建在海面上的油气加工厂：探访我国首艘全新智能浮式生产储卸油装置“海洋石油123”

  在距离深圳东南约250公里的南海珠江口盆地海域，一艘明黄色的“钢铁巨舰”横亘在深蓝色海面上。不久后，这座全新智能FPSO（浮式生产储卸油装置）“海洋石油123”将在这片海域的陆丰12-3油田投产，预计投产后的高峰年产量可达173万吨。近期，技术团队正在进行投产前的调试工作。

  浮式生产储卸油装置是开采海洋油气资源的高端大型海洋工程装备，可实现海上石油、天然气等能源的开采、加工、储存、外输、发电，被称为“海上油气加工厂”。“海洋石油123”的成功交付，标志着中国快速推进海上智能油田建设取得新进展，对于实现我国能源产业与数字技术深层次地融合，快速推进我国能源数字化转型和智能化发展具备极其重大意义。

  “海洋石油123”是一艘10万载重吨级的船型浮式生产储卸油装置，船长241.5米，型宽45.2米，型深25.4米，其系泊中心水深大约236米，甲板面积相当于1.5个标准足球场大小，由中海油能源发展股份有限公司投资建造。在这座“庞然大物”上，随处可见的数据采集装置如灵敏的神经末梢及时把各类数据汇集至中枢大脑——“海精灵”边缘数据中心。

  与常规FPSO相比，智能化程度高是“海洋石油123”最大的特点。它是目前我国首艘应用了云计算、大数据、物联网、人工智能、边缘计算等数字技术的全新智能FPSO，将为投产后的油气生产运行智能化奠定基础。

  海油发展副总经理王伟介绍，“海精灵”将会对船上8000余个数据采集点采集到的各类现场生产数据来进行预处理，然后再通过海陆通讯链路传输至陆地智控中心，可实现海上生产数据的全面感知、实时采集和智能辅助决策，全方面提升油气生产设施智能化运营水平。

  由于南海油气田大多远离岸基，且位置分散，远程通讯时延长，限制了常规数字化智能化手段的使用。“过去，FPSO生产作业是以独立模式运行，倘若现场的关键设备发生故障，需要多个专业的技术专家乘坐交通工具从陆地赶赴海上作业平台才能处理问题，这样的形式实效性不高，影响现场的正常生产。”王伟和记者说，智能化的设计使“海洋石油123”改变了传统运营模式，实现从过去的海上设施“独立作战”向横向集成、纵向贯通的海陆一体化运营模式转变，现场生产数据可及时回传至陆地，技术专家在陆地就能进行联合诊断，不仅能大幅度缩短设备故障修复时间，还有助于更早发现和解决海上生产隐患，将有效提高作业效率20%、降低生产经营成本10%以上。

  据了解，在开展全新FPSO建设的同时，技术团队也同步对已投产运营的老旧FPSO进行智能化改造升级。随着“海洋石油123”的成功交付，陆地智控中心成功实现了FPSO“一对多”集约化管理，实现油田开发经济效益与管理效率的更优化。

  “倘若遇到极端天气导致海陆之间的通讯受影响，‘海精灵’可以充当‘临时指挥站’，为化学药剂智能加注、生产的基本工艺优化、全船监测系统等智能化应用提供算力支撑，经人工智能模型算法分析后，全方面提升设备设施全生命周期管理的科学性。”王伟表示。

  为做好“海洋石油123”智能化工作并发挥青年人在数字化智能化方面的强项优势，海油发展组建了“FPSO智能化青年先锋队”，研发过程中，技术团队不断加大创新研发力度，实现一个又一个突破。

  “基于多年FPSO的操作经验及‘海洋石油123’的现场需求，我们首次研发并配备了智能装配载系统、智能照明系统、生活楼防疫系统、工艺流程数字孪生系统及化学药剂智能加注系统等，使得‘海洋石油123’在提高安全性、降低能耗及碳排放的基础上，减少了9%的操作人力。”海油发展有关负责人和记者说，小组成员还经常与中国船级社开会探讨细节到深夜，最终首次建立FPSO智能化建设行业规范指南，使得“海洋石油123”成为国内首个拥有智能符号认证的FPSO。

  图③：工作人员正在“海洋石油123”FPSO上开展单点吊具固定作业，以应对台风“泰利”。

  如果说“海精灵”边缘数据中心是现场数据的汇集中枢，那么数字孪生技术就是海陆数据共享的桥梁纽带。

  据“海洋石油123”建造项目组负责人谭静轩介绍，研发团队将数字孪生技术首次应用在“海洋石油123”的生产工艺流程优化、船体及单点系统健康管理，相当于给FPSO创造了一个数字版的“克隆体”，技术人员在FPSO陆地智控中心便可通过这一数字“克隆体”全面监测海上生产动态，实现设备设施远程映射与海陆协同管理，为海陆一体化智能生产运行搭建数据共享桥梁。

  “此前，海上操作人需要时刻关注外部条件变化，根据生产规程和工作经验进行工艺系统调节，以保证生产的稳定性。有了‘数字孪生’系统后，不但可以真实还原工艺流程，还能够准确的通过生产的实时状态和变动情况进行控制参数调优和趋势预警，避免了传统工作方式中易产生的操作系统异常、预警信息不足等问题，在安全高效运行的前提下，确保FPSO生产时率最大化。”谭静轩说。

  与此同时，在“双碳”背景下，如何持续改善能源管理模式，实现绿色经济用能，减少能源成本，也是“海洋石油123”研发技术团队努力的方向。

  据了解，“海洋石油123”首次利用先进的工业无线信号传输及电子感应技术，将FPSO的照明系统连接成一个智能控制网络，可以自动控制和调节智能灯具的亮度，满足多种上班时间、不同工作模式下各个场所对光照强度的不一样的需求。此举每年将节约照明用电30%，节约的电能相当于每年节约原油约2575桶（标准煤46吨）。

  此外，“海洋石油123”上的烟气模式惰气系统，回收利用热介质锅炉燃烧的尾气用于大舱所需的惰气覆盖气，能有实际效果的减少惰气发生器的柴油消耗，进而降低FPSO的整体能源消耗。另外配置的四台（套）主发电机烟气余热利用锅炉，单台功率为1500千瓦，正常生产期间利用余热锅炉就能满足FPSO所需的热能。

  “上述两套系统将每年节约标准煤4400余吨，减少二氧化碳排放约1.1万余吨，相当于植树6120棵。”谭静轩表示，“海洋石油123”还是我国首个统一批量应用满足国标二级能效电机的FPSO，相比以前的三级能效电机，效率提升3%左右，每年将节电12万余千瓦时。

  我国油气勘探开发正不断向深海挺进，很大程度上得益于海洋油气装备产业的进步。

  近年来，一系列由我国自主设计建造，担负地球物理探测、地质勘查、钻井作业、工程建设、安全保障和生产管理等功能的海洋油气装备先后投入到正常的使用中。例如，勘探开发方面，“海洋石油720”“海洋石油721”姊妹船最大作业水深达3000米，能高效、精确、大面积地进行三维地震采集作业。在建造安装上，我国已拥有包括“蓝鲸”号、“海洋石油201”在内的多艘起重、铺管作业船，最大起重能力达7500吨。在生产设备上，去年6月，我国首套国产化深水水下采油树投入到正常的使用中，海洋高端装备制造能力逐渐增强。中国海油已有在用生产平台和浮式生产储卸油装置超300座，最大作业水深超1500米，部分油气田完成了数字化、智能化改造，可实现远程遥控生产。

  历经从对外合作到自主研发的过程，目前，我国已成为全世界最大的FPSO制造与应用国之一，所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界前列。

  “20世纪80年代初，我国在渤海湾与外国作业者合作首次在国内应用FPSO‘渤海友谊号’，从那时开始，便开始探索FPSO设计建造及操作运营的自主性。”王伟和记者说，伴随着我国海上油气开发的爆发式增长，至21世纪前十年，渤海湾以FPSO为油田开发核心设施开发了数个大型油田。伴随着渤海湾管网化建设，以及南海油气勘探的成果涌现，FPSO逐渐向更深水转移。在FPSO设计制造方面，随着21世纪我国造船业的崛起以及海洋工程市场的蓬勃发展，国际FPSO的制造逐渐向我国转移，从起初的照图施工，逐渐形成FPSO船体和上部模块设计、建造及运营的一体化能力。

  纵观全球，海洋油气开发目前正朝着深远海发展。与近海工程不同，由于远离陆地海岸，深远海油气田无法将油气通过海底管道输送至陆地终端做处理。作为深远海油气田开发的重要手段，FPSO作为整装油田开发的核心海上设施之一，将扮演逐渐重要的角色。

  “尤其是未来我国油气开发的主战场将位于南海海域。当进入深远海应用FPSO开发油气田时，将面临超深水、超深井及超远距离等挑战，需要攻克FPSO超深水系泊及立管海缆系统，尤其是要克服南海特有的台风工况。”王伟表示。

  未来，我国的海上油气开发将加快建设以智能油田、智能工程、智能工厂为代表的数字绿色低碳转型示范工程，逐步的提升海上平台无人化率。“将紧盯油气行业数字绿色低碳转型新趋势，抓住新一轮科技革命为油气产业带来的新契机，建立相关行动方案，通过清洁替代、低碳跨越、绿色发展三个阶段，助力‘碳达峰、碳中和’目标实现，为持续推动海洋石油工业高水平质量的发展、保障国家能源安全实现新的更大贡献。”王伟说。（侯颗）