钻井及船舶作业管控系统研究

2022-12-09吴文成胥晓晴山镇铭

科技与创新 2022年23期

何芳，吴文成，胥晓晴，山镇铭

（1.红有软件股份有限公司，新疆克拉玛依 834000；2.中国海洋石油服务股份有限公司船舶事业部，河北廊坊 065201）

随着信息技术的不断普及，中海油服钻井平台及船舶作业管理向网络化、数字化、智能化方向发展。必须建立一个与之相适应的“钻井平台及船舶作业管控系统”，实现海上油田作业管理的标准化、智能化。钻井平台及船舶作业管控系统以中海油服2艘新建的LNG船、1个钻井平台为示范场景，借助工业互联网应用环境，实时采集钻井平台作业动态信息、船舶作业动态信息，实现对钻井作业与船舶作业的远程可视化科学管控，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障管理需要。更高效率、更加精准地优化现有生产和服务资源。

本系统基于云计算、微服务架构进行系统设计与实现，遵循中国海油集团公司信息化建设统一标准，遵循集团公司及中海油服钻井作业管理、船舶作业管理体系文件各项要求，在海油云环境上集成部署。系统打破以往管理部门各自为政、业务部门缺乏协同、生产信息不能共享的局面，实现生产运营数据实时采集、高度共享，实现船端数据与岸基系统的互联，实现生产数据、作业动态、经营数据多专业多角度集成分析决策，有效提升了中海油服钻井、船舶作业管理的智能化水平。

1 解决方案研究

1.1 系统总体架构设计

系统采用云计算、微服务总体技术架构。总体技术架构采用云计算架构，改变以往烟囱化、孤岛化、功能高度耦合的传统设计理念，对复杂系统进行分层解耦[1]。其中基础设施分为船端和岸基2部分，船端独立部署，岸基依托海油云集中管理，传输网借助海油海陆天地一体化的工业互联网环境；数据资源层集中汇聚中海油服生产、管理、经营数据，从自动化采集、传输，到数据处理、治理、数据组织、数据服务，实现对中海油服数据资源的集中管理和综合应用；应用服务层采用微服务架构，由业务中台、数据中台、技术中台、应用中台、安全中台等各类微服务网关联结的综合服务平台构成；门户层以油服公司、事业部及船舶用户等不同用户角色，以及PC端、移动端等不同终端场景定义统一的工作平台入口与服务入口。保障体系包括相对较成熟的运维管理、安全管理、标准规范、保障制度4方面内容。

应用服务层采用微服务架构进行设计开发，其中作业管控应用服务按照钻井、船舶作业管控业务功能进行细粒度的微服务化（组件化）设计，依据平台的业务服务需求和微服务标准，对服务进行细粒度拆分[1]，改变以往烟囱化、孤岛化、功能高度耦合的传统设计理念，体现中海油服公司及作业管控应用服务层的高内聚、低耦合、高伸缩性、高扩展性、灵活配置、快速部署等特点[2]。

数据层包含组织和数据管理资源的逻辑与物理数据资产，显示了如何管理和共享钻井、船舶信息资源，用以决策支持，最大限度地发挥数据的价值。数据组织分为数据采集管理平面（OLTP）与大数据分析平面（OLAP），数据层为业务分析应用提供可靠的数据源，构建应用系统协同，为处理和辅助决策提供高效支撑。系统总体架构如图1所示。

1.2 系统功能架构设计

1．2．1 系统功能

钻井平台及船舶作业管控系统功能包括钻井平台作业管控、船舶作业管控、岸基支持、统计分析、运行监控5个功能模块，实现作业动态可视化监控、异常报警、统计分析、船岸交互等功能，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障的管理需要。系统功能架构如图2所示。

图1 系统总体架构图

图2 系统功能架构示意图

1．2．2 数据流程说明

数据获取采用3种方式，分别是人工录入、传感端数据自动采集、系统数据对接。对数据进行准确性验证和数据传输，保障数据的准确性和安全性，用过PaaS平台接口，进行物理保存。根据不同的权限，对数据进行审核，审核通过后将状态修改保存到数据库。通过钻井与船舶作业管控系统，对数据进行查询统计和可视化展示。系统数据流程如图3所示。

图3 系统数据流程图

2 系统功能开发

2.1 船舶作业管控

2．1．1 船舶作业与动态信息

集成所有相关船舶作业动态信息，并通过电视墙的综合显示，实现对船舶日常生产组织、监控及应急保障的管理。

在海图上点击单船，可实时显示包括AIS船舶动态信息资料、GPS信息、主机等动力设备运行状况等信息，以及显示船舶的作业动态，包括航行、巡航待命、靠泊码头、靠泊海上设施、航修、厂修、停航、停泊、锚泊等状态[3]。

对于不同船舶动态，系统能够智能查询与其相对应的信息。主要包括：对在航运营船舶查询作业任务、作业海域、即时作业状态、航行或锚泊动态、船员信息、油水及散料信息以及航次计划等；船舶避风或目的地的变更、ETA延误2 h及超过其正常作业区域5 n mile以上时，系统自动报警；“航修和厂修”中可查询船舶位置、修船方名称、修船计划、修理内容、预计完成时间等；对“停航”中的船舶可查询停航原因、预计起租或其他计划安排[3]。

自动抓取的船舶动态及载货信息（载货信息来自舱室感应探头），包括航程、航时、航速、油水存量、甲板货物量及散料货物量，形成《船舶日报表》《船舶航次报表》，并通过邮件自动发送给船舶调度室、作业者及相关方。

船舶日报在船舶调度室自动汇总形成作业公司日报表、《HSE工作周报》并自动转发给相关领导及管理人员或科室等。系统自动识别和搜集船舶航次报表中的相关作业信息及类别等，如靠泊海上设施、抛起锚、拖航、提油支持、破冰、ROV支持、酸化压裂、拖轮固井等作业活动类型及作业量，并将数据信息与在船船员的作业服务履历相关联，形成船员作业履历的记录档案。实现对船舶关键区域的监控，并对视频内容进行智能化人脸识别分析，及时发现人员违规操作并进行报警。

2．1．2 大型（特殊）作业

自动采集船舶作业类别信息，在海图上可显示正在进行大型（或特殊）作业的船舶，集中显示所有从事大型作业船舶的名单，用鲜明的颜色予以标识。

系统具有语音识别功能，人员说出船名，系统可以自动显示该从事大型（或特殊）作业船舶作业的详细信息，主要包括作业动态、设备状况、水文气象、作业进度、问题与需求和项目预计完成时间等。

自动搜集航向、航速、拖航阻力、风向、风速、船舶摇摆、气象预报，并自动识别作业状态等，自动汇总形成《船舶大型作业情况统计表》、日报，自动发送给相关部门及人员，并自动及归档。

《特殊作业船舶定时动态报告》包括船舶名称、起拖时间、报告时间、船位、风向、风速、浪高、拖缆长度、拖力、剩余航程及预计到达时间等。

2.2 钻井作业管控

2．2．1 视频智能分析

系统可实现对钻井平台关键区域、钻井设备运行状况、泥浆罐区、钻机、海底的视频监控等，并对视频内容进行智能化识别分析，及时发现安全隐患事件并进行报警。

2．2．2 平台操作安全监测

系统可实现对钻井平台操作动态的实时监测，包括压载和卸载平衡管理、甲板负荷布置、液体舱室液位监测及预测，关键阀门状态及水密门状态监测，锚机张力和DP系统监测，火气系统和消防系统状态监测，作业时水下设备及钻井关键操作和关键参数监测等。

2.3 岸基支持

岸基支持通常包括船舶急需，设备故障异常维修及额外作业需求的提交、审核、批准等。

船舶客户端需求支持包括配件、物料及航海图书资料等的采办，异常设备故障维修，体系内审、外审不符合项的纠正，安全、防污染管理需求，人员异常调整，船舶运营中需要与作业者进行针对性沟通等。提交《相关需求表》，自动识别相关需求的类别、涉及的职能部门和人员、智能推送[4]。

岸基各职能部门根据相关管理流程录入、审核、批准并由系统智能推送，跟踪整改进度及通报，完成后自动生成封闭记录。

2.4 运行监控

系统通过采集船上的GPS位置、计程仪的速度及电罗经的航向等信息来监控船舶的动态信息数据，以此判别船舶的作业动态是否安全。

船舶动态数据信息链接集成包括GPS、计程仪、电罗经、风向风速仪、船舶3个维度摇摆数据等；进入安全区的航速超过4 kn时系统自动报警及语音提示；至海上设施靠泊处不少于1.5～2.5倍船长（取决于风流海况）为船舶试靠泊点。届时系统将自动语音提示，船舶接近到海上设施10 m时，航速应降到0.5 kn以下，否则，系统自动报警及语音提示。

实现岸基对船舶动态信息数据采集。数据信息自动演算，形成模拟数据并在显示系统实时显示船舶动态。船舶动态自动监控和警示包括实现对在海上设施500 m安全区内靠泊作业的船舶动态进行实时自动监控，对违规船舶的船舶进行自动警示[4]，并提示岸基管理人员通过船上的视频监控进行现场验证，及时发出人工提示。

2.5 统计分析

收集船舶作业数据，处理钻井平台作业与船舶作业过程中产生的各类资料及报表，支持数据统计及自动汇总、分项查询、打印、导出等功能，为船舶作业远程可视化管控，实现作业动态可视化监控、趋势预判、异常报警、统计分析等功能，满足钻井和船舶日常生产组织、计划、监控及生产保障的管理需要。更高效率、更加精准地优化现有生产和服务资源，科学地进行生产作业管控，保证生产作业正常进行，满足精益安全生产的要求。

系统操作对象主要是船上的数据管理员，他们对作业数据进行数据采集，主要包括作业、物料、安全、设备。作业对象包括拖航作业、DP作业、巡航作业、提油、计划和实际航行航次、大型作业；物料对象包括自耗、外供、现存、加载（油气水）、水泥等；安全对象包括人、操作、设备、预案；设备对象包括主机运行、船舶运行。船上数据采集管理员、船长和轮机长、作业公司、事业部等用户通过作业采集的数据进行作业分析，提升作业效率和作业质量。作业公司在岸端接收船上数据能有效监控船上作业动态，进行趋势预判。船舶事业部用户通过作业公司统计分析后的数据进行管理决策。