MOPU移位作業智能化管理系統應用

姜春起,胡猛,張鳴翔,仝家林,宮忠才

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司,天津 300452)

目前,渤海邊際油田大小區塊眾多,海洋石油162平臺在試采過程中經常需要拖航、重新定位、插拔樁。MOPU的拖航移位作業程序復雜,是一項受多因素影響、具有高風險、高難度、高技術含量的復雜工作[1],任何一項因素的考慮不周都有可能導致平臺產生意外事故。為解決上述問題,“海洋石油162平臺”積極推進遠程監測、智能評估計算、智能文案等技術在MOPU移位作業中的應用[2],實現MOPU拖航、插樁拔樁作業的智能化管理,以期提高服務水平。通過衛星數據回傳,可以實現對作業現場關鍵參數進行遠程實時監測,及時發現施工作業中的問題,遇到緊急情況可以迅速做出決策并及時求援,最大程度減小損失,作業回傳數據可以形成新的數據樣本信息,為后續MOPU移位作業提供參考。

1 目標

“海洋石油162平臺” 已經安裝監測系統,采集樁腿深度、樁腿入泥深度、四角吃水、海水深度等數據,但這些數據只有現場作業人員通過本地主機才能進行觀看,為了實現在陸地上的協同辦公管理[3],通過現場安裝北斗系統,以短報文的形式發送到陸上終端。

另外,為了實現對插樁/拔樁作業中的結構安全進行監測,通過安裝應變儀和數據采集系統,以短報文的形式同樣將監測數據傳輸到陸上終端[4]。通過安裝北斗設備,還可以把拖航過程中平臺的拖航速度和平臺位置的經度和緯度傳輸到陸上終端,進而實現MOPU移位作業智能化管理。見圖1。

圖1 MOPU移位作業智能化管理系統示意

為了監測在移位作業中HYSY162平臺固樁架的應力狀態,在主甲板上固樁架的翼緣處安裝應變儀,其中三個固裝架上布置4個應變儀,另外一個固樁架布置3個應變儀來避開防爆區,其中控制器安裝在3號樁腿附近。

2 室外硬件系統組成

2.1 應變儀安裝

采用焊接式應變計(DH1205K),防護等級IP68,適合金屬結構長期監測,見圖2。

圖2 DH1205K應變儀

被測表面的變形(如應變變化)導致兩端固定塊相對運動,使得內部彈性元件發生形變,被粘貼在彈性元件上的高性能應變片感知,并通過數采儀器采集[5]。敏感元件采用低蠕變、高精度電阻應變片,經過嚴格的粘貼工藝和防潮密封技術措施,最后組成全電橋輸出。應變儀采用保護盒進行保護,應變器與數據采集系統的連接采用船用線纜。

每個樁腿附近需要安裝4個應變儀,固定在受力最大的支撐板上,在圖3標示位置安裝1個,壁板背面安裝1個,壁板對側的相同壁板上安裝2個。用適當的清潔劑擦拭除油,然后用打磨機、銼、鋼刷或砂紙以獲得平整、光滑的安裝基面。將2個安裝塊,通過M6螺母固定到焊接夾具上,然后將黑色部分直接焊接在安裝區域,見圖3。

圖3 應變儀安裝現場

安裝塊焊好后,放置一段時間,使焊接時產生的殘余熱量完全散失后,裝上應變儀。安裝完應變儀后,安裝應變儀保護盒,在應變儀周圍合適位置焊接2個M6×16的沉頭螺絲,固定應變儀保護盒,保護盒為鋁制。

2.2 控制器和采集器安裝

控制器和采集器放置在防爆箱內,防爆箱安裝在每個固樁架上,焊接角鐵的位置見圖4。

圖4 采集箱安裝現場

2.3 主數據采集箱

主數據采集箱外形尺寸為高×寬×深為650×550×220 mm,材質為2 mm冷軋鋼板,防護等級IP44,盤內安裝S7-1200 PLC組件用于采集現場設備輸出信號。

該主數據采集箱的主要用于采集及處理以下信號。

1)4個樁腿的升降高度。

2)平臺四角吃水。

3)海水測深。

4)氣隙傳感器輸出。

5)雙傾角傳感器輸出。

6)組合測距儀測距。

7)內置以太網交換機中繼轉發網絡視頻。

8)提供220V工作電源至組合測距儀現場接線箱。

2.4 從數據采集器1#

用于采集樁腿升降信號,主要包含4塊脈沖信號分配模塊,該模塊將原系統升降信號一分為二,輸入輸出通道互相隔離,分別供原升降控制系統及平臺狀態監測裝置進行采集處理。脈沖信號分配模塊分別安裝在4個樁腿的控制柜內,其主要參數見表1。

表1 從數據采集器1#參數

2.5 從數據采集器2#

用于采集平臺四角吃水信號,平臺原有吃水傳感器接入從數據采集器2#,其輸出信號接入原液位遙測系統,并通過Modbus-RTU協議與狀態監測裝置進行數據交換,接線簡圖見圖5。

圖5 從數據采集器2#接線簡圖

從數據采集器2#采集儀表主要參數如下。

供電電壓:24 V DC;

功 耗:≤4 W;

輸入/ 輸出通道:4路/4路;

輸入/ 輸出信號:4～20 mA/4～20 mA;

輸出允許負載:≦400 Ω;

測量精度:0.2%FS;

通訊方式:Modbus-RTU;

安裝方式:面板嵌入式。

2.6 北斗傳輸線纜

擬采用ZB2110-16K型北斗多卡數傳終端實現北斗數據回傳,見圖6。

圖6 ZB2110-16K型北斗多卡數傳終端實物

ZB2110-16K型北斗多卡數傳終端是針對需要高頻度通信用戶開發的一款終端設備。其內部集成了北斗多頻天線、射頻模塊、基帶處理、多卡陣列以及主控板,可實現高頻度短報文通信和 RNSS 導航定位等功能;還配有專門的固定支架,安裝使用方便[6]。為了適應海上的惡劣環境,采取防水、防霧、防腐蝕等措施,并集成抗Wifi信號濾波器,開發低延時北斗短報文通訊協議。

從中控室上位機處鋪設25 m的線纜,經線纜通道和線纜孔到中控室頂部,天線固定在中控室頂部支架上,中間線纜綁扎固定。

3 中控室內的軟件安裝

3.1 上位機安裝

1)安裝控制主機,控制主機包含主機箱和1臺24"顯示器,主機置放于中控臺內,顯示器擺放在中控臺上。

2)安裝通訊接線盒,外形尺寸350×300×120 mm,置于中控臺內靠近主機位置。

3)安裝布置兩臺測深儀主機,靠近升降操作臺位置,測深主機外形尺寸270×264×95 mm。

3.2 軟件安裝

為了讀取數據,需要在中控室的主機上插入一個多串口卡,另外需要安裝表2所列的軟件。

表2 主機上安裝的軟件

應變儀的主界面運行見圖7,此時“通道列表”中會顯示已經連接上的應變器,點擊“刷新連接”可以刷新通道列表中的應變器。打開“啟動采樣”按鈕,數據開始進行采集,然后點擊“清零”按鈕將誤差清除,點擊“數據存儲”按鈕將數據保存到MySQL數據庫中。

圖7 應變儀的數據采集軟件

ZB2110-16K型北斗多卡數傳終端內部集成了北斗多頻天線、射頻模塊、基帶處理、多卡陣列以及主控板,可實現高頻度短報文通信和RNSS導航定位等功能,北斗數據傳輸軟件見圖8。

圖8 北斗軟件數據傳輸軟件界面

ZB2110-16K型北斗多卡數傳終端積小、功耗低,連接簡單、操作方便。終端內部最大支持17張北斗卡,其中一張為主卡,用于接收信息,也可以用于發送信息,其余16張為副卡,只用于發送信息。終端內部通過MCU合理調度可以實現高頻度的數據傳輸,非常適合用于北斗運營平臺、電力遠程抄表服務中心、救援服務中心等領域。

4 系統維護及保養

4.1 系統維護要求

本系統的維護主要取決于現場工況的惡劣程度、系統的運行狀態等因素。本章所描述的系統維護的內容及周期僅供參考,操作人員需要在使用的過程中不斷的熟悉和了解設備的實際狀況,并據此對系統進行更有效的維護和保養。

4.2 周期性維護要求

本系統滿足長期持續運行和最小維護量的使用需求,但為了實現系統功能最大程度的可靠性,使用人員應該堅持進行下列周期性維護保養工作。

5 結論

本文針對“海洋石油162平臺”積極推進遠程監測、智能評估計算、智能文案等技術在MOPU移位作業中的應用,實現MOPU拖航、插樁拔樁作業的智能化管理。通過衛星數據回傳,可以實現對作業現場關鍵參數進行遠程實時監測,提高了設備的自動化程度,提高MOPU拖航及就位作業的安全性,作業回傳數據可以形成新的數據樣本信息,為后續MOPU移位作業提供參考。

通過MOPU移位作業智能化管理系統應用研究,有助于提高插拔樁作業效率和測量精度,提高了MOPU插拔樁作業、生產運行的安全系數,同時也降低了公司大型裝備的運營風險;若再進一步研究,可降低測量誤差,提高計算精度,并向其他MOPU平臺推廣,以現在成功的經驗,帶動其他MOPU平臺工作效率和工作質量的提升。