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[摘 要]本文对海上油气田前期研究项目仪控专业研究内容进行了介绍，并对研究工作中需要注意的问题进行了总结。对技术要求进行了描述。
[关键词]前期研究 智能仪表 三层网络交换机
中图分类号：TE54 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0089-01
0、引言
仪控系统是海上油气田开发的关键环节之一，它是海上油气田各种开发设施的大脑和安全卫士[1]。海上油气田前期研究工作一般划分为预可行性研究、可行性研究、总体开发方案研究等三个基本阶段[2]。前期研究工作中，仪控专业研究工作包括：控制系统方案配置，控制系统之间逻辑关系；过程控制系统功能，安全仪表系统的安全等级，以及执行相应级别的关断要求，控制盘配置和仪表的选型原则；数据传输方式和通信系统的接口；井口控制盘的相关要求，动力源形式、控制模块设置。计量仪表和能耗计量仪表的配置和选型要求；仪表用电电源[3]等。前期方案研究的成果是后续基本设计和详细设计工作的依据和基础。因此在前期研究阶段要做到方案研究全面，深入，合理，从而保证后续设计工作的顺利开展。
1、控制系统方案
控制方案应保证人员和设施的安全、防止环境污染，在此前提下满足开发和生产要求，方便油田的操作和管理，同时考虑安全可靠、经济实用、控制管理灵活方便等原则。
对于常规的中心平台和井口平台，设立三套独立的控制系统，一套用作过程控制系统（PCS），一套用作紧急关断系统（ESD）和一套用作火气探测系统（FGS）。通过系统集成手段，三套控制系统共享人机接口和数据通信网络。控制系统的选择和组合应符合开放的、规范的通信协议。可靠性设计上，过程控制系统（PCS）的CPU模块、电源模块、通讯模块和数据通信总线等采用1：1冗余；应急关断系统（ESD）的CPU模块、电源模块、通讯模块、数据通讯总线和所有I/O均采用1：1冗余配置；火气探测系统（FGS）的CPU模块、电源模块、通讯模块、数据通讯总线和所有I/O均采用1：1冗余配置，控制系统的安全级别（SIL）要求为SIL3级。
在中控室内设置操作站和工程师站，用于平台的生产过程控制和安全监控，配置打印机用作生产报表打印和时间记录打印。在中控室设置ESD/FGS应急操作盘，负责紧急情况处理。对于平台的操作站数量配置井口平台的操作站不宜超过3台，中心平台的操作站不宜超过6台。
对于小型有人井口平台，可以简化控制系统规模，设置两套控制系统，一套用作过程控制系统，一套作为安全仪表系统实现紧急关断系统和火气探测系统功能。对于小型无人平台，工艺流程简单，设施配置很少，控制点数很少的情况，可以考虑设置一套控制系统实现过程控制、紧急关断和火气探测功能。
按照常规设计，总体布置一个房间作为中控室，由于中控室内系统盘柜较多，噪音较大，对监控人员工作环境造成了不良影响。因此考虑将原来的中控室分成设备间和控制间布置，将操作台、操作站和应急操作盘布置在控制间，将系统盘柜布置在设备间。有效解决了噪音污染问题。
在生活楼报房设独立可寻址报警盘监控生活楼内的火气情况，其状态信号传送至中控室内的主火气控制系统。主火气控制系统应能够对生活楼专用的火气控制系统的状态进行监测。二者除通过冗余的串行通信接口进行通信外，还有硬线信号传输。
平台中控预留模块钻机/修井机火气系统接口，二者除通过冗余的串行通信接口进行通信外，还有硬线信号传输。修井机火气系统接入平台中控系统集中显示，由修井机火气系统负责控制。
火气控制系统（FGS）逻辑控制器与现场探测设备之间采用点对点的连接方式，具有自动探测火灾和可燃气体泄漏、按逻辑自动和手动启动报警、消防系统、应急关断逻辑（包括HVAC的关断逻辑）、故障容错及系统诊断的功能。此外，FGS还应具备对系统本身、现场探测设备、报警和消防系统的定期测试的功能。
现场火气探测、报警设备包括火焰探测器、热探测器、烟探测器、可燃气体探测器、手动报警站、平台状态灯等。根据现场生产设备情况的异同，进行合理布置：
平台间的控制逻辑关系也是研究工作的重要部分， 对于新建平台和依托平台中控系统产生ESD1、2、3级关断引起相互之间的报警和关断逻辑要设计合理，保证安全同时，尽量保证平台生产的连续性。
平台之间仪控信号的传输，在有光缆连接的情况下首选光纤通讯，可靠性高，速度快。目前平台间通信采用三层网络交换机逐渐取代SDH光传输设备，既满足通讯要求，又降低投资。在平台间没有光缆铺设的情况下，考虑采用无线通讯方式，微波通讯或者卫星通讯形式。
2、井口控制盘
井口控制盘实现对井上安全阀、井下安全阀等装置进行监控，并将井口状态信号传给中控系统，同时接收中控系统信号。井口控制盘的控制模块数量根据油藏的推荐方案配置，井口控制盘的模块空间按照潜力方案预留。平台设仪表气源情况下，井口控制盘采用气动驱动液压泵控制模式。没有仪表气源情况下，井口控制盘采用电动驱动液压泵控制模式。
井口控制盘的选择应满足相关区域的防爆、防护等级及其他有关规范要求，井口控制盘与中控系统要留有相应的电气接口。
3、现场仪表
根据工艺要求、生产装置规模、工艺流程特点及工艺参数对操作的影响因素，确定测量和调节方式，选用相应仪表。根据有关爆炸、火灾危险场所电气设备设计规范和标准，按照仪表使用场所的分类等级，确定仪表的防爆要求。
根据本平台所在海域的环境条件，如：温度、湿度、空气中的盐分等，确定仪表的防护要求。
在满足上述要求的同时，现场仪表及辅件应尽量选用标准系列化产品，尽可能减少仪表品种、类型，以减少备品备件的种类、方便操作与维护，尽量选用带HART协议的智能仪表。现场仪表的安装应满足有关规范及制造厂商的要求，同时考虑操作、维护、检修和更换的方便。现场仪表的防爆、防护等级应有权威机构的认可标准和认可证书。
4、计量
海上平台计量包括单井计量、平台总计量和能耗计量。对于有人平台一般采用三相计量分离器进行单井计量。单井油相、水相和气相的计量通过设置在各相出口的流量计完成。对于无人平台一般采用多相流量计进行单井计量。计量单位和精度满足油田内部计量有关要求。平台总计量一般通过平台间外输海管上的流量计实现，对于需要贸易交接的平台间采用贸易计量系统来实现。对于平台上大型耗能设备及排放口应设置相应的计量器具，计量仪表的设置应满足国家标准GB 17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》以及企业标准Q/HS 13016-2012中规定的能源计量种类、范围和能源计量器具配备总体要求。
5、电源
仪控系统所用电源为双电源供电。由UPS电源不间断供电，并且保证至少供电30分钟。
6、总结
海上平台仪控系统保障海上油气田生产安全，确保人员设施安全，在前期研究工作中要把控好设计原则和方向，为后续设计提供良好的基础。
参考文献
[1]《海洋石油工程設计指南》编委会编著.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M].北京：石油工业出版社，2007.6.
[2]《海上油田开发项目可行性研究报告编制要求》Q∕HS 0004-2014.
[3]《海上油田总体开发方案编制要求》Q∕HS 0002-2011.
作者简介
陈建玲（1981-），女，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程仪控研究设计。
[关键词]前期研究 智能仪表 三层网络交换机
中图分类号：TE54 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0089-01
0、引言
仪控系统是海上油气田开发的关键环节之一，它是海上油气田各种开发设施的大脑和安全卫士[1]。海上油气田前期研究工作一般划分为预可行性研究、可行性研究、总体开发方案研究等三个基本阶段[2]。前期研究工作中，仪控专业研究工作包括：控制系统方案配置，控制系统之间逻辑关系；过程控制系统功能，安全仪表系统的安全等级，以及执行相应级别的关断要求，控制盘配置和仪表的选型原则；数据传输方式和通信系统的接口；井口控制盘的相关要求，动力源形式、控制模块设置。计量仪表和能耗计量仪表的配置和选型要求；仪表用电电源[3]等。前期方案研究的成果是后续基本设计和详细设计工作的依据和基础。因此在前期研究阶段要做到方案研究全面，深入，合理，从而保证后续设计工作的顺利开展。
1、控制系统方案
控制方案应保证人员和设施的安全、防止环境污染，在此前提下满足开发和生产要求，方便油田的操作和管理，同时考虑安全可靠、经济实用、控制管理灵活方便等原则。
对于常规的中心平台和井口平台，设立三套独立的控制系统，一套用作过程控制系统（PCS），一套用作紧急关断系统（ESD）和一套用作火气探测系统（FGS）。通过系统集成手段，三套控制系统共享人机接口和数据通信网络。控制系统的选择和组合应符合开放的、规范的通信协议。可靠性设计上，过程控制系统（PCS）的CPU模块、电源模块、通讯模块和数据通信总线等采用1：1冗余；应急关断系统（ESD）的CPU模块、电源模块、通讯模块、数据通讯总线和所有I/O均采用1：1冗余配置；火气探测系统（FGS）的CPU模块、电源模块、通讯模块、数据通讯总线和所有I/O均采用1：1冗余配置，控制系统的安全级别（SIL）要求为SIL3级。
在中控室内设置操作站和工程师站，用于平台的生产过程控制和安全监控，配置打印机用作生产报表打印和时间记录打印。在中控室设置ESD/FGS应急操作盘，负责紧急情况处理。对于平台的操作站数量配置井口平台的操作站不宜超过3台，中心平台的操作站不宜超过6台。
对于小型有人井口平台，可以简化控制系统规模，设置两套控制系统，一套用作过程控制系统，一套作为安全仪表系统实现紧急关断系统和火气探测系统功能。对于小型无人平台，工艺流程简单，设施配置很少，控制点数很少的情况，可以考虑设置一套控制系统实现过程控制、紧急关断和火气探测功能。
按照常规设计，总体布置一个房间作为中控室，由于中控室内系统盘柜较多，噪音较大，对监控人员工作环境造成了不良影响。因此考虑将原来的中控室分成设备间和控制间布置，将操作台、操作站和应急操作盘布置在控制间，将系统盘柜布置在设备间。有效解决了噪音污染问题。
在生活楼报房设独立可寻址报警盘监控生活楼内的火气情况，其状态信号传送至中控室内的主火气控制系统。主火气控制系统应能够对生活楼专用的火气控制系统的状态进行监测。二者除通过冗余的串行通信接口进行通信外，还有硬线信号传输。
平台中控预留模块钻机/修井机火气系统接口，二者除通过冗余的串行通信接口进行通信外，还有硬线信号传输。修井机火气系统接入平台中控系统集中显示，由修井机火气系统负责控制。
火气控制系统（FGS）逻辑控制器与现场探测设备之间采用点对点的连接方式，具有自动探测火灾和可燃气体泄漏、按逻辑自动和手动启动报警、消防系统、应急关断逻辑（包括HVAC的关断逻辑）、故障容错及系统诊断的功能。此外，FGS还应具备对系统本身、现场探测设备、报警和消防系统的定期测试的功能。
现场火气探测、报警设备包括火焰探测器、热探测器、烟探测器、可燃气体探测器、手动报警站、平台状态灯等。根据现场生产设备情况的异同，进行合理布置：
平台间的控制逻辑关系也是研究工作的重要部分， 对于新建平台和依托平台中控系统产生ESD1、2、3级关断引起相互之间的报警和关断逻辑要设计合理，保证安全同时，尽量保证平台生产的连续性。
平台之间仪控信号的传输，在有光缆连接的情况下首选光纤通讯，可靠性高，速度快。目前平台间通信采用三层网络交换机逐渐取代SDH光传输设备，既满足通讯要求，又降低投资。在平台间没有光缆铺设的情况下，考虑采用无线通讯方式，微波通讯或者卫星通讯形式。
2、井口控制盘
井口控制盘实现对井上安全阀、井下安全阀等装置进行监控，并将井口状态信号传给中控系统，同时接收中控系统信号。井口控制盘的控制模块数量根据油藏的推荐方案配置，井口控制盘的模块空间按照潜力方案预留。平台设仪表气源情况下，井口控制盘采用气动驱动液压泵控制模式。没有仪表气源情况下，井口控制盘采用电动驱动液压泵控制模式。
井口控制盘的选择应满足相关区域的防爆、防护等级及其他有关规范要求，井口控制盘与中控系统要留有相应的电气接口。
3、现场仪表
根据工艺要求、生产装置规模、工艺流程特点及工艺参数对操作的影响因素，确定测量和调节方式，选用相应仪表。根据有关爆炸、火灾危险场所电气设备设计规范和标准，按照仪表使用场所的分类等级，确定仪表的防爆要求。
根据本平台所在海域的环境条件，如：温度、湿度、空气中的盐分等，确定仪表的防护要求。
在满足上述要求的同时，现场仪表及辅件应尽量选用标准系列化产品，尽可能减少仪表品种、类型，以减少备品备件的种类、方便操作与维护，尽量选用带HART协议的智能仪表。现场仪表的安装应满足有关规范及制造厂商的要求，同时考虑操作、维护、检修和更换的方便。现场仪表的防爆、防护等级应有权威机构的认可标准和认可证书。
4、计量
海上平台计量包括单井计量、平台总计量和能耗计量。对于有人平台一般采用三相计量分离器进行单井计量。单井油相、水相和气相的计量通过设置在各相出口的流量计完成。对于无人平台一般采用多相流量计进行单井计量。计量单位和精度满足油田内部计量有关要求。平台总计量一般通过平台间外输海管上的流量计实现，对于需要贸易交接的平台间采用贸易计量系统来实现。对于平台上大型耗能设备及排放口应设置相应的计量器具，计量仪表的设置应满足国家标准GB 17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》以及企业标准Q/HS 13016-2012中规定的能源计量种类、范围和能源计量器具配备总体要求。
5、电源
仪控系统所用电源为双电源供电。由UPS电源不间断供电，并且保证至少供电30分钟。
6、总结
海上平台仪控系统保障海上油气田生产安全，确保人员设施安全，在前期研究工作中要把控好设计原则和方向，为后续设计提供良好的基础。
参考文献
[1]《海洋石油工程設计指南》编委会编著.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M].北京：石油工业出版社，2007.6.
[2]《海上油田开发项目可行性研究报告编制要求》Q∕HS 0004-2014.
[3]《海上油田总体开发方案编制要求》Q∕HS 0002-2011.
作者简介
陈建玲（1981-），女，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程仪控研究设计。