給油氣田裝上智能化引擎

文／李 陽(yáng)

穩(wěn)油增氣、綠色低碳和低成本是我國(guó)油氣田高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)。作為油氣田高質(zhì)量發(fā)展的重要推動(dòng)力，智能化建設(shè)近年來(lái)快速發(fā)展。目前，我國(guó)油氣行業(yè)無(wú)論在硬件還是軟件方面都具備了較好的發(fā)展基礎(chǔ)，具備了信息化建設(shè)快速發(fā)展的條件。

“十三五”以來(lái)，中國(guó)石化智能油氣田建設(shè)圍繞生產(chǎn)運(yùn)行（PCS）、集成協(xié)同（EPBP 和EPCP）、智能油田建設(shè)示范推進(jìn)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和專業(yè)軟硬件的統(tǒng)一管理，先導(dǎo)示范見(jiàn)到了提高效率、降低成本的成效，為油田數(shù)字化、信息化和智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

石油工業(yè)面臨挑戰(zhàn)

據(jù)預(yù)測(cè)，在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，油氣仍然占據(jù)能源消費(fèi)的主體地位。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2030 年前油氣消費(fèi)將保持持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2030 年石油需求達(dá)到7 億噸。我國(guó)天然氣需求從2004 年進(jìn)入快速發(fā)展期，年均消費(fèi)增速14.5%，到2030 年天然氣需求將達(dá)到6200 億立方米。

我國(guó)油氣對(duì)外依存度持續(xù)攀升，油氣供給安全面臨巨大壓力。1993 年，我國(guó)成為原油凈進(jìn)口國(guó)，2010 年原油產(chǎn)量突破2 億噸，2015 年達(dá)到歷史最高2.15 億噸，2015 年后原油產(chǎn)量逐漸下降。2019 年，我國(guó)生產(chǎn)原油1.91 億噸，消費(fèi)量6.6 億噸，原油對(duì)外依存度70.8%；同年，我國(guó)生產(chǎn)天然氣1736 億立方米，消費(fèi)量3067 億立方米，天然氣對(duì)外依存度43%，油氣供給矛盾突出。

從我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)來(lái)看，易采石油時(shí)代已經(jīng)結(jié)束。這主要表現(xiàn)在一是勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象不斷復(fù)雜化，非常規(guī)、深層超深層、深水超深水正逐漸成為勘探開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)；二是油氣資源不斷劣質(zhì)化，三低、重質(zhì)和高含硫原油比例增加；三是高溫高壓、高陡構(gòu)造、強(qiáng)非均質(zhì)、深水對(duì)油氣工程技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)，勘探開(kāi)發(fā)難度不斷加大；四是老油田經(jīng)歷50 多年開(kāi)發(fā)，面臨高含水、產(chǎn)量下降的挑戰(zhàn)。

低油價(jià)與綠色低碳發(fā)展需求對(duì)石油工業(yè)提出了更高的挑戰(zhàn)。2020 年4 月20 日，WTI原油期貨價(jià)格暴跌至-37.63美元/桶，未來(lái)一段時(shí)間原油價(jià)格仍將處于中低油價(jià)，對(duì)我國(guó)油氣行業(yè)效益開(kāi)發(fā)沖擊大，低成本發(fā)展更為迫切。另外，老油田歷經(jīng)50多年開(kāi)發(fā)，設(shè)備設(shè)施老化嚴(yán)重，綠色開(kāi)發(fā)、安全環(huán)保壓力大，同時(shí)我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)也要求油氣行業(yè)向綠色低碳發(fā)展。

上述挑戰(zhàn)表明，石油企業(yè)亟需采用更加快速、高效、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)技術(shù)和管理模式，制定實(shí)施更精準(zhǔn)、有效的業(yè)務(wù)決策，以實(shí)現(xiàn)提高原油產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、提高油氣采收率的目標(biāo)，智能化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)油氣田高質(zhì)量發(fā)展的重要推動(dòng)力。

智能化油氣田建設(shè)

智能化發(fā)展趨勢(shì)

從全球油氣行業(yè)來(lái)看，智能化發(fā)展迅速，油氣田智能化發(fā)展呈現(xiàn)三個(gè)趨勢(shì)：智能化油田建設(shè)、工程技術(shù)及裝備智能化和石油公司與IT 公司的跨界深度融合。

智能化油氣田建設(shè)。國(guó)內(nèi)外石油公司積極推進(jìn)智能化在油氣田各領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了好的效果。例如：在勘探方面，沙特阿美建立了實(shí)時(shí)鉆井運(yùn)營(yíng)中心，用于優(yōu)化水平和多分枝井井位，通過(guò)交互使用實(shí)時(shí)地質(zhì)信息、巖石物理信息、方位信息，以引導(dǎo)鉆頭實(shí)現(xiàn)最佳井軌跡；在開(kāi)發(fā)方面，雪佛龍開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)油藏管理、開(kāi)發(fā)方案決策支持系統(tǒng)，可以自動(dòng)生成建議的行動(dòng)方案并輔助實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃；在生產(chǎn)方面，昆士蘭天然氣公司通過(guò)建設(shè)一體化生產(chǎn)分析優(yōu)化系統(tǒng)，分析各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)，從全局角度優(yōu)化油氣生產(chǎn)運(yùn)行；在生產(chǎn)輔助方面，挪威國(guó)家石油公司通過(guò)搭建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與性能監(jiān)測(cè)。

工程技術(shù)及裝備智能化。融合了信息化和智能化的新一代物探技術(shù)、智能鉆井、智能注采等技術(shù)快速發(fā)展，如智能鉆井系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)測(cè)量、信息傳輸、地面井下自動(dòng)控制、基于大數(shù)據(jù)人工智能的決策分析、人機(jī)交互、遠(yuǎn)程決策、標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證體系等組成。

為推進(jìn)智能化建設(shè)，各大油公司都在與IT 公司深化融合。例如，BP、阿布扎比石油公司與IBM 合作，通過(guò)對(duì)海量歷史數(shù)據(jù)的分析，將卡管預(yù)測(cè)精度提高到85%，有效減少了卡管造成的損失，在阿布扎比一組50 口井的鉆井作業(yè)中通過(guò)最小化卡管造成的作業(yè)延遲節(jié)省了5300 萬(wàn)美元；康菲石油建成了包含生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、油藏工程以及地球科學(xué)等方面的綜合數(shù)據(jù)中心IDW，使數(shù)據(jù)應(yīng)用類項(xiàng)目的準(zhǔn)備時(shí)間平均下降75%；康菲石油與TIBCO 軟件公司合作對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了鉆頭馬力和鉆速的自動(dòng)調(diào)節(jié)，鉆井周期縮短50%。

1.1 子宮病變 子宮相關(guān)病變導(dǎo)致的不孕占不孕癥的10%～15%[5]，精子運(yùn)輸、胚胎著床等均受子宮相關(guān)病變的影響，常見(jiàn)因素包括子宮發(fā)育畸形、宮腔粘連、子宮肌瘤、子宮內(nèi)膜息肉及子宮腺肌病等。

石油公司與IT公司跨界合作

路徑 中國(guó)石化智能油氣田3.0～4.0全面感知實(shí)時(shí)感知：收集、感知和使用來(lái)自環(huán)境中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)、人、傳感器的各種信息，實(shí)現(xiàn)在任意地點(diǎn)對(duì)任意信息的全面掌控集成協(xié)同全景生態(tài)：構(gòu)建智能油氣田完整生態(tài)圈，整合內(nèi)外部資源，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同，資源分享預(yù)警預(yù)測(cè)自動(dòng)預(yù)警：自動(dòng)分析并捕捉預(yù)警信號(hào)，并自動(dòng)生成并促發(fā)處理方案，包括人工流程和自動(dòng)控制處理分析優(yōu)化智能優(yōu)化：基于人工智能、自我學(xué)習(xí)等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模型本身持續(xù)衍進(jìn)，并基于動(dòng)態(tài)模型形成方案

中國(guó)石化的智能化實(shí)踐

智能油氣田建設(shè)

中國(guó)石化在建設(shè)智能油氣田過(guò)程中，打造了全面感知、集成協(xié)同和全局優(yōu)化三項(xiàng)基本能力。

全面感知和生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)（PCS）建設(shè)基于油氣物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮的“全面貫通”。PCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、生產(chǎn)監(jiān)控、調(diào)度運(yùn)行、生產(chǎn)管理、預(yù)警報(bào)警、應(yīng)急處理六大功能，支持生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)感知、生產(chǎn)全流程監(jiān)控和高效的生產(chǎn)運(yùn)行。

PCS 系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)油氣田生產(chǎn)模式：管理區(qū)實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控、有人巡檢、專業(yè)維護(hù)；重塑了組織管理架構(gòu)：壓扁管理層級(jí)，管理區(qū)直接管理到班組，重組專業(yè)化崗位；優(yōu)化了生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程：建立與信息化環(huán)境相適應(yīng)的工作機(jī)制，促成業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新和工作流程重構(gòu)。

應(yīng)用PCS 系統(tǒng)取得了十大成效：突破十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化、變革生產(chǎn)管控模式、支撐體制機(jī)制改革、提升過(guò)程管控能力、提高經(jīng)營(yíng)管理水平、改善開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)、助力綠色企業(yè)創(chuàng)建、助力生產(chǎn)安全管理、工作環(huán)境明顯改善。

通過(guò)智能化油氣田建設(shè)，原巡井巡線、量油及測(cè)電流等工作逐步由生產(chǎn)信息化技術(shù)取代，采油站工時(shí)同比約減少30%；對(duì)中小型的柱塞泵站、接轉(zhuǎn)站推廣無(wú)固定人員值守，對(duì)聯(lián)合站、污水處理站等采取崗位整合、固定集中值守等模式，大幅度優(yōu)化一線生產(chǎn)員工。

集成協(xié)同平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用。2015年起，中國(guó)石化建設(shè)協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨業(yè)務(wù)、跨部門(mén)信息資源的統(tǒng)建、統(tǒng)管、共享、協(xié)同，目前已推廣覆蓋全部油田企業(yè)，平臺(tái)功能得到提升、應(yīng)用得到深化。

油田勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)（EPBP）基于崗位職責(zé)，實(shí)現(xiàn)勘探開(kāi)發(fā)的“聯(lián)動(dòng)協(xié)同”，滿足縱向和橫向的業(yè)務(wù)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)崗位業(yè)務(wù)信息化，適應(yīng)靈活的業(yè)務(wù)流程重組。EPBP 實(shí)現(xiàn)了三個(gè)“一”，即一套數(shù)據(jù)：勘探開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)中心框架；數(shù)據(jù)資源的集中存儲(chǔ)、集中交換、統(tǒng)一管理和共享使用；一個(gè)平臺(tái)：支撐橫向跨專業(yè)跨部門(mén)跨單位、縱向跨管理層級(jí)的業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)同；一個(gè)架構(gòu)：平臺(tái)穩(wěn)定、安全可靠、組裝靈活、操作方便、易于擴(kuò)展、服務(wù)開(kāi)放，能夠全面融合新一代信息技術(shù)，支持多用戶、高吞吐、大容量的平穩(wěn)運(yùn)行，適應(yīng)管理創(chuàng)新、業(yè)務(wù)變化和綜合管控的需要。

勘探開(kāi)發(fā)云平臺(tái)（EPCP）以云技術(shù)為基礎(chǔ)，將應(yīng)用于勘探開(kāi)發(fā)專業(yè)研究的軟硬件資源按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、共享使用規(guī)則所建設(shè)的資源中心。

EPCP 基于多學(xué)科研究，實(shí)現(xiàn)信息資源“實(shí)時(shí)共享”。通過(guò)對(duì)專業(yè)軟件應(yīng)用的統(tǒng)一管控和調(diào)度試用，高性能硬件資源利用效率提高12%；地震資料單位處理成本下降15%；軟件總體采購(gòu)成本降低近50%，軟件許可數(shù)量增加約25%。2015 年至今，已形成了高性能計(jì)算資源中心、勘探開(kāi)發(fā)專業(yè)軟件資源中心以及綜合研究專業(yè)軟硬件共享體系“兩個(gè)中心、一個(gè)共享體系”。

全局優(yōu)化。通過(guò)建立數(shù)據(jù)資源中心DRC，面向資源、信息、數(shù)據(jù)深度挖掘，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

智能油氣田建設(shè)示范

2013 年，中國(guó)石化啟動(dòng)智能油氣田建設(shè)規(guī)劃；2018 年，在中原普光、西北油田三廠進(jìn)行智能油氣田示范試點(diǎn)，形成了智能油氣田1.0 推廣模板；2020 年，在江漢涪陵、勝利海洋推廣建設(shè)。

中國(guó)石化的油氣田智能化建設(shè)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)油氣田到數(shù)字油氣田再到智能油氣田的過(guò)程。從資料手工資料整理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、過(guò)程監(jiān)控，再到主動(dòng)預(yù)警預(yù)測(cè)分析、業(yè)務(wù)整合與流程優(yōu)化、智能輔助決策。智能化油氣田系統(tǒng)包括傳感器/井/地面設(shè)備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，油藏分析與診斷，一體化協(xié)同及流程優(yōu)化，決策分析5 個(gè)層級(jí)。

中國(guó)石化的智能化油氣田建設(shè)路徑是全面感知、集成協(xié)同、預(yù)警預(yù)測(cè)、分析優(yōu)化。目前，智能油氣田系統(tǒng)已升級(jí)到3.0 ～4.0。

普光氣田的智能化系統(tǒng)包括氣藏可視化（可視化場(chǎng)景下的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)模擬分析）、氣藏指標(biāo)監(jiān)控（數(shù)據(jù)-曲線-圖件聯(lián)動(dòng)）、開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)預(yù)警（自動(dòng)歷史擬合氣基實(shí)施跟蹤模擬）、動(dòng)態(tài)在線分析（大數(shù)據(jù)挖潛措施優(yōu)化），結(jié)合專家?guī)爝M(jìn)行動(dòng)態(tài)異常診斷、開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)輔助決策。

其中，氣藏異常主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)包括構(gòu)建氣藏預(yù)測(cè)預(yù)警模型：機(jī)器學(xué)習(xí)異常診斷結(jié)論智能推送，實(shí)現(xiàn)油氣藏異常的主動(dòng)預(yù)警；通過(guò)預(yù)測(cè)模型持續(xù)優(yōu)化，硫沉積預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提高到90%以上，硫沉積解堵成功率近100%；氣井見(jiàn)水預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提高到92%以上，出水時(shí)間平均延遲3 個(gè)月以上。

西北油田三廠的智能化系統(tǒng)通過(guò)“平臺(tái)+數(shù)據(jù)+應(yīng)用+新技術(shù)”模式進(jìn)行油田業(yè)務(wù)信息化建設(shè)，包含油氣藏動(dòng)態(tài)管理、單井管理、生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化、協(xié)同研究、管網(wǎng)管理、QHSE 管理、設(shè)備管理7 大業(yè)務(wù)域，28 個(gè)一級(jí)功能，78 個(gè)二級(jí)功能。

●石油產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，離不開(kāi)智能化顛覆性技術(shù)的突破和發(fā)展。 供圖/周澤山

智能化平臺(tái)的應(yīng)用使管理人員工作效率得以提升，現(xiàn)場(chǎng)人員工作量大幅下降，站庫(kù)值守及巡線人員優(yōu)化29%；初步建成一體化管控模式，實(shí)現(xiàn)前線與后方聯(lián)動(dòng)決策，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高13%；減輕生產(chǎn)操作層勞動(dòng)強(qiáng)度，降低勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)預(yù)警，提升異常處置時(shí)效27%。

智能化油氣田建設(shè)正在快速發(fā)展，但面臨來(lái)自數(shù)據(jù)、算法和地下未知因素的諸多挑戰(zhàn)。在大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)推動(dòng)下，油氣田的智能化建設(shè)將迎來(lái)新的發(fā)展階段，這既是油氣技術(shù)發(fā)展規(guī)律的必然趨勢(shì)，也是油田提質(zhì)增效降本的有效途徑。

未來(lái)，通過(guò)信息化和工業(yè)化的融合，將催生一批顛覆性技術(shù)，為油氣勘探開(kāi)發(fā)提供更加有力的技術(shù)支撐。例如，智能化與油氣田勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)融合，加速大數(shù)據(jù)及人工智能在油氣田勘探開(kāi)發(fā)以及工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，推進(jìn)石油行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和顛覆性技術(shù)的發(fā)展。