油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的規(guī)劃與建設(shè)方法研究

湯曉勇 王鴻捷 胡耀義

中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

以人工智能為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命正以前所未有的廣度和深度席卷全球[1],大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新型IT技術(shù),給人們的生產(chǎn)、生活,乃至思維方式帶來了前所未有的變化[2-3]。

從國際發(fā)展趨勢來看,美國率先于2011年提出了“先進制造業(yè)伙伴計劃”,其中將開發(fā)創(chuàng)新的、能源高效利用的制造工藝,作為核心創(chuàng)新項目之一進行大力發(fā)展;德國于2013年正式推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略,其目標是通過建立“物聯(lián)信息系統(tǒng)”(Cyber-Physical System)實現(xiàn)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型;中國也于2015年提出了“中國制造2025”,成為中國推行“兩化融合”和創(chuàng)新發(fā)展[4-7]的重要抓手之一?？v觀全球,油氣工業(yè)作為全球工業(yè)體系中的重要組成部分,其發(fā)展也將走智能化轉(zhuǎn)型之路[8],這既是油氣工業(yè)實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的必然趨勢,也是全球經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律使然。

1 面臨的問題與挑戰(zhàn)

油氣工業(yè)經(jīng)歷了130多年的發(fā)展,在人類能源發(fā)展史上具有里程碑的意義。然而,油氣企業(yè)為了實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)保、高效和可持續(xù)發(fā)展[9-11],也面臨著眾多問題和挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在以下八方面:

1)自2014年6月以來,國際油價長期低位運行,使得油氣企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效益不斷降低。

2)能源行業(yè)實現(xiàn)以先進信息技術(shù)為手段的智能化轉(zhuǎn)型,所處的IT“生態(tài)環(huán)境”難以提供有效支撐,大多數(shù)承包商提供的不是智慧,而是技術(shù)。

3)油氣資源開采成本和運營管理成本依然高位運行,如何通過技術(shù)和管理創(chuàng)新[8],實現(xiàn)提質(zhì)、降本、增效,依然是油氣工業(yè)發(fā)展的深層次矛盾[12]。

4)隨著全球油氣資源需求的不斷攀升,油氣勘探開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū),且常規(guī)剩余油氣資源的品質(zhì)相對較差,低滲透、特低滲透、深埋藏和稠油等低品質(zhì)資源比重逐年增加。

5)頁巖氣開發(fā)面臨技術(shù)、成本、環(huán)境和管理多重挑戰(zhàn),頁巖氣富集地區(qū)一半以上的地質(zhì)深度超過3 500 m,深層開發(fā)技術(shù)尚未成熟[13-15],同時,頁巖氣單井開采投資高、產(chǎn)量低,且遞減速度快。

6)全球油氣資源分布與發(fā)展嚴重不平衡[16],且不少資源國對本國油氣資源的控制呈收緊趨勢,以適應(yīng)各個國家自身的發(fā)展戰(zhàn)略。

7)隨著全球低碳綠色發(fā)展理念的普及和推廣[17],世界各國政府對油氣開發(fā)的監(jiān)管將日趨嚴格,以降低油氣工業(yè)對環(huán)境的污染。

8)隨著太陽能、風能等新能源的蓬勃發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用,將給油氣企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大影響和沖擊。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

國外,殼牌公司在智能氣田建設(shè)上處于國際領(lǐng)先地位,在全球擁有59個智能氣田,僅智能井在2009年就為殼牌公司帶來了50億美元的收益;馬來西亞國家石油公司通過智能油田的建設(shè),完成了工作流與業(yè)務(wù)流的重構(gòu),初步實現(xiàn)了“增產(chǎn)”和“減費”兩項建設(shè)愿景;英國BP石油公司,通過智能油田的建設(shè),基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的平臺化管理和企業(yè)的輔助決策支持;沙特阿美石油公司通過智能油田的建設(shè),整合了生產(chǎn)運行實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)了油藏的智能優(yōu)化管理;哥倫比亞管道集團在2015年完成了企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型,在總計24 140 km的洲際管道上完成了智能管道的建設(shè),實現(xiàn)了管道資產(chǎn)的完整性管理和企業(yè)的輔助決策[17-20]。

國內(nèi),中國石化的九江石化開展了智能工廠建設(shè),在成本和生產(chǎn)優(yōu)化方面進行了應(yīng)用實踐;普光氣田開展的智能氣田建設(shè),成為2017年中國建設(shè)智能氣田的示范工程。此外,中國石油的華北油田、新疆油田、長慶油田,以及中國海洋石油等油氣企業(yè)也相繼開展了智能化轉(zhuǎn)型的探索,取得了一定的成效。

3 規(guī)劃與建設(shè)方法

3.1 總體思路

油氣企業(yè)要實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型,應(yīng)對當前油氣企業(yè)發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn),必須理清規(guī)劃與建設(shè)思路,建立起明確的認識論和方法論,做好頂層設(shè)計,形成一套與油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型相適應(yīng)的、可持續(xù)發(fā)展的信息化“生態(tài)環(huán)境”。

油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的總體思路可按照以下四個步驟開展相關(guān)工作:

1)根據(jù)油氣企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和生產(chǎn)經(jīng)營管理業(yè)務(wù),準確定位所在企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的愿景,進而確定智能化轉(zhuǎn)型的總體目標和分項目標。

2)依據(jù)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的總體目標和分項目標,評估建設(shè)條件、建設(shè)風險、建設(shè)重點、建設(shè)難點,準確定義油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的工作范圍。

3)圍繞油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的工作目標和范圍,建立油氣企業(yè)信息化“生態(tài)環(huán)境”的主數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的價值模型,同時確定實現(xiàn)該模型的核心技術(shù)路線和IT架構(gòu)。

4)規(guī)劃、評估油氣企業(yè)內(nèi)外部相關(guān)支撐力量和資源的獲取方式,確定實現(xiàn)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型各項工作的組織方法和實施策略。

3.2 建設(shè)目標

3.2.1 智能決策

基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù),構(gòu)建油氣企業(yè)價值模型,對歷史和實時數(shù)據(jù)的潛在價值進行挖掘,實現(xiàn)油氣工程規(guī)劃、建設(shè)和維護全流程的智能分析與調(diào)度,且具備任意變量發(fā)生情況下對油氣企業(yè)整體影響的自動預(yù)測與判定,從而達到最優(yōu)化的資產(chǎn)和生產(chǎn)運營管理。

3.2.2 全面感知

基于虛擬現(xiàn)實、傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實現(xiàn)油(氣)藏、油(氣)井、集輸管網(wǎng)、重點設(shè)備設(shè)施的全面感知,為物理油氣田的遠程檢測與診斷、一體化管理與自動化控制提供信息化支撐。

3.2.3 趨勢預(yù)測

通過構(gòu)建趨勢預(yù)測模型,實現(xiàn)油(氣)藏動態(tài)模擬、單井或多井生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測與模擬、安全環(huán)保預(yù)測和預(yù)警、油氣生產(chǎn)與銷售預(yù)測等,為油氣工業(yè)的科學(xué)運營提供事前預(yù)判,從而為事中控制和事后優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

The study outcome was to evaluate the compliance of the Hospital personnel with a FIT-based screening program by measuring the personnel participation rates.

3.2.4 信息共享

數(shù)據(jù)是智能化油氣工程的血液,實現(xiàn)油氣工程規(guī)劃、建設(shè)和運營期各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和權(quán)限管控下的共享使用,消除信息孤島。

3.2.5 主動管理

變事后被動管理為事前、事中主動管理,以提高管理效率和質(zhì)量、降低管理成本,實現(xiàn)油氣生產(chǎn)、運營和管理模式的優(yōu)化。

3.2.6 業(yè)務(wù)協(xié)同

通過EDS全數(shù)字化交付和集成協(xié)同理念,實現(xiàn)油氣勘探開發(fā)、地面建設(shè)(設(shè)計、采購、施工)、生產(chǎn)與銷售、運維與檢修等業(yè)務(wù)的協(xié)同,提升油氣工程建設(shè)、運營和管理的效率,降低油氣工程建設(shè)、運營和管理成本。

3.3 建設(shè)范圍

構(gòu)建油氣企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和彈性拓展的智能化轉(zhuǎn)型信息化“生態(tài)環(huán)境”,筆者認為應(yīng)包括油氣企業(yè)價值模型、主數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)源(信息源)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、信息安全和運維管理服務(wù)體系五部分。油氣企業(yè)信息化“生態(tài)環(huán)境”需以主數(shù)據(jù)平臺為核心來規(guī)劃與建設(shè),業(yè)務(wù)系統(tǒng)需以企業(yè)價值模型為核心進行規(guī)劃與建設(shè)。

1)企業(yè)價值模型是支撐油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的核心。其工作重點是對油氣工程規(guī)劃、開發(fā)與管理業(yè)務(wù)本質(zhì)需求的展望與梳理,并將不同的業(yè)務(wù)需求集成到一個高度彈性的需求架構(gòu)中,這一架構(gòu)需以油氣企業(yè)價值的最大化為目標來設(shè)定。

2)主數(shù)據(jù)平臺是支撐油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的基石。作為建設(shè)單位,對主數(shù)據(jù)平臺應(yīng)主要關(guān)注數(shù)據(jù)標準、通信標準、總線標準及接口使用標準和規(guī)則的制定和完善,進而為數(shù)據(jù)的可測、可視、可控、可交付、可分析提供必要條件。

3)數(shù)據(jù)源(信息源)是支撐油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要資產(chǎn)。數(shù)據(jù)源(信息源)不僅為主數(shù)據(jù)平臺提供可用數(shù)據(jù),而且為業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮其真正價值提供底層數(shù)據(jù)。

4)業(yè)務(wù)系統(tǒng)是支撐油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的門戶。主要根據(jù)已確定的油氣企業(yè)價值模型,構(gòu)建企業(yè)級業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng),實現(xiàn)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型過程中業(yè)務(wù)的重構(gòu)和流程、制度的再造。

5)信息安全和運維管理服務(wù)體系是支撐油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的保障。主要為主數(shù)據(jù)平臺、業(yè)務(wù)系統(tǒng)及其配套基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)、高可用運行,提供科學(xué)的工具、制度、流程和方法。

3.4 核心技術(shù)路線

實現(xiàn)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的手段是信息化這一現(xiàn)代化工具,因此,其技術(shù)路線的確定帶有較強的專業(yè)性,作為油氣企業(yè)應(yīng)注意以下問題:

1)高度重視核心技術(shù)路線對企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的適應(yīng)性,務(wù)必提前做好評估、論證或驗證工作,必要時可以借鑒“一流公司的智慧和思想”來充實此項工作。

2)企業(yè)價值模型是核心技術(shù)路線選型的輸入條件之一,直接決定油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的成敗,務(wù)必要確保企業(yè)價值模型的可行性和可用性。

3)油氣企業(yè)的信息化工作更多關(guān)注業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn),而不關(guān)注信息技術(shù)的發(fā)展對生產(chǎn)與管理要素所產(chǎn)生的重大影響,使建設(shè)成果的彈性和對未來發(fā)展的支持能力難以預(yù)測,這一點在核心技術(shù)路線選型時要高度重視。

4)油氣企業(yè)對智能化轉(zhuǎn)型的需求是否進行了準確的表達,同時,實施團隊是否準確理解了需求,這項工作決定了油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的技術(shù)方向和建設(shè)路線。

有效控制上述四個環(huán)節(jié),對于技術(shù)路線的合理確定,起到?jīng)Q定作用。

4 原則與策略

油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型對傳統(tǒng)觀念、技能、流程、制度等帶來巨大變化,因此,企業(yè)自身需對該項工作所帶來的文化沖擊、觀念沖擊、制度沖擊、流程沖擊、作業(yè)能力的沖擊,保持高度清醒的認識和最大程度的包容,從而為實現(xiàn)最終愿景營造出有利的工作條件。同時,油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型要形成一種可信的、可持續(xù)的、可拓展、體系化的解決方案,需由本企業(yè)親自牽頭,整合國內(nèi)外不同優(yōu)勢資源開展相關(guān)工作,筆者認為需要遵循的主要原則和策略如下:

1)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型是一項基于未來看現(xiàn)在的工作,不是純粹的IT工作;如果通過現(xiàn)有的管理業(yè)務(wù)流程看未來的智能化,將把油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型工作引入歧途。

2)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型是一項系統(tǒng)工程,貫穿于油氣工程規(guī)劃、建設(shè)和運營管理的全生命周期,因此,應(yīng)采取“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一組織、分步實施”的原則。

3)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型是“企業(yè)戰(zhàn)略+業(yè)態(tài)+IT”的綜合規(guī)劃,需要油氣企業(yè)自身統(tǒng)一認識、統(tǒng)一思想、統(tǒng)一布局、統(tǒng)一行動,很多工作不能完全依賴于第三方,否則會背離油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)目標。

4)油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型需建設(shè)單位牽頭組織,并深度參與、全員參與,選擇合理的核心技術(shù)路線和實施方案,確保最終建設(shè)成果能夠自主可控和彈性拓展。

5 結(jié)論

智能化轉(zhuǎn)型是油氣工業(yè)發(fā)展的大趨勢,油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)企業(yè)提質(zhì)、降本、增效這一本質(zhì)目標的有效途徑,智能油田、智能氣田、智能管道、智能鉆井等智能化建設(shè)工作已起步。本文給出了一種油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的規(guī)劃與建設(shè)方法,可為油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的決策者、規(guī)劃者、建設(shè)者、運營者提供認識論和方法論,以推動油氣工業(yè)由數(shù)字化向智能化、智慧化持續(xù)發(fā)展。

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