海上無人平臺技術標準體系研究

鐘雨桐　何驍勇　陳迪　周學軍

摘 要 對海上無人平臺技術標準體系進行研究，包含早期無人平臺技術標準規(guī)范梳理、無人平臺技術標準體系建立、無人平臺技術標準體系完善等方面的內容，可為今后海上無人平臺技術標準體系的發(fā)展規(guī)劃提供參考。

關鍵詞 技術標準體系 海上無人平臺 標準規(guī)范

中圖分類號 TE95? ?文獻標志碼 A? ?文章編號 1000-3932（2023）05-0695-05

無人平臺指的是正常生產(chǎn)時無人駐守，通過遠程監(jiān)控實現(xiàn)無人化操作，在巡檢檢修、鉆修井、應急處置、訪問調查等情況下允許人員登臨的海上油氣生產(chǎn)井口平臺。無人平臺可以降低建造和操作成本，能夠有效實現(xiàn)油氣田降本增效，提高海上油氣生產(chǎn)自動化水平。海上無人平臺大部分以簡易井口平臺為主，平臺井數(shù)相對較少，上部設施比較簡單，一般只設1～2層甲板，正常生產(chǎn)操作一般通過遠程遙控實現(xiàn)［1］。

隨著數(shù)字化、智能化技術的不斷發(fā)展，無人平臺的遠程監(jiān)控能力和可靠性有了巨大的提升，海油無人平臺數(shù)量和比例逐年提升，也大力推動了海上油氣田開發(fā)的生產(chǎn)方式、管理模式轉變和數(shù)字化轉型。為滿足集團公司擴大海上井口平臺無人化應用的實際需求，中國海油也開展了一系列無人平臺技術標準體系的建立和完善工作，從設計源頭進行提升改善。

1 國內海上無人平臺發(fā)展歷程

無人平臺幾乎分布于世界上所有油氣活躍海域，截止到2018年統(tǒng)計的約7 000個海上平臺中，有超過23%（約1 600多座）的是無人駐守平臺［2］。國內從1993年開始建造第1座無人平臺（BZ34-4WP）［3］。2018年，中國海油啟動海上井口平臺無人化改造（無人化可降低工程投資15%左右，減少生產(chǎn)操作費用15%左右），之后中海油研究總院有限責任公司（以下簡稱中海油研究總院）先后完成了50余座無人平臺方案設計，僅2022年就進行了16座在役和新建無人平臺方案設計。國內海上無人平臺發(fā)展歷程如圖1所示。

2 早期無人平臺標準規(guī)范梳理

截止到2018年，國內外關于無人平臺的標準規(guī)范都非常有限。國外無專門針對無人平臺的標準規(guī)范，大多數(shù)現(xiàn)行法規(guī)和標準都是基于傳統(tǒng)的有人平臺［4］。國內僅有一個針對無人平臺的標準，其他僅是對無人平臺有部分特殊要求。

2.1 早期國外無人平臺標準規(guī)范梳理

挪威、丹麥、英國、荷蘭、德國、美國等國家的相關法律、法規(guī)和規(guī)定具體如下：

a. 挪威無人平臺主要遵循石油安全局（PSA）法規(guī)和NORSOK S-001技術要求。石油安全局（PSA）的規(guī)定強調在健康、安全、環(huán)保和資產(chǎn)的風險管理方面，有人設施和無人設施應遵循同樣的總原則。NORSOK S-001中有一些對無人平臺基本原則的規(guī)定，針對無人平臺井口區(qū)、主電應急電、輔助系統(tǒng)、應急關斷、火氣探測、安全、消防、逃生及直升機甲板等有一些具體規(guī)定。在挪威，幾個大型油氣藏發(fā)現(xiàn)較早，多年來，人們一直認為，大型綜合生產(chǎn)有人平臺是海上油氣田開發(fā)最為經(jīng)濟高效的方式，因此，當時的規(guī)定以及后來的更新版本，明確涉及無人平臺的內容非常有限。NORSOK標準的制定也是如此。建議制定出一套指南或NORSOK標準，為無人平臺提供設計方法。

b. 英國、荷蘭、丹麥等國立法也都提到無人平臺，并要求提交安全案例，但無專門針對無人平臺的標準和規(guī)范。

c. DNV在2017年為英國Energy Institute（EI）修訂的Guidelines for Offshore Oil and Gas Installations that are Not Permanently Attended（《非永久值守的海上石油和天然氣設施指南》）中，對于新建無人平臺和在役平臺無人化改造的設計原則（遠程監(jiān)控、人員配備等）和設計方案（設備設施、供電、通信、直升機甲板設計等）有較為詳細的描述，設計時可參考。

d. API 14C《Recommended Practice for Analysis，Design，Installation， and Testing of Basic Surface Safety Systems for Offshore Production Platforms》中規(guī)定了遠程控制設施的原則，例如遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程啟動條件，并且對暴風條件下遠程控制系統(tǒng)的設計進行了規(guī)定。雖然API 14C中對于遠程控制原則進行了描述，但并未對無人平臺設計提供具體方法。

e. API規(guī)范對于平臺的分級和設計條件進行了定義，即《Planning，Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design》（API RP 2A WSD—2014），但實際使用需經(jīng)過專家論證。

2.2 早期國內無人平臺標準規(guī)范梳理

截止到2018年，國內僅有1個針對無人平臺的標準，其他僅是對無人平臺有部分特殊要求，具體如下：

a. 《無人駐守井口平臺設計規(guī)定》（中海油企業(yè)標準，2013年發(fā)布實施）。制定出無人駐守井口平臺的設計規(guī)定細則，為無人駐守井口平臺開發(fā)邊際油氣田提供工程設計依據(jù)。

b. 《固定平臺安全規(guī)則》。部分內容有關于無人駐守井口平臺的特殊要求。在總則中規(guī)定“允許登平臺的人數(shù)應盡可能少，登臺人員不得在平臺上過夜”，此外在總圖布置、消防、救逃生等方面給出了一些原則性要求。

c. Q/HS 4023—2011《海洋石油直升機甲板起降規(guī)范》。有針對無人平臺的特殊要求，規(guī)定了無人值守海上平臺飛行的起飛、下機、登機等方面的要求。

d. 《中國海上油氣工程》。有關于“海上無人操作式平臺的設計”的作業(yè)準則。

e. 《淺海固定平臺建造與檢驗規(guī)范》（2004）、《渤海海上油氣田水文氣象設計參數(shù)區(qū)劃及邊際油氣田環(huán)境條件參數(shù)選取推薦做法》（Q/HS 3081—2017）、《淺海鋼質固定平臺結構設計與建筑技術規(guī)范》（SY/T 4094—2012）3個規(guī)范對于小型無人平臺及邊際油田無人平臺的重現(xiàn)期進行了推薦。其中規(guī)定，對小型無人平臺，重現(xiàn)期可取為平臺設計實用年限的2～3倍，但不宜小于20年。

3 無人平臺技術標準體系建立

隨著技術與設備的發(fā)展，生產(chǎn)操作方式的轉變，海上平臺自動化程度的不斷提高，開發(fā)投資少、人力成本低的無人化開發(fā)模式得以大力推廣，逐漸成為未來海上油氣開發(fā)的趨勢?，F(xiàn)有標準不能滿足海上無人平臺技術發(fā)展的要求，需要對現(xiàn)有標準進行修訂，解決無人平臺存在的問題，并建立更加全面的無人化技術標準體系，指導今后的無人化設計工作。

2019年，中海油研究總院牽頭完成兩座試點井口平臺無人化改造，并開展了海上平臺無人化頂層設計研究，根據(jù)海上井口平臺無人化研究結果對《海上無人駐守井口平臺設計規(guī)定》進行修訂，發(fā)布第2代設計標準。之后，隨著新建平臺無人化方案設計、井口平臺無人化改造、FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式設計等工作的進行，在不斷總結和完善設計經(jīng)驗的基礎上，逐步建立了海上油氣生產(chǎn)設施無人化技術標準體系，為后續(xù)的設計工作提供了依據(jù)和參考。

中海油研究總院共牽頭完成了7項針對無人平臺的標準規(guī)范的編制，其中前5項為無人化相關標準，后2項為臺風模式相關標準，詳述如下：

a. Q/HS 3024—2019《海上無人駐守井口平臺設計規(guī)定》（中海油企業(yè)標準，2013年發(fā)布實施，2019年修訂）。在調研了國內外海上無人平臺現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，總結試點平臺無人化改造設計工作經(jīng)驗的基礎上，為滿足集團公司擴大海上井口平臺無人化應用的實際需求，對該標準進行了補充和完善。主要對于簡化流程及設備、遠程監(jiān)控、設備管理、安全環(huán)保、平臺結構及登臨等方面進行了要求。

b. Q/HS ZY BZ GC 006—2020《海上無人駐守井口平臺設計指南》。在Q/HS 3024—2019《海上無人駐守井口平臺設計規(guī)定》的基礎上，細化了海上無人駐守井口平臺工程各專業(yè)設計原則及設計方案，并規(guī)定了無人平臺的篩選原則、設計原則、設計基礎，用以指導海上無人駐守井口平臺的工程設計。指南中規(guī)定了無人平臺的篩選原則，應從油藏特點、油品物性、平臺井數(shù)、平臺水深、平臺功能、操作維護等方面綜合考慮。對于設計方案中工藝流程設計、設備遠程監(jiān)控、設備監(jiān)測與管理等方面都給出了具體的推薦做法。

c. Q/HS 3134—2021《在役海上油氣生產(chǎn)固定平臺無人化設計要求》，對在役平臺無人化設計原則有較詳細的規(guī)定。結合生產(chǎn)操作現(xiàn)狀，根據(jù)實際遠程操作要求，進行必要的改造，實現(xiàn)遠程操作，降低操作成本，提高氣田的經(jīng)濟效益，延長海上油氣田經(jīng)濟年限。主要對于遠程監(jiān)控、設備管理、安全環(huán)保、平臺結構及登臨等方面進行了要求。

d. Q/HS 3135—2021《海上無人駐守井口平臺安全評估規(guī)程》規(guī)定了海上無人駐守井口平臺安全評估的基本要求，包括對工程方案研究及設計階段、建造及海上安裝階段、生產(chǎn)階段的安全評估。

e. Q/HS 3045—2018《海洋石油工程建設質量驗收規(guī)范》增加了無人平臺建造驗收內容，內容基于《海洋石油工程建設質量驗收規(guī)范》第2部分——組塊，編制內容主要為無人平臺上部組塊工程建設設計和調試過程的質量驗收標準，其余內容與第2部分相同。設計階段驗收增加的內容主要是核查工藝設計文件、設備設計文件（機械、電氣、儀表等）中的內容是否滿足遠程監(jiān)測、遠程控制功能要求，調試階段驗收增加的內容主要是核查單機設備是否可實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制功能要求。

f. Q/HS 3133—2021《FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式設計要求》。浮式生產(chǎn)儲卸油裝置（FPSO）被廣泛用于海上油田開發(fā)。近年來，中國海油南海東部海上油田通過提高平臺自動化程度，擴大遠程監(jiān)控水平，增強遠程控制能力，在保障安全可靠的前提下，開展了油田短期無人值守生產(chǎn)模式改造。人員避臺撤離后，在臺風中心到達油田之前，風浪海況條件在允許范圍內時，通過遠程遙控海上設施在短期無人值守模式下生產(chǎn)，在超限工況下對油田實施遠程遙控或自動關停。通過2～5天短期無人值守遠程遙控生產(chǎn)作業(yè)，可減少因躲避臺風引起的產(chǎn)量損失。其中，固定平臺無人值守生產(chǎn)模式設計可以依據(jù)Q/HS 3024—2019《海上無人駐守井口平臺設計規(guī)定》，本標準借鑒了已有FPSO短期無人值守模式設計和操作經(jīng)驗，規(guī)范和指導臺風來臨前FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式設計，主要對于遠程監(jiān)控、設備管理、安全環(huán)保、船體及系泊系統(tǒng)、壓排載系統(tǒng)等方面進行了要求。

g. Q/HS 3136—2021《FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式安全評估規(guī)程》。為適應FPSO短期無人值守模式生產(chǎn)，在總結已有FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式改造設計和安全評估工作經(jīng)驗的基礎上，形成FPSO短期無人值守生產(chǎn)模式安全評估規(guī)程，用以規(guī)范可行性研究（或改造方案研究）、工程設計（或改造設計）和油氣生產(chǎn)（含試生產(chǎn)）等不同階段的安全評估工作。

此外，中國海油各分公司結合海域特點和無人平臺建設、運行情況，也相繼編制了各自技術標準和管理文件，例如天津分公司編制的《在役海上平臺少人化改造標準化方案》等。

4 無人平臺技術標準體系完善

4.1 標準修訂

近年來，無人平臺應用數(shù)量不斷增加，部分作業(yè)區(qū)已形成一定規(guī)模，且逐漸成為海上油氣田開發(fā)的方向和趨勢。經(jīng)過幾年的應用實踐，在無人平臺在設計、建造和生產(chǎn)運維方面積累了一定的經(jīng)驗，形成了一些新的認識。在此基礎上，開展了無人平臺應用效果的總結和評估工作，同時修訂現(xiàn)行企業(yè)標準，以此進一步提升無人平臺實際運營效果，應對未來發(fā)展趨勢。

2023年，中海油研究總院完成了對五海分公司和海工的書面以及現(xiàn)場調研，通過深入一線，與工程建設和生產(chǎn)人員廣泛交流，共收集各類信息、問題及建議1 160余項。根據(jù)書面調研、現(xiàn)場調研成果，完成了問題和建議的梳理分析工作，針對無人平臺存在的修井費用較高、無人平臺登平臺作業(yè)頻繁等關鍵問題，開展了大型裝備支持作業(yè)保障研究、井下作業(yè)頻次及費用優(yōu)化研究、平臺設計優(yōu)化及設備可靠性提升研究、防腐提升研究、登平臺技術研究、全生命周期經(jīng)濟性測算對比研究等多項專題研究，根據(jù)研究結果修訂升級相關條款。通過修訂標準，主要提升和解決的問題如下：

a. 降低了修井頻次和費用，減少了登臺測調作業(yè)天數(shù)；

b. 提升了設備可靠性，降低了設備檢維修工作量，減少了非計劃登臺次數(shù)；

c. 提升了無人平臺應急保障能力（消、救、逃）；

d. 提升了無人平臺防腐性能；

e. 提升了守護船方式登臺的安全性；

f. 提升了無人平臺大型作業(yè)的支持保障；

g. 解決了登臺作業(yè)人員臨時休息問題。

此外，標準中還增加了無人平臺智能化設計的相關內容，對無人平臺智能化系統(tǒng)的功能要求和詳細配置情況進行了規(guī)定。

4.2 定型化、標準化成果

在中海油研究總院牽頭開展的渤海灣油氣設施定型方案設計中，按照處理規(guī)模將無人平臺分為3類，分別為小型無人井口平臺、中型無人井口平臺和氣田無人井口平臺。在總結以往類似無人平臺設計經(jīng)驗的基礎上，完成了這3類無人平臺在前期研究階段的工程全專業(yè)的標準化成果文件，將作為今后渤海無人平臺大規(guī)模應用的基礎。通過定型化和標準化，縮短了項目運行和建產(chǎn)周期，提升了油氣田經(jīng)濟效益，推進批量集中采購與管理，實現(xiàn)降本增效，備品備件可實現(xiàn)統(tǒng)籌調配、考慮預留空間等，提升了油氣田生產(chǎn)運維階段全生命周期經(jīng)濟效益。在渤海的研究成果基礎上，結合海域特點和無人平臺建設、運行情況，即將開展東海、南海東部的定型化研究（包含無人平臺）。

此外，在海洋油氣工程建設中通用技術規(guī)格書中，完成了《帶遠程操作功能的無人平臺井口控制盤規(guī)格書》，規(guī)格書中對于適用于無人平臺井口盤的遠程開井功能、電動驅動液壓泵控制模式等特殊設計做了詳細的要求。因為無人平臺在各專業(yè)的方案設計、設備可靠性要求等都與有人平臺有較大的區(qū)別，建議在遵循最新修訂的《無人駐守井口平臺設計規(guī)定》基礎上，構建完整的無人平臺技術要求標準化體系。

5 結束語

經(jīng)過近30年的研究、設計及應用實踐，中海油逐步建立起了較為完善的海上無人平臺技術標準體系，未來計劃繼續(xù)開展在無人平臺的可靠性設計技術研究、修井及平臺大型作業(yè)支持裝備區(qū)域共享利用研究、動態(tài)補償棧橋技術應用研究，完善無人平臺設備采辦、防腐施工管理辦法等工作，通過不斷地探索和實踐，逐漸完善和提升，不斷加強無人化、智能化技術研究和方案設計執(zhí)行力建設，致力于不斷提高海上平臺和油氣田無人化、智能化水平，助力行業(yè)數(shù)字化轉型和高質量發(fā)展。

參 考 文 獻

［1］ 何驍勇，徐正海.從海上無人平臺到智能油氣田［C］//第四屆中國油氣田地面工程技術交流大會論文集.2019：743-748.

［2］ 何驍勇，徐正海，陳紹凱.海上井口平臺無人化設計探索與實踐——以某海上氣田井口平臺無人化改造為例［C］//第六屆數(shù)字油田國際學術會議論文集.2019：187-190.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.091710.

［3］ 何驍勇，徐海波.海上無人平臺現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究［C］//第四屆中國油氣田地面工程技術交流大會論文集.2019：749-754.

［4］ 劉春悅.渤海油田井口平臺無人化改造分析［J］.化工設計通信，2022，48（10）：20-22.

（收稿日期：2023-03-01）

Research on the Technical Standard System for

Unmanned Offshore Platforms

ZHONG Yu-tong ， HE Xiao-yong ， CHEN Di ， ZHOU Xue-jun

（CNOOC Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract? ?The technical standard system for unmanned offshore platforms was studied， including technical standard specifications for the early unmanned offshore platforms and the establishment of new technical standard system and their improvements so as to provide a reference for their future development planning.

Key words? ?technical standard system， unmanned offshore platform， standard specifications

作者簡介：鐘雨桐（1991-），工程師，從事石油化工自動化設計工作，zhongyt2@cnooc.com.cn。

引用本文：鐘雨桐，何驍勇，陳迪，等.海上無人平臺技術標準體系研究［J］.化工自動化及儀表，2023，50（5）：695-699.