鄧 燕 劉志芳 宮儉純 高樹鳳

（海洋石油工程股份有限公司）

“中國制造2025”的國家戰(zhàn)略方針要求加快海洋工程裝備的智能化轉(zhuǎn)型升級， 智能化海洋石油平臺是海洋石油發(fā)展的必由之路。 目前海洋石油平臺已基本實(shí)現(xiàn)自動化、 數(shù)字化、 可視化、網(wǎng)絡(luò)化和空間化，在此基礎(chǔ)上可通過人工智能、大數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)云等技術(shù)，對油氣田海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成資源的實(shí)時調(diào)配、生產(chǎn)自動運(yùn)行、故障預(yù)判與處理、風(fēng)險預(yù)警，實(shí)現(xiàn)海洋石油平臺的智能化運(yùn)行和管理。 筆者基于海洋石油平臺的現(xiàn)狀， 探討平臺智能化轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 海洋石油平臺智能化系統(tǒng)架構(gòu)

海洋石油平臺智能化系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，智能化海洋石油平臺的基礎(chǔ)首先應(yīng)是構(gòu)建安全、可擴(kuò)展、靈活的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將平臺海量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)采集、提取出來。 海洋石油平臺的數(shù)字化、 自動化為大數(shù)據(jù)的獲取奠定了基礎(chǔ)，通過平臺現(xiàn)有的PCS、ESD 和FGS 系統(tǒng)，就可以收集大量的工藝過程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以后還可以發(fā)展平臺智能巡檢機(jī)器人［1］，通過合理配置視頻監(jiān)控，照明設(shè)備予以輔助，智能巡檢機(jī)器人可以采集現(xiàn)場聲音， 對開關(guān)指示燈、狀態(tài)信號燈和儀表設(shè)備進(jìn)行圖像識別，對一次設(shè)備進(jìn)行紅外測溫，與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集的三大系統(tǒng)配合，做到全方位、全天候監(jiān)控，通過連續(xù)信息流掌控生產(chǎn)實(shí)時動態(tài)。

2 海洋石油平臺大數(shù)據(jù)信息化

平臺運(yùn)維數(shù)據(jù)采集完成后，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)信息化是智能化轉(zhuǎn)型必不可少的一步，中心平臺對油田群產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和整合，各平臺在本地局域網(wǎng)中完成數(shù)據(jù)的采集和簽發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸給全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)供各作業(yè)公司和安全管理部門查詢使用，使類型多樣、地域不同的平臺的關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息共享，建立數(shù)據(jù)適配口，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)處理、存儲和管理。 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫需要通過建立智能化系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分類歸納到不同的數(shù)據(jù)子集，檢查樣本數(shù)據(jù)的自動采集，做到全方位監(jiān)控質(zhì)量是否滿足模型構(gòu)建需求， 是否存在缺失、異常，通過分析異常值變化規(guī)律，找出拐點(diǎn)信息并繪制出變化趨勢圖，利用大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)云等技術(shù)進(jìn)行整合分析與利用，整理并推論出有價值的信息和規(guī)律。

3 建立海洋石油平臺智能化專家系統(tǒng)

圖1 海洋石油平臺智能化系統(tǒng)的整體架構(gòu)

海洋石油平臺智能化系統(tǒng)是基于海洋石油平臺開發(fā)的專家系統(tǒng)， 建立包括檢測、 診斷、預(yù)測、決策和執(zhí)行功能的專家系統(tǒng)是海洋石油平臺智能化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。 專家系統(tǒng)是以推理機(jī)和相應(yīng)的知識庫為核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［2］，專家系統(tǒng)的知識庫是海洋平臺專業(yè)領(lǐng)域知識的存儲器，積累了豐富的工藝、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、配管、儀表、電氣、通信及防腐等方面的專業(yè)知識和信息，它包括共有理論知識、常識、特有的經(jīng)驗(yàn)知識、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和操作手冊、 故障歷史和測量記錄、設(shè)備制造和設(shè)計(jì)參數(shù)、 平臺建造之初的設(shè)計(jì)文件、平臺后期改擴(kuò)建信息、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)、理論知識及平臺建造安裝維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。 通過知識庫將經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)、維修和技術(shù)人員寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)保存下來， 即使這些人員調(diào)離現(xiàn)場生產(chǎn)崗位，留存在知識庫中的專業(yè)知識還能傳承下來，繼續(xù)指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)維保，避免這些寶貴的專業(yè)處理實(shí)踐知識流失。 專家系統(tǒng)對所獲得的信息進(jìn)行編輯， 形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存入計(jì)算機(jī)而形成知識庫，知識庫既有所有平臺的通用知識，也有專屬某一平臺的專用知識，可以建立通用知識庫和專用知識庫。 通用知識庫在后續(xù)平臺智能化過程中可以擴(kuò)展使用。 推理機(jī)根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，從知識庫中選擇匹配成功的可用規(guī)則，并通過可用規(guī)則修改數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，直至推理出問題的結(jié)論，并通過建立與推理機(jī)相適應(yīng)的領(lǐng)域知識庫，生成模型系統(tǒng)， 并擴(kuò)展為實(shí)用系統(tǒng)——工藝流程管理系統(tǒng)、設(shè)備管理信息系統(tǒng)和設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。 工藝流程管理系統(tǒng)根據(jù)平臺生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時數(shù)據(jù)，能及時甚至于早期就發(fā)現(xiàn)工藝偏差，分析偏差產(chǎn)生的原因、可能導(dǎo)致的潛在工藝危害，提供相關(guān)設(shè)計(jì)操作維護(hù)信息， 采取相應(yīng)保護(hù)措施和安全措施，對處理過程和結(jié)果存儲，進(jìn)行專家?guī)彀咐e累。 設(shè)備管理信息系統(tǒng)可以對所有海域的海洋平臺的在線、離線設(shè)備進(jìn)行日常巡檢管理、劣化傾向管理、故障處理管理、工單管理、備品備件管理、出入庫管理和設(shè)備檔案管理。 設(shè)備故障診斷系統(tǒng)根據(jù)平臺設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)來分析感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在運(yùn)行隱患，當(dāng)特征值出現(xiàn)能耗異常或峰值時，參考設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)規(guī)則、設(shè)備特征信號的屬性來判斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。 根據(jù)設(shè)備故障類型規(guī)則，通過對特征信號屬性的信息融合，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，診斷出設(shè)備是哪一類型故障， 哪個部件出現(xiàn)了故障，故障嚴(yán)重等級程度， 應(yīng)采取的維修保養(yǎng)措施等，并預(yù)測設(shè)備由于自然磨損或者其他機(jī)械和人為原因發(fā)生的變化及變化趨勢，由傳統(tǒng)的預(yù)防性維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知性智能維修， 預(yù)測是否需要配件，通過設(shè)備管理信息系統(tǒng)查詢配件是否有備件，并出具詳細(xì)的維修工單。

4 建立海洋石油平臺工藝、設(shè)備的模型及運(yùn)行規(guī)則

海洋石油平臺屬于易燃易爆危險環(huán)境，工藝過程既有物理變化也有化學(xué)反應(yīng)， 復(fù)雜多變，高溫高壓，工藝流程長，耦合度高，建模復(fù)雜。 建立適合海洋石油平臺工藝、設(shè)備的模型及運(yùn)行規(guī)則是整個專家系統(tǒng)重點(diǎn)研究的部分。 對于一些難以用數(shù)學(xué)模型建模的問題可以考慮用語義形式表達(dá)，能更有效地表達(dá)專家控制技能和經(jīng)驗(yàn)，方便處理常規(guī)控制方法和故障處理方法難以解決的不確定對象的控制和故障解除問題。 專家系統(tǒng)將各種監(jiān)測方式獲取的生產(chǎn)實(shí)時動態(tài)信息、工藝狀態(tài)信息和各類設(shè)備運(yùn)行信息經(jīng)相應(yīng)的信息分析方法處理后以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，專家?guī)熘械哪Ｐ妥詣诱{(diào)入需要分析的數(shù)據(jù)，根據(jù)模型的特征進(jìn)行處理提取，并將提取的特征值存儲在專家?guī)熘校瑢ζ脚_工藝、設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行多狀態(tài)多維度監(jiān)測評定，通過特征信號的屬性判斷出當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否異常，出現(xiàn)特征值異常或警戒峰值時需分析判斷生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備是否出現(xiàn)問題，調(diào)用平臺設(shè)計(jì)文件、案例庫，結(jié)合模擬軟件，自動選擇出合適的處理流程，還可以模擬流程處理的過程，預(yù)見處理結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化流程方法，找出最優(yōu)的處理方案。 每次處理的結(jié)果也存入案例庫中，案例庫是專家進(jìn)行決策的數(shù)理參考和理論支撐，平臺成功處理案例存儲在專家系統(tǒng)內(nèi)部一個專門的案例庫中，提供給專家系統(tǒng)進(jìn)行決策。 針對平臺數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、多變、非線性及滯后等特點(diǎn)，可以采用最相鄰算法、歸納引導(dǎo)策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊邏輯算法及遺傳算法等檢索匹配算法進(jìn)行檢索［3，4］。參照相似案例選擇解決該異常問題的處理方法。 在分析、篩選的基礎(chǔ)上， 專家系統(tǒng)還可以建立預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測分析，通過數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系、模型和先進(jìn)算法，預(yù)測判斷出設(shè)備、流程的變化，將分析的過程和結(jié)果可視化。 每一次問題的處理都形成一個閉環(huán)知識庫， 對同類問題處理相關(guān)特征值進(jìn)行比較，得到趨勢圖，再綜合工藝流程、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及維護(hù)檢修記錄等狀態(tài)變化信息，反向修正運(yùn)行模型，通過數(shù)據(jù)累積，不斷優(yōu)化模型［5］。 通過日積月累的數(shù)據(jù)不斷自我學(xué)習(xí)對模型進(jìn)行修正完善，升級調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到及時準(zhǔn)確評判平臺生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行趨勢的目的。 隨著模型處理存儲越來越豐富， 處理方法越來越成熟，專家系統(tǒng)對工藝設(shè)備、流程故障判斷和處理會越來越準(zhǔn)確，時間會越來越短。

5 結(jié)束語

建立智能化海洋石油平臺是一個長期的系統(tǒng)工程，以物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為支柱。 海洋石油平臺智能化也是一項(xiàng)需要四海平臺參與，陸地終端支持，逐步推進(jìn)， 由一系列目標(biāo)高度一致又相互獨(dú)立執(zhí)行的任務(wù)組成的系統(tǒng)工程， 是既需要依靠專業(yè)知識又需要各類專家經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的綜合性系統(tǒng)， 既需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝危?又需要參與人員的創(chuàng)造性和發(fā)散性思維。 海洋石油平臺在智能化過程中不僅要考慮系統(tǒng)的功能性、完整性，同時還要考慮系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性和兼容性。 在不遠(yuǎn)的將來，海洋石油四海區(qū)域還可以借助廣接入、 大寬帶、 低時延5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋操作控制與管理的全過程，實(shí)現(xiàn)辦公室與現(xiàn)場裝置語音、 圖像及視頻等遠(yuǎn)程終端互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)海洋石油平臺的智能操作與控制。