在役海洋石油平臺智能化升級改造技術(shù)展望

張海波* 李 凱 劉恕平

（海洋石油工程股份有限公司）

0 前言

21 世紀(jì)以來，全球幾個重要的石油公司，如雪佛龍、BP、殼牌、挪威國家石油公司等都開啟了智能油氣建設(shè)的探索作業(yè)，并且部分國際石油公司已經(jīng)陸續(xù)完成了單個石油平臺的智能化建設(shè)項目。近年來，全球油價并不穩(wěn)定性，這也對智能化油田建設(shè)項目提出了更高的要求。

海洋石油平臺的智能化改造是發(fā)展“智慧油田”的重要環(huán)節(jié)，目前從已經(jīng)完成的海洋石油平臺智能化改造項目（如恩平智能化油田改造項目）的結(jié)果來看，平臺的智能化改造基本上處在起步階段，一些高新技術(shù)企業(yè)的智能化設(shè)備在陸地上應(yīng)用較多，而在海洋石油平臺上的應(yīng)用還相對較少[1]。

1 智能化改造新技術(shù)介紹

隨著5G 技術(shù)不斷發(fā)展，將5G 技術(shù)與“智慧油田”以及平臺的智能化改造相融合，將會是未來的主要發(fā)展方向。海洋石油平臺的智能化改造技術(shù)主要包括智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)、智能檢修及遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)、電網(wǎng)智能保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)、電力數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)改造、平臺智能監(jiān)控及可視化改造技術(shù)、智能巡檢及自動控制應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)及動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等[2]。

目前，在渤海油田和南海一部分石油平臺正在進(jìn)行的改造項目，也在逐漸應(yīng)用部分新技術(shù)，表1 列出了部分改造的新技術(shù)應(yīng)用情況。

表1 部分智能化改造項目新技術(shù)應(yīng)用情況

智能化改造新技術(shù)的應(yīng)用具有廣闊的應(yīng)用前景，但是目前的技術(shù)仍不夠成熟，海上油氣田設(shè)備種類眾多、結(jié)構(gòu)管線復(fù)雜，且在役平臺在多年的運營過程中大多經(jīng)過多次維修改造，使得施工時的可操作空間有限，海洋環(huán)境的影響也給設(shè)備的安全運行帶來很大的挑戰(zhàn)。智能化平臺的改造技術(shù)及應(yīng)用還有很長的一段路要走，該技術(shù)的研究需要與具有相關(guān)專業(yè)知識背景的高等院校聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，需要和一些高新技術(shù)企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的研發(fā)，設(shè)備以及集成系統(tǒng)在海洋環(huán)境運行可靠性以及數(shù)字化技術(shù)更新迭代的速度導(dǎo)致成本投入也帶來了一定的風(fēng)險[3]。

2 智能化改造的應(yīng)用案例

我國的海洋油氣田的智能化建設(shè)在智能化改造的大環(huán)境下穩(wěn)步推進(jìn)，一些智能化技術(shù)在也正在逐步得到應(yīng)用，如天津臨港海工基地正在建設(shè)的DIMS系統(tǒng)（外場組裝作業(yè)管理系統(tǒng)），流花16-2 項目安全管理智能化系統(tǒng)以及無人值守智能化平臺墾利3-2WPFB 組塊的成功就位，都是智能化技術(shù)在海洋石油領(lǐng)域應(yīng)用中的良好體現(xiàn)。

2.1 海洋石油平臺組塊樁腿應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

由于曹妃甸某石油平臺水平度存在問題，需要在該平臺8 根組塊腿上分別安裝4 臺光纖光柵應(yīng)力傳感器，并通過光纖連接后接入調(diào)試主機反饋應(yīng)變信號，實時監(jiān)測組塊腿的應(yīng)力變化情況。

導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)是通過監(jiān)測平臺組塊腿應(yīng)力來反應(yīng)其安全狀態(tài)，該系統(tǒng)主要分為傳感器子系統(tǒng)、信號采集傳輸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)三大部分。因此，需要在平臺各組塊腿上安裝相應(yīng)的應(yīng)力傳感器，連接線纜傳輸信號，并在平臺控制室安裝解調(diào)和控制設(shè)備，系統(tǒng)工作模式如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)工作模式圖

通過對平臺組塊腿進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，可以實時顯示組塊腿的受力情況，判斷結(jié)構(gòu)是否存在受力不均，結(jié)構(gòu)承載力是否達(dá)到極限等情況。采用應(yīng)力傳感器測量組塊腿應(yīng)變的變化值，并換算為應(yīng)力值。

工控機和顯示器放置于中控室內(nèi)，并連接電源，如圖2 所示。傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線纜通過終端盒與工控機背面的通道接口連接，實現(xiàn)收發(fā)信號實時控制監(jiān)測并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖2 儀器安裝示意圖

2.2 海洋石油平臺“岸電”技術(shù)應(yīng)用

目前，我國海上平臺主要采用以伴生天然氣或者原油作為燃料的自發(fā)電形式。自發(fā)電形式有效保障了海上油田開發(fā)及電力供應(yīng)，但也存在一系列問題，主要體現(xiàn)在：（1）與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組相比，海上自發(fā)電機組效率較低；（2）發(fā)電過程中產(chǎn)生了大量的溫室氣體和污染物；（3）進(jìn)口電機組居多，購買和維護(hù)成本高昂，同時容易被國外供應(yīng)商“卡脖子”，對國家能源安全產(chǎn)生威脅，可見圖3。

圖3 岸電智能化改造示意圖

為了落實關(guān)于渤海灣環(huán)保升級綜合治理和藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的要求，中國海油提出利用陸地大電網(wǎng)為海上油田生產(chǎn)供電的方案（簡稱“岸電”）。通過岸電替代油田自發(fā)電方式，可大幅削減海上溫室氣體和污染氣體的排放量。

為了保障海上平臺的供電可靠性，確保在各區(qū)域海上變電站至國家電網(wǎng)變電站之間線路發(fā)生故障的情況下仍然能夠為海上平臺供電，通過“岸電”技術(shù)，對海上石油平臺的電力系統(tǒng)進(jìn)行改造，將是未來海洋石油平臺電力系統(tǒng)智能化改造的主要方向。

3 結(jié)語

海洋石油平臺的智能化改造是未來平臺升級改造的“必經(jīng)之路”，一些主要的技術(shù)目前已經(jīng)能夠在個別項目中得到應(yīng)用，但是在目前百余座海洋石油平臺中，智能化的改造應(yīng)用還不是很多，且技術(shù)還未完全成熟，如果更多成熟的技術(shù)能夠在大型的綜合改造項目中得到應(yīng)用，且運行的效果能夠達(dá)到業(yè)主的要求以及預(yù)期，那么在智能化改造技術(shù)執(zhí)行過程中，公司能夠積累經(jīng)驗做法和相應(yīng)的工法，也能夠培養(yǎng)一批專業(yè)化的人才。在以后的類似改造項目中，能夠發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，在市場的競爭中占據(jù)有利位置。