“互聯網+”時代智慧油氣田建設的思考與實踐

謝 軍

中國石油西南油氣田公司

謝軍.“互聯網+”時代智慧油氣田建設的思考與實踐.天然氣工業，2016，36（1）：137-145.

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“互聯網+”時代智慧油氣田建設的思考與實踐

謝 軍

中國石油西南油氣田公司

謝軍.“互聯網+”時代智慧油氣田建設的思考與實踐.天然氣工業，2016，36（1）：137-145.

摘 要“互聯網+”正在持續地影響著整個經濟社會并促使其不斷發生深刻的變革，它已經成功地改造了傳媒、金融、零售及服務等多個行業和領域，也給目前仍處于傳統方式下的油氣開采帶來了巨大的沖擊和機遇。為此,總結了“互聯網+”的內涵特征，分析了傳統油氣開采方式當下發展的現實困境，展望了“互聯網+油氣開采”形成的新的核心競爭力，全景再現了中國石油西南油氣田公司是如何應用“互聯網+”的新思維來建設具有“自動化、信息化、智能化”功能的智慧油氣田的探索實踐之路，用具體實例展示了智慧油氣田在轉變生產組織方式、提升決策管理效率、優化人力資源配置、降低生產經營成本等方面的顯著作用，為大變革時代油氣開采實現更好的轉型升級提供了借鑒。

關鍵詞互聯網+ 油氣開采 智慧油氣田 轉型升級 實踐 中國石油西南油氣田公司

2015年政府工作報告首次提出“互聯網+”概念，隨后出臺了指導意見，明確了“智慧能源”等11項產業行動計劃，這標志著“互聯網+”正式從民間智庫上升為國家戰略，同時也宣告了中國正式開啟“互聯網+”時代[1]。大部分專家認為，“互聯網+”與傳統產業的跨界融合，將為新常態下國民經濟發展注入新的強大動力，是中國經濟未來10年最大的發展趨勢和增值空間。作為國家經濟命脈的能源產業，特別是油氣開采行業應順時應勢，積極推進與“互聯網+”的融合創新，走出一條適合自身特點的轉型升級發展道路。

1 “互聯網+”的時代特征

“互聯網+”時代的到來，意味著互聯網思維、模式、技術等方面的創新成果將深度融入人類社會生產、生活各個領域，對經濟社會發展產生重大而深遠的影響。

1.1 “互聯網+”的內涵特征及時代價值

“互聯網+”本質上是構建連接一切的新生態，實現萬物互聯。如今更是一種以互聯網為基礎設施和實現工具的經濟新形態，是將互聯網的創新成果應用到各個傳統行業，實現跨界融合與協同創新，促進生產、生活方式的轉變，創造出新的經濟形態和更高的生產力。在“互聯網+”時代，互聯網既是像水電煤一樣的基礎設施，又是經濟活動和創新集聚的重要平臺，在社會資源和生產要素配置中發揮著不可替代的聚合、集成、優化作用，不斷促進經濟社會轉型發展[2]。在新的時期，不論是一個企業還是一個國家，如果錯失互聯網的使用，就好比第二次工業革命時代拒絕使用電能，必將導致無法彌補的巨大損失和時代落伍。

1.2 “互聯網+”促進社會變革，衍生新生態

“互聯網+”深刻改變著社會生產、生活方式，同時為大眾創新、萬眾創業和大規模社會協作提供了有利平臺，并通過跨界融合創造了大量新產品、新業務和新模式。“互聯網+”共享、協同的理念擴展到設計、制造等領域，衍生了威客平臺、眾創空間、眾包設計、個性化定制等新模式，高效匯集了各路精英、整合了智力資源。“互聯網+”應用到消費、金融等領域，形成了B2B、C2C和O2O等電子商務模式以及P2P信貸、大數據征信等金融新業務，提高了服務效率，降低了交易成本，推動了中小企業、實體經濟的發展。“互聯網+”還重構了社會服務行業的業務模式，旅游云平臺、移動打車（APP）的出現，形成了定制式用戶體驗、平臺服務商輕資產經營和促進傳統行業提高服務質量效率的商業模式。現階段，“互聯網+”不僅全面應用到第三產業，也正向第一和第二產業滲透，未來必將對整個社會經濟生活產生革命性的影響[1-3]。

1.3 “互聯網+”與傳統行業融合及發展

“互聯網+”正以一種勢不可擋又潤物無聲的姿態融入各行各業，并將不斷放大行業競爭、跨行業競爭中“彎道超車”或者“被超”的可能。許多傳統行業和企業已經意識到自身發展的瓶頸和局限，開始主動尋求與“互聯網+”的跨界融合，積極探索轉型升級的新途徑。中國石油天然氣集團公司已經與騰訊公司簽署了戰略合作框架協議，將在業務開發與推廣、移動支付、O2O業務、云服務、大數據應用等多領域開展合作。奇瑞汽車與易到用車、博泰集團宣布成立合資公司，生產“只租不賣”的互聯網智能電動汽車，產品計劃于2016年面世。運用互聯網技術打造的農產品全產業鏈追溯體系，正在國內近60個城市開展試點建設，未來不僅有更多的綠色安全食品“從農田到餐桌”，這些農產品的生產、流通效率也將大幅提高[1]。“互聯網+”正在重塑傳統行業，而傳統行業也有望站在“互聯網+”風口上順勢而為，推動生產經營活動的信息化、網絡化、智能化，形成新的競爭優勢和可持續發展動力。

2 “互聯網+”催生智慧油氣田建設

油氣開采行業由于自身特點和歷史原因形成的傳統發展模式，存在著管理效率低、人工成本高、技術決策風險大等發展瓶頸。面對資源劣質化加劇、國際油價持續低迷、市場需求增長乏力等不利因素，迫切需要轉變生產組織方式，降低運營成本，提高管理效率，提升發展質量。

2.1 油氣開采行業的特點及傳統發展模式的瓶頸

深埋數千米地下的石油天然氣資源，從發現到成為產品，要經歷勘察、鉆井、試油、采集、輸送、處理等過程，業務流程長、管理環節多。過去主要采取集中計劃決策、逐級分解任務、直線控制推進的方式組織生產，各項職能以單鏈條、單方向傳遞的方式自上而下貫穿到基層，因此設置了較多的管理層級和職能部門，形成了錯綜復雜的業務關系和工作流程，容易產生管理盲區和職責交叉的問題。一項綜合性工作，不僅要逐級上報、請示，還要不同部門進行審批，由于各自都強調分管工作的重要性，缺乏橫向交流和溝通，相互協作的程度低，導致組織、協調的任務相當繁重，決策、管理和執行的效率不高[4-5]。

油氣開采作為技術密集、信息密集型產業，需要地質、油藏、鉆井、測井和采輸等多專業、多技術的共同配合，才能有效指導作業、生產。過去各個業務部門和生產環節相互共享的信息量有限、時效性又差，制造了大量“沉睡”的數據庫和信息孤島，沒有形成規律、知識發現的有效邏輯鏈條。同時，由于缺乏高效整合分散的技術力量和智力資源的統一平臺，大量的預測和判斷只能依靠領導或專家的個人經驗進行，也難以實現對一線生產問題的遠程會診和指導解決，導致決策管理的風險高、現場處置的效率低。

此外，與常見的集中式工廠作業以及其他礦產采掘行業不同的是，油氣開采的作業場所主要在野外，井站星羅棋布，管道線狀延伸、互聯成網，作業介質易燃易爆、高溫高壓、有毒有害，管理范圍廣、依托條件差、管控難度大。近年來，通過技術創新和生產改造，油氣開采的自動化、信息化程度有所提高，但生產場站仍以人工值守為主，一線員工的工作、生活環境較差，現場作業的安全環保風險較高，新增的業務、工作仍需大量的人力、物力再投入來支撐。隨著生產規模擴大、管理戰線拉長，用工總量、投資成本不斷增長、居高不下。

2.2 “互聯網+油氣開采”形成新的核心競爭力

面對“互聯網+”時代的到來和國家“智慧能源”戰略的提出，油氣開采行業理應轉變發展思路，打破固有思維、管理定式，積極探索新時代、大變革背景下提高發展質量、效益的新途徑。結合對過去自動化、信息化建設的經驗總結和思考[6-14]，提出了打造智慧油氣田的新思路，就是要充分利用“互聯網+”的開放性、互聯性和創造性，打破過去油氣開采過程中相對封閉的思維模式和管理模式，實現跨專業、跨部門、跨地域、跨行業的再連接、再融合、再創新，實現信息、知識、技術的實時共享和優化集成，全面提升油氣開采企業的自動化、信息化、智能化管理水平。通過建設智慧油氣田，從理念、戰略、管理、技術等各個層面與“互聯網+”的跨界融合與創新，充分發揮現代信息技術、數據技術在生產要素配置中的優化和集成作用，革命性地轉變生產組織方式，改變經營管理模式，再造業務流程，真正實現地質與工程、勘探與開發、科研與生產、管理與經營的數字化和智能化管理，進一步優化人力資源，提高管理效率，形成新的企業核心競爭優勢和內生增長動力，全面實現轉型升級。

3 利用“互聯網+”建設智慧油氣田的實踐探索

3.1 “互聯網＋”在油氣行業應用的使命與愿景

借力“互聯網+”，通過對企業內外部資源和生產要素的聚合、集成、配置與優化，改變勘探開發業務領域長期以來形成的“單兵作戰”工作模式、條塊分割的管理思維，消除信息孤島、拆除協同藩籬，催生公司體制機制演化、促進傳統生產組織與營運方式的變革，注入油氣田可持續發展新動力，形成油氣田勘探開發業務管理“自動化、信息化、智能化”的新形態（圖1）。

3.2 智慧油氣田頂層設計

智慧油氣田是在數字油氣田基礎上發展而來的油氣信息化管理新模式，是油氣田建設的新階段和新形態。

3.2.1 智慧油氣田總體架構

通過“互聯網＋”與油氣開采業務的緊密結合，系統建設與新技術的有機契合，基礎信息系統與專業信息系統之間的廣泛聯合，業務需求與系統應用的深度融合，從業務、技術、組織三個維度構建自動化、信息化、智能化的智慧油氣田（圖2）。

1)自動化。自動化技術是智慧油氣田的基礎，實現生產信息的自動采集、自動處理、自動傳輸和系統的自動預警、自動控制。

2)信息化。信息化技術是智慧油氣田的核心，實現油氣生產大數據在勘探開發生產各專業領域全過程實時的集成、共享、應用。

3)智能化。智能化技術是智慧油氣田的靈魂，實現智能生產優化、智能輔助決策。

智慧油氣田在前端實現自動采集與控制，在中段實現自動傳輸、安全存儲、實時監控，在后端實現技術支撐、智能分析與輔助決策（圖3）。

圖2 智慧油氣田總體架構模型圖

圖3 “互聯網＋油氣勘探開發”智慧油氣田頂層設計圖

3.2.2 “互聯網＋”時代智慧油氣田規劃與構想

智慧油氣田以勘探開發業務為核心，借鑒SOA理念進行功能設計，采用平臺化建設模式，整體規劃、分步實施，建設1套信息基礎設施，集成2個數據采集與數據應用服務系統，搭建6個業務支撐平臺（圖4）。在橫向上實現不同業務間互聯互通，模塊功能公用共享；在縱向上實現不同層級的信息集成整合，協同應用。2017年完成數字化油氣田建設，2020年實現智慧油氣田目標。

3.3 探索與實踐

中國石油西南油氣田公司(以下簡稱公司)緊扣油氣行業信息化發展趨勢和互聯網時代脈搏，在工業自動化基礎薄弱、通信不具備條件、業務系統應用需求復雜的背景下，按“因地制宜、統籌規劃、長遠結合、分步實施”的思路，歷時5年，改建并舉，完成了以油氣生產物聯網建設為主要內容的基礎設施建設與改造，基本構建完成了生產數據集中管理平臺，正穩步推進各類型業務管理平臺搭建工作，為公司建成智慧油氣田奠定了堅實基礎。

圖4 智慧油氣田建設平臺框架圖

3.3.1 “互聯網+”之新基礎設施：“云、網、端”的建設

經濟、社會活動的正常運行，有賴于基礎設施發揮其支撐功能。隨著經濟形態從“工業經濟”向“信息經濟”加速轉變，基礎設施的巨變也日益彰顯。

公司經過先期系統評估與論證，大力提升新信息基礎設施水平，形成疊加于傳統的油氣開采設施（油氣井、管道、站場、設備）之上、連接于關鍵生產要素（人、資本、油氣資源）之間的“云、網、端”系統。已經實現了1 379口生產井（超過總數的80%）、1 189座場站（超過總數的80%）實時數據自動采集、傳輸與監控，生產數據集中存儲率100%。優化形成“中心井站+單井無人值守”的開發生產新模式，減少一線用工量1 500余人。

案例一：信息化新基礎設施建設

中國石油西南油氣田某個作業區，下轄有氣田4個、生產站場54座、集輸氣管道556 km，分布于大山溝壑之中，自動化、信息化基礎薄弱。原來的生產方式為站場一線工人7×24 h值守、手工錄取每一項生產資料、人工監視每一臺設備狀態、電話接收每一條調控指令，“指揮部門”不能掌握前線的實時狀態，前線員工單兵作戰，遇到復雜問題孤立無援，安全生產管理水平亟待提升。2010年以來，公司以“SCADA系統、光通信和生產信息化”三類項目為載體，對生產作業場所進行改造，實現了“生產實時數據自動采集、關鍵過程連鎖控制、要害節點自動截斷、工業流程可視化監視、生產區域自動布防”等功能，基本實現了生產單元的自動化、信息化的管理。

依托“云（云計算）+網（互聯網、物聯網）+端（智能終端）”新基礎設施建設（圖5），作業區積極推進“無人值守、電子巡井、遠程管理”的一線生產管理新模式，提高工作質量、效率與水平。①生產管理人員通過系統應用平臺，實時分析在線生產數據及站場視頻和語音等信息，即可全面監控作業區生產一線，實時交互，實時指揮，遠程控制；②中心井站操作人員采用移動手持終端，依托GPS、物聯網RFID感知識別等系統，按工單任務，開展氣井、站場與管道的巡查與維護、風險作業監控及應急處置過程管理等；③對隱患、故障、異常、復雜情況診斷與處置等通過手持移動終端數據實時自動上傳功能，依托云平臺，在后方實施專業分析與支持，為問題解決提供遠程指導和保障；④利用物聯網智能設備狀態自診斷功能，各專業實時開展電子巡檢，遠程定位設備故障，并進行預測性與針對性維護，有效確保系統運行安全平穩可靠；⑤搭建“云+網+端”辦公體系，構建開發生產“點、線、面”業務鏈條與數據綜合分析管理系統，掛鉤崗位工作質量，實現管理提效、過程受控、運作模式轉型升級。

3.3.2 “互聯網+”之新生產要素：油氣生產大數據的共享

人類社會的各項活動與信息（數據）的創造、傳輸和使用直接相關。從“云、網、端”獲取的油氣開采各環節數據將通過優化勞動力、技術方案、資本資源等要素的結構和配置來施加對生產力的影響。

數據的挖掘只是其價值的一個方面，更大的價值在于數據的交換、分享所創造的價值［15］。如何在油氣開采全過程構建一個立體、多維、大范圍的數據交換和分享機制，是發揮大數據資源價值的關鍵所在。

案例二：油氣開采協同研究云平臺建設

公司根據科研生產業務特點，以勘探開發一體化研究為主線，整合數據資源，建立“在線”數據和流轉機制，在“科研云”上構建網絡化、跨平臺、跨專業的勘探開發一體化研究環境，對研究項目進行全過程的有效支撐與管理，達到協同研究、提高科研效率和質量的目的。

依托“油氣開采協同研究云平臺”（圖6），油氣開采過程產生的海量數據演變成企業生產的核心要素。①建立起數據驅動流程的科研工作“新生態”，形成在線“活的”大數據，可以隨時被調用和挖掘；②在線化的大數據流動性強，不會像以往一樣僅僅封閉在某個部門或項目內部。研究成果隨時可以在上下游、協作主體之間以最低的成本流動和交換，創造價值；③加速研究成果向生產力的轉化。系統建成投運后預計可減少勞動用工30%，縮短研究周期50%，節約軟硬件投資70%。

3.3.3 “互聯網+”之分工體系：網狀實時協同的新景觀

人與人之間的協作能力是人類進化產生的最大財富，但這種協作的有效性由于溝通交易成本的限制，在過去很難實現大人群的網絡效應[15]。

同樣，在油氣開采進程中，當所有研究、建設、生產、經營活動圍繞少量的重要數據展開時，企業內的管理和部門間的協作是單向的、線性的。而當數據是全方位、實時生成的時候，企業內的管理和部門間的協作就越來越像互聯網一樣，實現網狀、并發、實時的協同。

案例三：開發生產管理平臺的建設

兩年前，公司開始基于SOA思路，引入“互聯網＋”思維，著手開發生產管理平臺的建設（圖7）。通過建設數據集成應用服務平臺，整合開發生產業務流程，集成相關專業軟件和專業信息系統，搭建覆蓋油氣田開發全過程的管理平臺，實現集規劃計劃、產能建設、油氣藏工程、采油氣工程、油氣集輸、天然氣凈化等業務的一體化管理，建成跨專業、跨部門、跨系統的數據集成、業務協同平臺。

依托“開發生產管理平臺”的建設使用，油氣勘探開發業務由流水線生產的被動協作轉化為“大人群、多部門、跨地域”的實時協同。①打破了業務部門及生產運營環節傳統的單鏈條、單方向“串聯”模式，實現油氣開采多專業、多部門、實時在線的大規模協同，顯著提高管理效率；②利用“互聯網+”技術將相同目的、不同專業部門的人員以中心網狀發散的模式聚匯到一起，發揮群體的協作力和創造力，最大限度提高生產效率；③各種資源被整合到一個公共的集成應用平臺上，油氣開采全業務流在數據、知識、技術資源共享的和諧環境中相互支持協作，奠定了快速高效決策的基礎。

圖6 油氣開采協同研究云平臺架構圖

圖7 基于SOA的西南油氣田開發生產管理平臺圖

3.3.4 “互聯網+”之新競爭力：智慧油氣田的雛形

正如100年前的電力技術、200年前的蒸汽技術給人類社會帶來的變革一樣，互聯網技術的發展，使電信行業在近15年歷經了IP化、Web化、移動化的巨變[15]。

同樣，“互聯網+”時代的一整套信息技術（移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等配套技術）正在被不停地編織入油氣開采的全生命周期，并不斷融匯、創新、應用，新的競爭力磅礴而至。

案例四：整裝氣田數字化建設與智慧氣田初探

中國石油西南油氣田國內某最大的整裝氣田，在建設之初就確立了打造智慧油氣田的目標。高水平設計、建成、投運了“云、網、端”基礎設施，并同步建成了“數字化氣藏、數字化井筒、數字化地面”系統，實現了勘探開發與建設營運全產業鏈條、全過程、全生命周期的數字化和智能化管理，智慧油氣田雛形初顯（圖8）。

依托數字化和智能化建設和應用，氣田開采模式發生巨大變革。①建立起了“中心井站+單井無人值守”和“一個氣田、一個控制中心”的生產管理新模式，較傳統模式節約用工85%（該氣田產量規模占公司總量的50%）；②實現對鉆井工程、地面工程的全過程管理和實時優化決策，提高了氣田建設水平,例如在實時環境、協同平臺上，整合地質研究成果，結合鉆井輔助設計技術對井軌跡進行設計優化和跟蹤調整，提高氣井獲氣成功率和測試產量；③建立物理和數學模型，利用計算機模擬技術對氣田開發系統地實施 “地質工程+井工程+地面工程”的實時分析、動態預測和優化調整，提高氣田開發效果；④利用物聯網、計算機模擬和GIS技術相結合，實現應急預案優化、應急力量合理配置和應急處置的快速、高效；⑤利用三維建模與數字仿真技術實現在線、可視化和遠程培訓，提高員工技能素質。

隨著該智慧油氣田建設的持續完善和應用的不斷深入，在資源發現、氣田建設、油氣生產、技術決策及營運階段資產管理、運行優化、風險管控等業務鏈呈現出智能化決策勃發的新態勢，并勢必帶來企業體制機制演化與變革、生產要素配置效率與效力提升、人力資源活力激發與工效增強等“蝴蝶效應”，提升油氣開采核心業務在企業價值鏈中的盈利能力，生成企業新的核心競爭力。

圖8 公司某整裝氣田數字化系統圖

4 結論

“互聯網+”時代的到來，是傳統產業轉型升級的難得契機。智慧油氣田是“互聯網+”時代油氣開采行業發展的必然趨勢，事關核心競爭力、事關可持續發展，是各大油企競相爭占的制高點。中國石油西南油氣田對智慧油氣田建設進行了積極有益的試點探索，取得了初步的成果，積累了一些經驗，理應乘勢而上、更加有為，充分運用“互聯網+”的思維方式和先進技術，全面提升企業管理水平，持續降低運營成本，不斷積聚新的核心競爭優勢，努力開創“有質量、有效益、可持續”發展的新局面。

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Construction of smart oil and gas fields in the “Internet Plus” era

Xie Jun
(PetroChina Southwest Oil and Gas field Company, Chengdu, Sichuan 610051, China)
NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 1，pp.137-145， 1/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:The notion of “Internet Plus” is continuously influencing the whole economic society and impelling its profound transformation. It has triggered the successful change in many industries and domains, such as media, finance, retail and service. It also brings challenges and opportunities to the traditional oil and gas exploitation. In this paper, the implications and characteristics of “Internet Plus” were described. Moreover, the difficulties in the current development of traditional oil and gas exploitation were discussed, and the new core competitiveness based on Internet Plus oil/gas exploitation was prospected. Especially, this paper presented the practice of PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company in constructing smart oil and gas fields with the functions of automation, information orientation and intellectualization based on Internet Plus. With specific examples, the remarkable effects of smart oil and gas fields on production organization mode transformation, decision management efficiency improvement, human resource distribution optimization and operation cost reduction were illustrated. The study provides the reference for better transformation and upgrading of oil and gas exploitation in the changing times.

Keywords:Internet Plus; Oil and gas exploitation; Smart oil and gas fields; Transformation and upgrading; Practice; PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company

(收稿日期2015-11-09 編輯 韓曉渝)

作者簡介：謝軍，1968年生，教授級高級工程師；主要從事常規和非常規油氣開發管理及研究工作。地址：（610051）四川省成都市成華區府青路一段5號。ORCID:0000-0002-0048-3714。E-mail: xiejun01@petrochina.com.cn

基金項目：中國石油天然氣集團公司信息化建設項目。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.01.018