在距離深圳東南約250公里的南海珠江口盆地海域，一艘明黃色的“鋼鐵巨艦”橫亙在深藍色海面上。不久后，這座全新智能FPSO(浮式生產(chǎn)儲卸油裝置)“海洋石油123”將在這片海域的陸豐12-3油田投產(chǎn)，預(yù)計投產(chǎn)后的高峰年產(chǎn)量可達173萬噸。近期，技術(shù)團隊正在進行投產(chǎn)前的調(diào)試工作。
浮式生產(chǎn)儲卸油裝置是開采海洋油氣資源的高端大型海洋工程裝備，可實現(xiàn)海上石油、天然氣等能源的開采、加工、儲存、外輸、發(fā)電，被稱為“海上油氣加工廠”。“海洋石油123”的成功交付，標志著中國加快推進海上智能油田建設(shè)取得新進展，對于實現(xiàn)我國能源產(chǎn)業(yè)與數(shù)字技術(shù)深度融合，加快推進我國能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展具有重要意義。
實現(xiàn)從海上設(shè)施“獨立作戰(zhàn)”向橫向集成、縱向貫通的海陸一體化運營模式轉(zhuǎn)變
“海洋石油123”是一艘10萬載重噸級的船型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，船長241.5米，型寬45.2米，型深25.4米，其系泊中心水深大約236米，甲板面積相當于1.5個標準足球場大小，由中海油能源發(fā)展股份有限公司投資建造。在這座“龐然大物”上，隨處可見的數(shù)據(jù)采集裝置如靈敏的神經(jīng)末梢及時把各類數(shù)據(jù)匯集至中樞大腦——“海精靈”邊緣數(shù)據(jù)中心。
與常規(guī)FPSO相比，智能化程度高是“海洋石油123”最大的特點。它是目前我國首艘應(yīng)用了云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計算等數(shù)字技術(shù)的全新智能FPSO，將為投產(chǎn)后的油氣生產(chǎn)運營智能化奠定基礎(chǔ)。
海油發(fā)展副總經(jīng)理王偉介紹，“海精靈”將會對船上8000余個數(shù)據(jù)采集點采集到的各類現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，然后再通過海陸通訊鏈路傳輸至陸地智控中心，可實現(xiàn)海上生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全面感知、實時采集和智能輔助決策，全面提升油氣生產(chǎn)設(shè)施智能化運營水平。
由于南海油氣田大多遠離岸基，且位置分散，遠程通訊時延長，限制了常規(guī)數(shù)字化智能化手段的使用。“過去，F(xiàn)PSO生產(chǎn)作業(yè)是以獨立模式運行，倘若現(xiàn)場的關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障，需要多個專業(yè)的技術(shù)專家乘坐交通工具從陸地趕赴海上作業(yè)平臺才能解決問題，這種方式實效性不高，影響現(xiàn)場的正常生產(chǎn)。”王偉告訴記者，智能化的設(shè)計使“海洋石油123”改變了傳統(tǒng)運營模式，實現(xiàn)從過去的海上設(shè)施“獨立作戰(zhàn)”向橫向集成、縱向貫通的海陸一體化運營模式轉(zhuǎn)變，現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)可及時回傳至陸地，技術(shù)專家在陸地就能進行聯(lián)合診斷，不僅能大幅縮短設(shè)備故障修復(fù)時間，還有助于更早發(fā)現(xiàn)和解決海上生產(chǎn)隱患，將有效提高作業(yè)效率20%、降低生產(chǎn)運營成本10%以上。
據(jù)了解，在開展全新FPSO建設(shè)的同時，技術(shù)團隊也同步對已投產(chǎn)運營的老舊FPSO進行智能化改造升級。隨著“海洋石油123”的成功交付，陸地智控中心成功實現(xiàn)了FPSO“一對多”集約化管理，實現(xiàn)油田開發(fā)經(jīng)濟效益和管理效率的更優(yōu)化。
“倘若遇到極端天氣導(dǎo)致海陸之間的通訊受影響，‘海精靈’可以充當‘臨時指揮站’，為化學(xué)藥劑智能加注、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、全船監(jiān)測系統(tǒng)等智能化應(yīng)用提供算力支撐，經(jīng)人工智能模型算法分析后，全面提升設(shè)備設(shè)施全生命周期管理的科學(xué)性。”王偉表示。
為做好“海洋石油123”智能化工作并發(fā)揮青年人在數(shù)字化智能化方面的強項優(yōu)勢，海油發(fā)展組建了“FPSO智能化青年先鋒隊”，研發(fā)過程中，技術(shù)團隊不斷加大創(chuàng)新研發(fā)力度，實現(xiàn)一個又一個突破。
“基于多年FPSO的操作經(jīng)驗及‘海洋石油123’的現(xiàn)場需求，我們首次研發(fā)并配備了智能裝配載系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、生活樓防疫系統(tǒng)、工藝流程數(shù)字孿生系統(tǒng)及化學(xué)藥劑智能加注系統(tǒng)等，使得‘海洋石油123’在提高安全性、降低能耗及碳排放的基礎(chǔ)上，減少了9%的操作人力。”海油發(fā)展有關(guān)負責人告訴記者，團隊成員還經(jīng)常與中國船級社開會探討細節(jié)到深夜，最終首次建立FPSO智能化建設(shè)行業(yè)規(guī)范指南，使得“海洋石油123”成為國內(nèi)首個擁有智能符號認證的FPSO。
數(shù)字“克隆體”全面監(jiān)測海上生產(chǎn)動態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施遠程映射與海陸協(xié)同管理
如果說“海精靈”邊緣數(shù)據(jù)中心是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的匯集中樞，那么數(shù)字孿生技術(shù)就是海陸數(shù)據(jù)共享的橋梁紐帶。
據(jù)“海洋石油123”建造項目組負責人譚靜軒介紹，研發(fā)團隊將數(shù)字孿生技術(shù)首次應(yīng)用在“海洋石油123”的生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化、船體及單點系統(tǒng)健康管理，相當于給FPSO創(chuàng)造了一個數(shù)字版的“克隆體”，技術(shù)人員在FPSO陸地智控中心便可通過這一數(shù)字“克隆體”全面監(jiān)測海上生產(chǎn)動態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施遠程映射與海陸協(xié)同管理，為海陸一體化智能生產(chǎn)運營搭建數(shù)據(jù)共享橋梁。
“此前，海上操作人員需要時刻關(guān)注外部條件變化，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)程和工作經(jīng)驗進行工藝系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。有了‘數(shù)字孿生’系統(tǒng)后，不僅可以真實還原工藝流程，還可以根據(jù)生產(chǎn)的實時狀態(tài)和變化情況進行控制參數(shù)調(diào)優(yōu)和趨勢預(yù)警，避免了傳統(tǒng)工作方式中容易產(chǎn)生的操作系統(tǒng)異常、預(yù)警信息不足等問題，在安全高效運行的前提下，確保FPSO生產(chǎn)時率最大化。”譚靜軒說。
與此同時，在“雙碳”背景下，如何持續(xù)改善能源管理模式，實現(xiàn)綠色經(jīng)濟用能，減少能源成本，也是“海洋石油123”技術(shù)研發(fā)團隊努力的方向。
據(jù)了解，“海洋石油123”首次利用先進的工業(yè)無線信號傳輸及電子感應(yīng)技術(shù)，將FPSO的照明系統(tǒng)連接成一個智能控制網(wǎng)絡(luò)，可以自動控制和調(diào)節(jié)智能燈具的亮度，滿足不同工作時間、不同工作模式下各個場所對光照強度的不同需求。此舉每年將節(jié)約照明用電30%，節(jié)約的電能相當于每年節(jié)約原油約2575桶(標準煤46噸)。
此外，“海洋石油123”上的煙氣模式惰氣系統(tǒng)，回收利用熱介質(zhì)鍋爐燃燒的尾氣用于大艙所需的惰氣覆蓋氣，能有效減少惰氣發(fā)生器的柴油消耗，進而降低FPSO的整體能源消耗。另外配置的四臺(套)主發(fā)電機煙氣余熱利用鍋爐，單臺功率為1500千瓦，正常生產(chǎn)期間利用余熱鍋爐就能滿足FPSO所需的熱能。
“上述兩套系統(tǒng)將每年節(jié)約標準煤4400余噸，減少二氧化碳排放約1.1萬余噸，相當于植樹6120棵。”譚靜軒表示，“海洋石油123”還是我國首個統(tǒng)一批量應(yīng)用滿足國標二級能效電機的FPSO，相比以前的三級能效電機，效率提升3%左右，每年將節(jié)電12萬余千瓦時。
我國擁有的浮式生產(chǎn)儲卸油裝置數(shù)量與總噸位均居世界前列
我國油氣勘探開發(fā)正不斷向深海挺進，很大程度上得益于海洋油氣裝備產(chǎn)業(yè)的進步。
近年來，一系列由我國自主設(shè)計建造，擔負地球物理探測、地質(zhì)勘察、鉆井作業(yè)、工程建設(shè)、安全保障和生產(chǎn)管理等功能的海洋油氣裝備先后投入使用。例如，勘探開發(fā)方面，“海洋石油720”“海洋石油721”姊妹船最大作業(yè)水深達3000米，能高效、精確、大面積地進行三維地震采集作業(yè)。在建造安裝上，我國已擁有包括“藍鯨”號、“海洋石油201”在內(nèi)的多艘起重、鋪管作業(yè)船，最大起重能力達7500噸。在生產(chǎn)設(shè)備上，去年6月，我國首套國產(chǎn)化深水水下采油樹投入使用，海洋高端裝備制造能力進一步增強。中國海油已有在用生產(chǎn)平臺和浮式生產(chǎn)儲卸油裝置超300座，最大作業(yè)水深超1500米，部分油氣田完成了數(shù)字化、智能化改造，可實現(xiàn)遠程遙控生產(chǎn)。
歷經(jīng)從對外合作到自主研發(fā)的過程，目前，我國已成為全球最大的FPSO制造與應(yīng)用國之一，所擁有的FPSO數(shù)量與總噸位均居世界前列。
“20世紀80年代初，我國在渤海灣與外國作業(yè)者合作首次在國內(nèi)應(yīng)用FPSO‘渤海友誼號’，從那時開始，便開始探索FPSO設(shè)計建造及操作運營的自主性。”王偉告訴記者，伴隨著我國海上油氣開發(fā)的爆發(fā)式增長，至21世紀前十年，渤海灣以FPSO為油田開發(fā)核心設(shè)施開發(fā)了數(shù)個大型油田。伴隨著渤海灣管網(wǎng)化建設(shè)，以及南海油氣勘探的成果涌現(xiàn)，F(xiàn)PSO逐漸向更深水轉(zhuǎn)移。在FPSO設(shè)計制造方面，隨著21世紀我國造船業(yè)的崛起以及海洋工程市場的蓬勃發(fā)展，國際FPSO的制造逐漸向我國轉(zhuǎn)移，從起初的照圖施工，逐漸形成FPSO船體和上部模塊設(shè)計、建造及運營的一體化能力。
縱觀全球，海洋油氣開發(fā)目前正朝著深遠海發(fā)展。與近海工程不同，由于遠離陸地海岸，深遠海油氣田無法將油氣通過海底管道輸送至陸地終端進行處理。作為深遠海油氣田開發(fā)的重要手段，F(xiàn)PSO作為整裝油田開發(fā)的核心海上設(shè)施之一，將扮演越來越重要的角色。
“尤其是未來我國油氣開發(fā)的主戰(zhàn)場將位于南海海域。當進入深遠海應(yīng)用FPSO開發(fā)油氣田時，將面臨超深水、超深井及超遠距離等挑戰(zhàn)，需要攻克FPSO超深水系泊及立管海纜系統(tǒng)，尤其是要克服南海特有的臺風工況。”王偉表示。
未來，我國的海上油氣開發(fā)將加快建設(shè)以智能油田、智能工程、智能工廠為代表的數(shù)字綠色低碳轉(zhuǎn)型示范工程，不斷提高海上平臺無人化率。“將緊盯油氣行業(yè)數(shù)字綠色低碳轉(zhuǎn)型新趨勢，抓住新一輪科技革命為油氣產(chǎn)業(yè)帶來的新契機，建立相關(guān)行動方案，通過清潔替代、低碳跨越、綠色發(fā)展三個階段，助力‘碳達峰、碳中和’目標實現(xiàn)，為持續(xù)推動海洋石油工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家能源安全實現(xiàn)新的更大貢獻。”王偉說。(侯顆)
