國內油氣田企業數字化轉型、智能化發展創新與實踐

徐常勝 王駿 梁愛國 李磊 孫珀

面對抵御低油價風險能力弱、管理運行效率不高等諸多制約高質量發展瓶頸。克拉瑪依紅山油田有限責任公司（以下簡稱紅山公司）堅持創新驅動發展，率先實施機構扁平化和三項制度改革，全面建成低成本、覆蓋面廣、應用領域多的稠油油藏物聯網，研發應用中國石油上游板塊首例智能生產管理信息系統，成功構建物聯網、油公司模式下管理架構和運行模式，為國內油氣田企業數字化轉型、智能化發展提供了有益借鑒。

一、前言

習近平總書記在2018年全國網絡安全和信息化工作會議上明確指出，要發展數字經濟，加快推動數字產業化，依靠信息技術創新驅動，不斷催生新產業新業態新模式，用新動能推動新發展。要推動產業數字化，利用互聯網新技術新應用對傳統產業進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產率，釋放數字對經濟發展的放大、疊加、倍增作用。要推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合，加快制造業、農業、服務業數字化、網絡化、智能化。新冠肺炎疫情和油價暴跌“兩只黑天鵝”疊加而至，給油氣企業生產經營甚至生存發展帶來了嚴重沖擊，同時也給企業加快數字化轉型、智能化發展提出了新的要求。2020年4月，中國石油天然氣集團有限公司董事長、黨組書記戴厚良強調，數字化轉型涉及企業的治理體系、治理能力、組織架構等，要結合企業實際，把推進數字化轉型的基礎、優勢和不足摸清楚，要統籌謀劃，做好總體設計，分層分步實施；要明確目標，統籌好相關措施和制度，先行先試后再進行推廣。紅山公司以此為契機，結合公司實際情況，在數字化轉型、智能化發展工作中進行了有益的嘗試。

（一）紅山公司概況

紅山公司由中國石油天然氣股份有限責任公司、新疆能源（集團）有限責任公司、新疆生產建設兵團投資有限責任公司三方共同出資，于2012年9月在新疆克拉瑪依市注冊成立，合作面積100.1平方公里，總儲量4312.07萬噸，合作期限20年，是獨立的經濟法人實體、中國石油上游產業與地方創新合作發展首例。紅山公司開發油藏為紅山嘴油田紅003井區塊稠油油藏，油藏50℃地面原油粘度平均6000毫帕·秒以上，最高達28000毫帕·秒，屬于超稠油油藏，采用蒸汽吞吐、蒸汽驅工藝開發。歷經多年勘探開發，共有注、采井1894口，建成了生產注汽、原油處理、原油外輸等主體工程以及供水、供電、供配氣等生產配套設施，是中國石油新疆油田首個地面標準化建設示范區和“地下高效采油、地上觀光旅游”石油工業景區。

（二）數字化轉型、智能化發展基礎

1.物聯網方面

從物聯網覆蓋率來看，蒸汽驅注汽井、計量管匯、轉油站、注汽站、原油處理站，物聯網隨產能建設，覆蓋率均為99%以上。

2.管理方面

紅山公司高度重視物聯網及信息化建設，成立了以主要領導為組長的專門機構對公司未來物聯網及信息化建設進行規劃，并大力推進規劃落實工作，為數字化轉型，智能化發展提供了堅實保障。

3.人員方面

經過多年的物聯網建設，培養了一批既懂生產又懂信息化建設的綜合性人才，為未來數字化轉型、智能化發展奠定了堅實的人力資源。

（三）存在的問題

受單井物聯網建設成本較高影響，單井物聯網覆蓋率僅為3.8%，與生產密切相關的溫度、壓力錄取，油井啟停、放套氣和檢查井口設備設施及工藝管線的異常狀況仍需要人工現場巡井、人工操作來完成。

油田單井原油含水計量需每天通過人工現場取樣化驗獲取，人工取樣勞動強度大且存在燙傷、伴生氣中毒、原油落地等安全環保風險，同時人工化驗效率低、誤差大、時效性差。

油區視頻覆蓋率不高，僅在原油處理站、注汽站及料場等部分重點站庫部署了43臺模擬攝像頭，無法實現覆蓋全油區的視頻智能監控。

為確保油井物聯網等一系列改變現有勞動組織的工程，適應“油公司”業務流程體系，急需一套以生產管理為核心的智能應用系統，全面提升管理效率和水平。

二、數字化轉型、智能化發展關鍵技術與實現路徑

面對國際油價斷崖式下跌并長期低位徘徊的嚴峻形勢，如何實現油田物聯網建設標準不降，建設低成本及運行低功耗成為油田數字化轉型能否實現的關鍵。紅山公司通過多年的技術實踐，優選應用LORA（低功耗廣域物聯網）傳輸技術、多井共用在線自動測量含水技術、無線微波網絡通訊技術及業務全面上云等信息技術手段，構建起由采集控制、數據傳輸、生產管理平臺三大部分構成的物聯網系統總體架構（圖1），為低成本數字化轉型智能化發展奠定了堅實基礎。

（一）LORA傳輸技術

紅山公司新物聯網工程的建設，依然是基于中國石油 A11架構的采集和傳輸標準，但取消了RTU、CPE。采用LORA（WAN/ TDM）傳輸技術，簡化為傳感器、網關、平臺透傳新模式，該模式簡化了油氣生產物聯網硬件層級和架構（圖2）。

（二）多井共用在線自動測量含水技術

針對稱重式計量和功圖計量兩種工藝流程（圖3、圖4），利用多通閥裝置及集輸管網，將分散油井采出液匯集至在線含水儀處，通過自動選井功能實現單井含水在線測量。單臺在線含水儀最多可滿足24口井計量需求，實現多井、多管匯共用。為保證油井含水測量的準確性，從采出液流動形態入手，研究制定了將集輸管網內暫存介質完全替換為測量井采出液的計算方式。在此基礎上，完善自動調控系統，利用無線傳輸設備，實現油井產液量計量與含水率測定聯動，數據可自動采集遠傳并自動生成生產報表。

（三）無線微波網絡通訊技術

通過對比無線微波、4G、McwiLL等主流無線通訊技術，優選無線微波通訊技術（圖5）。按照“共建共享”理念，租用油區通訊鐵塔資源，部署4套無線微波主站設備，實現了油區視頻無線網絡全覆蓋，為移動視頻靈活部署，減少征地費用，打造全面可視化油田奠定了堅實的技術基礎。

（四）基于微服務、組件化的可視化定制技術

根據生產安全管理需要，結合紅山公司現有自建系統，研發應用中國石油上游板塊首例智能生產管理系統—智能紅山PM系統。為確保系統適應未來云模式下的運行方式，并根據需求變化和用戶體驗，具備快速迭代的擴展能力。選用賽魯班可視化定制工具，將可復用的模塊化組件作為模塊開發資源使用，通過“組件+服務”模式組裝成業務模塊，縮短系統開發周期（圖6）。該工具定制的程序，完全適用于Docker容器技術，利用微服務+Docker的組合，使業務應用能夠與云平臺融合，實現“業務上云”。按照《中國石油移動應用大廳》相關接口和規范，采用Cordova+Angular+Ionic框架，開發移動端應用，符合中國石油信息安全標準。智能紅山PM系統以油田生產管理業務鏈為主線，依托現有信息化建設成果，融合自動化系統 、視頻系統、人力資源系統、地質研究系統、無線通信網絡等，集成全油田生產動靜態數據、實時數據、視頻數據、設備運行數據、安全隱患數據、區域風險數據等，以可視化監控、智能工單、智能預警為主線，建成一套集監控、運行、指揮、管理、應急于一體的智能生產管理系統，形成預警智能化、監控可視化、運行閉環化、決策精準化、協作一體化和事前預警、事中指揮和事后分析全過程控制。智能紅山PM系統包括承包商管理、生產運行管理、生產監控與預警管理、生產動態分析、生產決策管理、崗位工作臺、設備全生命周期管理、工程項目管理和應急指揮管理共9個模塊（圖7）。

三、數字化轉型、智能化發展成效

紅山公司根據推進高質量、有效益、可持續發展需要，全面推進油井自動化、稠油含水在線分析、井場視頻監控等物聯網建設與集成應用，創新研發應用中國石油上游首例智能生產管理信息系統，建成“八大中心”新型油田作業區管理架構，并將自動化、信息化技術與核心業務緊密結合，實現數據驅動業務的創新模式，重構了現場生產組織和管理業務流程，實現業務歸核化、機構扁平化、專業協同化和管理數字化，減少了現場用工，提高了人均勞動效率，達到減員增效、降本增效目的。

（一）全面建成低成本、覆蓋面廣、應用領域多的稠油油藏物聯網

國內首次實現成本1萬元以下油井物聯網。2019年7月至10月，在1449口重點井安裝溫度、壓力遠傳儀表、功圖儀及電參等物聯網設備，完成地面自動放套氣工藝改造，應用低功耗廣域物聯網傳輸技術（LORA）及云組態技術，采集壓力、溫度、電壓、電流、示功圖、運行狀態、沖程、沖次等8項關鍵參數，實現油井生產數據自動采集、分析診斷、遠程啟停和自動放套氣等功能，徹底改變了采油工抄數據、錄數據、人工啟停抽油機、放套氣等傳統巡檢模式，實現故障巡維。新一代油氣生產物聯網與傳統的油氣生產物聯網相比，有著非常明顯的優勢，總結來說就是“低成本、低功耗”。低成本主要是單井設備及施工造價從過去的2.5萬元降至0.9萬元左右，同時也降低了后期運維成本和難度。低功耗主要是大幅度延長現場無線儀表的電池壽命，結合太陽能技術，使無線儀表電池壽命從3年延長到7.5年。

國內首次攻破稠油含水在線監測、自動選井等難題，實現稠油含水在線監測全覆蓋。共安裝調試完成131臺含水儀，計量油井1693口，單井測定含水與化驗差值在5%以內，滿足地質生產分析需求，徹底取代了人工取樣、化驗、錄入等固有模式，打通了油田生產全過程自動化“最后一公里”。

實現油區智能視頻監控全天候全覆蓋。在500座井場及管匯安裝732部視頻設備，搭建流媒體服務器及3大監控平臺（生產、安全、應急一體化指揮平臺、在線監督平臺、電子巡檢平臺），實現井場、管匯闖入智能分析、語音警示，處理站、鍋爐、重點部位周界實時監控，風險作業移動視頻監督，形成覆蓋全油區的實時監控及應急指揮調度，為實現油田“無人值守、故障巡維”奠定基礎。

自主搭建大數據分析平臺。通過物聯網建設，結合生產動、靜態數據，采用自主研發及引進的方式，開發生產輔助分析、異常井、汽竄井管理、功圖診斷及量液系統，實現故障智能診斷、異常信息自動發布和處理過程網上流轉閉環，油井運行效率和管理水平大幅提升。

（二）創新“八大中心”新型油田作業區管理模式

數字化轉型不僅是設備與技術的更新換代，更重要的是與之相匹配的管理模式創新。為確保物聯網等一系列改變現有勞動組織的工程，適應公司業務推進流程體系，紅山公司按照“新型油田作業區”建設和“油公司”模式改革目標，率先實施機構扁平化和三項制度改革，集中精力做強主營業務，將生產、經營、技術、科研、管理、黨群等全部職能專業化協同到“八大中心”，建立“專業協同，流程優化，界面清晰，責權匹配”的組織機構（圖8），實現專業協同、環環相扣。按照新架構，公司組織機構設置和人力資源配置進一步優化。一是管理扁平化。機構減少8個，較2017年“五定”方案壓減50%。二是去行政化。三級正、副定員下降12.5%，不再按“正、副科級”行政級別管理，實行層級類別管理，中心領導人員由身份管理向崗位管理轉變。三是富余用工顯性化。“十四五”期間，用工總量將逐年降低，達到150人以內規模，用工總量僅為“采油廠-作業區-班組”傳統模式的29%。

（三）構建跨專業、跨部門的業務貫通、快速響應及協作聯動一體化機制

1.打造專業協同環環相扣的業務新流程

按照管理扁平化、專業協同化要求，針對新物聯網技術、動態分析發現的問題，形成智能工單，實現智能精準派工。智能工單可根據任務類型，通過大數據分析，能夠自動或可定義生成不同類型工單；工單能將生產任務數據及相關文檔自動填寫，例如，報警信息自動填入工單；工單能夠點對點、點對多點的派工后反饋信息匯集；同一事物多次派發工單能夠相互關聯，能夠追蹤歷史和事后分析；根據派工內容，工單能夠自動判斷該工作中容易產生的隱患或問題，為現場人員提供提前預警。智能派工是指，系統具有自學習能力，可根據人員崗位職責、工作能力、出勤情況、專業證件等進行智能機器人派工。此外，通過手機GPS定位、掃描二維碼等方式，一線操作員工能隨時查看所有井的動、靜態數據、自動化數據、措施作業等信息。

2.打造“互聯網+承包商”的閉環管理新模式

推行扁平化管理后，用工模式將逐步調整為“管理+技術+核心技能骨干或業務外包”。因此，對承包商的管理及生產問題的解決和監督是信息化建設重點。針對承包商管不住的風險，公司利用信息化手段，在中國石油上游板塊首創承包商管理系統，建立起了一套承包商分類分級管理體系，持續強化承包商安全監管，實現甲乙方共融共進共贏。紅山公司承包商管理系統，實現了承包商資質審核、人員機具報備、作業申請、承包商監督、電子表單（五交底、作業許可等）、承包商違章、分級評價、入場離場及培訓教育等功能網絡化和智能化管理（圖9），提高了承包商管理效率和安全管理水平，實現現場施工管理和互聯網智能的有效結合。培訓教育模塊支持甲乙方在線培訓，具備實時記載、觀影記錄等功能。

3.建立全員參與、全崗覆蓋、全程管控的安全隱患管理新機制

建立風險隱患平臺，全員實時使用手機APP隱患上報功能，以文字、圖片、視頻、語音等方式記錄所發現的隱患，針對不同類型、不同級別的隱患，智能工單將隱患自動推送到最適合處置該隱患的人或部門，隱患排查處置效率由過去5-7天，縮短至1-3天。

4.健全應急管理工作體系，提高應急處置能力

應急管理系統包含了應急預案的演練、應急物資管理、應急預案的啟動等功能。其中預置了多種應急預案，啟動預案后，將預制的處置任務自動發到相關人員手機上，完成任務并及時反饋，統一部署，協同執行，提高預案的執行效率，有效避免事態擴大。

四、認識

（一）數字化轉型、智能化發展是“一把手工程”

在企業轉型過程中面臨著新舊思想的強烈碰撞，這要求企業管理者能帶頭轉變觀念，堅定轉型發展的信心和決心，甚至是思想、行動上的一次自我革命。紅山公司將數字化轉型、智能化發展作為打造中國石油上游合資合作標桿的關鍵之舉，主要領導親自謀劃實施以改革創新為主線的高質量發展方案，專門召開創新發展大會，親自布局推動創新發展工作，鼓勵全員創新創造熱情；實施過程中，采取自上而下定期聽取項目進展、指導物聯網深化應用及現場跟蹤問效等方式，有效推動了規劃落實。例如，在現場施工組織方面，通過配強項目管理團隊、優選專業化施工隊伍，2019年7月物聯網工程開工建設，僅89天完成1449口油井自動化、731臺井場視頻監控和131臺含水儀建設、調試及投用工作。

（二）數字化轉型、智能化發展核心是技術創新

當前，國家大力推進新一代信息技術應用為主要內容的新型基礎設施建設，給油氣田企業數字化轉型、智能化發展帶來了新的發展機遇。油田數字化轉型、智能化發展是自動化、物聯網、大數據、人工智能、機器人等先進技術的結合，通過數字化手段實現油田生產動態全面感知、趨勢預測和提升優化，是油田實現精細管理的關鍵。例如，在異常井管理上，實現電子巡檢發現異常報警與生產出現異常井同步呼出，并以智能紅山PM系統派發智能工單，督促現場高效、高質量、規范完成處置工作，異常井發現及時率達98%以上，3日內有效處置恢復率達到97%以上，恢復時率縮短至1.5天以內。

（三）數字化轉型、智能化發展需要與創新管理模式相匹配

數字化轉型不僅是設備與技術的更新換代，更是數字化條件下的業務轉型，涉及企業管理模式的重大變革，需要與之相匹配的管理模式創新。紅山公司2019年9月初搭建“八大中心”新型油田作業區管理架構，重構了傳統采油廠生產組織業務流程，建立起了專業協同、環環相扣的管理體系，與物聯網建設成果相匹配，縮短了管理層級和管理鏈條，改造了業務流程，優化了管理模式，提高了管理效率，推動了數字技術與生產經營管理深度融合。

（四）數字化轉型、智能化發展是系統性工程

數字化轉型、智能化發展從戰略謀劃、方案設計、組織實施、場景打造到深化應用，是一項系統性工程，實施過程中面臨著技術創新、能力建設、人才培養等諸多挑戰，要求企業從優化選商采購、個性化、定制化服務等方面下功夫。紅山公司作為獨立法人單位，有經營自主權，公司圍繞打造行業內知名的創新型企業，通過與掌握關鍵核心技術、有先進理念、創新能力的企業建立長期穩定的戰略合作伙伴關系，組建成了集方案設計、產品研發、施工建設與后期維護為一體的智能油田團隊，形成了數字化生態聯盟，未來有望為行業發展注入新動力。

作者單位：克拉瑪依紅山油田有限責任公司