石油勘探開發(fā)信息化須依靠物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合

于順安

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠信息中心）

0 引言

如果說，第一次工業(yè)革命是對人的動力的放大（蒸汽機(jī)）、第二次工業(yè)革命是對放大了的動力的傳遞的革命。那么，我們有理由認(rèn)為：“第三次工業(yè)革命，就是對人類的智力放大和對放大了的智力的傳遞的革命”，兼顧了第一次、第二次工業(yè)革命兩者的特征。

第三次工業(yè)革命的特征既然是人類的智力的放大和對放大了的智力的傳遞方式的革命，我們有理由給出這樣的解釋：“第三次工業(yè)革命是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)的信息化技術(shù)群所引導(dǎo)的革命”。具體到石油企業(yè)的信息化進(jìn)程，按照“計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)的信息化技術(shù)群”的定義，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以認(rèn)為是極大地?cái)U(kuò)大了人所能處理的智力方法，而物聯(lián)網(wǎng)則是傳遞虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與石油企業(yè)的傳遞方式的最好技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的完美結(jié)合。足以引發(fā)石油企業(yè)信息化質(zhì)的改變。

1 物聯(lián)網(wǎng)在石油企業(yè)中的應(yīng)用

早在8年前，大港油田就已經(jīng)試驗(yàn)、示范、并全面推開物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，共實(shí)施2000多口油井。溫家寶總理在江蘇無錫考察時指示“把傳感系統(tǒng)和TD技術(shù)結(jié)合起來”、“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”。江蘇、上海、北京等地迅速作出反應(yīng)，在智慧醫(yī)療、人才培養(yǎng)、電子商務(wù)、物流、水資源管理等方面大力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)[1]。

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。 在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。 其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動識別(RFID)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)與共享[2]如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

中國石油很多油田早在8年前，就結(jié)束油井、水井和原有的井、站、聯(lián)合站模式，形成以滿足油藏勘探、開發(fā)一體化的新理念，實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化與油田開采系統(tǒng)無線結(jié)合，這已經(jīng)屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，目前，油田運(yùn)行、油藏的作業(yè)測試、采油等各類實(shí)測數(shù)據(jù)（包括各種曲線、各類圖片）都可通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)方式，實(shí)現(xiàn)異地終端獲取，在某種程度上，實(shí)現(xiàn)了工作效率和管理效益的不斷提高（圖2），并利用物聯(lián)網(wǎng)、信息化手段達(dá)到節(jié)能減排增效的目的[3]。

圖2 某油田企業(yè)勘探開發(fā)信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由于物聯(lián)網(wǎng)所提供的信息，是有關(guān)采集對象的一項(xiàng)一項(xiàng)的單個數(shù)據(jù)，即便經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的友好性加工，也只能得到曲線或函數(shù)圖片，如圖3、圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)二維曲線展示

圖4 數(shù)據(jù)三維空間展示

而這種平面或立體顯示的應(yīng)用專業(yè)性非常強(qiáng)，非專業(yè)人員很難在短時間內(nèi)明白這些數(shù)據(jù)，不能直觀了解現(xiàn)實(shí)目標(biāo)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，難以及時發(fā)出控制信息以實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制。

2 物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

因?yàn)椤叭祟愒趯π畔⒌氖占?、交流、傳播、利用中，最常用的是人類自身與自然界交互的方式-聽覺與視覺，這也是最有效最自然的交互方式和手段。人類通過聽覺和視覺從客觀世界獲取80%的信息”[3]，那么，應(yīng)運(yùn)而生的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、圖像處理與模式識別、人工智能技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科[4]。

按照當(dāng)今國際上流行的定義，一個能夠在真正意義上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下三個基本要素：①能夠給用戶一個三維立體的虛擬世界；②應(yīng)當(dāng)給使用者身臨其境的感覺，并有實(shí)時任意活動的自由度；③用戶能夠通過一些控制裝置實(shí)時地操縱和改變所進(jìn)入的虛擬世界[5-6]。

如圖5所示，沉浸、交互和構(gòu)想三要素是每個虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所必備的，虛擬現(xiàn)實(shí)的每一步發(fā)展，都是圍繞這三大要素來進(jìn)行的。沉浸，就是實(shí)現(xiàn)人與提供虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融為一體，如圖6中的虛擬數(shù)字人一樣，給現(xiàn)實(shí)中的操作者的感覺，就像真正進(jìn)入到屏幕中的場景，感覺越逼真，其沉浸度就越好；交互，則是人與提供虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的計(jì)算機(jī)之間的信息交換手段，鍵盤、鼠標(biāo)、觸屏、眼睛信號識別等，都是交互的手段，而且，進(jìn)行交互的時間和復(fù)雜程度越來越小的趨勢，就是交互度的提高；構(gòu)想，是最為難以實(shí)現(xiàn)的要素，它要求提供虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以方便地根據(jù)操作者的要求，構(gòu)建符合需要的系統(tǒng)功能，以便實(shí)現(xiàn)操作者進(jìn)一步的目的和要求。

圖5 虛擬現(xiàn)實(shí)的三大要素“3I”

圖6 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維虛擬環(huán)境顯示

從物聯(lián)網(wǎng)中，如果能實(shí)時得到圖6中各個構(gòu)成元素（管線、高架管線等）的動態(tài)數(shù)據(jù)，就可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖6中，真實(shí)地正看到現(xiàn)實(shí)中各個元素（管線、高架管線等）的動態(tài)景象，并可根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的交互功能，對現(xiàn)實(shí)中的各個元素（管線、高架管線等）進(jìn)行控制操作，達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)根本無法做到的高仿真度的實(shí)時控制功能。

從計(jì)算機(jī)中看到的虛擬環(huán)境，都是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到實(shí)時的傳輸和更新，從圖7中，我們看到，只有將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，才可以提高應(yīng)用效率和效益，特別在操作友好性方面有極大的提升空間。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)與虛擬環(huán)境的關(guān)系

3 有關(guān)石油企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)與勘探開發(fā)系統(tǒng)相結(jié)合的建議

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，能源企業(yè)必將著力實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的信息實(shí)時化大跨越，開展以ERP、AO系統(tǒng)為主的系統(tǒng)建設(shè)、系統(tǒng)集成及升級換代，在企業(yè)管理決策的人工智能支持、管理流程業(yè)務(wù)的一體化協(xié)同、生產(chǎn)運(yùn)行、分級決策等方面加強(qiáng)應(yīng)用；積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，在勘探、開發(fā)等石油上下游領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集和實(shí)時傳輸，在生產(chǎn)流程管理和優(yōu)化上，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合。此外，中國石油還將加快推進(jìn)以數(shù)據(jù)中心為重點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，利用云計(jì)算、虛擬技術(shù)等新技術(shù)，建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心。

在勘探、開發(fā)一體化的進(jìn)程中，將逐步建成物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的信息化管理系統(tǒng)，在各個油田的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，進(jìn)一步發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相接合的技術(shù)優(yōu)勢，增加實(shí)時數(shù)據(jù)采集的無線終端裝置，以求實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)采集實(shí)時性和完全性，盡可能地提高物理網(wǎng)絡(luò)速度，在多個探區(qū)、井、站、庫等采油生產(chǎn)諸單元作為實(shí)時數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)源，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)裝備設(shè)施，通過企業(yè)門戶網(wǎng)等傳輸介質(zhì)，將各類實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭呀?jīng)開發(fā)成熟的“勘探開發(fā)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫”，并遵照勘探、開發(fā)一體化生產(chǎn)流程，組織和管理這些采集來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步整合、梳理、歸類，進(jìn)而支持油藏地質(zhì)學(xué)研究、數(shù)值模擬研究、生產(chǎn)實(shí)際狀況診斷專家系統(tǒng)，參見圖8。與勘探開發(fā)信息化系統(tǒng)不同的是，圖8中的藍(lán)色大箭頭所指的、框圖中向上的小箭頭指向，（小箭頭來向是圖8中右邊紫色框中的伺服機(jī)構(gòu)模塊，該模塊的功能就是預(yù)先設(shè)置一些可能出現(xiàn)的狀況的處理措施，然后根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果修正數(shù)據(jù)采集模塊等諸模塊，取消箭頭，即可實(shí)現(xiàn)這一部分功能的自動執(zhí)行），由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，特別是與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合后的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠在計(jì)算機(jī)終端中的虛擬環(huán)境中得以實(shí)現(xiàn)，即在數(shù)據(jù)采集端可以進(jìn)行控制操作，把根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后的結(jié)果，通過物聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行控制部分（圖8中藍(lán)圈中向上的箭頭），進(jìn)行修正，可及大地減少操作的專業(yè)性、增加友好性，使整個生產(chǎn)過程的效率與效益達(dá)到最大化。

圖8 注水生產(chǎn)實(shí)時分析優(yōu)化專家系統(tǒng)構(gòu)架[7]

4 物聯(lián)網(wǎng)與虛擬環(huán)境結(jié)合的應(yīng)用前景與展望

能源行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，作為一項(xiàng)新技術(shù)也將逐漸應(yīng)用到油田生產(chǎn)實(shí)踐中?；谖锫?lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合的數(shù)字化油田，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控、物流管理等領(lǐng)域有極為深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，不僅可以實(shí)現(xiàn)異地操作，緊密生產(chǎn)諸環(huán)節(jié)連接，還可以實(shí)現(xiàn)油田各類綜合業(yè)務(wù)與技術(shù)的梳理與整合，更可以進(jìn)一步升級管理、拓寬業(yè)務(wù)。

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合來構(gòu)建數(shù)字化的現(xiàn)代化油田，是油田信息化高水平建設(shè)的最佳途徑之一。隨著油田勘探開發(fā)一體化的進(jìn)一步深入、生產(chǎn)信息的實(shí)時采集與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的梳理與整合的智能專家技術(shù)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)合二為一的逐步實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合成度的日益提高和完善，油田大規(guī)模運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完美結(jié)合的時機(jī)日趨成熟。

參考資料

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