臺風遙控生產模式在文昌氣田群的創(chuàng)新與實踐

張祥榮，易鵬，劉志鵬，陳可營 (中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

中海石油(中國)有限公司湛江分公司文昌氣田群位于臺風頻繁的中國南部海域，長期以來遭受臺風天氣的困擾。在臺風期間，當八級大風前沿進紅色警戒區(qū)時，氣田將開始撤離除留守人員之外的其他人員，逐步開展停產工作，停產完畢后留守人員乘直升機撤離氣田現場，每次撤臺都給氣田帶來產量損失。在一些低等級臺風條件下或臺風中心在遠離氣田位置時，現場實際仍具備生產條件，如能夠爭取到這部分生產時間，將能有效提高油氣田的生產時率。

文昌氣田群由文昌9-2氣田、文昌9-3氣田和文昌10-3氣田組成，依托新建WC9-2/9-3中心平臺與一座水下井口進行聯合開發(fā)，共13口開發(fā)井，采用衰竭式開采。井口所產物流經過處理后的天然氣經過濕氣增壓、脫水、脫烴、干氣增壓后通過10英寸海底管道接入崖城—香港海管銷售給香港中華電力，分離出的油水通過6英寸海管經過WC8-3B、WC8-3A、WC14-3A平臺后進入WC116FPSO處理。

當前，油氣田智能化建設為大勢所趨，為減少產量損失，撤離臺風期間，生產交由陸地生產人員進行生產遙控；當現場條件不允許油田正常生產時，進行有步驟關?；驁?zhí)行生產關停或應急關停，在確保安全、環(huán)保的前提下，既爭取了更多的生產時間，減少產量損失。

文昌氣田由于工藝處理系統(tǒng)復雜，主要包括七套壓縮機組、脫水系統(tǒng)、脫烴系統(tǒng)、水下生產系統(tǒng)及三條海管，涉及到凝析油外輸及天然氣外輸，平臺設計建造時未考慮采用臺風遙控生產模式，臺風期間只能關停。為保證下游香港中電用戶及粵港澳大灣區(qū)居民用氣穩(wěn)定，對文昌氣田群完成相應適應性改造，以低成本、高質量、創(chuàng)新臺風遙控生產模式。

1 適應性改造難點及攻關內容

文昌氣田群有中央控制系統(tǒng)，中控系統(tǒng)包括了基本的生產控制系統(tǒng)(PCS)、生產關斷系統(tǒng)(ESD)和火氣控制系統(tǒng)(FGS)，基本具備對裝置的全面監(jiān)控。文昌氣田群工藝處理流程主要包括七套壓縮機組、脫水系統(tǒng)、脫烴系統(tǒng)、水下生產系統(tǒng)及三條海管，其中壓縮機組、脫水系統(tǒng)、水下生產系統(tǒng)由各自獨立的本地控制系統(tǒng)(LCP)進行控制。本次臺風遙控生產模式改造工作以現有生產工藝流程和設備設施控制系統(tǒng)為基礎，結合現場生產運行經驗，在安全、環(huán)保、設備安全原則下，制定臺風期間的遠程遙控方案，并以此完善生產系統(tǒng)和設備設施在臺風無人條件下的操控，實現氣田生產的提質增效。

具體攻關內容如下：(1)工藝處理系統(tǒng)及公用系統(tǒng)適應性改造：因文昌氣田群在設計時未考慮生產營運時需要遙控生產，設備運行及維護均為有人模式，平臺設備復雜且自動化程度低，需要進行關鍵設備集成控制約七大項的適應性改造，在安全、高效、低成本的要求下，突破常規(guī)思路，創(chuàng)新優(yōu)化生產工藝流程，以簡單可靠為主線，提高臺風期間生產的可持續(xù)性；(2)集成化控制：將干濕氣壓縮機、脫水系統(tǒng)、水下生產系統(tǒng)、虛擬計量系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等各個關鍵設備本地控制系統(tǒng)集合至中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制；(3)低成本搭建陸地遙控中心，建立穩(wěn)定及冗余的海陸通訊控制鏈路；(4)利用HAZOP風險分析工具進行風險分析及應急管理升級，梳理文昌油田群輕質鏈各裝置生產特點及關停邏輯，并完成相應關斷邏輯修改變更。

2 形成理論技術的成果及創(chuàng)新點

2.1 工藝處理系統(tǒng)及公用系統(tǒng)適應性改造

2.1.1 工藝處理系統(tǒng)改造

根據遙控生產需要增加現場控制儀表及閥門進行參數監(jiān)控、閥門調節(jié)、應急關斷，實現陸地操作站遠程控制。對濕氣壓縮機機啟機功能進行適應性改造，實現啟機過程一鍵自動化。濕氣壓縮機啟機時序包括充壓、吹掃、預后潤滑、啟機、加載五大步驟，均需要人為現場控制才能進行下一步驟。通過對濕氣壓縮機啟機時序充分條件、生產工況等方面進行分析，改造充壓關斷閥及壓差控制功能，修改控制程序，實現濕氣壓縮機一鍵啟動，從而實現遠程機組切換功能。

2.1.2 電站透平發(fā)電機新增蓄電池組及輔機盤供電改造

目前兩臺透平發(fā)電機各有一組蓄電池組，避臺期間機組控制系統(tǒng)一直在運行，如主機停機后且避臺時間又較長，會導致電池耗盡，無法實現避臺恢復時透平發(fā)電機的啟動。因此，增加一組電池組與現有透平發(fā)電機蓄電池并聯，避臺撤離前將新增蓄電池斷開，避臺恢復時將新增蓄電池組投用。

透平發(fā)電機由平臺自產天然氣作為燃料，而停機的后潤滑系統(tǒng)由400 V LC低壓輔機盤供電。如因天然氣工藝系統(tǒng)設備故障和發(fā)電機自身故障導致停機停電后，應急發(fā)電機自動啟動并向輔機盤供電，保證主機的后潤滑系統(tǒng)供電并實現主機的安全停機。具體改造是增加中控對ACB-106、ACB-105和ACB-107遠程分閘與合閘功能，分合閘線圈不更改原控制邏輯。另外，取消斷路器ACB-105和ACB-107失壓脫扣線圈。

2.1.3 不間斷電源(UPS)系統(tǒng)改造

不間斷電源(UPS)的關停只能手動關停，臺風遙控生產情況下如果主電掉電且避臺時間又較長，UPS持續(xù)運行至電池電量耗盡后才關斷，對電池使用壽命及避臺后復員無法復產造成影響。中控系統(tǒng)組態(tài)增加遠程關斷UPS蓄電池斷路器信號(采取得電關斷邏輯)，蓄電池斷路器更換為有脫扣線圈的直流斷路器。

2.1.4 通系統(tǒng)增加溫度監(jiān)控

由于平臺工作間內電儀設備散熱量較大，且臺風期間溫濕度大，對房間散熱除濕需求較大，為保證臺風期間電儀設備不會因高溫高濕停機導致平臺關停，在主開關間、中控室、應急開關間內增加溫度、濕度變送器實時監(jiān)測房間內溫濕度。在主變壓器房間內增加溫度變送器實時監(jiān)測房間內溫度，在電池間內增加溫度變送器和壓差變送器實時監(jiān)測溫度及壓差。同時各個變送器數據實時傳送至中央控制系統(tǒng)，各參數設置相應報警值，各個工作間氣動風閘可以進行遠程控制。

2.1.5 干濕氣壓縮機潤滑系統(tǒng)改造

平臺天然氣干濕氣往復式壓縮機(共5臺機組)為濕式潤滑，需要持續(xù)注入潤滑油。潤滑油由每臺機組撬內高位油箱進行供應，高位油箱容量滿足約四天持續(xù)用油，不能夠滿足臺風遙控生產要求。故對干濕氣壓縮機供油系統(tǒng)進行改造，將五臺壓縮機組供油管網進行聯結，采用大型儲罐集中供油?？紤]提質增效，優(yōu)先考慮平臺內部備用儲罐，對內部備用儲罐進行適應性分析。在容量、清潔度、高度差、容器屬性均符合要求的前提下創(chuàng)新選用上部鉆井模塊備用滑油儲罐(2.8 m3)進行流程改造，增加濾器、加油管線、液位變送器等部件，滿足臺風期間干濕氣壓縮機用油要求。

2.2 集成化控制

(1)濕氣壓縮機、干氣壓縮機、三甘醇系統(tǒng)、水下生產系統(tǒng)、虛擬計量系統(tǒng)、電力供應系統(tǒng)各控制盤集成至中央控制系統(tǒng)，實現中央控制系統(tǒng)遠程控制；(2)濕氣壓縮機、干氣壓縮機及三甘醇系統(tǒng)實現遠程啟停及切換功能；(3)現有透平發(fā)電機不具備遠程控制啟停止功能，在臺風遙控生產期間，為保證生產用電，透平發(fā)電機改造具有遠程停止功能?，F有應急發(fā)電機不具備遠程控制啟停功能，在臺風遙控生產期間，為保證生產系統(tǒng)應急供電，應急發(fā)電機改造具有遠程啟停功能。

2.3 搭建陸地遙控中心，建立穩(wěn)定及冗余的海陸通訊控制鏈路

2.3.1 低成本搭建陸地遙控中心

建立陸地遙控生產監(jiān)控中心，在陸地搭建PCS小系統(tǒng)，包括1個機架、1個電源模塊、1塊CPU、1塊DO卡。通過這套小系統(tǒng)與平臺PCS系統(tǒng)進行通訊，平臺PCS檢測通訊中斷，延時30 s后報警。通過在陸地監(jiān)控中心設置各個平臺遠程操作電腦采用遠程登錄對應平臺中控系統(tǒng)操作站的方式，遙控現場生產操作，實現工藝系統(tǒng)、公用系統(tǒng)提出的遙控要求。遠程操作站增加 ESD1、ESD2、ESD3軟按鈕，實現遠程觸發(fā)ESD-1、2、3 級關斷的功能。

2.3.2 建立穩(wěn)定及冗余的海陸通訊控制鏈路

為建立穩(wěn)定及冗余的海陸通訊控制鏈路，需要對文昌氣田現有的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)進行改造。一是增加衛(wèi)星天線罩用于防臺風；二是增加通訊鏈路，在現有衛(wèi)星天線系統(tǒng)上，平臺增加1臺衛(wèi)星MODEM，陸地增加1臺衛(wèi)星MODEM，與原有鏈路合并，形成冗余鏈路。同時，在文昌8-3B和文昌9-2/9-3中心平臺各新增2個微波交換機以及1套新的微波系統(tǒng)，主要用于實現文昌8-3A和8-3B平臺的遙控生產通訊。

2.4 優(yōu)化正常生產模式及避臺遠程遙控生產模式

利用HAZOP風險分析工具進行風險分析及應急管理升級，梳理文昌油田群輕質鏈各裝置生產特點及關停邏輯，優(yōu)化正常生產模式及臺風遙控生產模式。

2.4.1 中央控制系統(tǒng)臺風新增臺風控制模式

通過正常、臺風模式選擇開關進行模式切換，新增正常生產、臺風模式選擇開關，可以切換生產模式；利用Console臺上的1個備用旋鈕，接入FGS系統(tǒng)，FGS系統(tǒng)再用硬線接入ESD系統(tǒng)。由火氣系統(tǒng)分別將臺風模式信號輸出給ESD及PCS系統(tǒng)，其中ESD系統(tǒng)接收的臺風模式信號為保持型信號，即當撤臺后，如果出現臺風模式信號丟失時(如選擇開關的接線斷開等)，該信號依然可以保持，除非按下Console臺的ESD1級復位按鈕，才可切換回正常模式。

2.4.2 梳理臺風控制上下游關斷邏輯

增加臺風模式下通訊中斷10 min時氣田執(zhí)行三級關停邏輯，再延時10 min后執(zhí)行一級關停。臺風模式生產時，旁通文昌8-3B平臺過來的關斷信號，當海管壓力高時，直接導致ESD-3級關停。臺風生產模式下，增加應急柴油消防泵控制邏輯，當產生ESD-1級關停時，自動旁通啟動信號(消防水壓力低信號)。臺風生產模式下，增加火氣系統(tǒng)電池供電回路自動切斷功能，當ESD1級關斷發(fā)生30 min后自動切斷電池供電。發(fā)生ESD3級或ESD2級關斷后，遠程手動執(zhí)行ESD1級關停。

3 結語

2020年在“沙德爾”臺風期間文昌氣田群實現了湛江基地全程遙控生產，挽回天然氣產量損失約300萬立方米、凝析油產量損失約946 m3。經此次實際臺風考驗，驗證了文昌氣田群臺風遙控生產模式能夠正常運用于臺風來臨等惡劣天氣下的陸地遠程生產監(jiān)控及簡單的生產故障處理，同時帶來了巨大的社會效益及經濟效益。

(1)保障粵港澳大灣區(qū)能源供應穩(wěn)定。文昌氣田群生產的天然氣外輸至南海西部海管大動脈，其中海管大動脈連接東方13-2氣田、樂東22-1氣田、崖城13-1氣田及陵水17-2氣田，海管下游用戶為廣東省管網及香港、澳門等用戶，尤其冬季及臺風雙重影響下，是否能正常保供尤為重要。文昌氣田群實現臺風遙控生產能夠有力保障下游用戶供氣穩(wěn)定，持續(xù)為粵港澳大灣區(qū)綠色低碳發(fā)展和冬季天然氣供應輸送穩(wěn)定可靠的清潔能源。

(2)提高海上平臺生產時率創(chuàng)效益。2014至2018年期間對文昌氣田群所在海域影響生產的臺風進行統(tǒng)計，新文昌油田群相關裝置臺風關?？倳r間為676.6 h，平均每年損失時間為135.32 h(5.6 d)。根據年均避臺天數考慮，氣田群實現臺風遙控生產能夠增產天然氣約500萬立方米，原油1 500 m3。

(3)推廣應用前景及對行業(yè)科技進步的影響。文昌氣田群為中海石油(中國)有限公司湛江分公司文昌油田群作業(yè)公司及文昌海域內首個實現臺風遙控生產的中心平臺，相關創(chuàng)新改造思路及良好實踐已推廣至文昌海域其他裝置如海洋石油116FPSO、文昌13-6中心平臺及文昌13-1/2油田，相關裝置在2021年已完成相應改造并進行了實測取證，應用效果良好。

文昌氣田群作為南海西部天然氣海管大動脈中的關鍵一環(huán)，同時具備天然氣外輸海管、凝析油外輸海管及水下生產系統(tǒng)，國產化設備應用程度高，工藝處理流程復雜，對在役的生產設施臺風遙控生產改造及未來油氣田項目智能化建設具有較強的借鑒意義。未來，自動控制操作生產可升級為常態(tài)化生產模式，為海上平臺的無人化、少人化探出新路，生產成本大幅降低，油氣田開發(fā)生產邁向高質量發(fā)展。