu)化設(shè)計(jì)思路、選用自動(dòng)化和智能化程度較高的儀表以及可靠性強(qiáng)的光纖通信等措施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作可視化、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)傳控制，最大程度地延長人員登臨平臺(tái)巡檢及維保周期。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

平臺(tái)充分依托中心平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)自身的無人化設(shè)計(jì)，包括井產(chǎn)物流的處理、外輸、注水以及光纖通信。

該平臺(tái)設(shè)計(jì)為1座4腿簡易無人駐守平臺(tái)[4]，設(shè)有生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)。油井所產(chǎn)物流依靠電潛泵余壓通過10km的混輸海管輸送至中心平臺(tái)處理，注水則通過10km的注水海管從中心平臺(tái)輸送至該平臺(tái)。該平臺(tái)與中心平臺(tái)之間的控制系統(tǒng)通過海底光纖連接。

2.1 工藝系統(tǒng)簡易化及壓力等級(jí)分界最少化

平臺(tái)主工藝系統(tǒng)由原油和注水兩大系統(tǒng)組成。原油系統(tǒng)設(shè)備包括采油樹、多路閥、多相流量計(jì)、混輸海管，注水系統(tǒng)設(shè)備包括注水井、注水管匯、注水海管。兩大系統(tǒng)壓力等級(jí)均按照關(guān)井最大壓力設(shè)計(jì)，即：整個(gè)工藝系統(tǒng)壓力等級(jí)保持一致，以提高工藝系統(tǒng)的可靠性。由于工藝系統(tǒng)采用全壓設(shè)計(jì)，流程上不再設(shè)置PSV、BDV等泄放閥。

油井所產(chǎn)物流進(jìn)入多路閥，需要計(jì)量的油井經(jīng)過多路閥計(jì)量通道與多相流量計(jì)后，與其他油井物流匯合，通過混輸海管輸送至中心平臺(tái)。中心平臺(tái)處理合格的高壓注水，通過注水海管輸送至該平臺(tái)，經(jīng)注水管匯、注水井注入地層，如圖1所示。

圖1 無人化平臺(tái)工藝系統(tǒng)圖

2.2 排放系統(tǒng)簡易化

平臺(tái)設(shè)置有集開排、閉排、冷放空為一體的簡易式排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由開排管匯、閉排管匯、排放罐、排放泵、冷放空管匯組成。正常生產(chǎn)時(shí)，排放罐僅用于收集甲板雨水，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的高液位時(shí)，排放泵將自動(dòng)啟泵，將排放罐中的液體泵入混輸海管。

停產(chǎn)檢修作業(yè)時(shí)，排放罐將用于收集設(shè)備和管線的排放流體，待停產(chǎn)檢修作業(yè)結(jié)束后，再使用排放泵將排放流體泵入混輸海管。由于工藝系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)無連續(xù)天然氣泄放，排放罐出口設(shè)置的冷放空管匯，僅用于停產(chǎn)檢修或者設(shè)備維修作業(yè)時(shí)手動(dòng)泄放的天然氣放空，因此，冷放空管匯上不設(shè)置二氧化碳滅火系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 無人化平臺(tái)排放系統(tǒng)示意圖

2.3 海底管道環(huán)路設(shè)計(jì)

由于該平臺(tái)依托中心平臺(tái)開發(fā)生產(chǎn)，根據(jù)注水海管以及混輸海管的物流方向，在注水海管入口設(shè)置清管球發(fā)射器，在混輸海管出口設(shè)置清管球接收器，清管球發(fā)射器與清管球接收器均安裝在中心平臺(tái)。

考慮到該平臺(tái)原油具有高凝點(diǎn)、高含蠟的特點(diǎn)，同時(shí)為滿足混輸海管最小輸送量及應(yīng)急置換等需求，在該平臺(tái)上設(shè)置有注水海管與混輸海管相連通的兩條環(huán)路管線，A管路用于海管通球及內(nèi)檢測，B管路用于海管預(yù)熱、摻水與置換，如圖3所示?；谇骞芮虬l(fā)射器與清管球接收器的安裝位置、巧妙的環(huán)路設(shè)計(jì)以及兩條海管管徑規(guī)格的一致性，人員無需登臨該平臺(tái)，使用中心平臺(tái)的高壓注水即可完成兩條海管的通球、內(nèi)檢測以及混輸海管的預(yù)熱、摻水與置換作業(yè)。

圖3 無人化平臺(tái)海管通球、預(yù)熱、摻水及置換示意圖

2.4 工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及遠(yuǎn)程控制

無人平臺(tái)與中心平臺(tái)之間的控制系統(tǒng)如圖4所示。無人平臺(tái)設(shè)置三套控制系統(tǒng)，PCS、SIS1和SIS2。PCS執(zhí)行過程控制功能，SIS1執(zhí)行ESD和FGS功能，SIS2遠(yuǎn)程執(zhí)行海管應(yīng)急置換功能。中心平臺(tái)的中央控制室設(shè)置有該平臺(tái)的遠(yuǎn)程工程師站、OPC服務(wù)器、遠(yuǎn)程SIS。

通過海底光纖連接，同時(shí)，選用穩(wěn)定性高、故障率低、維護(hù)頻率低的儀表設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了該平臺(tái)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、監(jiān)控及遠(yuǎn)傳控制功能。無人化平臺(tái)與中心平臺(tái)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及遠(yuǎn)傳控制在遠(yuǎn)程操作站監(jiān)控畫面上，設(shè)置有該平臺(tái)的ESD緊急關(guān)停按鈕、報(bào)警指示及遠(yuǎn)程啟停軟點(diǎn)按鈕等功能，能夠始終保持對(duì)該平臺(tái)“動(dòng)所想動(dòng)、看所想看、有險(xiǎn)即關(guān)”的良好狀態(tài)。遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)包括：所有工藝系統(tǒng)設(shè)備的壓力、溫度、液位、流量、腐蝕速率，所有關(guān)斷閥、開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、井上安全閥、井下安全閥的開關(guān)狀態(tài)，多路閥閥位指示及運(yùn)行狀態(tài)，排放罐加熱器與排放泵啟停狀態(tài)。遠(yuǎn)程控制包括：所有關(guān)斷閥、開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、井上安全閥、井下安全閥的手動(dòng)控制和復(fù)位操作，電潛泵的啟停與頻率調(diào)整，油井計(jì)量，排放泵啟停。

圖4 無人化平臺(tái)與中心平臺(tái)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及遠(yuǎn)傳控制示意圖

3 結(jié)語

本著結(jié)構(gòu)簡單、自動(dòng)智能的原則，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、配置，選擇可靠性強(qiáng)、維保周期長的儀表設(shè)備，利用現(xiàn)代通信技術(shù)，引入人工智能技術(shù)，既保證了該平臺(tái)的本質(zhì)安全生產(chǎn)，又降低了前期投資成本及后期維保費(fèi)用。該平臺(tái)工藝系統(tǒng)的無人化設(shè)計(jì)，是低油價(jià)形勢(shì)下開發(fā)邊際油田降低成本、提升效益的有效舉措，對(duì)后期此類油田的開發(fā)建設(shè)具有較好的借鑒意義。