智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系研究

湯曉勇 孫子杰 王鴻捷 胡耀義

1. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司， 陜西 西安 710018

0 前言

在美國(guó)“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”和德國(guó)“工業(yè)4.0”之后,“中國(guó)制造2025”“國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要”“智能制造”等戰(zhàn)略部署不僅成為國(guó)家推行“兩化融合”和創(chuàng)新發(fā)展的重要抓手之一,而且促進(jìn)了油氣工業(yè)智能化規(guī)劃與建設(shè)的快速發(fā)展和持續(xù)變革[1-6]。

智能化油氣田是數(shù)字化油氣田的延續(xù)與發(fā)展，主要通過數(shù)據(jù)生態(tài)和應(yīng)用生態(tài)的構(gòu)建，通過大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)，使之具備某項(xiàng)人的行為特征和邏輯思維，降低油氣田建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，提升生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效能[7-12]。從這個(gè)角度講，智能油氣田就是能夠?qū)崟r(shí)感知的油氣田、全面協(xié)同的油氣田、主動(dòng)管理的油氣田、信息共享的油氣田、科學(xué)決策的油氣田。

1)實(shí)時(shí)感知：利用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、管理與應(yīng)用，并借助可視化和智能化軟件與工具對(duì)物理油氣田進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。

2)全面協(xié)同：在實(shí)時(shí)感知的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)油氣田建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等業(yè)務(wù)的全面協(xié)同，實(shí)現(xiàn)物理油氣田與數(shù)字油氣田，人與設(shè)備(設(shè)施)之間的信息、操作與控制共融。

3)主動(dòng)管理：利用人工智能、深度學(xué)習(xí)和自動(dòng)化技術(shù)，通過對(duì)采集到的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，再利用其產(chǎn)生結(jié)果將操作指令反饋到物理油氣田，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理油氣田的主動(dòng)管理。

4)信息共享：數(shù)據(jù)生態(tài)是智能油氣田的重要組成部分，如何將數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔ⅲ⒃谄髽I(yè)外和企業(yè)內(nèi)進(jìn)行信息共享，解決數(shù)據(jù)孤島和信息斷裂是智能油氣田體現(xiàn)價(jià)值的核心所在。

5)科學(xué)決策：通過價(jià)值模型與經(jīng)濟(jì)模型，對(duì)油氣田生產(chǎn)趨勢(shì)、績(jī)效進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)油氣田運(yùn)行的動(dòng)態(tài)模擬、單井運(yùn)行情況分析與預(yù)測(cè)、生產(chǎn)事故預(yù)警，為油氣田的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)智能油氣田的基本特征,智能油氣田的規(guī)劃與建設(shè)是企業(yè)提質(zhì)、增效、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要抓手之一,而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要可靠的數(shù)據(jù)生態(tài)和應(yīng)用生態(tài)予以支撐,但油氣田企業(yè)之間以及企業(yè)內(nèi)部各組織機(jī)構(gòu)對(duì)智能油氣田的認(rèn)識(shí)不同、理解程度不同,缺乏統(tǒng)一的、面向未來的、可持續(xù)發(fā)展的智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的精確定義可以得出,智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系,就是油氣田在智能化建設(shè)中,按其內(nèi)部聯(lián)系形成科學(xué)的有機(jī)整體[13-20]。建立智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系,主要具有三方面的意義:能為智能油氣田的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供指導(dǎo),能更好地指導(dǎo)和優(yōu)化智能油氣田的實(shí)施方案,能為智能油氣田的運(yùn)維提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)框架。

1 智能油氣田建設(shè)現(xiàn)狀

國(guó)外:馬來西亞國(guó)家石油公司通過實(shí)現(xiàn)工作流和數(shù)據(jù)流的統(tǒng)一規(guī)劃與建設(shè),將數(shù)據(jù)質(zhì)量作為關(guān)注重點(diǎn),達(dá)到了“增產(chǎn)”和“減費(fèi)”的建設(shè)目標(biāo);殼牌石油公司通過油氣藏監(jiān)控、智能井、模型仿真等手段,優(yōu)化了油氣藏開采,提升了油氣田經(jīng)濟(jì)效益;挪威石油公司通過遠(yuǎn)程操控鉆井機(jī)器人、四維模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)的應(yīng)用,形成了全球化的業(yè)務(wù)支持中心;英國(guó)BP石油公司通過油藏遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷、模型仿真、數(shù)據(jù)管理,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理的輔助決策;沙特阿美石油公司通過生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和油藏智能化管理,形成了集成運(yùn)營(yíng)環(huán)境[6-7]。

國(guó)內(nèi):普光氣田建設(shè)“一個(gè)平臺(tái),兩個(gè)中心,兩套體系”(一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)、智能決策指揮中心、資源共享中心、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系),評(píng)為2017年中國(guó)能源行業(yè)示范工程;九江石化高度重視數(shù)據(jù)生態(tài)的完整性、系統(tǒng)性和科學(xué)性,重點(diǎn)組織了對(duì)企業(yè)三大關(guān)注(操作、生產(chǎn)、管理)的經(jīng)濟(jì)/價(jià)值模型理論研究,實(shí)現(xiàn)了能源計(jì)劃、能源生產(chǎn)、能源優(yōu)化、能源評(píng)價(jià)的閉環(huán)管控,使公司能源整體在線優(yōu)化、節(jié)能效益最大化;塔里木油田建立了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)資源建設(shè)、基本應(yīng)用“四位一體”的公共數(shù)據(jù)庫、勘探開發(fā)專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

2 智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)核心要素

智能油氣田建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,建設(shè)內(nèi)容除傳統(tǒng)物理油氣田外,主要是智能油氣田數(shù)據(jù)生態(tài)和應(yīng)用生態(tài)建設(shè)。數(shù)據(jù)是智能油氣田建設(shè)的基石,如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的資產(chǎn)化,形成數(shù)據(jù)資產(chǎn),并進(jìn)行有效經(jīng)營(yíng)、管理和應(yīng)用,是智能油氣田建設(shè)單位的基礎(chǔ)需求;可視化應(yīng)用僅僅完成了原始數(shù)據(jù)的視覺展示,而智能化應(yīng)用是數(shù)據(jù)發(fā)揮其潛在價(jià)值,形成智能的具體體現(xiàn),而這一工作需要價(jià)值/經(jīng)濟(jì)模型予以支撐。

智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)要圍繞智能油氣田最終產(chǎn)生的效益開展相關(guān)工作,確保其對(duì)智能油氣田規(guī)劃與建設(shè)的指導(dǎo)意義和價(jià)值。

智能化油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)核心要素:

1)創(chuàng)造性要素:智能油氣田數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化管理與運(yùn)營(yíng)是一項(xiàng)創(chuàng)造性工作,核心是貫穿于油氣工程規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理全產(chǎn)業(yè)鏈及附帶產(chǎn)業(yè)鏈底層數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理平臺(tái)構(gòu)建。其中,數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的規(guī)劃與建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)智能氣田數(shù)據(jù)治理，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量和應(yīng)用水平的重要工具。

2)創(chuàng)新性要素:智能油氣田可視化/智能化應(yīng)用體系的建設(shè)是一項(xiàng)創(chuàng)新性工作,核心是基于可視化/智能化應(yīng)用建設(shè)的本質(zhì)目標(biāo)，構(gòu)建價(jià)值/經(jīng)濟(jì)模型，并構(gòu)建出貫穿研究對(duì)象在全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化體系。這項(xiàng)工作需要油氣企業(yè)頂層設(shè)計(jì)者、管理者、專家學(xué)者,以及IT研發(fā)單位共同協(xié)作完成,而且需要在應(yīng)用過程中不斷優(yōu)化和完善。

3)前瞻性要素:智能油氣田基于未來油氣田建設(shè)愿景和建設(shè)目標(biāo)而構(gòu)想,區(qū)別于傳統(tǒng)物理油氣田建設(shè)模式,因此智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)必須具有一定的前瞻性,并滿足油氣工業(yè)未來技術(shù)和管理方面的發(fā)展趨勢(shì)。

4)可操作性要素:智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系是智能油氣田建設(shè)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn),其標(biāo)準(zhǔn)體系的范圍、內(nèi)容必須滿足當(dāng)前智能油氣田的建設(shè)方法和建設(shè)模式,并且能有效指導(dǎo)未來智能油氣田的建設(shè)方向。

5)適應(yīng)性要素:明確油氣田的規(guī)劃與建設(shè)是一項(xiàng)企業(yè)級(jí)的系統(tǒng)工程,是“企業(yè)戰(zhàn)略+業(yè)務(wù)/業(yè)態(tài)+信息技術(shù)(IT)”高度融合具體體現(xiàn),而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃者、建設(shè)者、操作者、管理者、決策者之間，對(duì)工作目標(biāo)、實(shí)施策略和應(yīng)用方法等認(rèn)識(shí)的高度統(tǒng)一,是保障油氣田企業(yè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作有效開展的基本條件。

3 智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系框架模型

基于對(duì)智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)核心要素的研究,以及對(duì)智能油氣田3D協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同建設(shè)、協(xié)同運(yùn)營(yíng)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)信息管理、智能應(yīng)用研發(fā)價(jià)值/經(jīng)濟(jì)模型的認(rèn)識(shí),提出了智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系的框架模型,見圖1。

圖1 智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系框架模型圖

1)智能油氣田基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn):該類標(biāo)準(zhǔn)為整個(gè)智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)提供總則、專業(yè)術(shù)語,以及基于數(shù)據(jù)生態(tài)和應(yīng)用生態(tài)的智能油氣田總體架構(gòu)參考模型。

2)智能油氣田數(shù)字化交付類標(biāo)準(zhǔn):數(shù)字化交付包括數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者、發(fā)送者、接受者、管理者和使用者。該標(biāo)準(zhǔn)主要包括數(shù)字化交付的范圍、內(nèi)容和具體信息,以及交付的流程、工具和方法等一系列數(shù)字化交付矩陣相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

3)智能油氣田數(shù)據(jù)類標(biāo)準(zhǔn):數(shù)字化交付類標(biāo)準(zhǔn)是制定該類標(biāo)準(zhǔn)的輸入條件之一,主要包括智能油氣田數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)共享交換標(biāo)準(zhǔn)兩部分,其中數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)編碼等標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)共享交換標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)數(shù)據(jù)移交、應(yīng)用的對(duì)外接口標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

4)智能油氣田技術(shù)/平臺(tái)/工具類標(biāo)準(zhǔn):該類標(biāo)準(zhǔn)主要包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)和工具標(biāo)準(zhǔn)三部分。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)安全技術(shù)、通信技術(shù)等制定標(biāo)準(zhǔn);平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理與運(yùn)營(yíng)過程中承載數(shù)據(jù)的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn);工具類標(biāo)準(zhǔn)主要指如何利用數(shù)據(jù)研發(fā)相關(guān)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及管理工具的應(yīng)用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

5)智能油氣田地下/地面工程協(xié)同建設(shè)類標(biāo)準(zhǔn):該類標(biāo)準(zhǔn)主要基于由3D全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、物資編碼和設(shè)備位號(hào)所貫穿的業(yè)務(wù)鏈,開展地下勘探、鉆采、開發(fā)的協(xié)同建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)制定,以及地面工程設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工等協(xié)同建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定工作。

6)智能油氣田生產(chǎn)運(yùn)行與管理類標(biāo)準(zhǔn):智能應(yīng)用是智能油氣田生產(chǎn)運(yùn)行與管理的主要載體之一,而智能應(yīng)用的核心是價(jià)值/經(jīng)濟(jì)模型,因此,該類標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)智能應(yīng)用的價(jià)值/經(jīng)濟(jì)模型開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定工作。

7)智能油氣田工業(yè)控制與信息安全類標(biāo)準(zhǔn):該類標(biāo)準(zhǔn)主要基于國(guó)家相關(guān)工控安全、國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全法等,制定智能油氣田生產(chǎn)網(wǎng)環(huán)境的工業(yè)控制安全和辦公網(wǎng)信息安全的應(yīng)用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

4 結(jié)論

智能油氣田建設(shè)是油氣工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì),油氣企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)企業(yè)提質(zhì)、降本、增效這一本質(zhì)目標(biāo)的有效途徑。智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)不僅為智能油氣田建設(shè)成套解決方案的研發(fā)和制定提供依據(jù),而且為智能油氣田的實(shí)施提供標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,本文所提供的智能油氣田標(biāo)準(zhǔn)化體系框架,以及基于框架所形成的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,可促進(jìn)智能油氣田規(guī)劃與建設(shè)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。