海洋石油平台智能化转型升级关键技术分析

摘要：为缓解电力紧张局面，对海洋石油平台原工艺系统流程进行改造及照明系统升级，实现了余热回收利用和照明系统的自动化改造，满足了生产和生活对热能和电能需求，同时大幅降低了发电机组的能耗，实现了节能降耗。文章提出海洋石油平台智能化系统架构，以建立大数据系统为基础，以开发专家系统为核心，发展工艺流程管理系统、设备信息管理系统和设备故障诊断系统，实现海洋石油平台从自动化、数字化过渡转型发展为信息化、智能化。

关键词：海洋石油；平台；智能化；技术 1导言

网络化、数字化、智能化是时代大潮。面临石油价格变化不定的形势，海上油气生产需降低成本，提高经济效益，因此海上石油设施的无人化、数字化和智能化是大势所趋。为了解决电力缺口，同时为响应国家低碳环保、节能降耗的方针，海洋采油平台近年来不断探索与创新，将余热回收和电能的高效利用等多项前沿技术逐步应用于海上采油平台，取得了很好的效果。

2海洋石油平台智能化系统架构

海洋石油平台智能化系统的整体架构如图1所示，智能化海洋石油平台的基础首先应是构建安全、可扩展、灵活的大数据系统，将平台海量历史数据和实时数据采集、提取出来。海洋石油平台的数字化、自动化为大数据的获取奠定了基础，通过平台现有的PCS、ESD和FGS系统，就可以收集大量的工艺过程数据和生产管理经验数据，以后还可以发展平台智能巡检机器人，通过合理配置视频监控，照明设备予以辅助，智能巡检机器人可以采集现场声音，对开关指示灯、状态信号灯和仪表设备进行图像识别，对一次设备进行红外测温，与实现数据自动采集的三大系统配合，做到全方位、全天候监控，通过连续信息流掌控生产实时动态。

图1 海洋石油平台智能化系统的整体架构 3设计原则

无人井口平台电气系统具备以下能力：向油田中心平台（或FPSO）控制中心及电站管理系统（EMS）上传电气设备及运行情况的状态，实时采集测量数据和必要的视频信息；同时可接受远程控制中心的遥控、遥调，使有人处理设施上电气人员或授权控制人员能够完成运行、监视和控制工作。

在保证平台电气系统供电可靠性的基础上，可简化平台电气系统。可使用单网结构配电，避免在无人平台上设置应急发电机，使用UPS电源作为临时应急电源。平台上电气继电保护配置具备信息远传功能，可传输故障动作类型、故障电流值等信息。大型电气设备远程操作须满足“双确认”要求。平台上电气自动化系统通过中控系统和EMS进行实时监控，满足远方监视、控制的运行要求。UPS电源作为无人平台远程操作的基础条件，需适当提高配置满足高可靠性要求，采用双冗余加旁路的配电结构；并通过增加电池在线监测和UPS检测功能实现远方监视和控制。

4海洋石油平台智能化升级技术 4.1生产工艺系统热水余热回收

海洋石油平台是一座原油处理工厂，过程中会分离出大量高温生产水，这类生产水一般作为地层能量补充和提高原油采收率被回注入地层，但其所蕴含的大量热能未能进行回收；平台的水源井所采集的地热水，大部分用来补充地层能量，但其热能大部分没有得到有效利用而直接注入地层。生产水及地热水一般温度在80℃到110℃，对这类热能的综合回收利用，用来代替各类电加热器，实现平台生产及生活对热能的需求，是近年来海洋石油平台节能降耗的重点工作之一。

4.2建立海洋石油平台智能化专家系统

海洋石油平台智能化系统是基于海洋石油平台开发的专家系统，建立包括检测、诊断、预测、决策和执行功能的专家系统是海洋石油平台智能化转型升级的关键点和难点。专家系统是以推理机和相应的知识库为核心的计算机系统，专家系统的知识库是海洋平台专业领域知识的存储器，积累了丰富的工艺、结构、机械、配管、仪表、电气、通信及防腐等方面的专业知识和信息，它包括共有理论知识、常识、特有的经验知识、设备维护保养和操作手册、故障历史和测量记录、设备制造和设计参数、平台建造之初的设计文件、平台后期改扩建信息、专业经验、理论知识及平台建造安装维护的标准规范等。通过知识库将经验丰富的设计、维修和技术人员宝贵的现场经验保存下来，即使这些人员调离现场生产岗位，留存在知识库中的专业知识还能传承下来，继续指导现场生产维保，避免这些宝贵的专业处理实践知识流失。专家系统对所获得的信息进行编辑，形成数据结构存入计算机而形成知识库，知识库既有所有平台的通用知识，也有专属某一平台的专用知识，可以建立通用知识库和专用知识库。通用知识库在后续平台智能化过程中可以扩展使用。推理机根据全局数据库，从知识库中选择匹配成功的可用规则，并通过可用规则修改数据库中的内容，直至推理出问题的结论，并通过建立与推理机相适应的领域知识库，生成模型系统，并扩展为实用系统———工艺流程管理系统、设备管理信息系统和设备故障诊断系统。工艺流程管理系统根据平台生产运行实时数据，能及时甚至于早期就发现工艺偏差，分析偏差产生的原因、可能导致的潜在工艺危害，提供相关设计操作维护信息，采取相应保护措施和安全措施，对处理过程和结果存储，进行专家库案例积累。设备管理信息系统可以对所有海域的海洋平台的在线、离线设备进行日常巡检管理、劣化倾向管理、故障处理管理、工单管理、备品备件管理、出入库管理和设备档案管理。设备故障诊断系统根据平台设备运维数据来分析感知设备运行状态，及时发现设备潜在运行隐患，当特征值出现能耗异常或峰值时，参运行状态规则、设备特征信号的属性来判断设备当前的运行状态是否正常。根据设备故障类型规则，通过对特征信号属性的信息融合，判断设备是否出现故障，诊断出设备是哪一类型故障，哪个部件出现了故障，故障严重等级程度，应采取的维修保养措施等，并预测设备由于自然磨损或者其他机械和人为原因发生的变化及变化趋势，由传统的预防性维修转变为预知性智能维修，预测是否需要配件，通过设备管理信息系统查询配件是否有备件，并出具详细的维修工单。 4.3智能开关在照明系统中的应用

海洋石油生产设施配备照明设备种类多、数量庞大，存在物资成本浪费、能源资源浪费、人力成本及维护增加、环境污染等缺点。针对这一海洋石油平台普遍存在的问题，旨在通过对海上现有照明系统进行电气改造，建立可视化、智能化的管理界面，从而实现对所有照明设备的智能化管理，既对设备的状态进行实时监控，也可做到智能启停，从而实现节能降耗的整体目标。

海上采油平台常用照明灯具包括，普通荧光灯具、防爆荧光灯具、防爆卤素灯具。一般的生活区室内及生产区的室内非危险区域都采用普通荧光灯，生产区其他区域大多选用防爆荧光灯和防爆投光灯。这类灯具数量众多，一个中型采油平台至少需要配备400到600盏灯具才能满足平台生产需要。荧光灯具一般布置于平台各人员通道周围，每盏功率60-100W；

卤素投光灯具主要布置在各类工艺管线及设备区域，每盏功率250-400W。设备数量多、功耗大、维修成本高，是目前海洋石油平台照明系统的共同特点。 4.4无人巡检机器人

通过B井口保护架上电气开关间内的无人巡检机器人，实时检测电气设备状态实况，记录重要电气参数，与EMS传输数据实现对比，同时增加设备温度、局放等测量参数，记录结果存档，输出巡检周报和月报，既满足了巡检要求，又减少了人员登平台次数，减少了人误操作的概率。

通过本平台EMS子站对中低压配电盘、UPS、变压器、导航、海缆等情况进行实时监控并远传，满足远方监视功能；中控系统利用EMS和无人巡检机器人传递监控信息，实现远程监测。 结束语：

综上所述，随着我国经济的不断发展，对能源的需求也与日俱增；同时，伴随着新科技的日新月异，对于石油这种不可再生资源的高效利用，也将成为各行业不断探索的重要课题。在不远的将来，海洋石油四海区域还可以借助广接入、大宽带、低时延5G网络覆盖操作控制与管理的全过程，实现办公室与现场装置语音、图像及视频等远程终端互联互通，实现海洋石油平台的智能操作与控制。 参考文献：

[1]李雪，张安安，敬佳佳，等.海上平台电力系统研究综述[J].电网与清洁能源，2016，32（2）：1-7.

[2]杨叔子，丁洪，史铁林，等.基于知识的诊断推理[M].北京：清华大学出版社，1993.