信息化數字技術在海上采油平臺風險預警中的應用探索

王晶晶

摘要：在海洋油田開發中，為了確保生產效率和質量，需要建設大量具有一定規模的采油平臺。海上采油平臺所面臨的問題具有形式復雜、多樣性的特點，為了提升海上采油平臺安全系數和減少石油開采活動風險，需要探索一種安全預警機制管理模式，以彌補安全管理中的缺陷，確保人員和生產的安全，構建信息化數字技術平臺，并運用大數據、物聯網等技術收集海上采油活動及環境狀態等數據，對生產風險進行實時監控，實現了提前預警，有效推動了海上采油安全管理工作。

關鍵詞：信息化；數字技術；海上采油；風險預警

一、前言

我國的石油資源獲取渠道中，海洋石油開采扮演著不可或缺的角色。由于石油行業屬于高度危險的行業，海洋環境對石油開采安全的影響更為顯著。為了確保海上石油開采的安全性，必須探索建立一套適應海上采油平臺的風險管理體系，采用實時監測和反饋技術，全面收集海上石油開采過程中的各種因素，并設立不同級別的風險預警，以積極促進海上石油開采的安全。

二、海上采油平臺面臨的風險種類與現狀

（一）生產過程

在海上采油平臺的生產過程中，存在著多種潛在風險，包括但不限于火災爆炸、機械傷害、人為傷害以及石油泄漏等[1]?；馂谋▽儆谧畛Ｒ娗椅：ψ畲蟮囊环N事故類型?；馂谋ǖ母丛谟谏a過程中所產生的低沸點油氣在空氣中逐漸揮發并逐漸積累，最終形成了爆炸。因此，一旦發生火災，就容易造成大量可燃液體蒸氣外泄而造成人員傷亡。此外，在生產過程中，由于管線和設備的更換難度較大，長期使用會出現過度損耗的情況，同時磨損區域也會積累氣體。當操作人員違反規定進行加熱、點火等操作時，會使管線和設備承受過大的壓力，從而引發火災和爆炸等安全事故[2]。

就目前的設備設施而言，海上石油開采已經實現了高度自動化，并且采用了自升式鉆井平臺，相較于傳統的工程機械，海上石油開采所帶來的機械傷害風險較低，發生機器傷害的大部分根源是由于操作過程中部分零件的破損和掉落所造成的。

在海上石油開采過程中，人為傷害和石油泄漏是比較常見的傷害類型。人為傷害主要指偷石油者對人員和設備所造成的傷害。石油泄漏是指原油或其他液體從地面流入海底管線及海洋平臺等設施內引起的事故。石油泄漏的根源在于井口、管道和油閥組的泄漏，由于在海上進行開采和在海底工作時承受著巨大的壓力，一旦發生石油泄漏事故，泄漏的石油擴散速度極快，很容易導致周邊海域遭受大規模的污染。

（二）輸送過程

在石油輸送的過程中，最具潛在危險的因素是由輸送管道的穿孔、海上雷暴和靜電火花等因素所導致的石油易燃易爆等火災爆炸事故所帶來的潛在風險。首先，石油儲運設施有可能因腐蝕或其他因素而產生泄漏，為了保證安全生產，減少安全事故的發生，就需要采取必要的防爆保護措施，其中最重要的就是海洋油氣儲運設施的防腐設計問題[3]。在進行海上石油開采平臺的防腐設計時，必須根據環境條件的多樣性和復雜性，精選出最適宜的防護措施和材料，以確保平臺的長期穩定運行。其次，用于石油儲存在罐區、分離器以及與相關設備零件的接口處經常出現設備老化的情況，例如，溫度測量裝置、加藥裝置和卸油裝置等，這些設備的老化不僅會增加泄漏的風險，還會對石油的品質和安全性造成不良影響。

（三）電力系統

在進行海上石油開采的過程中，電氣設備受損和停電所帶來的安全風險是一項不可忽視的挑戰。由于受自然環境等因素的影響，一旦斷電事故發生，將給企業造成巨大的經濟損失和嚴重的社會不良影響。在應對停電事件時，應急備用電源通常是首選，然而，當遭遇由特殊天氣引起的短路停電時，其所帶來的危害主要表現在設備的損壞和人身安全的受損。由于電氣設備故障或者操作不當造成電氣設備出現故障后無法及時修復或檢修，從而引發了事故。因此，為了提高電氣設備的安全性，必須加強電氣防爆裝置的設置，并確保電氣設備使用的規范性。對于海上石油平臺來說，由于其環境相對惡劣，且處于復雜的電磁環境影響下，極易出現電氣設備故障。為了確保電氣設備的正常運行，必須建立一個完善的接地系統，以保障工作人員能夠安全有序地撤離事故現場，從而保證設備的絕緣性能和可靠性。如果接地系統不具備相應的防護措施，則很容易造成電氣設備爆炸起火甚至人員傷亡的后果。電氣火災的發生與絕緣失效、接地失效、線路老化、短路等多種因素息息相關，這些因素的相互作用可能引發火災。

（四）現場作業

在運行期間，有可能會發生井噴事故，所以一定要保證防噴器功能良好才能保證運行安全。再加上井下作業環境較差，容易引發各類火災。由于海洋環境復雜、工作條件艱苦、操作人員技能水平有限等諸多因素影響，防噴器經常受到損傷困擾。井噴事故發生后，會誘發有毒氣體、原油等外泄，不僅會對周邊環境造成污染，而且還會對設備造成腐蝕、損壞，最后引發火災事故。海洋石油鉆井平臺具有高風險，現場作業時，由于剎車失靈或者承載壓力控制失誤等原因造成設備設施處于高負荷工作狀態，平臺設備設施極易受到不同程度損壞，進而引發危險事故。

三、信息化數字技術在海上平臺應用現狀

（一）現場作業

隨著信息技術的不斷創新和廣泛應用，我國的石油開采已經逐漸實現了信息化平臺的構建，并且這一進程正在以驚人的速度推進。目前，國內已經建成了以油氣生產、儲運、銷售為核心業務的多個大型企業集團，通過實施“數字化”戰略，推動石油行業整體向數字化轉型升級，提高企業綜合競爭力。中海油作為石油開采信息化建設的典型代表，自2009年起逐步實現相關項目數字化。在2012年，海上油田綏中36-1油井成功構建了信息化數字平臺，實現了從勘探到開采全過程數字化。

以SOA理念為基礎，將目前采油平臺信息化建設劃分為業務應用層、管理信息平臺、數據資源站3個層面，共同組成平臺信息化架構。首先，業務應用層最為核心，旨在把各專業的應用系統進行有機融合。數據資源站注重自動化數據采集與共享，利用數控技術采集各環節數據，結合檢測手段標定數據可靠性，保障信息化平臺中真實可靠的數據來源，以完成數據服務目標。其次，管理信息平臺就是把各個生產單位和部門通過網絡連接起來，組成一個全面的數據資源庫。構建企業內部數據共享和實時通信的內部網絡等。管理者通過對數據的獲取以及對其風險的分析，能夠對勘探與開采服務進行更進一步的優化與管理。最后，由數據管理層對各個部門進行總結，形成綜合分析。為幫助決策層制定更好的戰略計劃，必須實現業務應用層的數據傳輸和有關數據統計分析。同時把分析的結果公布到網站，以便更多的人了解各個方面的情況和資訊，方便把握市場的動向。另外，對于一些可披露的監測資料，石油公司可通過網絡進行披露，從而為第三方服務企業的采購、物流以及安全生產等環節提供所需的數據支持。

（二）海上采油信息化平臺的風險預警現狀

海上采油信息化平臺的搭建已經完成，實現了數字化遠程監控和分布控制，包括設備剩余壽命、異常工況以及其他重要參數的實時監控，同時還實現了數據的自動采集和安全預警功能。通過對歷史數據進行統計，得到各生產階段設備運行狀態及故障信息。在發現任何問題時，應立即向工作人員發出緊急警報，以便及時處理任何可能發生的意外情況。通過對故障原因的排查及定位，能夠提前預防事故發生或避免造成更大損失。隨著現場監控技術和信息管理系統的不斷發展，傳統的報警方式已經不再依賴人工操作，而是能夠自動觸發報警機制，并根據實時采集的各類數據進行分析和判斷，從而做出準確的決策。在對各系統運行狀態監測的基礎上，通過數據分析建立故障知識庫，將各種可能出現的事故類型及原因以圖表形式顯示出來。在信息平臺出現異常的情況下，系統會向數據資源層、管理信息平臺層和業務應用層發送安全通知，并對其進行特殊標注，以滿足不同權限用戶的查看和回復反饋需求，從而加速各個環節的操作。

在海上采油平臺，實時預警和周期預警是最為常用的預警方式。針對目前海上油田作業中存在的諸多風險情況，構建了一套預警系統，以實施有效的控制和管理。針對不同的風險狀況，向不同的責任部門發出預警。一是海上特殊天氣，信息平臺收到預警后，將向平臺內工作的各個部門發布預警通告，以確保環境保護工作的順利開展。二是在關鍵工序出現操作異常的情況下，必須對相應的上下級部門進行告知和督促，以確保操作的正常進行。三是生產過程中監控數據出現異常，需要提前通知生產調度部門異常報警以便及時處理，同時站在安全角度提出有關建議措施。安全部門根據管理信息層接收到的數據深入分析，發現潛在隱患和可能達到預警指標的設施，并發布整改通知，確保相關人員與設施的安全。

四、信息化數字技術在海上采油平臺的風險預警發展趨勢

（一）新技術在信息化風險預警中的應用

海上采油信息化平臺風險預警機制在各個領域技術繁榮發展的環境中得到了優化和完善。從前文所述海上采油平臺四類流程可能存在的風險來看，信息平臺的工作模式表明借助物聯網和大數據技術可以有效地提升四類流程風險預警的效率。

通過對生產過程中的各類數據進行收集，運用大數據技術對歷史數據進行分析，結合源頭數據和開采活動進行時效性判斷，并設定數據更新周期，減少數據資源站的數據冗余，從而提高管理信息層的檢索速度和分析效率。

利用大數據技術可以提升現場作業人員疲憊度、設備損耗度以及不同環境下的作業危險性的預測準確，從而提升信息化平臺的風險預警能力和基于云計算的現場作業遠程監控系統的實時監控能力。利用微波通信技術，優化現場作業人員與平臺及陸地之間信息傳遞效率，實現對相關工況信息的實時獲取，便于各項作業的安全進行。

為了延長設備的使用壽命，針對海洋環境中零部件的嚴重磨損，采用激光熔覆技術以較小的熱影響實現對零部件的修復，以達到提高使用壽命和減少維修費用的目的。選取某款裝備某連接件的零件作為研究對象，開展零件激光熔覆層厚度測量與評估工作，并根據零件實際情況制定相關防護措施。利用信息化平臺收集的數據，將該技術用于對即將遭受嚴重磨損連接部件進行報警，實現提前修復。對故障部位進行檢測和分析，確定故障部位是否存在嚴重磨損、變形或斷裂。在修復完成后，對參數進行更新以使磨損部件退出風險警報，從而提升設備的效率。

（二）新裝置在信息化風險預警中的應用

在當前的石油行業中，無人機與遙感技術的有機結合已經得到廣泛應用。消防無人機所搭載的毒氣和可燃氣體檢測設備，可為石油管道的巡線無人機提供高效的檢測手段，從而減少人員進入泄漏區域的次數，協助人們及時排查泄漏源[4]。利用“互聯網+”大數據分析手段，結合油田生產現場實際情況和安全風險評估結果，設計一套基于云計算的遠程應急管理與指揮調度系統。利用信息平臺，實現無人機的定期巡航任務，并與地面測控站進行實時數據傳輸和互動。同時將作業情況反饋到地面監控中心，完成了無人值守模式下的應急救援工作。在海上采油的生產過程中，無人機不僅能夠發揮風險預警的作用，而且，由于人工巡檢時間長、成本高以及尋找泄漏點所造成的傷害較大等原因，無人機能夠實現長期巡視，不會受海洋氣候和地形的條件限制，可以實時監測。

（三）新材料在信息化風險預警中的應用

隨著化工行業防腐技術的提高，在密封部位采用奧氏不銹鋼與聚四氟乙烯耐腐蝕材料充填連接可有效緩解海水腐蝕問題。在生產過程中需要根據環境情況選擇合適的防護方法和材料，并和企業外網用戶進行互動，不斷地更新新型防腐材料的各項性能參數，由安全管理部門進行仿真分析以獲取不同材料的使用壽命和相關風險參數。對于優化能力強的新材料，在小范圍進行試用，并設置有效的防腐保護措施以提升海上采油的安全性。

五、結語

針對海上采油企業生產、運輸、電力系統及現場作業四個領域存在的風險，利用物聯網，大數據技術建立信息庫，引進無人機實現實時監控，并與信息化數字平臺相結合，對現有信息化數字平臺海上采油風險預警體系進行優化，用科學方法全面提高海上采油風險預警能力，促進石油企業安全管理朝著智能化、信息化、數字化方向發展。

參考文獻

[1]馬越，熊煒，王明秀，等.海上采油平臺安全預警機制管理[J].安全、健康和環境，2003（03）：13-14.

[2]孫濤.海上采油平臺的維護管理[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：123-124.

[3]杜孟云，于祥春，孫繁榮.納米乳液在海上低滲透采油平臺的應用研究[J].石油和化工設備，2022，25（04）：22-26.

[4]周子軍.海上某采油平臺井口控制盤油氣反竄預警措施[J].冶金管理，2021（17）：17+22.

責任編輯：張津平、尚丹