應用智能機器人保障轉油站無人值守的探索

大慶油田有限責任公司第二采油廠

目前采油二廠已建成了規(guī)模龐大的油氣生產系統(tǒng)，隨著生產規(guī)模的不斷擴大，對生產用工的需求也在逐漸增多，全廠人力資源緊張的矛盾日漸凸顯。另外根據開發(fā)安排，未來幾年還將增加上千口油水井，人員的需求量將進一步增大，在自然減員的大形勢下，若仍采用現有的建設和管理模式，人力資源將嚴重不足。只有加快推進數字化建設，提高生產控制能力，轉變管理方式，才能進一步提高人力資源的利用效率，滿足未來油田發(fā)展的需要。

通過實施油田數字化建設，將工作由高頻、手動，人工向適度、自動、智能轉變，在確保生產經營管理水平穩(wěn)步提升的前提下，最大限度地降低員工勞動強度，提高勞動生產效率。通過信息化管理，促進生產組織模式和勞動組織結構優(yōu)化，提升科學決策和管理水平。

1 油氣生產數字化建設目標

（1）提供生產依據，提高管理水平。對各類參數變化規(guī)律進行分析，及時掌握生產運行工況，及時制定措施，實現精細化生產；對生產計劃、任務、趨勢等生產動態(tài)進行跟蹤，及時提供決策依據。

（2）整合管理要素，優(yōu)化管理模式。實現值守、巡檢和維保專業(yè)化，技術和后勤保障專業(yè)化，小隊、班組適應信息化模式重組轉型，變看護管理為智能化管理。

（3）優(yōu)化勞動組織結構，提升管理效率。通過井、中小型站場區(qū)域巡檢、無人值守，大型站場集中監(jiān)控，達到員工集中管理、運行集中控制、數據集中處理。

2 轉油站無人值守模式存在的安全風險

轉油站是集輸系統(tǒng)中二級布站或三級布站的中間站，主要功能是對站外來液進行油氣分離并轉輸至脫水站進一步處理。主要工藝如圖1所示。

考慮到轉油站處理介質含油氣等易燃易爆介質，事故的損失和危害均較大，實施無人值守的風險高、難度大等因素，目前油氣生產數字化建設在轉油站仍采用有人值守模式。轉油站實施無人值守模式風險主要有以下幾個方面：

圖1 轉油站工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of oil transfer station process flow

（1）在無人值守的情況下，無應急的事故流程，轉油站內可能出現易燃液體從容器中溢出、天然氣輸送管道超壓等異常危險情況[1]。冬季時，前后端工藝管道可能出現原油凝固凍堵，導致所轄井及站場的停產。

（2）站內工藝設施已建成，新增儀器儀表安裝因工藝設施結構[2]、安裝空間以及開孔動火等因素，造成施工風險高，難度大，使轉油站內部分生產參數采集、執(zhí)行設備無法安裝，無人值守模式下無法有效監(jiān)控生產運行狀況，建設及生產運行中存在安全風險。

（3）目前油氣生產數字化建設僅設置了對機泵及加熱爐等站內核心設備運行中的安全保護，對各類機泵、加熱爐本身未實現較為完整的監(jiān)護，在設備本身故障時難以及時發(fā)現，易造成全站停產，可能發(fā)生原油、天然氣等可燃物質泄漏甚至火災爆炸等安全風險。

（4）轉油站外輸、摻水、熱洗工藝流程控制基本為手動，控制力不足[3]。在日常工藝參數調整或特殊工況下的緊急處置時，無法實現遠程及時控制[4]，嚴重時可能出現易燃液體從容器中溢出、天然氣輸送管道超壓等異常危險情況，甚至發(fā)生爆炸、火災等嚴重的安全事故。

（5）目前油氣生產數字化建設主要參照《油氣田地面工程數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)范》、《大慶油田原油生產站場集中監(jiān)控設計規(guī)范》等標準及規(guī)范，但在實現轉油站無人值守方面均未做相關規(guī)定，同時缺少技術應用及設計經驗。

3 智能巡檢機器人的應用探討

3.1 智能巡檢機器人的功能及構架

智能巡檢機器人具備圖像識別、紅外熱成像、聲音識別、氣體狀態(tài)檢測等功能，能夠在工業(yè)環(huán)境下完成生產運行的監(jiān)控、報表錄取、工況風險識別等工作[5]。同時，自身運行具備制圖定位、導航和避障功能，可完成日常自動巡檢、數據讀取、安防等工作。智能巡檢機器人的基本組成及功能如圖2所示。

圖2 智能巡檢機器人基本組成及功能示意圖Fig.2 Schematic diagram of basic composition and function of intelligent patrol robot

智能巡檢機器人的基本架構如圖3所示。

圖3 智能巡檢機器人架構示意圖Fig.3 Schematic diagram of intelligent patrol robot architecture

通過遠程的平臺支持，在轉油站可實現日常巡檢、值守，生產數據數字化，安防管理，工藝泄漏監(jiān)測以及設備監(jiān)護等功能，進而降低轉油站運行的安全風險，實現無人值守。

3.2 智能巡檢機器人在無人值守轉油站的應用

智能巡檢機器人能夠在工業(yè)環(huán)境下實現生產運行監(jiān)控、數據讀取、安全防護功能，并通過制圖定位、導航和避障功能完成生產值守、巡檢等工作。其在轉油站無人值守模式的應用主要包括：

（1）生產數據數字化。智能巡檢機器人使用圖像識別技術，實現生產所需各類指針式儀表、數字式儀表數值的智能讀取，完成數據的分類記錄、存儲；通過站內網絡與站庫系統(tǒng)數據整合，補充系統(tǒng)數據的不足，形成完整的電數字格式數據。應用智能巡檢機器人可以有效彌補生產參數檢測的不足，解決因現場實際條件限制傳感器無法安裝，導致生產運行監(jiān)控不足的問題，最大限度地減少了改造對生產的影響，降低了生產運行風險及實施無人值守的難度。

（2）安防管理。智能巡檢機器人使用圖像識別、人臉識別技術[6]，實現油田生產人員、外來人員及其他物體的智能識別，數據上傳安防系統(tǒng)，對各類人員的出入情況形成完整日志和圖像等信息的備份，對異常闖入情況進行報警，提高站場安防的能力，降低生產安防風險及實施無人值守的難度。

（3）工藝泄漏監(jiān)測。智能巡檢機器人使用泄漏狀態(tài)檢測技術[7]，可對站場內各種介質泄漏進行監(jiān)測，通過系統(tǒng)形成生產監(jiān)測日志，預判風險等級，進行及時的遠程報警，可以有效彌補油氣生產數字化建設對生產泄漏工況檢測的不足，降低了生產運行安全風險及實施無人值守的難度。

（4）工藝設備監(jiān)護。智能巡檢機器人使用紅外熱成像、聲音識別等技術，對機泵的運行溫度、震動情況進行監(jiān)測，完成設備運行數據的分類記錄、存儲，并形成生產檢測日志，實現了對機泵運行有效監(jiān)測，進一步實現故障的預判，及時發(fā)出預警，有效避免設備損壞及生產事故。

另外，智能巡檢機器人使用可視化溫度識別技術，實現轉油站變壓器運行油壓、溫度，配電屏內母線、開關的溫度等變配電主要設備運行參數的監(jiān)測[8]，完成設備運行數據的分類記錄、存儲，并形成生產檢測日志，在設備異常運行時及時報警，提高了設備故障排查、維護效率，可有效避免電氣設備損壞及供電事故。

（5）日常巡檢及生產值守。智能巡檢機器人使用制圖定位導航[9]、智能避障技術，通過高通過率的地盤設計，正常情況下按照預定程序在站內進行自由巡檢，巡檢后回到值班室值班，監(jiān)控站庫系統(tǒng)運行，當系統(tǒng)異常時及時報警，替代了員工的巡檢值班工作。

3.3 無線通信網絡

智能巡檢機器人可使用5G通信或建立站內局域無線網絡實現數據通信。為了降低外網入侵風險及相關保密要求，可在站內自行搭建無線通信網絡，實現站內無線通信覆蓋[10]，費用估算為5.04萬元。主要建設內容如表1所示。

表1 無線網絡費用測算Tab.1 Cost calculation of wireless network

3.4 費用測算

在轉油站內采用單個智能巡檢機器人，并建立機器人的管理平臺，同時站內進行各房間之間廊橋搭建，室外地面平整處理等場地輔助設施進行完善，即可保障無人值守轉油站運行。該模式的基本投入約132.08萬元。具體投入統(tǒng)計如表2所示。

表2 智能巡檢機器人費用測算Tab.2 Cost calculation of intelligent patrol robot

4 認識

轉油站是油田生產主要單元之一，具有影響安全運行的因素多、風險高，事故損失大、破壞性強的特點。通過應用智能巡檢機器人保障轉油站無人值守的分析研究，取得了以下幾點認識：

（1）智能巡檢機器人可彌補無人值守模式下數據采集不全的不足，可以替代人工巡檢和值班。

（2）智能巡檢機器人對生產環(huán)境的適應能力較強，可以在不同工況和基礎設施條件下運行，不需對站場進行大規(guī)模改造。

（3）可根據需要配置不同的傳感器，通過移動方式解決特殊節(jié)點、特殊生產參數的檢測。

（4）可以作為無人值守轉油站的運行保障，降低無人值守模式下安全運行風險。