海上油田群安防系统简述

中的关键技术环节,以及大规模生产所要求的统一、协调、 对海上平台导管架主结构的冲击、海底施工作业限制、
高效、远程调度指挥、监管、控制是目前众多大型企业所企 挖沟船对海底管缆的刮碰等。
盼的。 但是海上油田特殊的地理位置及较陆地油田狭窄 且高度集中的设备区域,使得海上平台间的海底运输管 线和海底电缆基本处于无监控、无人看管状态,面临人为 或自然因素破坏的风险,其对安全防范的要求越来越高。 本文探讨的是海上油田群内、各平台间、海面及海底的安 全防范系统的设计原则、系统构成及工作原理。
关键词: 海上油田 安防系统 被动监测声纳 数据采集 信号处理
中图分类号: TP272
文献标志码: A
Abstract: In pace with the development of offshore oil technology, to increase the yield of oil and gas, several, more than a dozen, or dozens of platforms
田管 / 线路间的距离、船只的航速、航向、航行轨迹等特 征参数。 特别是发现水面船只在油田重要区域有停船 的迹象或水下目标靠近时,安防系统发出报警信号,采
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取驱离等措施消除不安全因素,以避免危害的发生,达 到主动对外预防的目的。
traditional security defence of offshore oil platforms fails to satisfy current ocean environment. Even more, the complex production situation requests more
在国家经济中的地位愈加显著。 近年来,国家大力倡导 料老化、机械疲劳和损伤累积等现象。
国家能源安全与能源储备,客观上对中国的能源产业提
② 人为因素。 随着人类对海洋的开发,的发展空间。 实现 轮、大型施工作业船等船舶在浅海、近海来往频繁,海
高效安全生产,实行数字化远程管理,有效控制生产过程 管、海缆、导管架等设施的安全受到很大威胁,如船舶
2 安防系统的组成及工作原理
2. 1 安防系统的组成 油田安防系统采取模块化设计,总体配置如图 1 所
示。 统一各种安防技术,以水面/ 水下传感系列模块的形 式,通过通信链路( 无线、电缆或光缆) 接口,接入平台( 或
岸基)安防监控中心。 其中,水下传感设备包括被动监测 声纳、光纤水听器监测声纳、彩色图像识别声纳,水面传感 设备包括水面定位雷达、红外成像监视仪,多功能水下电 视、 外 部 数 据 包 括 船 舶 自 动 识 别 系 统 ( automatic identification system, AIS)等。 最后经系统数据综合判断 输出预警信息。 采取声光方式报警,形成闭环处理。 监 控中心对接收到的数据进行融合和集中处理,做出综合 预警判决信息,进一步降低虚警概率,提高系统可靠性。
图 2 被动监测声纳组成结构 Fig. 2 Composition structure of the passive monitoring sonar
水下部分主要为四线阵或水听器线缆阵,水面干 端部分主要为电子设备机柜。 例如在油田平台附近埋 设一线缆阵,进一步探测油田及周边水面目标并监控, 并在油田平台边缘布设多个四线阵,能实时跟踪监测
defence, accurate forecasting and preparedness, to avoid accidents”, and the methods of regional vigilance, requested prevention, rung defence, and
integrated monitoring, the beach water, underwater security systems applied in offshore oilfields are introduced in detail.
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PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 35 No. 6 June 2014
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water vehicle,AUV) 、蛙人进行准确识别和精确定位。 图像数据通过无线数传电台传送至安防监控中心,监 控中心根据图像可判断目标类型。 彩色图像识别声纳 是油田安防系统有效的水下取证手段。
海上油田群安防系统简述 雷聚涛
海上油田群安防系统简述
Description of the Offshore Oilfields Security System
雷聚涛
( 中海石油( 中国) 有限公司,天津 300461)
摘 要: 随着海洋石油技术的发展,为提高海上油气产量,几座、十几座、几十座平台采用栈桥、海底管缆连接,构成海上大规模油田
3 安防系统的主要技术指标
(1) 油田水下安防系统总体技术指标 ① 子系统个数:8 个( 被动监测声纳、光纤水听器
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监测声纳、彩色图像识别声纳、多功能水下电视、海面 预警定位雷达、红外成像监视仪、监控中心、联合监控 软件及安防数据库) 。
② 工作方式:梯级防御、联合监控。 ③ 监控范围:75 km2 。 ④ 监控对象:水面、水下目标。 ⑤ 报警方式:三维图像和声音、文字信息,安全距 离及对应的报警等级可由用户设定。 ⑥ 系统连续工作时间:大于 90 d。 ⑦ 适用环境:适用于海上油田高低温、振动、盐 雾、海况、海洋生物等环境要求。 (2) 被动监测声纳主要技术指标 ① 线缆阵中心 5 km 以 上 范 围 ( 三 级 海 况 下,在 150 Hz ~ 2 kHz 频段内声源谱级不小于 120 dB 时, 相 当于 500 t 的船在水面以 18. 52 km / h 船速行驶) 。 ② 定位误差:不大于 6% 。 ③ 系统具有水中目标运动跟踪及运动参数测量 功能。 (3) 光纤水听器监测声纳技术指标 ① 系统监测海管长度:2 km( 可扩展) 。 ② 水声监测节点间距:约 500 m。 ③ 监测范围:海管( 监测缆线沿海管路由布放) 两 侧约 1 km 条状区域。 ④ 水声监测的目标谱级:不小于 140 dB(80 Hz ~ 10 kHz) 。 ⑤ 监测性能:对监测范围内的航行船只( 谱级不 小于 140 dB) 进行监听,当船只进入警戒区域内( 距海 管约 500 m 以内) 停留时系统给出报警。 ⑥ 监测海域深度:海深 8 ~ 30 m。 ⑦ 监测周期:2 s,可按倍数设定。 (4) 彩色图像识别声纳主要技术指标 ① 水平波束开角:1. 7° / 655 kHz、3° / 400 kHz。 ② 垂直波束宽度:40° / 655 kHz、30° / 400 kHz。 ③ 扫描范围:水平 360°或设定。 ④ 扫描步距角:0. 225°( 最小) 。 ⑤ 扫描方式:连续扫描或扇扫。 (5) 多功能水下电视主要技术指标 浑水水下摄像机阵列:灵敏度 1 lux;分辨 率 470 线;镜头 标 准 F2. 0; 水 下 视 场 角 ≥50°; 几 何 失 真 ≤ 5% ;水下工作深度≥60 m。 SXDS-103 型水下摄像机:灵敏度 0. 1 Lux;分辨率 460 线;镜头标准 F1. 4 ~ 3. 0,f = 4. 1 ~ 73. 8 mm 自动光 圈;水下视场角≥50°( 对角线) ;几何失真≤5% ;信号 制式采用逐行倒相( phase alternating line,PAL) 制式;
四线阵 3 km 范围内的目标。 通过在油田区域合理布 设水听器基阵,实现油田区域水中目标的实时跟踪和 定位,及时输出提示信息给监控中心,由监控中心确认 目标并给出警告信号等,以避免危害的发生,达到主动 防御的目的。
(2) 光纤水听器监测声纳 光纤水听器监测声纳的任务主要是海底长输管线 的预警和初步监测。 基于光纤水听器水声监测技术建 立的海管监测子系统,通过沿海管布放的光纤水听器组 网的监测线缆,接收附近的水中噪声,由平台监控中心 的处理设备和监控计算机,对海管沿线两侧 1 000 m 范 围内的水中和水面目标进行全天候实时被动监测识别。 通过对一段时间内接收噪声的时域和频域联合分析,判 断是否有船只在警戒区长时间停泊。 同时,可对危险目 标所在的区域进行判断,并发出报警信息,降低船只在 附近停留或作业等危险行为对海管造成损坏的风险。 (3) 彩色图像识别声纳 彩色图像识别声纳的任务主要是浮式储油缷油装 置( floating production storage and offloading,FPSO) 的水 下重点( 要地) 防范,对半径为 100 ~ 200 m 范围内的各 种水 下 无 人 航 行 器 ( unmanned under-water vehicle, UUV) 、 自 主 式 无 人 水 下 航 行 器 ( autonomous under-
have been connected by trestle bridge and sub sea pipelines and cables to build massive oilfield groups. Frequent travelling of large vessels makes the
1 设计原则
③ 故意破坏。 受巨额经济利益驱使,浅海油田打 卡盗油现象屡禁不绝;深水远海油田,国际形势复杂, 周边国家觊觎。 为了某些不可告人的目的而故意破 坏,成为海上油田另一个重大安全隐患。 1. 2 海上油田安全环境设计构想
一般而言,安全防范 系 统 有 效 性 的 首 要 指 标 是 “时间” ,即提前预警或及时警报;第二指标是“ 正确” , 系统并不是越灵敏越好,而应以减少误报又不漏报为
(4) 多功能水下电视功能 可移动、收放,适用于 20 ~ 30 m 水深的多功能水 下电视,主要用于导管架监视以及海底管缆的视频检 测及水下取证。 (5) 海面预警定位雷达 海面预警定位雷达的任务主要是海面目标的监测 和精确定位。 其作用是监视油田半径10 km区域的水 面目标,配合海底管缆的位置海图,对处于海底管线上 方警戒区域的船只进行精确定位并判断其意图,及时 进行警告;或对过于靠近海上平台及设施的船只,尤其 对滞留于海底管线禁区的船只须采取管制措施,以避 免危害的进一步发生,达到主动防御的效果。 (6) 红外成像监视仪 红外成像监视仪的任务主要是对水面目标进行确 认与监视。 红外成像监视仪具有夜视观测及目标探测 功能,可以保证平台附近海域 360°全向观测。 视频图 像等信息可通过电缆传送到监控中心,由监控中心进 行综合处理。 (7) 安防监控中心 监控中心的作用是为被动监测声纳、光纤水听器 监测声纳、彩色图像识别声纳、多功能水下电视、海面 预警定位雷达、红外成像、AIS 等设备提供一个集中传 输( 无线或 有 线) 、处 理 和 联 合 监 控 的 场 所,通 过 分 析 各种设备获取的不同信息和数据挖掘,进行相互验证 和确认,降低虚警概率。 如水下声纳探测目标,监控中 心通知水 面 雷 达、 红 外 成 像 监 视 仪 等 进 行 重 点 确 认 ( 反之亦然) ,配 合 油 田 设 施 位 置 数 据,在 此 基 础 上 做 出联合预警判决。 再对监控数据进行记录,建立监控 数据库,并集数据获取、处理、记录、监控、取证、识别、 警戒和通信指挥等功能于一体。 监控中心通过整合水下、水面和水上的各传感技 术,构 成 点、 线、 面 相 结 合, 远、 中、 近 各 种 距 离 兼 顾, (初步)监测、( 精确) 定位、( 准确) 识别、( 有效) 管制 (含取证、记录) 等过程相互衔接的梯级防护网络,最 终融合三维视景显示,构成一个完整可观的数字化油 田安防系统。
1. 1 海上油田安全环境分析 影响海上油田安全的环境要素主要包括以下三个
设计依据。 通过为海上油田安装安防系统,实时监测油田管 /
线路附近海域水中目标的活动情况,如获取船只与油
修改稿收到日期:2014 - 04 - 01 。 作者雷聚涛(1966-) ,男,2004 年毕业于中国石油大学( 华东) 石油 工程专业,高级工程师;主要从事仪表技术应用工作。
群。 大型船舶的频繁往来,使传统的海上石油平台安全防范已不能满足当前的海洋环境,而这种复杂的生产形势对油田群的安全提
出更加严格的要求。 从海洋油田安全环境出发,以降低安全风险为目的,依据“ 主动防御、准确测报、防范未然、规避事故” 的方针,按
区域警戒、要求防范、梯级防御、综合监控的方法,详细介绍了应用于海洋油田群的水上、水下安防系统。
Keywords: Offshore oilfield Security system Passive monitoring sonar Data acquisition Signal processing
0 引言
方面。 ① 自然不可抗力因素。 如风、浪、流、地震、腐蚀、
随着中国经济的快速发展,石油天然气等能源产业 海冰、海生物等引起基础冲刷、基础动力软化、位移、材
图 1 海上油田安防系统构成 Fig. 1 Formation of the offshore oilfield security system
2. 2 安防系统的工作原理 (1) 被动监测声纳 被动监测声纳的任务主要是水面和水下的大范围
初步监测。 被动监测声纳在油田区域布设水听器基 阵,能实时跟踪监测油田区域 5 km 范围内的目标( 春 冬季节可达 10 km 以上) 。 被动监测声纳含有水下基 阵部分和水面干端部分。 被动监测声纳组成如图 2 所示。
rigorous security for the oilfields. Based on offshore oilfield security, and with reducing risk of safety as target, in accordance with the guidelines of “active