油氣田數(shù)字化轉(zhuǎn)型生產(chǎn)管理應(yīng)用實踐與思考

文｜許亞輝 陳燕

在全球性數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮的沖擊下，油氣行業(yè)也在規(guī)劃應(yīng)用新技術(shù)，調(diào)整生產(chǎn)經(jīng)營運行模式，積極探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐經(jīng)驗。通過建立應(yīng)用平臺、制定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫以及大數(shù)據(jù)等輔助決策功能，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理全業(yè)務(wù)鏈條數(shù)據(jù)信息共享和深度應(yīng)用，從組織架構(gòu)、管理模式、業(yè)務(wù)流程等方面產(chǎn)生大的變革，挖掘勘探、開發(fā)、運行、安全等方面的跨平臺、跨專業(yè)、多業(yè)務(wù)的協(xié)同化綜合應(yīng)用場景，高效整合有利資源，形成生產(chǎn)管理、科技攻關(guān)等方面的合力，提升生產(chǎn)管理效能和成本效益。

一、引言

近年來，全球油價在30～50美元/桶長期波動，受國內(nèi)勘探開發(fā)難度加大等因素的影響，國內(nèi)各大油氣生產(chǎn)商的整體利潤均大幅縮水。在新常態(tài)下，各油氣生產(chǎn)企業(yè)不得不壓縮投資規(guī)模，進一步提升管理效能和生產(chǎn)效益，傳統(tǒng)手段壓縮空間有限，數(shù)字技術(shù)作為產(chǎn)業(yè)升級的支撐力量越來越受到重視。隨著國內(nèi)經(jīng)濟高速發(fā)展，能源需求量持續(xù)攀升，國家越來越重視國內(nèi)油氣資源的開采與利用，我國主要的石油與天然氣生產(chǎn)基地是長慶油田、西南油氣田、塔里木油田等。其中，西南油氣田公司在2020年已建成了300億立方米大氣區(qū)，在油氣開采、儲存、輸送等管理方面積極探索，廣泛應(yīng)用信息化+物聯(lián)網(wǎng)+智慧工廠等先進技術(shù)，提出了更加精細(xì)的數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及要求，進一步優(yōu)化天然氣生產(chǎn)過程管理流程，革新生產(chǎn)管理模式和方法，積極探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐經(jīng)驗，為油氣田數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

二、數(shù)字化應(yīng)用常見問題

油氣生產(chǎn)企業(yè)通過業(yè)務(wù)需求陸續(xù)搭建了各種應(yīng)用平臺，信息化建設(shè)初見成效，基本實現(xiàn)了現(xiàn)場生產(chǎn)自動化控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測。但是，仍存在生產(chǎn)管理平臺及數(shù)據(jù)集成分析未有效交互和融合，數(shù)據(jù)深度利用程度不夠，已有應(yīng)用系統(tǒng)分散、功能單一，各專業(yè)數(shù)據(jù)無法共享，生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和數(shù)據(jù)信息共享程度不高，無法支撐未來跨專業(yè)、跨板塊協(xié)同的工作模式等問題。

三、數(shù)字化轉(zhuǎn)型內(nèi)涵及主要方法

油氣行業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)，面對能源革命和能源轉(zhuǎn)型加快推進的新形勢新趨勢，有效利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的數(shù)字技術(shù)，驅(qū)動業(yè)務(wù)模式重構(gòu)、管理模式變革等。持續(xù)發(fā)展油氣田數(shù)字化轉(zhuǎn)型要符合數(shù)字技術(shù)賦能應(yīng)用、數(shù)據(jù)體系建設(shè)和管理模式變革三項基礎(chǔ)功能需求，將數(shù)字技術(shù)與油氣田業(yè)務(wù)充分融合，提升管理效能和生產(chǎn)效益，驅(qū)動油氣田高質(zhì)量發(fā)展。

（一）數(shù)字技術(shù)賦能應(yīng)用

隨著信息化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)建設(shè)應(yīng)用，油氣田企業(yè)已經(jīng)建立了相對完善的信息化基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)百套應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括SCADA系統(tǒng)、無泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、光纖和次聲波預(yù)警系統(tǒng)、腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)運行管理平臺、數(shù)字化管理平臺等，覆蓋了生產(chǎn)經(jīng)營的各個方面，達到了油氣田自動化生產(chǎn)和安全管控要求，為“中心井站+無人值守”提供良好條件，提高了生產(chǎn)管理和運營效率，節(jié)約了人力資源和管理成本。

油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)一線，每天都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，面對油氣田企業(yè)海量大數(shù)據(jù)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全業(yè)務(wù)鏈條建立信息化支撐體系的情況下，利用公司A4、地面數(shù)字化移交平臺疊加實體對象數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)，并接入A1、A5、作業(yè)區(qū)數(shù)字化管理平臺、開發(fā)生產(chǎn)管理平臺、生產(chǎn)運行平臺、分公司完整性管理模塊等，按照監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)、崗位管理數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)疊加實體對象、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等人財物事數(shù)據(jù)歸類，打通之前的信息孤島，建立數(shù)據(jù)湖，制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、開展數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享與大數(shù)據(jù)分析，全息全景全要素構(gòu)建虛擬氣田，為油氣勘探開發(fā)中地質(zhì)、油藏、采油氣工藝、地面建設(shè)、生產(chǎn)管理以及經(jīng)濟評價等多專業(yè)、多信息、多系統(tǒng)、多平臺的綜合研究智能化、協(xié)同化提供數(shù)據(jù)支撐。

圖1 數(shù)據(jù)體系建設(shè)架構(gòu)圖

數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為全球生產(chǎn)力變革的關(guān)鍵基礎(chǔ)，也是產(chǎn)業(yè)升級的支撐性力量。在這一背景下，很多油氣田企業(yè)基于信息化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)能力已構(gòu)建數(shù)字化氣田。面對油氣田企業(yè)海量數(shù)據(jù)以及有限人力資源，輔助決策功能能實現(xiàn)以管道、站場、設(shè)備為對象，提供知識圖譜功能，以結(jié)構(gòu)化的形式將數(shù)據(jù)建設(shè)成果、系統(tǒng)建設(shè)成果、數(shù)據(jù)分析成果等按照地面工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)一整理和組合，展示各類數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，并實現(xiàn)定位、圖表、分析、報表及頁面的關(guān)聯(lián)，展示管理對象的全生命周期數(shù)據(jù)信息；打造數(shù)據(jù)的二次組態(tài)功能，提供包括電子沙盤全景組態(tài)、工藝流程圖仿真組態(tài)、大數(shù)據(jù)分析預(yù)警功能、綜合監(jiān)測預(yù)警功能、車輛GPS信息可視化展示功能、巡檢GPS信息可視化展示功能等；基于建模和算法、綜合專家知識、領(lǐng)域知識以及自動化的智能分析，形成大數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用，為油氣田生產(chǎn)管理提供輔助決策支持。

（二）管理模式變革

依托信息化、物聯(lián)網(wǎng)等建設(shè)成果，生產(chǎn)管理模式逐漸由自上而下的“廠級+作業(yè)區(qū)級+中心井站+單井”四級調(diào)控方式向“廠級+中心井站”兩級直線調(diào)控的扁平化模式轉(zhuǎn)變；單井站建設(shè)初期按照無人值守設(shè)計、實施，建成投運后，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況以及無人值守條件確認(rèn)，由有人值守逐漸轉(zhuǎn)為無人值守場站，區(qū)域按照“一個氣田一個中心”設(shè)置了控制中心，氣井生產(chǎn)調(diào)控和應(yīng)急處置權(quán)限優(yōu)先級授權(quán)給中心井站調(diào)控中心；集（配）氣站工藝流程較單井工藝復(fù)雜，兼顧安全運行和氣量精準(zhǔn)調(diào)配，目前已實現(xiàn)遠程自動分輸和遠程應(yīng)急關(guān)斷等功能，在中心井站級、廠級都能實現(xiàn)遠程調(diào)控功能，其他級調(diào)度中心只作監(jiān)視；數(shù)字化轉(zhuǎn)型優(yōu)化的人力資源，集中培訓(xùn)、考核，鍛煉了一支“一專多能”的操巡隊伍，形成“遠程集中調(diào)控+中心站操作巡檢+三級單位運維保障”生產(chǎn)管理模式。

中心井站巡檢分場站巡檢和管道巡檢，場站巡檢執(zhí)行“1+1巡檢模式”，即電子巡檢和人工巡檢；中心井站控制中心儀控人員每小時對轄區(qū)內(nèi)生產(chǎn)氣井開展電子巡檢，巡檢標(biāo)準(zhǔn)參照審核下發(fā)的場站工藝參數(shù)卡片，主要觀察油壓、套壓、分離器液位、閃蒸罐液位、出站壓力等；另外，中心井站配置了值班車輛，中心井站操作巡檢人員負(fù)責(zé)無人值守井站開關(guān)井操作、異常情況現(xiàn)場處置、日常巡檢與設(shè)備設(shè)施維護保養(yǎng)；每次巡回檢查時，現(xiàn)場人員都將與中心井站控制室儀控崗人員一一核對現(xiàn)場各類監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，確保站控系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)和狀態(tài)真實可靠。管線巡檢按照“3+1+1巡檢模式”，主要分中心井站安排有專職管線巡檢、外委人員巡檢以及每季度三級單位領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)干部管線三類人員現(xiàn)場巡檢；其次，管線沿線安裝有技防措施，包括光纖預(yù)警、次聲波預(yù)警系統(tǒng)等，大大提升了全天候、全時段管道運行安全管理水平；另外，中心井站設(shè)置了無人機巡檢設(shè)備，按預(yù)定周期或者技防設(shè)備發(fā)出報警時，第一時間對管線進行沿線拍照和AI識別，將高風(fēng)險管段或者存在第三方占壓的視頻及圖片傳回大數(shù)據(jù)平臺，可遠程喊話告知安全風(fēng)險，實現(xiàn)管道安全風(fēng)險有效管控。

利用數(shù)字化管理平臺、開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合平臺以及設(shè)備管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，充分運用生產(chǎn)數(shù)據(jù)中臺大數(shù)據(jù)整合、分析的手段，結(jié)合數(shù)字化管理平臺人工上報、設(shè)備管理屬性驅(qū)動和工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（電子工單）驅(qū)動的三種方式實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施運維保障工作流驅(qū)動，除數(shù)字化管理平臺上報問題需受管理崗任務(wù)確認(rèn)再分發(fā)，其余自動將任務(wù)以電子工單的方式下發(fā)至中心井站、運維保障班組以及外委維護隊伍，并在數(shù)字化管理平臺上實現(xiàn)管理閉環(huán)。通過數(shù)字化管理平臺掃描設(shè)備身份證FRID，將設(shè)備設(shè)施維護保養(yǎng)及檢修信息精準(zhǔn)入數(shù)據(jù)湖，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施出廠信息、檢修記錄、維護保養(yǎng)等要素信息的可溯性，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施全生命周期管理。收集到的設(shè)備設(shè)施性能及檢修信息，能有效掌握設(shè)備運行狀況，提出預(yù)知性維修計劃等，大大減少或者避免非計劃停機時間，保障氣井安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

天然氣開發(fā)生產(chǎn)安全風(fēng)險較高、危害程度大，給地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供支撐，也對安全提出了新的挑戰(zhàn)。結(jié)合突發(fā)事件類型、級別和響應(yīng)時效等因素，根據(jù)天然氣生產(chǎn)常見突發(fā)事件，區(qū)域中心成立了系統(tǒng)內(nèi)上下游聯(lián)合應(yīng)急工作組和地企間應(yīng)急聯(lián)動工作組，并制定了區(qū)塊聯(lián)合應(yīng)急預(yù)案和地企聯(lián)合應(yīng)急預(yù)案。為有效整合應(yīng)急資源、周邊居民分布、道路通行能力等信息，區(qū)域中心建設(shè)了應(yīng)急指揮平臺，在投運前，將場站管道測繪、人居調(diào)查、救援資源分布、地理遙感信息、風(fēng)險評估報告和動態(tài)決策輔助等數(shù)據(jù)整合，建立了區(qū)域高風(fēng)險、地災(zāi)敏感點等風(fēng)險源分布、應(yīng)急資源分布以及空間坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)庫。該平臺作為突發(fā)事件應(yīng)急指揮和輔助決策的重要依據(jù)和支撐，大大提升應(yīng)急處置效率。

正常工況下，各專業(yè)按照職責(zé)要求開展場站、管線安全風(fēng)險監(jiān)控和預(yù)警，區(qū)域控制中心24小時連續(xù)作場站泄漏監(jiān)測和管線預(yù)警平臺監(jiān)控，為突發(fā)事件作好預(yù)防準(zhǔn)備。在突發(fā)事件狀態(tài)下，按照誰先發(fā)現(xiàn)誰先處置的原則，第一時間進行就地或遠程處置，根據(jù)影響程度劃分啟動對應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，并立即轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)域應(yīng)急工作組統(tǒng)一指揮，實現(xiàn)突發(fā)事件的快速處置、應(yīng)急資源的調(diào)動、周邊群眾的疏散、突發(fā)事件的快速恢復(fù)等，確保應(yīng)急處置及時有效，影響范圍控制到最小。

基于油氣田企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、管理軟件平臺等數(shù)字化建設(shè)要素環(huán)境，將生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程、財務(wù)會計流程和管理流程有機融。通過業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、管理結(jié)果數(shù)據(jù)與財務(wù)數(shù)據(jù)對接，加強油氣生產(chǎn)單位成本、人力資源使用效率和員工績效量化考核的實時反饋和分析，將真實準(zhǔn)確記錄生產(chǎn)經(jīng)營中的經(jīng)營性數(shù)據(jù)，支撐生產(chǎn)經(jīng)營管理決策。人力資源使用效率方面，中心井站車輛、員工、承包商人員通過便攜式人員定位系統(tǒng)分類定位，結(jié)合執(zhí)行工單的內(nèi)容及執(zhí)行時長、質(zhì)量等，對車輛、人員安排合理性以及現(xiàn)場操作效率作動態(tài)跟蹤分析，提升人力資源使用效率，也提高生產(chǎn)應(yīng)急的處置效率。在員工量化考核方面，通過數(shù)字化管理平臺員工完成工單數(shù)量、工單難度系數(shù)、井站類別系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)進行折算量化打分，量化結(jié)果應(yīng)用到員工績效考核，通過量化衡量員工工作的質(zhì)與量，建立有效的激勵競爭機制，最大限度調(diào)動員工積極性和主動性，營造良好的工作氛圍。

（三）業(yè)務(wù)流程重塑

數(shù)字化轉(zhuǎn)型非常注重油氣生產(chǎn)整個系統(tǒng)的一體化協(xié)同，具有跨專業(yè)、系統(tǒng)性、效率高的優(yōu)勢。在生產(chǎn)上，采用數(shù)據(jù)遠傳、數(shù)據(jù)共享、智能分析、輔助決策等，對氣田開發(fā)生產(chǎn)形成多專業(yè)、跨平臺指揮作業(yè)。通過控制中心大屏、現(xiàn)場技安防設(shè)備及各項監(jiān)控數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源等統(tǒng)一指揮、多專業(yè)協(xié)同配合，提高生產(chǎn)作業(yè)時效性和科學(xué)性。在管理上，按照閉環(huán)管理方式，形成勘探開發(fā)工程一體化協(xié)同研究、天然氣生產(chǎn)過程一體化協(xié)同管控和天然氣產(chǎn)運儲銷一體化協(xié)同運營，三個“一體化協(xié)同”重塑業(yè)務(wù)流程和企業(yè)價值，勘探、開發(fā)、運行、安全等專業(yè)緊密協(xié)作，成立一體化協(xié)同工作組，高效整合有利資源，形成油氣田開發(fā)生產(chǎn)管理的強大合力，以實現(xiàn)生產(chǎn)管理效能和經(jīng)濟效益的最大化。

天然氣生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)模式按照既定要求開展各項業(yè)務(wù)工作，業(yè)務(wù)工作單一化、不具系統(tǒng)性，未形成專業(yè)間的有效交互和融合，按時開展過程質(zhì)量管控監(jiān)管難度也比較大。數(shù)字化轉(zhuǎn)型后，天然氣生產(chǎn)管理結(jié)合新型作業(yè)區(qū)打造以及風(fēng)險特點變化，從組織架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程設(shè)置、業(yè)務(wù)工作重點、過程質(zhì)量管控等方面作出了調(diào)整，以適應(yīng)“油公司”模式下，生產(chǎn)現(xiàn)場和作業(yè)現(xiàn)場的安全風(fēng)險管控。各項工作任務(wù)均以電子工單形式下發(fā)至責(zé)任人，在數(shù)字化管理平臺上能實時觀察工單進程、完成質(zhì)量等。工作任務(wù)驅(qū)動也不再是單一方式，可通過設(shè)備屬性、工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、受控管理的任務(wù)下發(fā)以及大數(shù)據(jù)平臺分析預(yù)判等，不只管控常規(guī)工作完成質(zhì)量，也能根據(jù)生產(chǎn)實情，作臨時任務(wù)的安排及跟蹤，大大提高了氣田開發(fā)管理水平和效率。

四、數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效

推進油氣田數(shù)字技術(shù)賦能應(yīng)用，構(gòu)建了新型“中心站＋無人值守站”運行管理模式，將新型組織流程與數(shù)字化、智能化管理相統(tǒng)一，減少管理層級，推行“廠處級—中心站”管理模式，將傳統(tǒng)四級管理模式壓縮為兩級，縮短生產(chǎn)指揮鏈條，有效破解了快速發(fā)展、井?dāng)?shù)遞增與管理難度加大、用工總量控制之間的矛盾。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)生產(chǎn)運行管理全過程閉環(huán)管理，實時監(jiān)控油氣生產(chǎn)，精準(zhǔn)把控運行趨勢，實時報警異常情況，實時推送信息指令，提升生產(chǎn)組織實時性、機動性，助推生產(chǎn)管理工作方式的變革，形成“遠程集中調(diào)控+中心站操作巡檢+三級單位運維保障”的生產(chǎn)運行模式。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型后，業(yè)務(wù)重心將由油氣生產(chǎn)向油氣生產(chǎn)與數(shù)字化管理并重發(fā)展，將數(shù)字化、智能化內(nèi)容納入生產(chǎn)一線專業(yè)操作、技術(shù)崗位應(yīng)知應(yīng)會內(nèi)容，打造一批既懂油氣生產(chǎn)、又懂?dāng)?shù)字化的復(fù)合型人才，建立自主運維的激勵機制和人才梯隊，形成專業(yè)化自主維護隊伍。

通過數(shù)據(jù)流監(jiān)控業(yè)務(wù)流，跟蹤運行時效、提高管理效能，完善開發(fā)、生產(chǎn)、工程關(guān)鍵指標(biāo)自動統(tǒng)計與趨勢分析功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，對氣藏、氣井、地面工程全生命周期數(shù)據(jù)應(yīng)收盡收，并在實體對象上組織、掛接、分析、呈現(xiàn)，全面關(guān)聯(lián)氣田的人、財、物、事，打造數(shù)字化管理新型能力。

以全息全景全要素氣田數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以業(yè)務(wù)應(yīng)用為驅(qū)動，兼容、對接第三方大數(shù)據(jù)分析模型、算法和分析結(jié)果，形成大數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用，賦能智慧氣田。