渤海邊際油田無人平臺標準化儀控設(shè)計研究

許曉英，劉愛明，高 陽，郝 銘

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

據(jù)統(tǒng)計，在1995年至2020年間，渤海在研究開發(fā)中的邊際油田儲量較在生產(chǎn)中的邊際油田儲量增長近7.8倍。可以看出，邊際油田經(jīng)濟有效開發(fā)對渤海油田產(chǎn)能接替起到了舉足輕重的作用。該類型油田通常儲量規(guī)模小、動用難度大，單獨開發(fā)經(jīng)濟性差，依托已有平臺設(shè)施處理能力，建設(shè)無人平臺，降低投資門檻是高效開發(fā)邊際油氣田的主攻方向，而儀控專業(yè)設(shè)計是渤海油田無人平臺標準化設(shè)計不可或缺的部分。本文將研究邊際油田無人平臺標準化儀控專業(yè)設(shè)計方案，并對其進行詳細闡述。

1 研究范圍

目前海上平臺最常見、技術(shù)最成熟的邊際油田無人平臺為鋼質(zhì)樁基平臺，生產(chǎn)井在9井槽以下(包含9井槽)，并從結(jié)構(gòu)上分成單柱三樁、三柱三樁和四腿井口平臺3種。最終選取渤海油田17座(不含氣田)典型無人平臺為研究樣本，對儀控專業(yè)設(shè)計進行趨勢分析以及標準化研究。

2 趨勢分析

對17座樣本平臺從井口控制盤、中控系統(tǒng)、多路閥、多相流量計和關(guān)斷閥等設(shè)備參數(shù)方面進行分析研究。

2.1 井口控制盤

井口控制盤是海上油氣田生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其主要用于控制采油樹的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥和電潛泵等設(shè)施。井口控制盤通過監(jiān)測每一井口管線的壓力、結(jié)合該系統(tǒng)與應急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)的相互作用，并根據(jù)有關(guān)監(jiān)測信號控制井口設(shè)施順序關(guān)停，以保證海上平臺或裝置處于安全狀態(tài)的就地控制裝置。渤海邊際油田無人平臺井口控制盤統(tǒng)計表如表1所示。

表1 渤海邊際油田無人平臺井口控制盤統(tǒng)計表

由表1可以看出，樣本平臺中有14個平臺的井口控制盤長度小于等于3 m，寬度全部小于1 m，高度全部小于等于2.2 m，可見變化主要在長度上，井口控制盤單井控制模塊數(shù)量越多，長度也隨之越大。因此，建議小型無人平臺井口控制盤的尺寸控制在3 m×1 m×2.2 m之內(nèi)。

2.2 中控系統(tǒng)

儀表控制系統(tǒng)是海上油氣田開發(fā)工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它是海上油氣田各種開發(fā)設(shè)施的大腦和安全衛(wèi)士。儀表控制系統(tǒng)一方面連續(xù)檢測和控制海上油氣田各種生產(chǎn)、公用設(shè)備的正常運行，另一方面又對各種意外事故進行實時監(jiān)測。一旦出現(xiàn)意外問題，第一時間進行報警并經(jīng)過系統(tǒng)邏輯自動地處理控制，以便將不安全的因素控制在最小的范圍內(nèi)，從而保障海上油氣田的生產(chǎn)安全，確保人員、設(shè)施安全。儀表控制系統(tǒng)又稱為中央控制系統(tǒng)，簡稱中控系統(tǒng)。渤海邊際油田無人平臺中控系統(tǒng)統(tǒng)計表如表2所示。

由表2可知，樣本平臺中有8個平臺設(shè)有中控室，占比47%；5個平臺的中控系統(tǒng)放在電氣間，占比29%。4個平臺中控系統(tǒng)沒有設(shè)置房間，均采用了集束海纜供電方式，把中控系統(tǒng)放在了室外，占比24%；而中控系統(tǒng)放在室內(nèi)的占比為76%。

通常控制點數(shù)都在400～700之間，中控室控制機柜數(shù)量和控制點數(shù)有關(guān)，一般控制點數(shù)越多，控制機柜數(shù)量就越多。因此，建議把小型無人平臺中控系統(tǒng)按規(guī)模劃分，控制點小于500點，宜設(shè)置1套控制系統(tǒng)，500點及以上宜設(shè)置2套控制系統(tǒng)，且中控系統(tǒng)控制機柜應首選考慮布置在房間內(nèi)。

表2 渤海邊際油田無人平臺中控系統(tǒng)統(tǒng)計表

2.3 計量方式

油井產(chǎn)量的計量是油田生產(chǎn)管理中的一項重要工作，對油井產(chǎn)量進行準確、及時的計量，對掌握油藏狀況、制定生產(chǎn)方案具有重要的指導意義。計量方式的選擇，關(guān)系計量工作的好壞，直接決定安全工作的可靠性。

通過樣本平臺統(tǒng)計，有3個平臺是手動倒井計量，占比18%，2個平臺是多相流量計+管匯計量，占比12%，其余都是多相流量計+多路閥計量，占比70%。渤海邊際油田無人平臺多相流量計尺寸統(tǒng)計見圖1，多路閥尺寸統(tǒng)計見圖2，其中，E、F、G平臺未使用多相流量計和多路閥，C、P平臺未使用多路閥。

圖1 渤海邊際油田無人平臺多相流量計尺寸統(tǒng)計

由圖1可知，多相流量計的最大長度3 m，多數(shù)是2 m左右；最大寬度3 m，多數(shù)是2 m以下；最大高度5.8 m，多數(shù)是3.0 m左右。結(jié)合近幾年多相流量計實際中標廠家提供的尺寸，建議多相流量計尺寸控制在2 m×3 m×4.5 m之內(nèi)。由圖2可知，多路閥最大長度2.5 m，多數(shù)是1.0 m左右；最大寬度1.5 m，多數(shù)是1.0 m左右；最大高度3.5 m，多數(shù)是3.0 m以下。結(jié)合近幾年多路閥實際中標廠家提供的尺寸，建議多路閥尺寸控制在2.5 m×2.0 m×3.0 m之內(nèi)。

圖2 渤海邊際油田無人平臺多路閥尺寸統(tǒng)計

2.4 關(guān)斷閥

緊急關(guān)斷閥也叫應急關(guān)斷閥，簡稱關(guān)斷閥。關(guān)斷閥廣泛應用于海上平臺的管線中，是工藝安全系統(tǒng)的重要組成部分。當有關(guān)閉信號時，它們必須快速切斷隔離工藝系統(tǒng)或者使其泄壓，用于保護設(shè)備設(shè)施和人員的安全。

通過樣本平臺統(tǒng)計，僅1個平臺關(guān)斷閥是氣動關(guān)斷閥，占比6%，因為這是一個與依托平臺通過棧橋相連的無人平臺，可以利用依托平臺的氣源。其余16個平臺因為無氣源，均使用了液動關(guān)斷閥，占比94%，且液壓源來自井口控制盤。

通常海管出入口均設(shè)置關(guān)斷閥，關(guān)斷閥宜采用液動形式。數(shù)量少的情況下，液壓源可與井口盤共用，否則建議廠家自帶液壓源。如果關(guān)斷閥與井口控制盤液壓源共用，井口控制盤尺寸可能會變大，設(shè)計時要引起注意。

3 儀控專業(yè)設(shè)計方案研究

儀控專業(yè)設(shè)計方案研究是在趨勢特點分析成果基礎(chǔ)上，根據(jù)《海上固定平臺總體設(shè)計規(guī)范》和《海上無人駐守井口平臺設(shè)計規(guī)定》等規(guī)范文件，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)方反饋意見，同時參考近幾年無人平臺創(chuàng)新研究成果初步給出的設(shè)計方案。

渤海邊際油田無人平臺標準化研究課題，形成了3個系列(三柱三樁平臺、單柱三樁平臺、四腿平臺)設(shè)計的標準方案成果。其中三柱三樁平臺只有1種集束海纜方式，而單柱三樁和四腿平臺均有常規(guī)海纜和集束海纜2種方式。集束海纜不同于常規(guī)海纜方式，平臺上沒有房間，中控系統(tǒng)布置在室外安全區(qū)。結(jié)合樣本平臺統(tǒng)計規(guī)律，同時綜合考慮無人平臺數(shù)字化智能化需求，對渤海邊際油田無人平臺標準化儀控方案進行設(shè)計。表3為渤海邊際油田無人平臺儀控設(shè)計方案。

此外，3個系列平臺還應根據(jù)需求具備遠程遙控功能，均設(shè)有就地/遠程控制模式轉(zhuǎn)換功能?？刂葡到y(tǒng)應具備與遠程控制中心通信中斷10 min ～ 30 min 后自動觸發(fā)關(guān)斷的能力。

單井計量具備遠程遙控計量功能，優(yōu)先采用多路閥和多相流量計相結(jié)合實現(xiàn)單井遙控計量。多路閥和多相流量計的設(shè)計應根據(jù)工藝參數(shù)配置，可參考表3尺寸。

表3 渤海邊際油田無人平臺儀控設(shè)計方案

由于標準化無人平臺不設(shè)置儀表風系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥宜采用電動執(zhí)行機構(gòu)，關(guān)斷閥、放空閥宜選擇液動執(zhí)行機構(gòu)。

4 結(jié)束語

渤海邊際油田無人平臺標準化建設(shè)，推進了邊際油田的開發(fā)進程，縮短了邊際油田建設(shè)周期，同時還可以降低開發(fā)投資。儀控專業(yè)設(shè)計通過全面收集并梳理渤海油田在役無人平臺儀控設(shè)計資料，提取設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)，總結(jié)分析在役工程設(shè)施儀控設(shè)計特點和趨勢，并結(jié)合近幾年邊際油田開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新成果，推出邊際油田無人平臺標準化儀控設(shè)計方案，為邊際油田快速投產(chǎn)夯實了基礎(chǔ)，為高質(zhì)量開發(fā)提供了新動能。