智能油田系統(tǒng)在渤海油田安全管理中的應(yīng)用

鄭 通，張向陽

（中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457）

1 渤海油田建設(shè)智能油田的意義

渤海油田歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)最大的海上油田。2021年，渤海油田原油產(chǎn)量突破3000萬噸，成為我國(guó)第一大原油生產(chǎn)基地；原油增量占全國(guó)原油增量的近50%，成為保障我國(guó)能源安全的重要支撐力量。在渤海油田奮力增儲(chǔ)上產(chǎn)的背景下，渤海油田的開發(fā)生產(chǎn)仍然是傳統(tǒng)的管理模式，隨著作業(yè)量的迅速增加，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各級(jí)管理人員的工作壓力隨之增加。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為必然趨勢(shì)，但石油行業(yè)作為傳統(tǒng)能源行業(yè)在這一進(jìn)程中似乎有些后知后覺［1-2］。2020年，在中海油智能油田頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，渤海油田開始了智能油田的一期建設(shè)，探索了通過油田智能化新管理方式，以減輕一線各級(jí)管理人員壓力，提升作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理水平，助力油田高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)。

2 智能油田在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

智能油田的終端主要有手環(huán)、PDA和PC端，配套設(shè)備有無人機(jī)、智能巡檢機(jī)器人等。手環(huán)為系統(tǒng)信息的接收設(shè)備，可以顯示時(shí)間和系統(tǒng)發(fā)出的警示信息。此外，還具有自動(dòng)測(cè)量佩戴者心率、血壓并上傳至服務(wù)器的功能。PDA類似于一臺(tái)智能手機(jī)，具有對(duì)講、拍照、錄像、手電、作業(yè)許可申請(qǐng)與審批、隱患錄入等功能。PC端則可以查看系統(tǒng)全部信息，讓管理者全面掌握平臺(tái)各種信息。無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)海面溢油監(jiān)控，還可以短途運(yùn)送物資。本文以智能油田系統(tǒng)使用者的視角分析智能油田系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全管理帶來的變化。

2.1 有效管控人員不安全行為

現(xiàn)場(chǎng)安全管理可分為人防、物防、技防。三者之中以人防最為困難，大到“三違”，小到各種不安全行為，均因人而起。由于海上生產(chǎn)平臺(tái)空間緊湊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備眾多、管理人員有限，僅僅依靠各級(jí)管理人員來監(jiān)管制止各種人的不安全行為是不現(xiàn)實(shí)的。智能油田系統(tǒng)的一個(gè)重要功能就是通過布置在全平臺(tái)各處的高清視頻監(jiān)控，利用AI智能識(shí)別技術(shù)分辨人員是否有不安全行為，并對(duì)判斷出的不安全行為進(jìn)行預(yù)警。智能油田系統(tǒng)在平臺(tái)生產(chǎn)區(qū)域各處設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)區(qū)域監(jiān)控全覆蓋，結(jié)合系統(tǒng)的AI識(shí)別功能，將管理者的視線眼神延伸到平臺(tái)各處。該項(xiàng)功能對(duì)人員進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)PPE穿戴不齊這種常見不安全行為具有很好的識(shí)別效果，管理者坐在辦公室中就能收到來自系統(tǒng)的提示，第一時(shí)間對(duì)相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行干預(yù)和提示，極大程度的解放了管理者，也有力保障了作業(yè)安全。

2.2 減少高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域暴露風(fēng)險(xiǎn)

電子圍欄功能在陸地各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，智能油田系統(tǒng)將此項(xiàng)功能帶到海上。通過對(duì)生產(chǎn)平臺(tái)精細(xì)建模，將整個(gè)平臺(tái)各層的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建于系統(tǒng)之中。管理者可以在平臺(tái)模型上手動(dòng)劃分高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，系統(tǒng)也可以根據(jù)高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)工單自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。當(dāng)作業(yè)者進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，作業(yè)者佩戴的手環(huán)會(huì)進(jìn)行震動(dòng)報(bào)警，并將該區(qū)域存在的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)送至作業(yè)者的手環(huán)上，提醒人員離開高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，避免意外傷害。

該項(xiàng)功能在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的場(chǎng)景是吊裝區(qū)域提醒。吊裝作業(yè)通常是各作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)頻次最高的作業(yè)。根據(jù)公司體系要求和以往事故教訓(xùn)，將吊裝作業(yè)時(shí)吊臂掃過區(qū)域作為臨時(shí)紅區(qū)管理，禁止人員穿過。但由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全意識(shí)等原因，還是會(huì)有人員抱著僥幸心理進(jìn)入紅區(qū)，導(dǎo)致吊裝作業(yè)人員傷害事件仍時(shí)有發(fā)生。此外，還有部分作業(yè)者可能并不知道現(xiàn)場(chǎng)有高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，電子圍欄的提醒功能可以有效避免這些人員誤入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。通過智能油田系統(tǒng)的電子圍欄功能，管理者即使不在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，也有無數(shù)個(gè)助手幫助管理者守護(hù)現(xiàn)場(chǎng)安全。

2.3 提升突發(fā)事件應(yīng)急指揮能力

人員定位功能也是智能油田系統(tǒng)的重要功能之一。通過作業(yè)者佩戴的手環(huán)和分布于平臺(tái)各處的通訊裝置，可以精確確定人員在平臺(tái)的位置，再結(jié)合平臺(tái)電子模型就能夠讓管理者對(duì)平臺(tái)上人員的位置一目了然。

對(duì)于海上特殊的作業(yè)環(huán)境，當(dāng)有應(yīng)急情況發(fā)生時(shí)，需要迅速集合全平臺(tái)人員。在傳統(tǒng)的應(yīng)急集合流程中，全平臺(tái)人員到制定集合點(diǎn)集合后由點(diǎn)名員清點(diǎn)人數(shù)。若發(fā)現(xiàn)人員未到的情況，相關(guān)應(yīng)急職責(zé)人員還需逐層搜索、開展救援行動(dòng)。應(yīng)急逃生的每分每秒都尤為珍貴，傳統(tǒng)的應(yīng)急點(diǎn)名方式無疑會(huì)耽誤寶貴的時(shí)間。由智能油田的人員定位功能演進(jìn)來的電子點(diǎn)名功能通過應(yīng)急電子點(diǎn)名模塊，結(jié)合電子圍欄及人員定位等技術(shù)，由計(jì)算機(jī)和定位系統(tǒng)代替“點(diǎn)名員”對(duì)集合人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并迅速對(duì)未集合人員進(jìn)行頂置提醒并定位，有效的縮短應(yīng)急情況下的集合時(shí)間及搜救時(shí)間，極大提高了海上應(yīng)急事件的響應(yīng)速度和指揮水平。某平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)急電子點(diǎn)名功能測(cè)試的圖片如圖1所示。

圖1 應(yīng)急電子點(diǎn)名模塊測(cè)試圖片

2.4 作業(yè)許可證申請(qǐng)審批全流程監(jiān)管

智能油田系統(tǒng)除了隨身佩戴的手環(huán)外，還為管理者配備了PDA設(shè)備。通過PDA設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)許可證的線上申請(qǐng)、線上審批、線上關(guān)閉。將紙質(zhì)的作業(yè)許可電子化，形成從作業(yè)許可證的申請(qǐng)審批、到作業(yè)過程的監(jiān)護(hù)、到許可證關(guān)閉的全周期閉環(huán)管理。

傳統(tǒng)的作業(yè)許可證申請(qǐng)模式由申請(qǐng)者填寫紙質(zhì)作業(yè)許可證，再找各級(jí)管理人員逐級(jí)審批，期間往往在找管理者審核的過程中花費(fèi)大量時(shí)間，常常出現(xiàn)工作等人的情況，一定程度制約了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率。通過將作業(yè)審批模式電子化以后，作業(yè)許可的申請(qǐng)直接推送給相應(yīng)的審批人，極大的縮短了審批時(shí)間，同時(shí)電子化的作業(yè)許可證在保存上也具有天然優(yōu)勢(shì)，為寸土寸金的生產(chǎn)平臺(tái)節(jié)省了寶貴的空間資源。

該項(xiàng)功能還解決了現(xiàn)場(chǎng)安全管理的一大痛點(diǎn)。在傳統(tǒng)的作業(yè)許可審批過程中，管理者往往不知道申請(qǐng)人是否到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)查看過，也不清楚作業(yè)地點(diǎn)的負(fù)責(zé)人是否檢查過申請(qǐng)人的各項(xiàng)防護(hù)措施。在作業(yè)許可電子化以后，結(jié)合系統(tǒng)的人員定位功能，只有當(dāng)申請(qǐng)人真的到過作業(yè)點(diǎn)后才能繼續(xù)申請(qǐng)相應(yīng)的作業(yè)許可，管理效果得到極大提升。

2.5 隱患可視化——提升隱患跟蹤治理技能

隱患可視化是指作業(yè)者在作業(yè)或者巡檢過程中發(fā)現(xiàn)隱患后，通過手持PDA設(shè)備直接將隱患拍照上傳系統(tǒng)。隱患整改后同樣通過PDA拍照關(guān)閉隱患，通過PC端可以直觀的展示平臺(tái)全部隱患記錄并跟蹤隱患整改情況。以往的隱患管理模式管理相對(duì)松散，各專業(yè)發(fā)現(xiàn)隱患自行錄入隱患管理系統(tǒng)，各專業(yè)的管理者對(duì)平臺(tái)隱患情況和整改情況可能缺乏總體上的認(rèn)識(shí)。智能油田系統(tǒng)將各專業(yè)錄入的隱患匯總起來，并輔以照片，實(shí)現(xiàn)了隱患管理可視化。通過系統(tǒng)提供的隱患數(shù)據(jù)多維度統(tǒng)計(jì)分析功能，為隱患分析以及現(xiàn)場(chǎng)安全管理流程的持續(xù)改進(jìn)提供輔助決策數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過視頻功能遠(yuǎn)程進(jìn)行專家診斷、遠(yuǎn)程指導(dǎo)，為更好的治理隱患奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隱患可視化讓現(xiàn)場(chǎng)管理者拍手叫好的另一層功效在于可以查看平臺(tái)某一處周邊的隱患情況。不同專業(yè)人員由于工作內(nèi)容不同，對(duì)平臺(tái)各處隱患認(rèn)識(shí)并不全面，對(duì)于只在平臺(tái)短期作業(yè)的承包商人員更是如此。通過隱患可視化功能，在申請(qǐng)作業(yè)許可證之前，查看作業(yè)點(diǎn)附近存在的隱患，有利于更好的進(jìn)行JSA分析和作業(yè)交底，實(shí)際上助力了安全管理水平的提升。

2.6 無人機(jī)海面巡視功能初步顯現(xiàn)

無人機(jī)作為智能油田系統(tǒng)的配套設(shè)備，通過應(yīng)用測(cè)試，初步驗(yàn)證了其海面巡視等功能。海上固定生產(chǎn)設(shè)施對(duì)海面的巡視可以依靠攝像頭和守護(hù)船實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)攝像頭更適合用于平臺(tái)附近海面的監(jiān)視，守護(hù)船雖然可以在平臺(tái)附近機(jī)動(dòng)巡視，但守護(hù)船數(shù)量很有限。無人機(jī)可以與上述兩種手段形成良好互補(bǔ)，充分發(fā)揮無人機(jī)整備時(shí)間短，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在海面巡查、污染物追蹤等工作上更加節(jié)省時(shí)間，節(jié)約船舶燃油。

借助無人機(jī)這個(gè)機(jī)動(dòng)平臺(tái)，還可以實(shí)現(xiàn)喊話驅(qū)離功能。渤海油田部分設(shè)施靠近陸地，常常有到生產(chǎn)平臺(tái)釣魚的小型船只，這種行為給釣魚者和生產(chǎn)平臺(tái)均帶來很高的安全風(fēng)險(xiǎn)。這些船只速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，以往只能通過平臺(tái)喊話驅(qū)離。無人機(jī)為這項(xiàng)工作提供了新的可能，在釣魚船只還未到達(dá)平臺(tái)時(shí)，通過無人機(jī)前出喊話，及早驅(qū)離相關(guān)船只，更好守護(hù)生產(chǎn)平臺(tái)，也變相保護(hù)了釣魚者的安全。此外，緊急情況下，無人機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間的應(yīng)急物資配送功能。

2.7 監(jiān)測(cè)人員健康狀況，減少突發(fā)情況

海上石油生產(chǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備眾多，生活條件有限，一直以來是海上油田的特點(diǎn)。近年來，隨著作業(yè)量增大，作業(yè)者的工作壓力也明顯升高，由此衍生的人員健康問題越來越成為油田管理者的心腹之患。根據(jù)渤海油田的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，心腦血管疾病對(duì)于海上作業(yè)人員來說具有較高風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)引起多次應(yīng)急事件。生命重于泰山，安全高于一切。智慧油田系統(tǒng)為作業(yè)者配備的手環(huán)具有心率、血壓監(jiān)測(cè)功能，可以將員工的心率、血壓數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)，在系統(tǒng)上為員工建立健康檔案，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)員工健康問題，防止因身體異常發(fā)生突發(fā)狀況。長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累還可以了解員工的健康變化情況，為員工提供相應(yīng)的健康提醒，默默守護(hù)作業(yè)者的健康。

3 智能油田系統(tǒng)應(yīng)用的思考

3.1 將智能油田系統(tǒng)融入到平臺(tái)設(shè)計(jì)中

渤海油田在建設(shè)智能油田一期工程時(shí)選取已經(jīng)建成投用的油田作為試點(diǎn)，需要在現(xiàn)有平臺(tái)上開展大量的改造、安裝、調(diào)試工作。海上石油生產(chǎn)平臺(tái)空間有限，寸土寸金，設(shè)計(jì)之初并未考慮智能油田的建設(shè)需要，在現(xiàn)有生產(chǎn)平臺(tái)上開展系統(tǒng)建設(shè)毫無疑問增大了系統(tǒng)建設(shè)難度。渤海油田有眾多老舊生產(chǎn)平臺(tái)，這些平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造時(shí)間已經(jīng)很久，往往還經(jīng)歷過多次改造，平臺(tái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施空間已經(jīng)非常緊張，再加裝智能油田系統(tǒng)難度很大。如果在平臺(tái)的設(shè)計(jì)階段就考慮到智能油田的各種要求，在平臺(tái)建造階段就同步進(jìn)行智能油田建設(shè)，在試運(yùn)行階段就完成設(shè)備調(diào)試，無疑將有利于更好把控項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度和難度，也有利于智能油田設(shè)備在平臺(tái)運(yùn)行。除此之外，渤海油田還在大力推進(jìn)岸電建設(shè)，新平臺(tái)應(yīng)在設(shè)計(jì)之初統(tǒng)籌考慮智能油田和岸電接入的需求，做出最優(yōu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)降本增效。

3.2 設(shè)備小型化、高能化

智能油田系統(tǒng)經(jīng)過一期的試點(diǎn)運(yùn)行后取得了較好的效果，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理起到了實(shí)質(zhì)性的幫助和提升，但是相關(guān)設(shè)備也暴露出一些使用上的不便。例如，智能油田的手環(huán)和PDA均為防爆設(shè)備，在體積和質(zhì)量上還有較大優(yōu)化空間。智能油田系統(tǒng)的手環(huán)其實(shí)是一只手表，但與普通智能手表不同，其只具有顯示時(shí)間和系統(tǒng)警示信息的能力。由于作業(yè)者在生產(chǎn)區(qū)域需要穿工服、戴手套，如果手環(huán)能夠更加小型化、輕量化將極大提升作業(yè)者的使用感受。PDA在功能上已經(jīng)基本滿足設(shè)計(jì)初衷，但定制設(shè)備性能有限，仍需在諸如質(zhì)量、拍照性能等方面進(jìn)一步優(yōu)化。智能油田系統(tǒng)的其他配套設(shè)備，以無人機(jī)為例，在一定程度上滿足了設(shè)計(jì)初衷，但實(shí)際應(yīng)用步驟繁瑣，甚至需要單獨(dú)配備一名飛手，限制了使用效果。無人機(jī)與平臺(tái)通訊信號(hào)質(zhì)量也限制了其應(yīng)用范圍，需要通過設(shè)備更新升級(jí)，簡(jiǎn)化使用方式，使其更好的為智能油田服務(wù)。

3.3 平臺(tái)少人化、無人化

智能油田系統(tǒng)在試點(diǎn)應(yīng)用中對(duì)平臺(tái)的安全管理，尤其是在人員不安全行為的管理和作業(yè)許可審批等方面取得了顯著的成效，一定程度上減輕了管理人員的壓力。使用者發(fā)現(xiàn)智能油田系統(tǒng)在對(duì)生產(chǎn)設(shè)施的聯(lián)通上仍有很大的提升空間。例如，對(duì)生產(chǎn)流程各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)生產(chǎn)流程各關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)控等。

智能油田的功能絕不只局限于助力安全管理一個(gè)方面，而應(yīng)該在平臺(tái)生產(chǎn)的方方面面均能發(fā)揮作用。陸地油田的智能化建設(shè)在這方面已經(jīng)摸索出一套行之有效的方法，相信這也是未來海上智能油田建設(shè)的著力點(diǎn)之一［3］。通過智能油田系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)生產(chǎn)流程參數(shù)，智能判斷系統(tǒng)故障，甚至給出指導(dǎo)建議，可以極大減輕生產(chǎn)操作人員與維護(hù)人員的工作壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)少人化、無人化，更好的推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)施節(jié)能增效。操作人員減少，將更多的工作交給智能油田系統(tǒng)，同樣有助于提升油田的安全管理水平，有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

4 結(jié)語

渤海油田經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，不僅建設(shè)成了我國(guó)最大海上油田，也是我國(guó)最大原油生產(chǎn)基地，成為保障國(guó)家能源安全的主力軍之一。如今，渤海油田邁開了智能化轉(zhuǎn)型的第一步，智能油田建設(shè)給油田安全管理帶來的巨大變革初步顯現(xiàn)。中國(guó)海油提出要增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，建設(shè)世界一流企業(yè)，油田智能化是趨勢(shì)，智能化水平也是企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。未來，智能油田必將擁有更大的舞臺(tái)，也必將更好的服務(wù)于渤海油田。