E&P 杂志增刊 智能现场 创建与管理未来 的智能现场 控制智能现场 将智能现场扩展至海底 海底通信 无线技术实现海上新用途 展望未来 目录 1 2 4 7 11 13 17 简介 “预测智能”帮助塑造未来 作为解决方案提供商，艾默生可帮助企业应对 不断发展变化的信息与技术需求。 智能现场 E&P 增刊 Hart Energy Publishing 1616 S. Voss, Suite 1000 Houston, Texas 77057 电话： +1 (713) 260-6400 传真： +1 (713) 840-8585 www.hartenergy.com 编辑 Judy Maksoud Murray 特别项目经理 Jo Ann Davy 概述 未来的智能现场 对于油气勘探与开采过程，未来就是现在。 特约编辑 Kelly Gilleland MJ Selle 编辑助理 Ashley E. Organ 艺术总监 PlantWeb 控制智能现场 PlantWeb 的预测智能功能可使许多设施的操作 得到优化。 Alexa Sanders 高级平面设计师 Laura J. Williams 监制 Jo Lynne Pool 客服电话： +1 (713) 260-6442 Roxar 扩展智能现场到海底 艾默生与 Roxar 的合作，为双方带来了新的增 长。 集团发行人 Russell Laas 业务开发总监 Eric Roth 通信 海底通信 开放式系统架构旨在革新海底控制系统。 副总裁，顾问 E. Kristine Klavers 执行副总裁兼首席财务官 Kevin F. Higgins 执行副总裁 Frederick L. Potter 无线 无线技术实现海上新用途 无线网络潜力的开发才刚刚开始。 总裁及首席执行官 Richard A. Eichler 封面故事 未来的智能现场将实现最优化的油藏和开采管 理，为操作人员提供关键的数据和信息。 未来 展望未来 预测智能对人们工作方式的影响将会越来越 大。 除有特别声明，所有图片均由艾默生过程管理 公司提供。 简介 “预测智能” 帮助塑造 未来 作为解决方案提供商，艾默生可帮助公司应对不断发展变化的 信息与技术需求。 人 们常说“真相就在源头”，这句话用在石 油及天然气开采上是最恰当不过的了。无 论是在安全性、开采业绩、可靠性、资产 健康状况，还是在成本管理方面，所获得 信息的质量都决定着操作决策的质量。正确的人在正 确的时间获得正确的信息，将使您能够： ■辨别存在风险的运行状况，并针对如何解决这些 关键的安全问题提供指导 ■向陆上操作中心提供真实的实时操作数据，从而 降低海上平台员工的成本和风险 ■无论身处何地都能分享相关专家数据信息。 ■优化动态生产过程，包括模型预测控制，从而确 保操作策略可以重复、安全且有价值 ■辨别设备操作中发生的变化以主动解决问题并避 免设备故障 ■采用预测维护模式对设备的实时状态进行远程监 测，以最佳的成本和最有效的时间安排来规划海 上维护工作 ■向维护人员提供有关设备问题的特定且有针对性 的信息，包括维护所需的工具、部件和工作流程 ■简化合规的文档与报告。 但是，只是简单地应用操作系统“上”的企业管 理软件对实现这些目标并无太大帮助。若要制定尽 可能最佳的决策，必须能够快速、高效且以易于使 用的方式从过程来源获得实时、优质且可靠的信 息。 艾默生过程管理的未来智能现场解决方案将包括 其最新的技术和应用，可确保实时获得数据，且易 于使用，这些数据将有效帮助您解决各种问题，并 维持生产的连续性和最佳状态。 井口管理及其它 运营商经常会面临以下两难的困境：如何管理油井才 能提供最佳的流量、实现最高的采收率并保持油井寿 命期最长，同时又不会造成过度开采并损坏油井。艾 默生过程管理可帮助客户获得有价值的油井信息，提 前接受到可能见水的报警信息，并最终控制和管理从 海底到海上平台的开采流量及数据。 借助未来智能现场方案，用户可以通过监控压 力、温度及输入流量，为操作员提供关键的数据和 信息来优化管理每口油井。这能更好地管理开采过 程，并为过程设施设定最佳流量，从而避免意外停 车的发生。 目前，大多数海上和陆上作业都使用具有部分预 测功能的数字化智能设备，例如智能阀门定位器与测 量设备以及升级的控制系统。不过，此次变革也带来 了新的挑战：随着各种仪器和系统趋于智能化并能够 生成更多的信息，操作员和维护人员开始因为数据越 来越混乱而不知所措。针对这一问题的解决方案不应 仅仅是筛选信息。最终方案应是进行信息管理，并设 计特定的任务。在艾默生过程管理中，未来的预测智 能已经到来。若要了解预测智能如何帮助您塑造未 来，请访问 www.EmersonProcess.com/IntelligentFields。 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 1 概述 未来的 智能现场 对于油气勘探 与开采过程， 未来就是现在。 2 | 艾默生智能现场 步 入位于休斯顿、阿伯丁或斯塔万格的任何油气主要生产商，您 会立即注意到人们在采用最新技术来更加有效地开采油气方面 的差异。 在很多办公室内，您会看到： ■墙上屏幕中显示着实时数据和信息 ■不同部门技术人员作为一个团队协同工作 ■“始终打开”的直播视频从总部连接到操作区 ■供应商和服务提供商从远程位置实时提供操作支持 过去五年来，操作支持发生了根本的变化，并将继续优化油气流 程。Statoil 首席执行官 Helge Lund 称其为“无声的变革”，人们还称之 为“未来油田”、“集成操作”、“i-现场”或“智能现场”。艾默生 过程管理将此次变革称为“未来的智能现场”。 通过在油井、设施及管道中测得的高质量的数据和信息，使得能够 更好地应对不断变化的状况。工厂中能够实现增值的 岗位操作人员都可以访问这些信 最近，一家主要的石油公司宣布，它们已 息，从而以更智能化的方式运行开采优化等增值过 程，且速度更快，质量更高。 不过，这不只是技术问题，还需要思考公司用以 从此类实时数据和信息中捕获价值的组织方式。多 数企业将此看作是技术驱动的转换计划，公司从中 可从根本上了解从海上技术员到总部商业分析师等 所有人的工作方式。这需要更新核心工作流程，克 服员工对改变为新工作方式的抗拒，并重新调整组 织结构。通常，这称为“人员、流程、技术和组 织”的集成，以使日常的运行能够增值。 轻松掌握此类实时数据企业能够： ■实现生产系统产量最大化 ■减少和恢复非计划停车 ■在短期开采目标和长期采收率之间取得平衡 ■通过优化维护计划降低成本 ■最大程度上利用稀缺资源 ■实施远程操作使人员避免危险操作 上述方法具有很明显的价值。最近，一家主要的 石油公司宣布，它们已开采出 10 万桶石油，相当于 每天以每桶3美元到6美元的成本实现未来开采计划。 您还能从除此之外的任何地方买到比这更便宜的石 油吗？ 开采出 10 万桶石油，相当于每天以每桶 3美元到6美元的的成本实现未来开采计 划。您还能从除此之外的任何地方买到比 这更便宜的石油吗？ 本增刊将着重介绍能够使人们的工作方式发生如 此巨大变化的数据和信息技术。这些技术既可用于 提升多家公司位于全球各地的新开发油井的价值， 也可用于提升升级改造油井的开采价值。 本增刊包括以下方面的相关文章： ■在价值链范围内通过“预测智能”实现油气的未 来 ■表面和地下技术领域相互集成 ■电子布线技术及其在新项目中应用的成本节约 ■无线技术在油气行业的应用 ■人性化设计使工作方式发生改变 很多实时数据和信息技术正在使人们的工作方式 真正变得具有协作性。尽管要转变为全球化的实时 组织，一切才刚刚开始，但许多企业已经着手变 革，并认识到了其价值所在。 — Tony Edwards，CEO，StepChange Global www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 3 PlantWeb 控制 智能现场 PlantWeb 的预测智能功能可优 化工厂的运行。 化生产是所有过程工厂的目标。随着利润空 间的减少和全球竞争的激增，总体业绩不断 提升是人们所梦寐以求的目标。由于设备故 障引起的非计划停车、超出预期的维护费 用，以及缺乏经验的人员都会对企业的收益产生重 大影响。 艾默生过程管理全球油气总监 David Newman 说： “技术发展、增长和演变得越快，我们可以从工厂获 得的信息越‘智能’。现在，我们借助正确的预测操 作可远程查看信息，而不用再派人去现场收集信息。 如果设施可以自行诊断并确定潜在问题，然后将该信 息报告给合适的人，那么实施解决方案只需很短的停 机时间，甚至无需停机。” 预测智能旨在在遇到灾难性事故之前发现问题。 许多行业均使用艾默生的 PlantWeb™ 数字网络架构作 为早期警告系统，包括油气行业。利用现场智能改 优 智能远程自动化 将 PlantWeb 扩展到远程位置 使用预测智能改进过程可用性 提高维护效率和效果 改进数据质量以降低计量传输测量 的不确定性 使公司增加产量 有助于规范规章制度并进行报告 4 | 艾默生智能现场 善业绩，PlantWeb 最少可使总体效率改善 2%，并降低 经营、维护、安全性、健康、环境、能源、公用工 程以及废品和返工的成本。通过降低风险和开车成 本，甚至可能节约 30% 的成本。 Newman 说：“大部分设备在运行过程中均可在出 现问题时进行提示，但使用 PlantWeb 中提供的预测智 能应用程序可更加轻松地识别这些提示并作出反 应。如果未能获得正确的信息，则故障可能造成灾 难性后果。” 机械设备故障是油气工厂中潜在问题中的第一大 原因。油泵、压缩机、电机、阀门以及仪表可能会受 到摩擦、出现污垢以及正常的磨损和损坏。PlantWeb 可对这些设备进行监控并标明可能存在的问题。如果 阀门出现维护问题，需要进行调查，则操作人员会看 到消息“电气转换单元正被堵塞”或“电气转换单元 正在被沙砾堵塞。”PlantWeb 可提出必要的行动建 议，例如“检查网式滤油器、填料。” 操作受到影响时，操作人员会收到通知。此功能对 于远程操作的作用尤其显著。Newman 说：“工程师在 休斯顿即可看到非洲工厂的运行情况，而不必再花费 一天的行程。” 节约维护成本 维护是体现大幅成本降低以及生产效率改进的另一 方面。Newman 说：“一项研究发现 86% 的维护是用 在反应式（太晚）或预防性（无必要）措施上面。 最佳的比例应是 40%，其余则应转移到预测/主动维 护上来。” 北美和欧洲很多工厂都已开始大幅消减其维护员 工，以至于让人担忧能否实现安全操作。PlantWeb 通 过提高生产效率，可帮助员工最充分地发挥其作 用。Newman 说：“63% 的维护工作指令都以毫无价值 提升而收尾。” PlantWeb 远程诊断可减少到现场的不必要奔波。其中，多 达 35% 的奔波为日常检查，28% 是针对根本不存在的 问题，20% 是进行标定更改，6% 是因为“零位偏移 (zero off)”，6% 是为了插入线路，4% 才是真正的仪表 故障。Newman 说：“这就像追逐鬼魂一样，跑去现 场，检查的却是正在工作正常的仪表。有了 PlantWeb，您可以在真正需要采取行动的时候派人前 往，而不只是进行日常检查。” 他说：“此外，还可以节约计划维护费用。要更 换的设备可能没有任何问题，工作一切正常，但是 使用年限已达一年，根据计划说明需要进行更换。 而 PlantWeb 可在真正需要更换设备之前发出预报。借 助 PlantWeb，您可以节省配件和再校准的成本。这些 全部属于 OPEX [运营支出] 费用，可通过提高设施的 总体效率来节约成本。” 海上维护面临着无与伦比的挑战。例如，对海底设 备进行维护需要时间借助辅助船舰来组织海底介 入。Newman 说：“不幸的是，您无法像解决海上设备 问题一样派遣操作员去解决海底设备的一些问题。” 由于海底维护成本要远高于海上维护，因此在某件设 备出现故障无法生产之前，了解其何时需要维护则显得 意义非常重大。Newman 说：“在降低生产停车风险的同 时，能够安全推迟维护并延期成本也是一大优势。” 减少人为干预 据客户报告，使用PlantWeb可减少20%-40%的手动回路 控制，并可使80%过程偏差较大的控制回路得到改 善。Newman说：“对于全新的设施，回路可以按照最 佳状态进行整定，但是随着条件不断变化，系统的性 能也将发生改变，为了保持过程的稳定以及弥补过程 中出现的可变性，操作员开始将回路改为手动方式。 此外，我们还发现很多回路一开始就没有正确地进行 整定，而且一直维持设定的默认参数”。 其结果是，错失了许多先进过程控制 (APC) 带来的 好处。由于 APC 处于调节控制的最上层，当情况变化 或发生人为干预，许多操作人员就会关闭APC，因 为它有效工作的前提是需要向一个整定良好的调节 控制系统中输入设定点。 技术升级驱动行业变化 艾默生过程管理的 DeltaV S 系列平台旨在简化工程实 践，并增强 PlantWeb 的项目和经营业绩。电子布线技术 是 DeltaV S 系列平台一项改变游戏规则的功能。 艾默生过程管理全球油气总监 David Newman 说： “在设计项目时，必须尽早确定项目中的 I/O 数量。这 会经常留下犯错误的空间。如果在建设后期需要对过程 以及 I/O 数量进行重大更改，则时常需要重新设计系 统，导致成本大幅增加以及项目时间推迟。” Newman 说：“作为我们‘I/O 按需配置’”方法的一 部分，电子布线技术可按用户需求在任何时间将 I/O 送 至任何地方。由客户决定他们所需 I/O 的类型、时间以 及位置，无论是进行后期项目变更，在启动过程中，还 是在操作过程当中。他们还可决定所需 I/O 的位置 - 在 控制室、端子柜室或是现场。此外，他们可以逐个添加 通道，任何通道可被任何一个控制器使用。” 节约项目实施成本 电子布线技术可大幅节约项目工时，即使后期发生设计 上的变更，也能轻松应对。系统工程师可按逐个通道重 新分配 I/O，简化了系统设计并节约了项目的执行成本。 例如，对于平均为 5,000 个 I/O 的平台，预计会使成本降 低 58,000 工时。 Newman 说：“考虑到海上执行升级操作的工作人员 的交通与安排住房的物流时间和成本巨大，使用电子布 线技术可大大减少升级时间并最终降低成本，还可以改 进这些关键的升级阶段中安全性和潜在生产损失的风险 因素。” 艾默生正是为满足客户需求而开发出了电子布线技术 技术。Newman 说：“他们希望自己的工厂易于连接和 操作。电子布线技术正是沿此正确方向迈出了一大 步。” 具有传统信号编集功能的 160 高级卡 I/O 288 电子信号编集功能的 I/O 之前 之后 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 5 PlantWeb 协作中心对智能现场 具有关键作用 当今，行业关注的焦点在于降低远程海上平台的运行成 本，“协作中心”可使公司依据获得的实时信息来解决 运行问题。协作中心通过创建一个运行中心，各类学科 的专家可齐聚于此访问信息、排除故障、监控并优化油 气现场，从而使稀缺资源得到最充分的利用。 智能现场是实现通信、数据收集、报告、监控以及信 息共享的完美协作环境。这些物理工作空间旨在帮助人 们制定更好、更加明智的决策，以便在需要的时候，能 够实时并准确地采取适当的措施。实施行动可以按优先 顺序排列，共同的目标是维持最优化且不间断的生产。 各种协作技术领域的创新正在帮助公司使智能现场成为 现实。当前的协作中心可提供高科技的物理工作空间以及 全新的运行方式。使工作人员能够获得完整的过程实时数 字信息，从而更轻松、更快、更有效的做出决策 。 6 | 艾默生智能现场 PEpC 方法 高 PEpC 方法可减少 10-15% 的开车时间，同时降低 4-8% 的项目人工成本。 而且，利用预测智能功能来改进工厂业绩，PlantWeb 架构还可以持续不断 地节约成本。 收购战略供应商 成本影响能力 联网，非集中式 PlantWeb 系统是联网的。它并非基于分布式控 制系统 (DCS)。Newman 说：“设计 PlantWeb 是鉴于 到处都存在智能技术的事实。今天，重要的是将 智能集成并确保正确的人获得正确的信息。” 艾默生在开发 PlantWeb 架构中的关键技术 Foundation™ fieldbus (FF) 方面处于领先地位。艾默生 的设备、系统和软件协同工作，利用此技术提供 数字化双向通信。 艾 默 生 的 智 能 无 线 技 术 利 用 IEC 62591 (WirelessHART) 标准为操作商提供前所未有的灵活 性，为之前视野范围之外的设施部件提供“新的 眼睛”。WirelessHART 利用自组织网格技术克服 了“视距”无线安装存在的局限。网络将自动查 找传回网关（接收方）的最佳通信路径。如果通讯 暂时受阻，信号将自动转送至邻近的无线设备，并 将其作为转发器继续传递信号。这些冗余的数据路 径可避免单点故障。 借助深入人心的 WirelessHART 技术，用户能够快速 且轻松地获得无线技术的优势，同时保持与现有设 备、工具和系统的兼容性。当前，满足此标准的大 工程设计 采购商品项目 施工 低 时间 量现场设备、阀门与阀位监测器、振动数据变送器 以及智能网关均已在整个行业内使用。 智能工程，智能仪表 艾默生对于项目建设采用 PEpC 方法，在建设过程中 与合同承包商作为策略伙伴进行项目设计、工程和 采购。使用 PEpC 相对于使用传统的 EPC（设计 采购 - 施工）模型，可节约 10%-15% 的时间以及 4%-8% 的成本。 使用艾默生的 DeltaV™ 数字自动化系统，可简化此 过程中的设计和工程工作。特别是，对于设计控制 策略，使用 DeltaV 软件的标准功能块可减少仪表工程 和组态时间。工程师可利用预先设计的控制策略库 确定其需求。单个用户接口允许 I/O 类型的配置，包 括 4-20 mA、HART、WirelessHART 以及 Ff。 空间和重量仍是海上项目顾虑的问题。PlantWeb 和 Ff 可使控制室所占空间更小。传统的 DCS I/O 卡包含 数字输入卡、数字输出卡以及模拟输入卡。相对于 传统卡使用八通道而言，DeltaV 系统使用可容纳 64 通 道的现场总线 I/O 卡。DeltaV 本身的无线支持也可以 减少实际线缆的数量。无线技术可减少备用 I/O 的需 求和成本，还可以降低安装线路、电缆桥架、管 道、接线柜、接线盒、接线板以及安全栅和人 工成本。 在开车过程中，预测维护软件可检测出安装错 误。例如，监控旋转设备维护问题的同一设备可告 知运行人员是否出现振动或存在润滑油问题。仪表 诊断可检测出热量或管线堵塞问题。针对摩擦、阀 门支架力以及气源问题进行的阀门诊断，还可以检 测出校准错误、阀门填密问题或气源供应问题。若 要了解艾默生可如何帮助您优化开采过程，请访问 www.EmersonProcess.com/IntelligentFields。 Roxar 扩展智能现场到 海底 艾默生与 Roxar 合作为双 方带来新的增长领域。 2 009 年，Roxar 公司的加入，将艾默生过程管 理的业务扩展到了油气勘探与开采的领域。 这一并购联合了自动化技术提供商艾默生过 程管理与 Roxar，前者为工业集团公司艾默 生旗下资本达 65 亿美元的业务部门，后者为资本达 2 亿美元的仪表、软件和建模技术提供商。 同艾默生一样，Roxar 以其技术创新和市场领导力 而闻名。Roxar 的测量和监控设备以及完美优化的软 件对艾默生的仪表产品和 PlantWeb 数字网络架构是一 种有力的补充。由此产生的技术与解决方案强强联 合为艾默生和 Roxar 打开了新的增长领域。 艾默生过程管理总裁 Steve Sonnenberg 说：“现在， 海底业务正慢慢的凸显出来。这次收购对于扩展我 们的解决方案来帮助油气勘探与开采企业应对在海 上、海底的自动化挑战而言，具有战略意义。Roxar 是上游行业最大的海底仪表供应商，它对于艾默生 PlantWeb数字工厂结构中的仪表和阀门产品是一种 有效的补充。” Roxar 的客户包括主要的跨国私营企业、小型私营 企业以及大部分国家石油公司。 Roxar ASA 总裁兼首席执行官 Gunnar Hviding 说： “加入艾默生过程管理可充分利用我们的资源来应 对不断增加的客户支持并对全球客户作出响应。服 务是实现客户满意的重要方面，在艾默生服务是核 心的增长业务，我们很荣幸能够加入这样一个组 织。客户将由此而广受益处，仅从一家公司即可获 得有关油井到精炼的全套解决方案。” 这一联合还为 Roxar 带来了其它专业资源和技术， 帮助公司加速并推动新产品开发。Roxar 的解决方案 结合来自多相流量仪表的实时数据和预测性地质及 工程建模技术，帮助操作人员连续监测开采工作； 对油气田进行远程监控；快速处理大量油藏数据， 并使用最新的实时现场信息制定关键的经营决策。 Hviding 说：“上游勘探与开采是一个非常保守的 行业。在这里，采用新技术步伐非常缓慢。主要的 石油公司都在使用这种集成方法，但业界公司尚未 形成具有可配置性的行业解决方案。我们富有热情 并共同致力于为客户提供解决方案，相信我们的合 作将会更好地满足当前及未来客户的需求。” 将预测智能扩展至海底 在提炼、加工以及上游石油开采的其它方面使用预 测智能技术，已为油气公司提供了重大的业务和竞 争优势。预测智能技术扩展至海底以及向下钻井的 测量和监控解决方案，将为海上油气运营商提供立 竿见影的效益。 从油藏到传输的综合解决方案可增 强对客户的支持。 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 7 Roxar 不断演变的海底技术推动发展 随着对碳氢化合物的勘探和开采不断扩展到更深的水域及 种方案构建最准确的油藏模型、表现出其特色、对其完全 更具挑战的环境，操作员需要了解最准确的信息来确定最 了解并展开计划，这样在油井钻探后，我们即可了解其实 符合商业可行价值、最环保且最安全的方式来恢复油藏中 际的储量。这就是 Roxar 技术的功能和作用。” 的油气资源。 Roxar 的油井优化功能及海底测量技术是艾默生未来愿 预测建模有助于钻探、开采过程 景的关键部分。Roxar 的两大主要产品系列 – 软件解决方 预测建模还可提供宝贵的钻探和开采信息。Chelak 案与流量测量 – 为操作员开发潜在的资源提供了工具。借 说：“我可以在休斯顿的办公桌前查看井底监测器以及墨 助其完整系列的实时、嵌入式多相流测量仪表以及用于油 西哥湾钻井平台外正在工作着的钻头后的监测器传回的实 藏建模和模拟的软件，专业知识、技术和服务可为海上油 时数据。如果预测的油井钻孔的路径越过特定的视野并超 气操作员提供连续不断的宝贵信息。 出油藏范围，我可以在自己的办公室内监控有关油藏模型 Roxar 软件解决方案美国区域 的信息。如果从现场获取的数据与 经理 Robert Chelak 说：“油藏建 模型不同，我可以在 10 分钟内运 模已从使用公司大型计算机发 行一个新模型来了解当前实际的信 展到当今非常便携的技术。过 息。 去，我需要随身携带装有非常 五年前，完成上述工作需要花费 重的计算机设备的大箱子一起 一周的时间。如果油井钻孔看起来 前往中东地区从事项目执行和 似乎要超出油藏范围，我可以致电 演示。软件运行非常困难且方 现场的钻孔者停止、调整和更改油 案需要花费很长的时间。现 井的轨道。主要是为了拥有良好的 在，我使用自己的便携式电脑 模型，了解模型，并在新信息实时 即可在去往的任何地方非常轻 进入后更新模型。” 松地构建复杂的油藏模型。” 同样，完整的现场建模可帮助 借助这些计算机技术的进 高级别工厂预测开采过程。Chelak 井底监控可优化开采过程 并提供有关出水或气锥的关 步，Chelak 说现在的油藏建模可 说：“我们不仅需要担心地面之外 键和及时信息。 获得的信息量非常之大。 的开采过程，还需要确定在其到达 “就算仅仅倒回到几年之前， 表面后将如何对其进行处理。这些 要想将从现场获得的数据量加载到台式计算机系统中都毫 工厂能够处理我们开采的物质吗？如果工厂设施只能每天 无办法，因为机器功率、内存以及图形无法处理那么大的 处理这么多桶的石油，而我们发现油藏可以生产更多石 数据量。现在，完全变了。而且，它们还能找到新的方法 油，那么我们应如何处理这些增加的产能？如果我的模型 来获得更深领域的数据，且分辨率和细节都得到增强。 可以告诉我将要发生的事情，那么我们就能知道是应该放 十年前，我们构建 30 个断层的模型。根据其复杂程 慢开采速度还是应该提高开采量。” 度，大约需要数周或数月才能完成，甚至在有些情况下， 保护油藏的完整性也可以借助预测油藏建模完成。“有 根本无法完成。现在，我们要构建 2,000 个断层的模型， 些情况下，我们知道石油所在的位置，但问题是我们如何 使用非常复杂的方案在几天之内即可完成。从几年之前的 以最优的方式从地下提取出石油？在注水的情况下，我们 规模达到我们当前的规模和复杂程度，真是令人惊奇。而 可以打开水龙头并将水推入油井，但如果我们未正确执 且，我们在油藏模型中输入的信息更多且更加准确，而耗 行，水注入速度将会过快而使石油停留在后面出不来。不 费的精力和时间却在减少。” 过，如果我们利用好时间且按一致的速率注入并进行调 这种精确度能够更好地进行油井规划并预测油藏中实际 整，我们可以模拟油藏作出的反应并从油藏中获取大部分 包含的物质。Chelak 说：“现在，我们已经进入一直非常 石油。我们构建模型，是为了了解油藏中将要发生的事 难以建模的区域，例如巴西的盐碱田区域。我们从数据中 项，拥有良好质量的模型就像油藏管理中的计划工具一样 获得高精确度的信息，且需要对昂贵的油井仔细进行规划 具有广泛的重要意义。” 以优化钻探位置，并了解开采潜力。我们的目标是使用多 8 | 艾默生智能现场 Roxar 艾默生过程管理全球油气总监 David Newman 说：“将海底与海上工厂看作是两个独立的区域是 一种错误。在数据方面，他们并不是两个独立的实 体。而是一个数据流从地下扩展到海平面。 由于海底开采系统更为复杂，且要从基本的油井 控制传递到海底开采设备（如离析器和油泵）的控 制，因此 PlantWeb 的应用则显得尤其重要。例如，油 井开采设置取决于相位分离处理能力以及生产流体 的性质，这通常要在海上完成。如果在海底及开采 设施间应用预测智能技术，将可在进入液体流的气 块影响海上设施开采之前从海上检测到它们、发出 信号并进行处理。” Roxar 流量测量美国区域经理 Vincent Vieugue 说： “由于开采流体的数量和质量可通过数字网络了解和 沟通，您对于开采系统模型可以输入更多、更准确的 信息。模型更新速度越快，其产出也会越好。” 采用Roxar技术再加上用于状态监测和自我诊断的 艾默生PlantWeb数字架构以及HART通讯协议，用户将 获得更多收益。 Robert Chelak 是 Roxar 软件解决方案区域服务经理， 他认为这些益处将从更大程度上推动人们努力开发 基于自组织网络的无线 数字网络架构。 数字通信标准，类似于下游加工工 厂中使用的现场总线标准。目前， 最常见的协议是 CANbus、Modbus 和 TCP/IP。 当前，海底操作员不得不与不 同的供应商合作来获得海上控制系 统和海底控制模块。业界专家估 计，80%-90% 的控制系统实施问题 均是由此引发的。例如，有一家采 油公司发现其多个海底控制模块无 法与海上的控制器通讯，只能花费 几百万美元将控制模块移到海上。 因此，Newman 说许多操作人员会 根据与海上控制系统的集成程度来 选择海底控制方案的供应商。 使用大回路、小回路方案 Roxar 对于油藏建模和模拟采用“大回路、小回路”方法。传 过软件将大回路中的信息更改为 300 或 400 英尺 [91或 122 统的工作流注重地质模型的构建。首先，使用数百万年前油 米]。然后，工作流将在大回路和小回路之间重复以找到历史 藏可能如何形成的不同地质方案构建模型。然后，地质模型 的运行就相当于一个与历史数据匹配的过程。 Roxar 软件解决方案美国区域服务经理 Robert Chelak 说：“ 相匹配的信息，速度要比仅在一个模拟模型中运行快得多。 油藏模拟处理的模型包含数千单元、许多油井，有些情况 我们可修改‘小回路’内的参数。在模型中，可能拥有不同 下甚至是 20 多年的历史。如果第一次历史匹配不正确，手动 的流速、不同的渗透性、油藏因数等，我们可以调整以使流 更改参数及运行新数据可能要花费很长的时间。不过，借助 速加大或降低（取决于我们看到的结果），以便使现实与历 软件可使我们能够快速制作出自动方案模型，并使用模拟工 史相符。我们的软件可检查这些参数、参数之间的差异，然 后利用提供的知识进行调整，以便生成一系列可能与历史完 好相符的结果。利用此过程，可使油藏模拟与真实的开采历 史相符。 具对其检查以查看哪些参数对模拟的影响最大、哪些参数可 以促使油藏模型预测和计划速度更快、数据更加准确。” 集成开采系统模型将 SCADA 与历史解决方案中的实时数据 不过，有些情况下，我们的仿真工具会返回告知我们无法 和历史数据都加入到了优化模型当中。对比这些结果与模型 实现完好的匹配，因为地质模型中某些构造存在本质性错 预期可查明异常项目。将分析与“如果怎样-将会怎样”方案 误。我们需要返回修改原始的地质模型，并允许软件修改这 些参数。这就是我们所说的‘大回路’。在原始的地质模型 中，我们可能了解到通道宽 200 英尺 [61 米] 是正确的，但 也可能是错误的，因为我们使用此方案无法找到历史匹配的 信息。对于模型中此参数或其他参数的不确定性，我可以通 相结合，比较实时结果与使用模拟获得的最优参数可帮助更 好地制定决策。 使用最新的海底及井底传感和测量技术，能够提高采油性 能降低风险，并从智能方案的投资中得到更多回报。 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 9 Roxar 测量工具提供实时数据 Roxar 流量测量产品为操作商提供当前海底正在发生的情况信 息。流量测量美国区域经理 Vincent Vieugue 说：“我们可了解 模型建模的实际情况并显示实际发生的状况。您拥有多少开采 量？压力/温度情况如何？是否同时流过石油、天然气或水？这 些是我们能够回答的问题，操作员可将这些结果与软件组合模 型显示的情况加以比较。如果模型表达的是一种情况，而我们 的测量显示的是另一种情况，则必须修改模型使其与实际发生 情况相符。通过使用我们的数据关闭回路，未来的模型将会更 加准确。” 如果模型与测量结果不对应，问题会比较明显。Vieugue 说：“操作员关注的主要是开采尽可能多的石油或天然气，但 他们需要以安全的方式进行。通过实时监控过程条件，如果检 测到诸如温度或压力上升或下降的异常情况，则可能指示某些 方面出现错误。您也不希望管道冲破或阀门关闭。这就是为什 么需要从井底到产品输出平台整个过程安装监控设备的原 因。” Vieugue 说操作员所面临的挑战越来越大。“我们现在所钻 探的环境已非常困难，所到达的水域越来越深，油井也越来越 深。高压力以及高温度使得对产品的质量要求更高。此外，对 仪表设备的要求也有所增加，对任何事物的要求都逐步升高。 我们提供的产品是经过验证的技术。我们已经度过必须证明自 己的产品能够提供何种功能的阶段。这些都是经过现场证实的 技术，操作员可明确看到其优势所在。” Vieugue 认为艾默生和 Roxar 之间有许多配合方式。他 说：“艾默生产品可与 Roxar 提供的海底技术完美结合。通过 拥有多种监控设备并成为一家公司，这些设备可以更好地协同 工作并为用户提供更多更好的信息。” Vieugue 觉得存在新机遇的一个领域是艾默生的无线技 术。“我们可以将该技术用于 Roxar 产品，并采取下一步行 动。用户是否可能会受信息超载影响呢？这是操作员需要思考 的一方面。测量设备体积正在变得越来越小，速度越来越快， 用户需要安装系统来处理此类信息。不过，您从油井获得的信 息越多，我们可提供的模型越准确，而您从油井中得到的开采 产品就会越好。” 无线技术是艾默生 PlantWeb 的另一重要组成部 分。艾默生智能无线技术是对有线架构的无缝扩 展，已在各种下游装置中使用。无线技术相对于有 线安装重量小、占用空间小，可大大节约成本，尤 其适用于海上平台。 Newman 说：“人们对其日常生活中的无线功能已 非常熟悉。从个人观点来看，我们对其充满信心， 但油气行业非常保守，变化不会发生得太快，也不 会被轻易接受。不过，我们的经验是一旦他们看到 无线技术在该领域的好处，了解了它的可靠性，他 们就会积极欢迎这种技术并寻求更多的方式来使用 该技术。” 数字结构代表了质的飞跃 上游油气勘探与开采的两大重要技术趋势相互结 合，可提高经营者的采收率、优化开采过程并提升 运营效率。许多油气公司已从仪表、阀门和控制系 统数字化网络构架固有的预测智能功能中受益。在 海上平台环境中，即会形成“智能化的”平台；浮 动开采、存储与卸载船以及相关的海上设施。用于 捕获油井温度、压力和流量数据的方法 – 海底及井底 测量技术与生产系统模型相结合，帮助更好地作出 决策。 10 | 艾默生智能现场 艾默生过程管理与 Roxar 专业技术和功能的结合提 高了对自动化控制的洞察力，并优化了油气开采， 使其更接近于一个闭合回路过程。 立竿见影的效果包括： ■将海底/地下操作与海上设施集成，使其更接近于 实时模型 ■洞察实际开采过程，油气现场长期面临的此项挑 战具有复杂的所有权关系 ■员工安全保障的程度提高，减少员工到现场执行 危险任务的要求。 价值链收益 增强对油井、油藏和现场特征洞察（即预测智能） 产生的价值链收益可远远超出海上平台： ■基于地质专家地震直观预测以及其他勘探技术的 油藏模型对决定油井位置具有主要作用 ■更好地监控开采过程可即时了解实际正在开采的 介质 ■了解管道中流动的物体可帮助下游精炼厂计划其 生产和产能 ■确保员工和设施远离可能存在的危险状况，可实 现完美的健康、安全和环保目的。 若要了解艾默生的智能现场解决方案可如何帮助 您增强操作，请访问 www.EmersonProcess.com/ IntelligentFields。 通信 海底 通信 乘 坐任何大城市的地铁系统，您都可能听 到许多种语言。通常，即使人们说着同 一种基本语言，但由于地域差异也可能 很难听明白，令人困惑。电子通信设备 存在同样的问题。用户选择使用的通信协议千变万 化。 艾默生过程管理全球油气总监 David Newman 说：“这一直是海上作业者所担心的问题。他们正 在寻找从海床到海上的集成通信方案，艾默生正在 努力实现这一愿景。” 最近，业界出现了面向更加开放的通信结构发展 的趋势。Subsea UK 首席执行官 Alistair Birnie 说：“过 去五年来，人们的思想动向发生了很快的变化，趋 向于开放的系统架构。起初，这是受持续 11 年的 IWIS [智能油井仪器标准l 联合行业项目 [JIP] 的推 动。” 在第一次创建基于点对点协议 (PPP) 的开放式以太 网标准重大尝试过程中，JIP 便对各项工作进展起到 了推动作用。Birnie 说：“近年来，可视通信发展迅 速，尽管 PPP 标准依然可行，但我们看到它在支持直 接以太网连接方面已经过时了，直接以太网在海底 转换连接并从海面上进行控制。” 并且，尽管以太网在某些领域具有引人注目的优 势，但 Birnie 仍然认为这不是最好的解决方案。他 说：“另一项称为 SIIS [海底设备接口标准] 的 JIP 对 于四线多站连接使用 CANOpen 协议，且更适于低级的 仪器，例如压力和温度测量。重点是，它是公用的 非专有标准，允许将任何海底传感器开放连接到控 制系统。不过，秘密不在于其开放式标准，而在于 能够处理和管理数据吞吐量，并在强大、具有决定 性的网络中执行上述任务。” 过去几年来，行业内便引入了基于以太网的海底 控制系统。不过，这种系统也有一些不足之处，尤 其是在网络带宽受限的情况下，例如海底通信最常 见的方法仍然是使用铜线连接方法。 Birnie 说：“问题是有效地管理可用的带宽，尤其 是在存在多个网络用户以及数据为碎片状时。将 IT 开放式系统架构 旨在革新海底控 制系统。 工程师置于海底环境中对部分人来说不会是非常良 好的体验，因为他们尚不明白需要进行信息包管理 和优化，或发现在网络访问控制系统下，系统执行 情况要远比预期差。” Birnie 认为由于开发工作使用数字化电视中采用的 正交分频调制技术打开带宽，且操作工程师了解如 何最充分地利用此技术，开放式架构将会因为其能 解决许多问题而快速在行业内广为采用。 Birnie 说：“使用基于以太网的协议省去了对一层 专有协议的访问，但引入了新的微分器。现在，海 底控制系统开发取决于执行信息包转换以及快速路 由算法使网络强大、灵活且具有容错能力。 “艾默生提供的这种网络架构与集中式架构相比 更具优势。”“Birnie 说：“海底架构最大的变化可 能在于能够将数据源通过转换或路由器直接连接到 中心设施。这使海底控制系统具有更大的灵活性， 而不用加载 SEM [海底电子模块]，并且 SEM 可使用常 见的简单硬件和软件，由此增强其可靠性。” 这一系统的长远优势在于用户可实际将支持工业 网络的任何硬件插入到网络中，而不用去了解太多 网络背后的信息。 Birnie 说：“当海底系统在改造或扩建过程中使用 新版本或新设备时，将不再需要依赖于专有的硬件 和软件。此外，还能通过通用的的工具和软件应用 程序，提高效率并实现更大程度的灵活性而不受专 有协议和软件限制。” 另一优势在于可使用很大程度上独立于硬件的通 用以太网堆栈。“Birnie 说：“这样可减少相当一部 分定制接口软件，它们可能是任何海底软件套装中 最不可靠的代码区域。此外，它还能免去控制海底 设备的需要，仅管这种方式对工作总站有较高的带 宽要求，而且如果有多台主机设备在海上工作，就 会增加通讯量。不过，通过专业的设计及高效的数 据打包，很大程度上可避免此问题。” www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 11 通信 审计/贸易交接和输配 从海上和陆上工厂中获取准确、及时的测量数据，要求灵 Coriolis 流量计是第一个提供直接、准确及质量流量在线测 活的解决方案满足广泛的应用范围，包括从测量数据的安 量的流量计，这对于控制许多流程至关重要。自 20 世纪 全转移到测量系统的可靠性。艾默生旨在提供范围广泛的 各种产品、系统和完全集成的服务，确保随时进行精确的 测量、最高水准的成本效益以及系统可靠性，同时管理测 量不确定性。 70 年代末引入，艾默生世界领先的高准流量和密度测量设 备以来，它已为高级测量技术设立了标准。Coriolis 技术已 扩展至包括许多应用方案高度准确的在线密度、温度和粘 无论是超声波、涡轮或差压，艾默生的 Daniel 流量计是 度测量，包括贸易交接。目前的产品包括用于测量危险和 油气从开采到输配过程中进行贸易交接和分配计量的行业 腐蚀性材料、高温液体以及卫生产品的传感器，可为最佳 标准。Daniel 超声波流量计与 PlantWeb 的预测功能相结 的油井开采和可用性提供准确、可靠且具代表性的开采数 合，为智能流量计提供高级诊断功能。测量和了解油气开 据。 采至关重要。Daniel 计量系统可在故障发生之前预测潜在的 系统故障，并在其生命周期内保持关键测量设备，降低不 确定性并使客户对计量资产的投资回报最大化。 METCO 专家测量服务关注于确保最优化的开采及吞吐量 测量及法规符合性。审计和顾问服务、现场技术员以及在 作为流量计算机、RTU 和 SCADA 系统的供应商，艾默生 办公室的工程师可帮助油气公司管理其审计、分配和环境 的远程自动化解决方案使人们相信，数据能够从海上或陆 测量基础设施，并且以合规且透明的方式操作，实现其对 上现场无缝传输至客户的操作中心。艾默生的 Micro Motion 合作伙伴和官员的承诺。 Birnie 另补充说，依靠网络结构，路由器可在数据 传输发生错误时，改变数据包的方向，而无需在服 务器处理器中添加一个复杂的交换层，删除可能引 起麻烦的代码，这样可加强上层网络的稳定性。 海底系统的新时代 Birnie 认为以太网的演变促使海底系统迈入了海底 过程之前难以实现的新时代。他说：“通过基于以 太网的开放式海底架构、海上与海底过程控制系统 可无缝结合在一起，使系统集成的任务变得更加轻 松与可靠。” 海底控制系统的另一主要增长领域在于能够部署 承受大量数据的装置，特别是多相流和井底分布式 温度测量等领域，这两个领域均可用来优化开采过 程。Birnie 说：“我认为将来会看到海底控制系统能 够加载更多的数据，特别是环境传感器或集成传感 器在海底网络中充当路由的情况。” 12 | 艾默生智能现场 Subsea UK 估计五年内，海底开采市场将在 2008 年 水平的基础上增长 40%，从而需要更多的工程师以及 更高级的传感和数据技术。Birnie 说：“考虑到这 点，我们将会看到分布式海底系统演变到支持即插 即用型架构，在海上集成更多的数据且用于更多连 接以太网或 CAN 的设备。随着所有电子海底系统越 来越为人接受而液压设备逐步被淘汰，对当前形式 的海底控制模块的需要也将逐步减少。” Birnie 说：“尽管维修和维护变得更加轻松和高 效，但绝对需要集中式模块的情形已不复存在。这 将使海底控制系统趋向于更加智能的仪表以及使用 微型海底控制智能的执行机构。相反，智能仪表组 合将提供电源与数据路由。这一趋势将使得能够在 降低海底经营风险的情况下，进行更快且更可靠的 系统工程和配置。” 若要了解开放式通信可如何为您的经营提供帮 助，请访问 www.EmersonProcess.com/IntelligentFields。 无线 无线 随 海上 着海上经营者寻找降低经营支出和资本 支出的方式，无线安装可能变得越来越 引人注目。凭借重量轻，占用空间小且 更高的安全性和可靠性，无线技术正在 改变着行业的思考模式。 艾默生过程管理全球油气总监 David Newman 说： “海上油气行业非常保守。传统上，在提出创新技术 时经常是‘不当出头鸟’，只有在人们看到成本及效 率方面的优势后，他们才会真正推崇该技术。” 根据 Newman 所言，无线技术已进入人们的“可接 受区”。“有一张有关某人使用第一部手机时的经典 照片。手机看起来像砖块一样，且需要用汽车电池来 运行它。然而现在，我们使用的是具有多种用途的微 型手机，且可以装入口袋之中。同样，当决策者逐渐 熟悉海上无线技术应用后，我们将会看到更大范围的 行业接受度。” 过去几年来，无线监测仪表已使他们能够进入海 上平台遥远、难以企及的领域，在这些领域昂贵的建 设费用使得有线设备不再适用。Newman 确信传统线 缆在邻近区域以及安全系统中会继续使用。不过，现 有工厂正在从更大程度上利用无线技术的优势，且新 的建设项目也正在考虑采用无线技术。 艾默生过程管理无线技术副总裁 Bob Karschnia 说：“可靠、功能强大的无线技术应成为所有重要项 目的关键构成部分。使用无线技术的工厂通过更加简 单的工程设计和建设、灵活启动、更快的规划和项目 实施，以及改变自动化的需求，节约了成本，并使工 厂变得更智能化。更进一步，用户需要证明利用无线 技术来进行控制的可行性。 我们通过使用一秒更新、增强的 PID、电池管理和 IEC 62591 (WirelessHART®) 通信的真实智能无线应用进 行了回答。” 发现新 用途 对于无线网络潜力的探 索才刚刚开始。 艾默生的 DeltaV™ S 系列数字自动操作系统提供了 智能无线增强技术。完全的冗余能够排除主要故障， 确保无线网络任何单个点均不会出现故障，进而确保 即使在操作异常时也能提供数据。其他的增强功能包 括冗余的无线 I/O、电源和通信，以及冗余的智能无 线远程链接。远程链接可轻松地将无线现场网络链接 到 DeltaV 系统。 Newman 说：“现在，操作员在计划未来的平台 时，会考虑将现场总线、电子布线技术以及无线技术 组合在一起。而且，他们觉得无线更能节约成本、经 济适用且安装速度快。随着对用户的了解，知道了什 么是真正需要的，这将促进人们对设计流程观念的转 变。” 技术演变 多年以来，行业的标准是实施 4-20 mA 模拟信号。自 20 世纪 90 年代中期，人们开始探索数字化的方法， 并开发出了基金会现场总线。现在，这一技术在业 内已广泛使用，尤其是用于控制系统。 最早的无线网络受到“视距”要求的限制，这对 海上平台而言尤其是比较棘手的障碍。而今，艾默生 的智能无线解决方案利用自组织技术克服了这一障 碍。自组织网络可持续监控来自各种测量设备的传输 情况，记录压力、温度、流量以及振动情况。网络将 自动查找路由回网关的最佳通信路径。如果连接暂时 受阻，信号将变更到邻近的无线设备，保持其连接状 态。此网络技术是国际认可的 IEC 62591 标准的基础。 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 13 无线 行业决策者对无线技术的应用越来 越满意。 它可使用户快速、轻松地获得无线技术的优势，同时 保持与现有设备、工具与系统的兼容性。 Newman 说：“借助此技术，您能够向网络添加更 多设备，每台设备都有更多的潜在通讯路径可以使 用，因此整个网络会越来越坚固。这点非常重要，因 为您的设备每天都面临着环境的变化，例如泵、电 机、风机需要定期开关；脚手架需要经常搭起又拆 除；以及焊接机等其它设备所发生的变化。由于网络 能够自动寻找通讯路径，因此无论何种过程环境或应 用场合，数据传输的可靠性都能达到99%以上。” 对企业收益的影响 若小型和大型资本项目中所有 I/O 中有 25%-45% 使用 智 能 无 线 技 术 ， 则 可 以 节 省 大 量 成 本 。 Newman 说：“艾默生对一个真实的拥有 4000 个 I/O 的海上平 台进行了研究，发现在其过程应用方案中可广泛使 用无线技术。对于部署有线仪表过于昂贵或不可能 实行的应用方案，可以考虑无线技术。” 我们把有线 HART、现场总线和无线技术进行不同的 组合，对比其项目安装成本，得到的结论是无线技 术最经济有效。在我们所研究的这个海上平台中， 大约 17% 的信号通过无线设备经济可靠地传输。在过 程控制系统中将无线技术与其它技术结合起来使用 最高可节省 7% 即超过 100 万美元的费用。此外，可 以节省 800 个接线点，换言之，也就是减少了线缆、 线槽、接线盒、机柜的使用，因此减轻了 35 吨的重 量、和 4556 平方英尺的甲板占用空间。另一项研究 将无线技术与传统的有线 4-20 mA/HART 设计加以对 比，节约程度更大。Newman 说：“他们发现 44% 的 点可以采用无线技术，可促使节约成本 36%。” 14 | 艾默生智能现场 规模可变的方案满足各种需求 艾默生的智能无线技术从小型现场 网络到大型的联合装置，都能适 用。Newman 说：“智能无线技术既 非自上而下、也非自下而上的模 型。您可以从工厂网络层级开始， 向下运行到现场；也可以从现场网 络开始向上运行。您可以基于您的 最高优先级需求从任何位置开始。 在您的工厂中，可以先从一个简单 的监测应用开始，而无需投入高昂 的成本来搭建无线设施。” 现场网络和工厂网络对于技术有 不同的考虑。无线现场网络对于简 短、高优先级的通信使用的带宽较少。现场网络（通 常是在严酷工况中分布很多设备）使用可持续 5-10 年 的电池操作，电源需求较低且安全可靠。 艾默生提供用于监测压力、流量、液位、温 度、pH 和阀位的现场设备。智能无线技术对于工 厂，会带来业务和运营所需的高带宽、灵活性以及扩 展功能。这些解决方案使用开放式标准，例如 802.11 (Wi-Fi)。适于工厂网络的首选应用方案包括： ■现场数据回传 ■移动作业 ■视频 ■安全集合与资产追踪。 现场数据回传是最常见的无线应用方案。如果大 量无线现场设备位于工厂的较远区域且无分布式控制 系统 (DCS) 操作室，则应安装通信链接（或回程传 输）将信息传回 DCS。其他三种应用方案主要是针对 人员和安全。Newman 说：“移动作业应用方案的作 用是提高人员生产效率。操作和维护工人能够进入控 制室控制台或访问用于排除故障的资产管理工具或程 序，从而提高效率。” 视频监控作为工厂过程安全和保障系统的一部分 广为实施。传统的有线系统成本昂贵，且部署时间 长。使用无线网络，视频源可以传回中控室和办公 室，这种灵活性是有线方案无法达到的。Newman 说：“视频在海上具有许多实用用途。有一家企业遇 到了浮式储油轮存储罐腐蚀的问题。当他们在寻找实 现监测的解决方案时，无线摄像机脱颖而出。此外， 与平台作业人员进行视频会议，可减少去现场需要， 同时也降低了风险。” 无线 安全集合与资产追踪可改进工作人员安全性，增 强设施保障并优化在严酷工况下对关键资产的使 用。Newman 说：“人身安全优先级最高。能够完全 看到人们在危险区域或集合站的位置，对于紧急情况 下的高效疏散尤其重要。” 技术设计以客户为中心 Newman 说：“在我们整个产品开发过程中，时刻不 忘使其易于使用。当前，客户没有资源或时间去学 习新的技术以及购买专门的接口和软件。此外，使 用智能无线技术，任何设备都不必接线，安装相对 于有线网络要简单得多。实际上，此技术的主要吸 引力在于您不必处理所有复杂的接线。” 由于智能无线设备与传统有线 HART 设备的过程连 接相同，可使用现有程序完成安装。智能无线传感器 的标定工具与传统 HART 设备一样。 对于现场网络，不必进行复杂的计划及成本昂贵 的现场勘察。只要每个设备或网关在至少一个其他设 备 的 范 围 内 ， 就 可 以 与 网 络 进 行 通 信 。 Newman 说：“在传统点对点的无线解决方案中或是网络不够 可靠的情况下，为了确定目视距离的通讯路径，现场 勘察是必须的。这些调查非常耗时，尤其是设备或其 他障碍限制了可用通信路径的情况下。” 老系统也能使用无线技术 艾默生过程管理的智能无线 THUM™ 适配器可帮助释 放之前传统系统安装中无法获得的HART现场仪表的 诊断和过程信息。Newman 说：“大部分 HART 仪表都 包含丰富的诊断和过程数据，然而由于老式传统系 统未配备接收 HART 通信的设备而无法使用这些宝贵 的信息、由于通过传统连接方法访问这些数据通常 成本昂贵且过程复杂，因此使用 THUM 适配器升级 变送器是‘查看’宝贵的诊断和过程信息的便捷和 节约成本的方法。” THUM 适配器是无线 HART 设备，可经过改动适用 于几乎所有两线或四线 HART 设备，且启用测量和诊 断信息无线传输没有特殊的供电要求。使用 THUM 适 配器的设备可作为艾默生智能无线自组织现场网络的 一部分。 试点项目带来 更广泛的接受度 由于有线方案的种种局限，促成了智能无线技术在欧洲西部 最大的陆上油田的成功应用。 BP 希望获得更多信息、提高工人工作效率并要求操作人 员不必再前往位于英国多西特的 Wytch 油田现场。有线变送 器由于需要大量接线，成本高昂，因此无线成为此应用的最 佳技术。 其中一个钻井的智能无线网络包括 40 个无线 Rosemount® 压力变送器。每个井口安装2台变送器，一个智能无线网关 安装在过程区域之外，将变送器连接到控制系统中。数据在 PI 历史数据库中进行整理收集，其中含有用于定期维护和安 全报告的信息。 完成安装总共不到八个小时，包括拆除旧仪表，将它们 替换为 Rosemount 无线变送器并对每个设备执行三点手动校 准检查。所有设备都在 30 分钟内联机。 BP 经理 Chris Geen 说：“无线仪表自其安装以来，执行过 程中未丢失过任何数据。” 无线方案带来便捷。（图片由 BP 提供) 因此，预测智能可通过以下方式扩展到整个工厂 关键区域： ■用于电磁流量计和科氏流量计的流量整定功能， 显著提高运行性能 ■通过在线阀门测试、预报监测和阀位趋势，增强 了阀门的功能 ■用户可在自已的办公桌解决HART设备的问题，从而 实现设备的远程管理和监测 ■使任何 HART 设备无线化并避免由于远程位置或物 理障碍造成的高昂回路接线成本 ■有效收集多变量设备的数据。 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 15 无线 Statoil Gullfaks 平台提高开采量 艾默生过程管理的智能无线网络，被一家石油公司视为在 挪威北海领域严酷下进行操作的可行且必要的解决方案。 位于挪威卑尔根的 Statoil 研究中心，生产设备研究员 Anders Røyrøy 说：“当前，我们正在促使将无线作为监控标 准的过程当中。此外，它对于一些即将开始的项目也是一 种可行的解决方案。” 由于井口压力损失，Statoil 在其 Gullfaks A、B 和 C 平台的采油井有时会减少流量。提前检测到流量损 失，将使操作员能够通过试井分离器使油井流动，从而增 加采油量。 由于现有的油井管道中尚未安装流量计，流量损失难以 检测到。Røyrøy 说：“由于安装成本问题，我们并不打算 在Gullfaks平台上安装传统仪表。”如果要安装有线仪表的 话，就必须停止开采，这对我们来说损失太大了。” 缺少可用的空间使情况复杂化。井口早已是拥挤的区 域，由于安全原因，必须保持井口尽可能整洁。新的传感 器要连接回控制室，就要增加线缆、线槽、接线盒等设 备，这显然是不可能的。 另一项挑战在于出现流量损失与检测到损失之间的时间 差异。平台工作人员会定期前往具有潜在危险的区域 - 井 口，将手放在管道上感觉管道与周围环境的温度差异。通 常，油井液体温度可达 140ºF (60°C)，所以难免感觉管道温 暖。不过，如果流量中断，它将缓慢地降回到周围环境温 度。一般温度测量只在换岗开始和结束时测量，所以在长 时间内可能轻易检测不到流量损失而损失采油量。 艾默生的解决方案是安装 Rosemount® 648 无线温度变送 器，间接指示 Gullfaks A、B 和 C 平台上 40 个油井中每个井 的管道流量信息。无线设备可传输流量管道表面安装的夹 钳温度传感器中的数据。 工作人员发现没有出现任何性能下降的情况。Røyrøy 说：“由于油井区域内拥有日常无线电通信，因此确保无 线现场网络可与其共存而不影响自身性能是至关重要的。 我们发现艾默生的智能无线技术可缓解干扰造成的影响， 且数据可靠性为 100%。” 艾默生的无线设备每隔 30 秒将读取数据传回智能无线网 关。网关通过硬接线连接至现有的控制系统，为操作员提 供可快速对任何流量变化做出响应的实时信息。Røyrøy 说：“操作员觉得有线仪表和无线仪表之间没有任何差 异；他们现在知道何时会发生生产中断，并可以防止这种 情况发生。” Gullfaks A 用于存储和输送稳定的原油。 （照片由 Statoil Øyvind Hagen 提供） 展望未来 现在，计划未来的技术发展可带来利益。Newman 说：“在预计新项目的生命周期时，一位客户决定 从开始便投入 300 个无线接点。他们希望无线设施能 够让他们灵活、便捷地做以前无法做到的事情。” 由于无线技术只需很少的工程，在项目后期不需 要重做所有接线管道缆和电气工作。采用无线技术的 长期收益体现在，为了提高工厂运行性能而增加测量 点已经没有太多障碍了。 Newman 说：“海上新建项目下一步就是要采取无 线技术。想想要连接进入海上平台的线缆重量和成 本，这些都是大问题，而无线技术可帮助解决这些问 16 | 艾默生智能现场 题。人们会问‘为什么我要使用无线？无论如何，我 都仍然需要线缆。’说得没错，的确，目前控制方面 还得使用有线技术。但如果遇到了像现场中电子布线 技术一样的事物，则您不必再使用多芯线缆。” Newman 说，到 2015 年，海上平台的70%都将覆盖 无线网络。他注意到，过去三年来，无线技术已成功 应用于海上设施。“无线网络的广泛使用不会在顷夜 之间发生，但随着技术在成本和生产效率方面带来经 过证实的结果，整个行业的观念也将发生改变。” 若要了解艾默生的智能无线解决方案可如何增强您的操 作，请访问 www.EmersonProcess.com/IntelligentFields。 未来 展望 未来 预测智能对人们工作方式 的影响将会越来越大。 尽 管没有人能够准确预测未来的数字油田情 形如何，但若干专家分享了他们对油气行 业未来 10 年的愿景。 英国国家海底研究学院预测，自主海 底油气田将成为海底行业面临的未来技术挑战之 一。然后，艾默生的全球油气总监 David Newman 认 为，这一障碍在未来 10 年内将被攻克，目前海上平 台石油的处理方式将转移到海床。Newman 说：“现 在平台上使用的所有处理设备 - 压气机、离析器以及 调压器 - 都将座落在海床上。我们将采用当前海面上 使用的技术，将其‘海洋化’[使此技术适于海洋]， 并将其移到海底。我们将在海面上设立浮标来收发 来自陆上中心的数据，如果可能，设置加载浮标， 在此油轮可光顾站点、加载，然后离开。” 此外，Newman 还认为将使用可执行简单功能的自 治水下目标 (AUV)。“他们将能够查看并看到海底发 生的情况，且能够调整或收集数据。此类技术将继 续演变，不断发展。” Subsea UK 首席执行官 Alistair Birnie 同意上述观 点。Subsea UK 是一家关注英国海底行业的业界集 团。Birnie 说：“总体而言，海底的预测智能技术发 展潜力巨大。首先，是自主水下工具的大规模创 新，现在已可以自行思考并基于其看到的事实进行 设计，并基于任务前期配置设定的更高一级的目标 变更其任务。 我们还可以使用海面过程已应用的技 术，我们很快就能看到自主开 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 17 未来 以人为本的设计：过程任务变 得轻松。 以及海底无线技术也将不断 发展。” 根据 Newman 所言，在这 10 年内，仪表将承担控制浮 标的数据收集系统和通信折 工作，以及之前提到的 AUV 控制。 采优化技术的使用。不过，还要加上油藏技术，才 能使我们的方案完整，用不了多久，我们就能看到 这一集成的方案。” 随着勘探技术（如 4-D 地震技术）的提升，油藏优 化技术也是企业寻求更多答案的领域。当前，挪威 北海的行业采收速率平均为 45%，全球平均速率为 30%，但 Statoil 的目标是使其海上油田的最终采收速 率达到 70%。综合经营 (IO) 视为加快恢复速度与提高 正常运行时间的一种方式。 艾默生 Roxar 部门的 Robert Chelak 说：“使用 4-D 地震技术可看到更高的分辨率。为了构建更加准确 的模型，我们必须更好地了解油藏。我们要解决的 一个大问题是不确定性，但不断发展的油藏优化技 术正在扩大我们的了解，人们对此非常欢迎。” 他期待着将 Roxar 软件和海底功能与艾默生的海上 过程控制管理技术相结合。Chelak 说：“艾默生将 Roxar 技术与软件解决方案视为扩展其自身技术的新 方式。经过考虑，形成了许多好观点以及创新想 法，以便经营者能够以更加智能、快捷的方式优化 其油井。” 随着项目复杂程度的增加，需要若干不同的合作 伙 伴 参 与 ， 还 可 能 需 要 其 他 设 备 参 与 。 Newman 说：“在不到五年的时间内，处理技术将移到海 床，我们会看到技术将关注于海底压缩机、分离 器、增压机、温度和压力测量设备。此外，海底分 离器与压缩机控制、海底存储罐的液位和雷达测量 18 | 艾默生智能现场 技术改变人们的工作方式 智能现场带来的变化不仅加 速了企业获得信息的数量和 质量，还改变了人们的工作 方式。企业如能将信息通讯 技术及流程和与人相关的方 案相结合，必能站在这场无 声的工业革命的最新沿。 数字油田和一体化运行的 领导者 StepChange Global 公司 的首席执行官 Tony Edwards 说：“使用实时数据和信 息技术的趋势正在改变着我们的工作方式。但是， 您不能将技术变化看作严格意义上的 IT 项目。如果 您这样看待它们，这种转换进行得就不会太顺利。 技术是一种催化剂，但它应促使我们的工作方式发 生变化。” Edwards 提到，人们获取实时信息后，通过以下几 个方面使企业得到改变： ■加速工作流程 ■提供跨越传统历史界限的数据和信息 ■可将监控拓展到远程区域 ■允许具有不同背景的团队针对同一设备协同工 作。 Edwards 说：“造成这些变化的推动因素之一是许 多公司已从油气生产中心地带 – 墨西哥湾、北海或阿 拉斯加州 – 移到更加偏远的区域。因此，远离了传 统的地理区域。”此外，随着海上项目转移到更深 且更遥远的位置，这些技术上面临的挑战可能是没 有相同的基础设施。 “最后，我们行业的人员统计资料发生了变 化。50% 的员工在未来 10 年内即将退休，而他们大 约掌握着 80% 的知识。过去的项目人员配置模式已 不再行得通。您无法再挑选 300 人，将他们派往遥远 的地方。他们不会再想去那里。”随着即将到来的 熟练人力资源短缺以及能源行业发生的所谓“老龄 未来 技术为人类服务 2009 年， Emerson 成立了人性化设计学院以促使过程 控制系统更易于使用。 五年多来，研究院从事对客户工作实践分析、新 产品开发再设计以及组织培训，其目标非常简单：使 产品不仅可靠、兼容与具有成本效益，而且在易于使 用和提高工作效率方面能够进行重大改进。 艾默生首席战略官 Peter Zornio 说：“过程控制技 术在过去 40 年来经历了长久的发展，但行业几乎只在 功能和技术增强方面投资，而不是围绕如何真正使用 技术的产品设计上。我们相信，是技术开始服务于人 的时候了，而不再是任何其他方面。” 艾默生人性化设计研究院的初步目标是，确保艾 默生所有新开发的产品必须以用户工作实践和能够更 好地完成工作（可用性或劳动生产力）为中心。 Zornio 说：“目前，行业面临着人员困境。在成熟 的市场中，博学资深的工人即将退休。在新兴的市场 中，寻找博学资深和熟练的工人非常困难。通过在易 用性方面的努力，我们可直面这种人员变化的挑战， 并能轻松从技术投资中得到回报。” 艾默生的 DeltaV™ S 系列数字化系统硬件和 50 多 个新的现场仪表操作面板是人性化设计的首次应用。 客户与工程设计承包商借助电子布线技术使 I/O 工程拥 有前所未有的灵活性。硬接线作为从设备到控制室的 唯一连接方式已不复存在。这意味着工程量减少了， 项目后期的更改需求也会减少。 化现象”，技术变得非常重要，而如何利用技术则 更加息息相关。学科的工作小组可为过程带来持续 的增值能力。Edwards 说：“许多公司都具有生产优 化团队，其中包括油藏工作人员、石油工程师、运 行和设备工程师以及商务人员。信息的传递也能让 各个岗位的职能在公司内部甚至外部传递。这可为 您的工作方式提供多种选择。”不过，公司需要更 新其流程。“您要进行人员的改变。例如，有些工 程师已按某一特定方式工作了 20 年之久，现在要他 们以一种完全不同的方式工作，您如何克服他们对 变化的抗拒力？您必须对公司、员工的工作方式以 及组织流程进行创新。”幸运的是，当今的许多智 能现场技术使操作员能够完成他们之前无法完成的 远程任务。Edwards 说：“我们需要的许多技术都已 经开发出来，正在集成到行业当中，包括高带宽通 信、低成本数据存储、基于视频的技术以及传感器 此外，针对操作人员与维护人员执行的重复性任 务以及他们如何使用现场设备，艾默生推出了仪表操 作面板。Zornio 说：“我们对行业内的设备界面进行评 估，发现了一个共通的问题。操作员和维护人员频繁 执行的例行步骤大都繁琐、令人困惑且不合逻辑。” 这是该行业难以摆脱的问题。根据用户的反馈， 我们认为改进设备操作面板可明显改善执行这些任务 的速度和准确性。“这种创新方法可能会对工程设计 成本和时间产生积极影响。”Zornio 表示：“我们发现 用户在项目工程和设计过程中，太早决定工程量，而 此时往往工艺设计还没完成。这不仅会增加项目前期 工程和设计以及详细设计阶段的成本和时间，而且在 施工过程中也有可能面临人工增加和发生潜在重大变 更而引起的成本增加。此外，原有的有线工艺既费时 又费力。 “早在几年前设计智能无线方案的时候，艾默生 就已经开始酝酿人性化设计这个概念了，并与卡内基 美隆大学 (Carnegie Melon University) 合作，该校在人机 界面及人与技术相互作用的研究方面享有极高声誉。 艾默生人性化设计学院总监 Duane Toavs 说：“今后艾 默生新开发的产品都将基于对用户需求的不断研究， 这必将为人们的工作方式带来深刻变革。” 技术。”在油气行业严格使用的技术应用以外，也 存在可以带来收益的新应用。Edwards 说：“油气行 业非常忌讳风险。许多时候，项目会要求不采用新 技术，然而这阻碍了从与我们密切相关的领域吸取 经验。从炼油厂中学到的东西也可用在这里。例 如，艾默生的基金会现场总线技术在炼油厂应用较 多，然而在上游油气行业，您可能会听到，这一技 术‘尚未得到验证’。 “如果您查看许多平台及工厂的设计，会发现他 们仍然基于 20 世纪 80 或 90 年代初期的技术。不 过，我们发现许多升级改造项目相对于新建开发项 目，在更快地加入所需的技术变革。” Edwards 和 Birnie 都同意，当前行业面临的一项重 大挑战就是缺少既熟悉数字 IT 技术，又懂得行业需 求的人员。Edwards 说：“数据管理是行业中的一大 热门主题。确保良好的优质数据和培养新的人员是 www.EPmag.com | 2010 年 9 月 | 19 未来 一种挑战。寻找既懂得工程设计又了解项目数据和 IT 方面的专职数据经理或数字工程师，非常困难。 工程师必须了解他们需要何种数据。数字油田可帮 助解决行业中人才不足的问题。” Birnie 补充说：“近年来，技能短缺的形势愈演愈 烈，不只是开发控制技术方面，也在于项目交付方 面。使用 IT 技术可帮助改变某些领域的技能要求， 尤其是数据系统更为复杂的领域，这毫无疑问会加 快软件交付的流程。 不过，海底控制需要了解整个海底系统及其行 为，包括其与扩展开采过程的交互信息。必须具备 广泛的技能才能够进行海底系统方案的工程设计， 这是非常困难的，特别是近年来海底领域增长飞 快，达到 每年 20%。 Birnie 说：“当海底控制能够成为海上工厂控制的 一部分时，我们就将取得重大的进步。我认为我们 在这方面已经开始取得一些成绩，只是缺少有能力 的工程师。” Birnie 认为艾默生的业务正好能够应对海底工业的 增长。他说：“综合考虑艾默生，他们拥有范围广 泛的海上控制系统及数据收集能力，采用开放的数 据结构，这些技术也可以应用到海底。市场的增长 和系统的不断开放，将加快海上与海底系统集成的 进程，目的在于降低硬件复杂性并增强整体过程控 制的灵活性。” 根据 Birnie 所言，艾默生收购 Roxar 有助于推动其 在海底领域的发展。Birnie 说：“采用Roxar的海底传 感器，就可以通过普通的海上和海底软件或硬 件，对海底设备的集成进行严密管理，从 而提供可同时应用于海底和海上 环境的灵活可靠的方案。 此外，随着项目复 杂程度的提高以及 商用部件使用寿 命的缩短，如何 智能现场为您的油藏提供 更大程度的可视性。 20 | 艾默生智能现场 应对未来自动化和控制的演变成为一大挑战，而艾 默生完全具有这个能力。结合艾默生的购买能力， 这将确保艾默生能够为提高未来系统的可用性提供 稳定的产品线和经过验证的方案。” 海上经营者需要向更深、更远的领域发展，而懂 技术且可解决问题的人员缺口却越来越大，这就加 快了智能现场技术发展的步伐。 Birnie 说：“随着市场持续强势增长以及对高级仪 表和冗余需求不断提升，特别是在超深水域，海底 工业的未来的确非常光明。在此增长带动下，控制 和自动化公司将会很快发生变化，例如艾默生。我 们会看到这些新观念的应用将从此改变我们对海底 的控制模式。” 若要立即查看您的技术未来前景，请访问 www.EmersonProcess.com/IntelligentFields。 通往智能现场只需点击即可 了解艾默生的智能现场解决方案可如何帮助您改进远程操作、增强安全性、优化开 采、实现总体成本效益以及扩展资产可靠性和利用率。请与我们联系并了解我们可 以如何从战略意义上提高您的运行优势。 开始踏入智能现场的征程，请访问：
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