在役海洋石油平台数字化实施方法研究

仰满荣

中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452

在役海洋石油平台数字化实施方法研究

仰满荣

中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452

“数字油田”建设是中海油跻身国际一流能源公司的基础性工作。文章以中海油在役平台首个数字化项目为契机，对在役海洋石油平台数字化技术进行了深入研究，摸索出一套行之有效的实施方案，并通过项目进行实践，取得了较好的效果，也为实现工程可视化管理、建设“数字油田”积累了宝贵的经验。

海洋石油平台；数字油田；正向建模；逆向建模；工程信息

0 引言

数字油田[1]源于1998年美国前副总统戈尔提出的数字地球概念，并迅速受到BP、壳牌、斯伦贝谢、雪佛龙、挪威Hydro等全球大石油公司、石油开发技术服务公司以及能源咨询服务公司的广泛关注，引发了数字油田技术研究的热潮，数字油田建设已经成为石油企业发展的趋势。数字油田技术能够大幅度降低企业成本并进行有效的油田管理[2-4]，也是“油田设施设备资产全生命周期管理”理念真正落实不可或缺的信息支撑，是实现油田资产精细化、集约化、科学化管理的必要工作。

中海石油（中国）有限公司（以下简称中海油）提出了建设国际一流能源公司的宏伟目标。中海油工程建设部牵头建设的“工程数据中心”（EDIS）是“数字油田”的核心，目前EDIS已经在天津分公司、湛江分公司、深圳分公司、上海分公司全面安装部署。

中海油对EDIS推广实施工作提出了明确要求，不仅要做好在建及新建项目的工程数字化实施工作，同时要考虑在役平台的工程设施数字化的问题。通过2012年完成的两座试点平台（LD10-1 CEP平台和LD10-1 WHPA平台）的数字化工作，研究出了一套行之有效的在役平台数字化技术实施方案。随着该技术方案应用的不断成熟，也为下游设施（如：陆上终端、油库等）的数字化管理打下良好的基础，并将为提高中海油的整体设计能力，增强企业竞争力做出贡献。

1 我国在役海洋石油平台数字化现状

数字油田的建设是时代发展的必然趋势，国际上数字油田建设经历了从低级到高级的发展阶段，分别是数字化阶段、网络化阶段、可视化阶段、自动化阶段和智能化阶段，目前我国海洋石油行业数字油田建设尚处于数字化阶段，对于网络化、可视化、自动化乃至智能化，也在研究和尝试。数字化阶段的工作就是对工程信息进行数字化管理，这是数字油田建设的基础性工作。此阶段通过建立专业数据库和应用系统，将在役平台、在建及新建平台的海量数据按照一定的标准整理到数据库中，这些数据包括各种资料、档案、文字、图像、模型、语音等信息，以满足平台生产运营期间数字化应用的需求。

目前我国海域共有200多座在役固定式海洋石油平台，自2008年中海油开展数字化工作至今已完成78座平台的数字化工作，正在实施数字化的在役平台6座，尚有100多座在役平台未实施数字化。对于未实施数字化的在役平台，大量工程信息仍采用传统的纸质存档管理形式，已跟不上大数据时代对数据应用的需求，况且大量工程信息（如：可编辑文件、各类模型、结构化数据等）纸质保存难度很大，加上以前对海洋石油平台的维修改造规范化管理的欠缺，导致大量历史资料缺失而返工的现象非常严重，不利于实现油田资产精细化、集约化、科学化管理。

2 在役海洋石油平台数字化工作范围和目标

根据在役平台的现状及特点，对在役平台的数字化工作要求，不能等同于新建平台全生命周期的数字化管理要求，应在有限的时间及精力的条件下，追溯到最有用的工程信息，为海上石油平台日常管理、改扩建、增产调整、安全环保等提供最有效的数据支持。

通过试点平台数字化项目的开展，明确了在役平台数字化工作范围，主要包括：工程文件的搜集整理、缺失部分设计文件的补充、平台三维模型的建立、结构SACS模型的建立、智能P&ID的绘制、文件关联关系的建立、工程信息装载入库。

工程文件主要指平台的基础数据、详细设计文件、完工文件、历次改造设计文件、合同采办文件及建造完工文件，这些文件也是后期平台管理过程中应用最多的工程信息；三维模型是指利用海洋石油平台常用三维软件如PDMS、SP3D建立的反映平台现状的3D模型，三维模型通过对平台的直观表达，为管理者提供决策的有效支持；结构SACS模型是指利用海洋工程常用计算软件SACS建立的反映平台现状的结构模型，并按照平台最新状态对模型施加相应荷载，能为后期平台改扩建、结构安全评估节省大量重复性工作；智能P&ID是表述工艺过程的核心文件，图中的符号或图形具有属性，经过处理后可以与相应的工程文件进行关联，智能P&ID中的工程位号信息是与工程文件及DCS、MAXIMO等系统衔接的关键数据，智能P&ID是建设“智能油田”的必要元素。

在役石油平台数字化建设目标是规范化整理或补充反映平台现状的所有设施设备的设计文件，建立反映平台现状的三维模型、反映平台现状的智能P&ID图纸、反映平台现状且施加荷载的结构SACS模型、数字化成果导入EDIS工程信息数据库[3]，在实现数据结构化查询的基础上，实现模型、设备所在系统、设备相关设计文件间的快速关联查询。

3 在役海洋石油平台数字化实施

3.1 工程文件搜集整理

充分利用各方资源，搜集平台纸版文件及电子版文件，将搜集到的纸版工程文件进行电子化扫描。工程文件包括：

（1）前期资料。指可行性研究（FS）相关文件及总体开发方案（ODP）文件。

（2）设计文档。指详细设计成果文件、完工设计文件和改造设计文件。

（3）建造完工资料。指设备完工资料、操作维修手册等。

（4）合同资料。指合同资料、招标资料和投标资料。

所有搜集的工程文件，按照数据库对工程文件的规范性要求及目录结构存放要求进行规范化整理；整理的文件要同时满足编码、命名及存储结构的要求，同时要有详细的文件目录。

3.2 平台三维模型的建立

依据工程项目的详细设计文件、完工设计文件、历次改造的设计资料进行三维模型正向建模，并结合逆向建模及现场调研，使建立的三维模型能够真实有效地反映目前在役石油平台状况，并满足规范化要求。

（1）正向建模。平台三维模型的建立首先采用正向建模技术，即先以现有的设计资料为依据，使用PDMS、SP3D等软件创建三维模型。

（2）逆向建模。逆向建模[5]是利用国际先进的激光点云扫描装置和技术进行平台现场全方位扫描，并利用PDMS、SP3D等三维设计软件对点云图像进行导入处理，形成点云模型，将正向模型和点云模型进行比对找出差异，对差异部分建立逆向三维模型。逆向建模可以对设计、生产、使用中的变化内容进行重构、生成模型，然后进行各种改造设计、结构分析（如：形变、应力、过程、工艺、姿态分析等）、检测、虚拟装配等工作。在此基础上，对正向建模法和逆向建模法所建立的三维模型进行全面对比和修正，并提供“三维模型正逆向匹配差异报告”，以供设计文件补充。

（3）现场调研。在正、逆向模型进行差异化比对修正之后，根据“三维模型正逆向匹配差异报告”由建模工程师结合现场实际情况对关键设备、管道、阀门、结构以及隐蔽设备设施等进行核查和完善，从而确保三维模型能够与平台几何形状等保持一致性，在软件允许的条件下，正向模型部分设备设施必须具备应有的设计参数。

3.3 缺失设计文件的补充

对于缺少设计文件支持的现场设备设施，采用激光扫描进行逆向建模[6-7]。并依据“三维模型正逆向匹配差异报告”及现场情况，参考改造设计的成熟做法进行设计文件的补充（包括图纸、设备清单、数据表、重控报告等），确保现场所有设备设施均有设计文件的支持。

以“三维模型正逆向匹配差异报告”为依据，就总体、配管、结构、舾装、工艺、机械、暖通、电气、仪表、通讯及安全共11个专业进行出海调研，对缺少设计资料支持的现场设备设施进行文件补充。

提供满足EDIS整理规范要求的PDF扫描文件及原生文件，并需要有设计资质人员的手签，使之成为设施完整性管理的依据性文件。

3.4 结构SACS模型建立

依据平台原有的历史资料（详细设计文件、改造设计文件）及补充的设计文件，使用SACS软件建立结构几何模型，完整、准确地反映平台目前状况。在工期等条件允许的情况下，可完成荷载施加工作，以减少后期重复工作量。

反映平台实际情况的结构计算模型的建立并且及时更新，便于平台后续改扩建及再评估工作的开展，缩短结构有限元分析和强度校核工作量，省去重复性的工作，提高工作效率。

3.5 智能P&ID的绘制

采用智能P&ID设计软件（如AVEVA P&ID或者SMARTPLANTP&ID）绘制原生文件及发布后的文件，确保平台智能P&ID图完整、准确地反映平台目前的工艺系统和安全消防系统状况。

3.6 文件关联关系的建立

要实现设备属性信息、设备模型及相关工程信息的快速关联查询，需要按照关联关系矩阵模板填写设备关联关系表，关联关系表是各工程数据导入EDIS数据库系统后进行关联的纽带，是快速查询设备相关信息的依据。目前我们正在研究开发相应的工具，以减少人工干预，实现智能查询。

技术方案：依据历史资料（详细设计、完工文件、改造设计文件）的信息，填写在役项目关联关系矩阵模板，按照EDIS要求填写关联关系表；以存在的设备位号为依据，填写各设备关联信息；填写完成单个平台所有维护改造项目数据采集表。所有关联关系表以Excel文件格式提供。

单个平台设备关联关系包括：

（1）在役平台原完工阶段关联关系，即详细设计及完工设计关联关系，包括（但不限于）组块、生活楼、钻修井机、导管架上的设备。

（2）在役平台维修改造项目关联关系（以改造项目为单位进行区分）。

（3）在役平台差异部分设备关联关系（以数字化项目为单位进行区分）。

3.7 工程信息装载入库

按照EDIS数据库要求完成工程信息入库预装载，通过数据表合成工具，将关联关系表中的工程属性信息提取到EDIS数据模板中生成工程信息数据表，完成设备编码与工程文档建立关联关系的创建。需要入库的工程信息包括（但不限于）：规范化整理的设计文件、建造完工文件、合同采办文件、工程模型文件、关联关系表、三维模型正逆向匹配差异报告等。

装载入库的数据，在实现数据结构化查询的基础上，实现模型、设备属性、设备所在系统、设备相关设计文件间的快速关联查询。

4 结束语

数字油田建设是一个全新的课题，还需要进行大量的研究和实验工作。数字油田是企业追求可持续发展的手段和重要目标之一，是信息化发展的必然结果，是信息化发展的高级阶段。数字油田建设是一项长期和艰巨的任务，必须脚踏实地做好基础工作，解决数据资源开发、应用系统建设和信息化管理等方面的具体问题。数字油田建设必将带来管理革新，必将推动企业流程再造和企业再造，带来巨大的经济效益和社会效益。

[1]王权，杨斌，张万里.数字油田及其基本架构[J].油气田地面工程，2004，23（12）：47-48.

[2]李国英，侯珂.数字油田研究现状分析[J].中国科技信息，2012（22）：40.

[3]燕亚娟.数字油田建设在石油企业管理中的应用[J].价值工程，2010（10）：50-51.

[4]周易霖.油田数据库建设的现状和发展前景[J].科技创新导报，2013（1）：41.

[5]尤红建，苏林.基于机载激光扫描数据提取建筑物的研究现状[J].测绘科学，2005，30（5）：114-116.

[6]黄先锋.利用机载LIDAR数据重建3D建筑物模型的关键技术研究[D].武汉：武汉大学，2006.

[7]陈俊英，夏宝莹，谷丰恺，等.三维激光扫描技术在海洋石油生产中的应用分析[J].中国造船，2012（A02）：347-353.

表2 各支点理论重量与试验结果

参考文献

[1]樊敦秋，董胜，蒙占彬.自升式钻井平台悬臂梁设计研究[J].中国造船，2011（9）：138-145.

[2]杨伟旗，张彬，兰红军，荔湾3-1平台装船作业重量转移方法研究[J].石油工程建设，2013，39（2）：7-11.

[3]陈宏，李春祥.自升式钻井平台发展综述[J].中国海洋平台，2007（12）：1-6.

作者简介：

陈忠明（1969-），男，江苏靖江人，工程师，1992年毕业于辽河石油学校矿机专业，主要从事大型钢结构施工工艺技术研究工作。

收稿日期：2014-06-26；修回日期：2015-01-30

Research on Implementation Methods of In-service Offshore Platform Digitalization

Yang Manrong
CNOOC（China）Co.，Ltd.Tianjin Branch，Tianjin 300452，China

The construction of“digitaloilfield”is the basic work of CNOOC for entrance into the internationalfirst-class energy companies.By means of the first CNOOC in-service platform digitalization project，the in-depth study of digitaltechnology is carried out.Aset of effective implementation plan is presented in this paper，which has been put in practice through some projects and achieved good results.Also valuable experience is accumulated for realizing visualization management and constructing“digitaloilfield”.

offshore oilplatform；digitaloilfield；forward modeling；inverse modeling；engineering information

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.007

仰满荣（1983-），女，安徽安庆人，工程师，2006年毕业于天津科技大学海洋信息处理专业，现从事海洋石油平台工程建设管理工作。

2014-07-15