渤海边际油田无人平台标准化仪控设计研究

许晓英，刘爱明，高 阳，郝 铭

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459)

据统计，在1995年至2020年间，渤海在研究开发中的边际油田储量较在生产中的边际油田储量增长近7.8倍。可以看出，边际油田经济有效开发对渤海油田产能接替起到了举足轻重的作用。该类型油田通常储量规模小、动用难度大，单独开发经济性差，依托已有平台设施处理能力，建设无人平台，降低投资门槛是高效开发边际油气田的主攻方向，而仪控专业设计是渤海油田无人平台标准化设计不可或缺的部分。本文将研究边际油田无人平台标准化仪控专业设计方案，并对其进行详细阐述。

1 研究范围

目前海上平台最常见、技术最成熟的边际油田无人平台为钢质桩基平台，生产井在9井槽以下(包含9井槽)，并从结构上分成单柱三桩、三柱三桩和四腿井口平台3种。最终选取渤海油田17座(不含气田)典型无人平台为研究样本，对仪控专业设计进行趋势分析以及标准化研究。

2 趋势分析

对17座样本平台从井口控制盘、中控系统、多路阀、多相流量计和关断阀等设备参数方面进行分析研究。

2.1 井口控制盘

井口控制盘是海上油气田生产中的重要设备，其主要用于控制采油树的井上安全阀、井下安全阀、套筒放气阀和电潜泵等设施。井口控制盘通过监测每一井口管线的压力、结合该系统与应急关断系统(ESD)的相互作用，并根据有关监测信号控制井口设施顺序关停，以保证海上平台或装置处于安全状态的就地控制装置。渤海边际油田无人平台井口控制盘统计表如表1所示。

表1 渤海边际油田无人平台井口控制盘统计表

由表1可以看出，样本平台中有14个平台的井口控制盘长度小于等于3 m，宽度全部小于1 m，高度全部小于等于2.2 m，可见变化主要在长度上，井口控制盘单井控制模块数量越多，长度也随之越大。因此，建议小型无人平台井口控制盘的尺寸控制在3 m×1 m×2.2 m之内。

2.2 中控系统

仪表控制系统是海上油气田开发工程中的关键环节之一，它是海上油气田各种开发设施的大脑和安全卫士。仪表控制系统一方面连续检测和控制海上油气田各种生产、公用设备的正常运行，另一方面又对各种意外事故进行实时监测。一旦出现意外问题，第一时间进行报警并经过系统逻辑自动地处理控制，以便将不安全的因素控制在最小的范围内，从而保障海上油气田的生产安全，确保人员、设施安全。仪表控制系统又称为中央控制系统，简称中控系统。渤海边际油田无人平台中控系统统计表如表2所示。

由表2可知，样本平台中有8个平台设有中控室，占比47%；5个平台的中控系统放在电气间，占比29%。4个平台中控系统没有设置房间，均采用了集束海缆供电方式，把中控系统放在了室外，占比24%；而中控系统放在室内的占比为76%。

通常控制点数都在400～700之间，中控室控制机柜数量和控制点数有关，一般控制点数越多，控制机柜数量就越多。因此，建议把小型无人平台中控系统按规模划分，控制点小于500点，宜设置1套控制系统，500点及以上宜设置2套控制系统，且中控系统控制机柜应首选考虑布置在房间内。

表2 渤海边际油田无人平台中控系统统计表

2.3 计量方式

油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况、制定生产方案具有重要的指导意义。计量方式的选择，关系计量工作的好坏，直接决定安全工作的可靠性。

通过样本平台统计，有3个平台是手动倒井计量，占比18%，2个平台是多相流量计+管汇计量，占比12%，其余都是多相流量计+多路阀计量，占比70%。渤海边际油田无人平台多相流量计尺寸统计见图1，多路阀尺寸统计见图2，其中，E、F、G平台未使用多相流量计和多路阀，C、P平台未使用多路阀。

图1 渤海边际油田无人平台多相流量计尺寸统计

由图1可知，多相流量计的最大长度3 m，多数是2 m左右；最大宽度3 m，多数是2 m以下；最大高度5.8 m，多数是3.0 m左右。结合近几年多相流量计实际中标厂家提供的尺寸，建议多相流量计尺寸控制在2 m×3 m×4.5 m之内。由图2可知，多路阀最大长度2.5 m，多数是1.0 m左右；最大宽度1.5 m，多数是1.0 m左右；最大高度3.5 m，多数是3.0 m以下。结合近几年多路阀实际中标厂家提供的尺寸，建议多路阀尺寸控制在2.5 m×2.0 m×3.0 m之内。

图2 渤海边际油田无人平台多路阀尺寸统计

2.4 关断阀

紧急关断阀也叫应急关断阀，简称关断阀。关断阀广泛应用于海上平台的管线中，是工艺安全系统的重要组成部分。当有关闭信号时，它们必须快速切断隔离工艺系统或者使其泄压，用于保护设备设施和人员的安全。

通过样本平台统计，仅1个平台关断阀是气动关断阀，占比6%，因为这是一个与依托平台通过栈桥相连的无人平台，可以利用依托平台的气源。其余16个平台因为无气源，均使用了液动关断阀，占比94%，且液压源来自井口控制盘。

通常海管出入口均设置关断阀，关断阀宜采用液动形式。数量少的情况下，液压源可与井口盘共用，否则建议厂家自带液压源。如果关断阀与井口控制盘液压源共用，井口控制盘尺寸可能会变大，设计时要引起注意。

3 仪控专业设计方案研究

仪控专业设计方案研究是在趋势特点分析成果基础上，根据《海上固定平台总体设计规范》和《海上无人驻守井口平台设计规定》等规范文件，结合生产作业方反馈意见，同时参考近几年无人平台创新研究成果初步给出的设计方案。

渤海边际油田无人平台标准化研究课题，形成了3个系列(三柱三桩平台、单柱三桩平台、四腿平台)设计的标准方案成果。其中三柱三桩平台只有1种集束海缆方式，而单柱三桩和四腿平台均有常规海缆和集束海缆2种方式。集束海缆不同于常规海缆方式，平台上没有房间，中控系统布置在室外安全区。结合样本平台统计规律，同时综合考虑无人平台数字化智能化需求，对渤海边际油田无人平台标准化仪控方案进行设计。表3为渤海边际油田无人平台仪控设计方案。

此外，3个系列平台还应根据需求具备远程遥控功能，均设有就地/远程控制模式转换功能。控制系统应具备与远程控制中心通信中断10 min ～ 30 min 后自动触发关断的能力。

单井计量具备远程遥控计量功能，优先采用多路阀和多相流量计相结合实现单井遥控计量。多路阀和多相流量计的设计应根据工艺参数配置，可参考表3尺寸。

表3 渤海边际油田无人平台仪控设计方案

由于标准化无人平台不设置仪表风系统，调节阀宜采用电动执行机构，关断阀、放空阀宜选择液动执行机构。

4 结束语

渤海边际油田无人平台标准化建设，推进了边际油田的开发进程，缩短了边际油田建设周期，同时还可以降低开发投资。仪控专业设计通过全面收集并梳理渤海油田在役无人平台仪控设计资料，提取设备关键参数，总结分析在役工程设施仪控设计特点和趋势，并结合近几年边际油田开发技术创新成果，推出边际油田无人平台标准化仪控设计方案，为边际油田快速投产夯实了基础，为高质量开发提供了新动能。