信息化数字技术在海上采油平台风险预警中的应用探索

王晶晶

摘要：在海洋油田开发中，为了确保生产效率和质量，需要建设大量具有一定规模的采油平台。海上采油平台所面临的问题具有形式复杂、多样性的特点，为了提升海上采油平台安全系数和减少石油开采活动风险，需要探索一种安全预警机制管理模式，以弥补安全管理中的缺陷，确保人员和生产的安全，构建信息化数字技术平台，并运用大数据、物联网等技术收集海上采油活动及环境状态等数据，对生产风险进行实时监控，实现了提前预警，有效推动了海上采油安全管理工作。

关键词：信息化；数字技术；海上采油；风险预警

一、前言

我国的石油资源获取渠道中，海洋石油开采扮演着不可或缺的角色。由于石油行业属于高度危险的行业，海洋环境对石油开采安全的影响更为显著。为了确保海上石油开采的安全性，必须探索建立一套适应海上采油平台的风险管理体系，采用实时监测和反馈技术，全面收集海上石油开采过程中的各种因素，并设立不同级别的风险预警，以积极促进海上石油开采的安全。

二、海上采油平台面临的风险种类与现状

（一）生产过程

在海上采油平台的生产过程中，存在着多种潜在风险，包括但不限于火灾爆炸、机械伤害、人为伤害以及石油泄漏等[1]。火灾爆炸属于最常见且危害最大的一种事故类型。火灾爆炸的根源在于生产过程中所产生的低沸点油气在空气中逐渐挥发并逐渐积累，最终形成了爆炸。因此，一旦发生火灾，就容易造成大量可燃液体蒸气外泄而造成人员伤亡。此外，在生产过程中，由于管线和设备的更换难度较大，长期使用会出现过度损耗的情况，同时磨损区域也会积累气体。当操作人员违反规定进行加热、点火等操作时，会使管线和设备承受过大的压力，从而引发火灾和爆炸等安全事故[2]。

就目前的设备设施而言，海上石油开采已经实现了高度自动化，并且采用了自升式钻井平台，相较于传统的工程机械，海上石油开采所带来的机械伤害风险较低，发生机器伤害的大部分根源是由于操作过程中部分零件的破损和掉落所造成的。

在海上石油开采过程中，人为伤害和石油泄漏是比较常见的伤害类型。人为伤害主要指偷石油者对人员和设备所造成的伤害。石油泄漏是指原油或其他液体从地面流入海底管线及海洋平台等设施内引起的事故。石油泄漏的根源在于井口、管道和油阀组的泄漏，由于在海上进行开采和在海底工作时承受着巨大的压力，一旦发生石油泄漏事故，泄漏的石油扩散速度极快，很容易导致周边海域遭受大规模的污染。

（二）输送过程

在石油输送的过程中，最具潜在危险的因素是由输送管道的穿孔、海上雷暴和静电火花等因素所导致的石油易燃易爆等火灾爆炸事故所带来的潜在风险。首先，石油储运设施有可能因腐蚀或其他因素而产生泄漏，为了保证安全生产，减少安全事故的发生，就需要采取必要的防爆保护措施，其中最重要的就是海洋油气储运设施的防腐设计问题[3]。在进行海上石油开采平台的防腐设计时，必须根据环境条件的多样性和复杂性，精选出最适宜的防护措施和材料，以确保平台的长期稳定运行。其次，用于石油储存在罐区、分离器以及与相关设备零件的接口处经常出现设备老化的情况，例如，温度测量装置、加药装置和卸油装置等，这些设备的老化不仅会增加泄漏的风险，还会对石油的品质和安全性造成不良影响。

（三）电力系统

在进行海上石油开采的过程中，电气设备受损和停电所带来的安全风险是一项不可忽视的挑战。由于受自然环境等因素的影响，一旦断电事故发生，将给企业造成巨大的经济损失和严重的社会不良影响。在应对停电事件时，应急备用电源通常是首选，然而，当遭遇由特殊天气引起的短路停电时，其所带来的危害主要表现在设备的损坏和人身安全的受损。由于电气设备故障或者操作不当造成电气设备出现故障后无法及时修复或检修，从而引发了事故。因此，为了提高电气设备的安全性，必须加强电气防爆装置的设置，并确保电气设备使用的规范性。对于海上石油平台来说，由于其环境相对恶劣，且处于复杂的电磁环境影响下，极易出现电气设备故障。为了确保电气设备的正常运行，必须建立一个完善的接地系统，以保障工作人员能够安全有序地撤离事故现场，从而保证设备的绝缘性能和可靠性。如果接地系统不具备相应的防护措施，则很容易造成电气设备爆炸起火甚至人员伤亡的后果。电气火灾的发生与绝缘失效、接地失效、线路老化、短路等多种因素息息相关，这些因素的相互作用可能引发火灾。

（四）现场作业

在运行期间，有可能会发生井喷事故，所以一定要保证防喷器功能良好才能保证运行安全。再加上井下作业环境较差，容易引发各类火灾。由于海洋环境复杂、工作条件艰苦、操作人员技能水平有限等诸多因素影响，防喷器经常受到损伤困扰。井喷事故发生后，会诱发有毒气体、原油等外泄，不仅会对周边环境造成污染，而且还会对设备造成腐蚀、损坏，最后引发火灾事故。海洋石油钻井平台具有高风险，现场作业时，由于刹车失灵或者承载压力控制失误等原因造成设备设施处于高负荷工作状态，平台设备设施极易受到不同程度损坏，进而引发危险事故。

三、信息化数字技术在海上平台应用现状

（一）现场作业

随着信息技术的不断创新和广泛应用，我国的石油开采已经逐渐实现了信息化平台的构建，并且这一进程正在以惊人的速度推进。目前，国内已经建成了以油气生产、储运、销售为核心业务的多个大型企业集团，通过实施“数字化”战略，推动石油行业整体向数字化转型升级，提高企业综合竞争力。中海油作为石油开采信息化建设的典型代表，自2009年起逐步實现相关项目数字化。在2012年，海上油田绥中36-1油井成功构建了信息化数字平台，实现了从勘探到开采全过程数字化。

以SOA理念为基础，将目前采油平台信息化建设划分为业务应用层、管理信息平台、数据资源站3个层面，共同组成平台信息化架构。首先，业务应用层最为核心，旨在把各专业的应用系统进行有机融合。数据资源站注重自动化数据采集与共享，利用数控技术采集各环节数据，结合检测手段标定数据可靠性，保障信息化平台中真实可靠的数据来源，以完成数据服务目标。其次，管理信息平台就是把各个生产单位和部门通过网络连接起来，组成一个全面的数据资源库。构建企业内部数据共享和实时通信的内部网络等。管理者通过对数据的获取以及对其风险的分析，能够对勘探与开采服务进行更进一步的优化与管理。最后，由数据管理层对各个部门进行总结，形成综合分析。为帮助决策层制定更好的战略计划，必须实现业务应用层的数据传输和有关数据统计分析。同时把分析的结果公布到网站，以便更多的人了解各个方面的情况和资讯，方便把握市场的动向。另外，对于一些可披露的监测资料，石油公司可通过网络进行披露，从而为第三方服务企业的采购、物流以及安全生产等环节提供所需的数据支持。

（二）海上采油信息化平台的风险预警现状

海上采油信息化平台的搭建已经完成，实现了数字化远程监控和分布控制，包括设备剩余寿命、异常工况以及其他重要参数的实时监控，同时还实现了数据的自动采集和安全预警功能。通过对历史数据进行统计，得到各生产阶段设备运行状态及故障信息。在发现任何问题时，应立即向工作人员发出紧急警报，以便及时处理任何可能发生的意外情况。通过对故障原因的排查及定位，能够提前预防事故发生或避免造成更大损失。随着现场监控技术和信息管理系统的不断发展，传统的报警方式已经不再依赖人工操作，而是能够自动触发报警机制，并根据实时采集的各类数据进行分析和判断，从而做出准确的决策。在对各系统运行状态监测的基础上，通过数据分析建立故障知识库，将各种可能出现的事故类型及原因以图表形式显示出来。在信息平台出现异常的情况下，系统会向数据资源层、管理信息平台层和业务应用层发送安全通知，并对其进行特殊标注，以满足不同权限用户的查看和回复反馈需求，从而加速各个环节的操作。

在海上采油平台，实时预警和周期预警是最为常用的预警方式。针对目前海上油田作业中存在的诸多风险情况，构建了一套预警系统，以实施有效的控制和管理。针对不同的风险状况，向不同的责任部门发出预警。一是海上特殊天气，信息平台收到预警后，将向平台内工作的各个部门发布预警通告，以确保环境保护工作的顺利开展。二是在关键工序出现操作异常的情况下，必须对相应的上下级部门进行告知和督促，以确保操作的正常进行。三是生产过程中监控数据出现异常，需要提前通知生产调度部门异常报警以便及时处理，同时站在安全角度提出有关建议措施。安全部门根据管理信息层接收到的数据深入分析，发现潜在隐患和可能达到预警指标的设施，并发布整改通知，确保相关人员与设施的安全。

四、信息化数字技术在海上采油平台的风险预警发展趋势

（一）新技术在信息化风险预警中的应用

海上采油信息化平台风险预警机制在各个领域技术繁荣发展的环境中得到了优化和完善。从前文所述海上采油平台四类流程可能存在的风险来看，信息平台的工作模式表明借助物联网和大数据技术可以有效地提升四类流程风险预警的效率。

通过对生产过程中的各类数据进行收集，运用大数据技术对历史数据进行分析，结合源头数据和开采活动进行时效性判断，并设定数据更新周期，减少数据资源站的数据冗余，从而提高管理信息层的检索速度和分析效率。

利用大数据技术可以提升现场作业人员疲惫度、设备损耗度以及不同环境下的作业危险性的预测准确，从而提升信息化平台的风险预警能力和基于云计算的现场作业远程监控系统的实时监控能力。利用微波通信技术，优化现场作业人员与平台及陆地之间信息传递效率，实现对相关工况信息的实时获取，便于各项作业的安全进行。

为了延长设备的使用寿命，针对海洋环境中零部件的严重磨损，采用激光熔覆技术以较小的热影响实现对零部件的修复，以达到提高使用寿命和减少维修费用的目的。选取某款装备某连接件的零件作为研究对象，开展零件激光熔覆层厚度测量与评估工作，并根据零件实际情况制定相关防护措施。利用信息化平台收集的数据，将该技术用于对即将遭受严重磨损连接部件进行报警，实现提前修复。对故障部位进行检测和分析，确定故障部位是否存在严重磨损、变形或断裂。在修复完成后，对参数进行更新以使磨损部件退出风险警报，从而提升设备的效率。

（二）新装置在信息化风险预警中的应用

在当前的石油行业中，无人机与遥感技术的有机结合已经得到广泛应用。消防无人机所搭载的毒气和可燃气体检测设备，可为石油管道的巡线无人机提供高效的检测手段，从而减少人员进入泄漏区域的次数，协助人们及时排查泄漏源[4]。利用“互联网+”大数据分析手段，结合油田生产现场实际情况和安全风险评估结果，设计一套基于云计算的远程应急管理與指挥调度系统。利用信息平台，实现无人机的定期巡航任务，并与地面测控站进行实时数据传输和互动。同时将作业情况反馈到地面监控中心，完成了无人值守模式下的应急救援工作。在海上采油的生产过程中，无人机不仅能够发挥风险预警的作用，而且，由于人工巡检时间长、成本高以及寻找泄漏点所造成的伤害较大等原因，无人机能够实现长期巡视，不会受海洋气候和地形的条件限制，可以实时监测。

（三）新材料在信息化风险预警中的应用

随着化工行业防腐技术的提高，在密封部位采用奥氏不锈钢与聚四氟乙烯耐腐蚀材料充填连接可有效缓解海水腐蚀问题。在生产过程中需要根据环境情况选择合适的防护方法和材料，并和企业外网用户进行互动，不断地更新新型防腐材料的各项性能参数，由安全管理部门进行仿真分析以获取不同材料的使用寿命和相关风险参数。对于优化能力强的新材料，在小范围进行试用，并设置有效的防腐保护措施以提升海上采油的安全性。

五、结语

针对海上采油企业生产、运输、电力系统及现场作业四个领域存在的风险，利用物联网，大数据技术建立信息库，引进无人机实现实时监控，并与信息化数字平台相结合，对现有信息化数字平台海上采油风险预警体系进行优化，用科学方法全面提高海上采油风险预警能力，促进石油企业安全管理朝着智能化、信息化、数字化方向发展。

参考文献

[1]马越，熊炜，王明秀，等.海上采油平台安全预警机制管理[J].安全、健康和环境，2003（03）：13-14.

[2]孙涛.海上采油平台的维护管理[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（19）：123-124.

[3]杜孟云，于祥春，孙繁荣.纳米乳液在海上低渗透采油平台的应用研究[J].石油和化工设备，2022，25（04）：22-26.

[4]周子军.海上某采油平台井口控制盘油气反窜预警措施[J].冶金管理，2021（17）：17+22.

责任编辑：张津平、尚丹