榮亮

（中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司，天津 300452）

隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及自動控制技術(shù)的發(fā)展，許多生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度越來越高。同時，作為現(xiàn)代化生產(chǎn)生活的必要能源，石油資源開采和生產(chǎn)與工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，在我國的石油開采中，其開采中心隨著陸地石油資源的緊缺而逐漸轉(zhuǎn)移到海洋中。由于海洋石油開采環(huán)境復(fù)雜，受天氣影響較大，因此，為提升石油開采效率，通過自動化技術(shù)加快設(shè)備反應(yīng)和調(diào)節(jié)能力是海洋石油開采的重要發(fā)展方向。

1 海洋石油平臺儀器儀表中的自動化控制技術(shù)

1.1 PLC 控制

通過在各設(shè)備的控制節(jié)點(diǎn)安裝微機(jī)設(shè)備，在接口芯片進(jìn)行位控，從而完成對石油生產(chǎn)的自動化控制。同時，在智能化算法的進(jìn)步下，如今已經(jīng)出現(xiàn)多變量測量技術(shù)以及模型辨識技術(shù)等可以對自動化控制流程進(jìn)行簡化的技術(shù)，有助于自動化控制效果以及可靠性的提升。通過微機(jī)和常規(guī)儀表的結(jié)合，石油開采設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)控制，從而提高控制效率，有助于海洋石油生產(chǎn)效益的提高。比如，通過氣電轉(zhuǎn)換裝置和微機(jī)的結(jié)合，可以完成對氣動儀表的定點(diǎn)控制，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

石油開采是一個復(fù)雜的生產(chǎn)體系，在開采過程中涉及多個類型的設(shè)備，單一的設(shè)備邏輯控制能夠?qū)σ恍┖唵蔚纳a(chǎn)環(huán)境迅速完成控制，但在復(fù)雜情境下則無法完成任務(wù)。因此，通過計(jì)算機(jī)對各設(shè)備中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，完成對海洋石油開采平臺中儀器儀表統(tǒng)一管理和控制的功能，從而在整體層面上達(dá)成設(shè)備控制效率的進(jìn)步。比如，在石油開采中的催化裂化裝置當(dāng)中，即可以中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成對加熱速率和節(jié)點(diǎn)閉環(huán)等要素的綜合控制，從而有效提升設(shè)備自動化控制的穩(wěn)定性。

1.3 參數(shù)控制

石油生產(chǎn)對于各開采參數(shù)的控制是自動化控制中的核心要素，其中對溫度、壓力以及物位的自動化測量與控制是當(dāng)前石油開采自動化技術(shù)的主要控制回路。在溫度檢測當(dāng)中，主要利用熱電偶和熱電阻設(shè)備對石油管道內(nèi)部的介質(zhì)溫度進(jìn)行接觸測量，通過PID 控制算法對整體工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制；在壓力測量中，則是以壓力傳感器、變送器等儀表為主，能夠?qū)Χ喾N介質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)測量，從而在海上石油開采和生產(chǎn)過程中完成安全監(jiān)測的重要作用；物位測量則是利用浮力式儀表、雷達(dá)式儀表和矩陣渦流式儀表等設(shè)備，完成對物理液位的自動測量。

2 海洋石油平臺儀器儀表中自動化控制及應(yīng)用的意義

2.1 提升工藝裝置的控制水平

自動化儀表的優(yōu)勢在于通過一系列設(shè)備完成對工藝流程中各項(xiàng)參數(shù)的精確檢測，并且結(jié)合相應(yīng)的控制算法，形成反應(yīng)迅速的自動控制回路，在自動化參數(shù)控制下，其參數(shù)控制精度大大提升，能夠更可靠地完成多項(xiàng)石油開采和生產(chǎn)流程，極大地提高生產(chǎn)控制系統(tǒng)的可靠性。例如，在原油的固體去除、油水分離以及生產(chǎn)水處理等工藝流程中，通過精確的工藝參數(shù)測量和可靠的控制回路設(shè)計(jì)，其生產(chǎn)效率有效提升。

2.2 提升原油的采收率

在原油的開采過程中，通過自動化控制技術(shù)，能夠有效提高石油的采收率，并且通過對計(jì)量系統(tǒng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對石油質(zhì)量的準(zhǔn)確監(jiān)測，從而能夠在石油開采中完成高效的技術(shù)調(diào)整，對采收流程達(dá)成可靠的控制。同時，通過對電潛泵的自動控制，可以有效提升采油設(shè)備的高效性和穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)成石油采收率的提高。

2.3 降低人員勞動強(qiáng)度

通過在石油開采工藝環(huán)節(jié)中提升自動化設(shè)備的占比，將實(shí)現(xiàn)石油開采平臺的無人化，工作人員只需要熟悉并且了解各種控制設(shè)備的應(yīng)用和操作即可，有效降低了人員勞動強(qiáng)度。同時自動化設(shè)備能夠高效地應(yīng)對海洋石油開采環(huán)境中的復(fù)雜性，并且及時解決工藝流程中的意外狀況，避免在人工控制狀態(tài)下所出現(xiàn)的事故解決率低以及事故責(zé)任人不清的情況，其工藝效果隨著技術(shù)進(jìn)步而得到提升。

3 海洋石油平臺儀器儀表中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 故障以及安全控制

在海洋石油開采平臺中，利用儀表控制系統(tǒng)完成對開采過程中的故障以及安全控制是海洋石油開采自動化控制系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，其中主要分為過程控制、火氣檢查和緊急停車三個部分。

（1）過程控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對平臺工藝流程中的故障檢測，能夠?qū)κ烷_采和生產(chǎn)工藝中的每個過程進(jìn)行控制和監(jiān)督，并且對部分關(guān)鍵過程設(shè)備進(jìn)行關(guān)斷和連鎖，從而保障石油平臺的穩(wěn)定操作。在過程控制系統(tǒng)中，大部分工作都交由自動化程序完成，操作人員主要負(fù)責(zé)利用系統(tǒng)平臺完成對接收站數(shù)據(jù)的分析、監(jiān)控和操作，在平臺故障發(fā)生時完成對系統(tǒng)程序的調(diào)整，從而確保生產(chǎn)系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)正常。

（2）火氣檢測系統(tǒng)，其主要功能是對系統(tǒng)中火情狀況進(jìn)行全面監(jiān)測和控制?；饸鈾z測系統(tǒng)通過監(jiān)管平臺能夠?qū)λ袇^(qū)域中的火情警報(bào)和火災(zāi)情況進(jìn)行監(jiān)測，并且在發(fā)現(xiàn)火情后利用PA/GA 系統(tǒng)完成對消防泵的控制，對火勢進(jìn)行及時的控制，同時關(guān)掉空調(diào)、釋放二氧化碳抑制火災(zāi)，并且發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員及時對火情干涉和控制。

（3）緊急停車系統(tǒng)主要針對在生產(chǎn)工藝流程中所發(fā)生的一系列故障而設(shè)計(jì)的，在檢測到系統(tǒng)中受到各種破壞后，為避免系統(tǒng)、儀器和設(shè)備在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下發(fā)生不可挽回的故障，及時叫停設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行，完成對異常參數(shù)情況的高效處理。其中緊急停車系統(tǒng)會根據(jù)異常參數(shù)的威脅層級差別而做出不同的反應(yīng)，第四層級是停止工藝裝置，第三層次則是停止系統(tǒng)，這兩個層級的危險(xiǎn)性較小，在停止后會由工作人員完成對故障的檢修，而后系統(tǒng)和設(shè)備將繼續(xù)工作。第一和第二層級威脅發(fā)生較為嚴(yán)重，其故障具有不可挽回的特征，通過緊急停車系統(tǒng)能夠避免破壞進(jìn)一步放大，從而引發(fā)安全事故。

3.2 開采自動控制

自動控制技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成對人工作業(yè)的替代，通過對相應(yīng)生產(chǎn)流程進(jìn)行程序化處理，將其編寫成相應(yīng)的算法，從而對機(jī)械設(shè)備的啟停和運(yùn)行進(jìn)行控制，在加載相應(yīng)程序后，設(shè)備可以在程序的控制下完成一系列開采行為。在開采流程中的送鉆作業(yè)中，便可以將絞車轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)深度等重要生產(chǎn)參數(shù)按照正常的開采流程編入程序中，通過PLC 控制器完成對特定設(shè)備的控制，而后在自動控制系統(tǒng)的運(yùn)作下，絞車裝置按照預(yù)定的程序進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)一系列參數(shù)對鉆具進(jìn)行調(diào)整，從而保證鉆頭能夠穩(wěn)定地完成作業(yè)程序，并且當(dāng)檢測到鉆頭達(dá)到預(yù)設(shè)的開采深度后，自動控制系統(tǒng)就會停止鉆頭的作業(yè)程序，從而達(dá)成預(yù)定的送鉆程序，實(shí)現(xiàn)整個送鉆流程的自動化作業(yè)。在自動化送鉆作業(yè)中，能夠有效避免傳統(tǒng)人工操作送鉆作業(yè)中的失誤，其作業(yè)精度得到了有效保證，同時，在自動化程序性，工作人員只需要對整體程序進(jìn)行調(diào)控，因此降低了對人工的依賴，有效地提高了設(shè)備作業(yè)的穩(wěn)定性。同時，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其作業(yè)精度還將進(jìn)一步提升，能夠?qū)Σ煌那闆r進(jìn)行靈活的調(diào)控，從而有效降低外部環(huán)境對作業(yè)的影響。

3.3 自動存儲技術(shù)

由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致海洋石油鉆探和開采在作業(yè)過程中容易受到多種影響因素的作用，從而加大了信息控制系統(tǒng)的運(yùn)算和反應(yīng)壓力，因此，為了提升在海洋石油開采過程中信息技術(shù)和自動控制系統(tǒng)的可靠性，在海洋石油生產(chǎn)過程中，對各種生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行自動采集和存儲，從而提升系統(tǒng)應(yīng)對變化的能力是海洋自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的必須發(fā)展途徑。當(dāng)前可用于海洋生產(chǎn)的自動存儲系統(tǒng)主要有動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)、容錯能力技術(shù)以及同步共享技術(shù)三種。

（1）動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的主要作用為提高自動化控制系統(tǒng)的信息容量和功能容量，通過動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)，能夠根據(jù)系統(tǒng)的變動和更新對整個自動化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)可控調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)或設(shè)備狀況發(fā)生變化時，在動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的幫助下，自動化控制系統(tǒng)能夠及時完成對內(nèi)部程序模塊以及數(shù)據(jù)信息的替換，從而適應(yīng)新情況下的生產(chǎn)需要，有效提升自動化控制系統(tǒng)的控制效能。

（2）容錯技術(shù)則是通過為自動化系統(tǒng)提供備案從而有效防止系統(tǒng)在遭遇故障磁場干擾時出現(xiàn)生產(chǎn)信息的丟失，從而影響自動化設(shè)備的正常運(yùn)作。在實(shí)際工作中，則是在系統(tǒng)原有信息存儲機(jī)制下建立多個備用的工作節(jié)點(diǎn)，同時，也可以通過將海洋石油生產(chǎn)中的計(jì)算機(jī)和自動化機(jī)械設(shè)備同云端數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，從而完成對生產(chǎn)信息的實(shí)時上傳，當(dāng)故障或干擾發(fā)生時，操作人員既可以通過引入原先存儲的生產(chǎn)信息或云端資源，對受損數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，從而調(diào)控生產(chǎn)設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且保障數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

（3）同步共享技術(shù)則是在生產(chǎn)信息存儲的基礎(chǔ)上，將本設(shè)備的生產(chǎn)信息自動傳輸給多個系統(tǒng)用戶，從而使各個崗位的工作人員對整體的工作進(jìn)度和生產(chǎn)狀況具有清晰的認(rèn)識，并且使得總控人員能夠?qū)Χ鄠€崗位信息進(jìn)行綜合分析，從而做出精準(zhǔn)全面的決策，有效提高生產(chǎn)效益，減少風(fēng)險(xiǎn)概率。

3.4 智能勘探技術(shù)

在海洋石油生產(chǎn)體系中，石油勘探是一切具體生產(chǎn)環(huán)境的前提，勘探質(zhì)量的高低對后續(xù)的石油開采的油品質(zhì)量以及生產(chǎn)安全具有直接的影響，通過采用智能勘探技術(shù)，在石油勘探作業(yè)中引入自動化體系，能夠有效提高石油勘探作業(yè)的效用。在作業(yè)過程中，通過將具有傳感器、定位儀以及智能控制等裝置的勘探設(shè)備放到指定勘探地點(diǎn)，設(shè)備則可以通過預(yù)定的勘探流程完成對區(qū)域信息和圖像數(shù)據(jù)的采集，并且將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行奶幚硐到y(tǒng)中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件的處理，自動呈現(xiàn)出勘探地點(diǎn)中海洋環(huán)境的立體模型圖像。在智能勘探技術(shù)的輔助下，石油勘探人員能夠掌握大量直觀的勘探信息，從而對勘探地點(diǎn)的地質(zhì)環(huán)境和油氣情況展開專業(yè)分析，為后續(xù)的開采作業(yè)提供良好的基礎(chǔ)。

3.5 自動配電系統(tǒng)

在海洋石油開采過程中，電力系統(tǒng)的安全高效對于整體的生產(chǎn)流程具有重要影響，通過采用自動配電系統(tǒng)，能夠有效地保障相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備持續(xù)高效地運(yùn)行，不斷地提高其生產(chǎn)效率和安全性。首先，自動配電系統(tǒng)能夠在完成對各電力設(shè)備的自動配電后，對各電力設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而全面準(zhǔn)確地了解電力系統(tǒng)以及電力設(shè)備的具體情況，使電力控制人員能夠完成對電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控，保障各電力單元能夠按照生產(chǎn)流程穩(wěn)定工作。其次，自動配電系統(tǒng)能夠?qū)ο到y(tǒng)故障或危機(jī)進(jìn)行及時的監(jiān)測和警報(bào)。通過對各電力設(shè)備的監(jiān)測，自動化的電力能夠迅速定位故障位置并且及時反應(yīng)，從而發(fā)出警報(bào)信息，加快應(yīng)急方案的施行，減少故障損失。最后，在完成對電力系統(tǒng)的自動化升級后，相關(guān)系統(tǒng)能夠完成對各電力單元數(shù)據(jù)的收集，將其上傳至數(shù)據(jù)處理中心，從而實(shí)現(xiàn)對海洋石油生產(chǎn)平臺的全面了解。同時，由于數(shù)據(jù)收集部件同其他功能部件相互獨(dú)立，因此，在其作用期間，不會影響正常生產(chǎn)流程的進(jìn)行。通過自動配電系統(tǒng)的應(yīng)用，海洋石油平臺的電力供應(yīng)將得到良好的調(diào)控和保障，能夠有效促進(jìn)我國海洋石油事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4 結(jié)語

目前，在海洋平臺的自動化控制技術(shù)應(yīng)用中主要涉及故障控制、生產(chǎn)、信息存儲、智能勘探、自動配電環(huán)境，通過對自動化控制系統(tǒng)的利用，海洋石油開采平臺的生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性和效率都得到了大幅度提升，同時有效降低了生產(chǎn)過程中的人員勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)的人工化調(diào)節(jié)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來海洋石油生產(chǎn)將逐漸向更加高效和智能的方向發(fā)展。