油氣田數字化轉型生產管理應用實踐與思考

文｜許亞輝 陳燕

在全球性數字化轉型浪潮的沖擊下，油氣行業也在規劃應用新技術，調整生產經營運行模式，積極探索數字化轉型實踐經驗。通過建立應用平臺、制定標準數據庫以及大數據等輔助決策功能，實現生產經營管理全業務鏈條數據信息共享和深度應用，從組織架構、管理模式、業務流程等方面產生大的變革，挖掘勘探、開發、運行、安全等方面的跨平臺、跨專業、多業務的協同化綜合應用場景，高效整合有利資源，形成生產管理、科技攻關等方面的合力，提升生產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，受國內勘探開發難度加大等因素的影響，國內各大油氣生產商的整體利潤均大幅縮水。在新常態下，各油氣生產企業不得不壓縮投資規模，進一步提升管理效能和生產效益，傳統手段壓縮空間有限，數字技術作為產業升級的支撐力量越來越受到重視。隨著國內經濟高速發展，能源需求量持續攀升，國家越來越重視國內油氣資源的開采與利用，我國主要的石油與天然氣生產基地是長慶油田、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，在油氣開采、儲存、輸送等管理方面積極探索，廣泛應用信息化+物聯網+智慧工廠等先進技術，提出了更加精細的數字化建設標準及要求，進一步優化天然氣生產過程管理流程，革新生產管理模式和方法，積極探索數字化轉型實踐經驗，為油氣田數字化轉型提供參考。

二、數字化應用常見問題

油氣生產企業通過業務需求陸續搭建了各種應用平臺，信息化建設初見成效，基本實現了現場生產自動化控制與數據監測。但是，仍存在生產管理平臺及數據集成分析未有效交互和融合，數據深度利用程度不夠，已有應用系統分散、功能單一，各專業數據無法共享，生產實時數據采集質量和數據信息共享程度不高，無法支撐未來跨專業、跨板塊協同的工作模式等問題。

三、數字化轉型內涵及主要方法

油氣行業作為傳統工業產業，面對能源革命和能源轉型加快推進的新形勢新趨勢，有效利用云計算、物聯網、5G、大數據、人工智能等為代表的數字技術，驅動業務模式重構、管理模式變革等。持續發展油氣田數字化轉型要符合數字技術賦能應用、數據體系建設和管理模式變革三項基礎功能需求，將數字技術與油氣田業務充分融合，提升管理效能和生產效益，驅動油氣田高質量發展。

（一）數字技術賦能應用

隨著信息化、物聯網等技術建設應用，油氣田企業已經建立了相對完善的信息化基礎設施和數百套應用系統，主要包括SCADA系統、無泄漏監測系統、光纖和次聲波預警系統、腐蝕監測系統、生產運行管理平臺、數字化管理平臺等，覆蓋了生產經營的各個方面，達到了油氣田自動化生產和安全管控要求，為“中心井站+無人值守”提供良好條件，提高了生產管理和運營效率，節約了人力資源和管理成本。

油氣勘探開發生產一線，每天都會產生大量的數據，面對油氣田企業海量大數據，在工業互聯網全業務鏈條建立信息化支撐體系的情況下，利用公司A4、地面數字化移交平臺疊加實體對象數據構建虛擬生產系統，并接入A1、A5、作業區數字化管理平臺、開發生產管理平臺、生產運行平臺、分公司完整性管理模塊等，按照監測預警數據、崗位管理數據、關聯疊加實體對象、業務管理數據、地理信息數據等人財物事數據歸類，打通之前的信息孤島，建立數據湖，制定數據標準、開展數據治理、數據共享與大數據分析，全息全景全要素構建虛擬氣田，為油氣勘探開發中地質、油藏、采油氣工藝、地面建設、生產管理以及經濟評價等多專業、多信息、多系統、多平臺的綜合研究智能化、協同化提供數據支撐。

圖1 數據體系建設架構圖

數字化、智能化已經成為全球生產力變革的關鍵基礎，也是產業升級的支撐性力量。在這一背景下，很多油氣田企業基于信息化、物聯網等技術能力已構建數字化氣田。面對油氣田企業海量數據以及有限人力資源，輔助決策功能能實現以管道、站場、設備為對象，提供知識圖譜功能，以結構化的形式將數據建設成果、系統建設成果、數據分析成果等按照地面工程數據標準進行統一整理和組合，展示各類數據之間的邏輯關系，并實現定位、圖表、分析、報表及頁面的關聯，展示管理對象的全生命周期數據信息；打造數據的二次組態功能，提供包括電子沙盤全景組態、工藝流程圖仿真組態、大數據分析預警功能、綜合監測預警功能、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、領域知識以及自動化的智能分析，形成大數據智能分析應用，為油氣田生產管理提供輔助決策支持。

（二）管理模式變革

依托信息化、物聯網等建設成果，生產管理模式逐漸由自上而下的“廠級+作業區級+中心井站+單井”四級調控方式向“廠級+中心井站”兩級直線調控的扁平化模式轉變；單井站建設初期按照無人值守設計、實施，建成投運后，根據現場生產情況以及無人值守條件確認，由有人值守逐漸轉為無人值守場站，區域按照“一個氣田一個中心”設置了控制中心，氣井生產調控和應急處置權限優先級授權給中心井站調控中心；集（配）氣站工藝流程較單井工藝復雜，兼顧安全運行和氣量精準調配，目前已實現遠程自動分輸和遠程應急關斷等功能，在中心井站級、廠級都能實現遠程調控功能，其他級調度中心只作監視；數字化轉型優化的人力資源，集中培訓、考核，鍛煉了一支“一專多能”的操巡隊伍，形成“遠程集中調控+中心站操作巡檢+三級單位運維保障”生產管理模式。

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內生產氣井開展電子巡檢，巡檢標準參照審核下發的場站工藝參數卡片，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責無人值守井站開關井操作、異常情況現場處置、日常巡檢與設備設施維護保養；每次巡回檢查時，現場人員都將與中心井站控制室儀控崗人員一一核對現場各類監測數據和設備狀態，確保站控系統顯示數據和狀態真實可靠。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導及技術干部管線三類人員現場巡檢；其次，管線沿線安裝有技防措施，包括光纖預警、次聲波預警系統等，大大提升了全天候、全時段管道運行安全管理水平；另外，中心井站設置了無人機巡檢設備，按預定周期或者技防設備發出報警時，第一時間對管線進行沿線拍照和AI識別，將高風險管段或者存在第三方占壓的視頻及圖片傳回大數據平臺，可遠程喊話告知安全風險，實現管道安全風險有效管控。

利用數字化管理平臺、開發生產數據整合平臺以及設備管理系統等數據，充分運用生產數據中臺大數據整合、分析的手段，結合數字化管理平臺人工上報、設備管理屬性驅動和工作質量標準（電子工單）驅動的三種方式實現設備設施運維保障工作流驅動，除數字化管理平臺上報問題需受管理崗任務確認再分發，其余自動將任務以電子工單的方式下發至中心井站、運維保障班組以及外委維護隊伍，并在數字化管理平臺上實現管理閉環。通過數字化管理平臺掃描設備身份證FRID，將設備設施維護保養及檢修信息精準入數據湖，實現設備設施出廠信息、檢修記錄、維護保養等要素信息的可溯性，實現設備設施全生命周期管理。收集到的設備設施性能及檢修信息，能有效掌握設備運行狀況，提出預知性維修計劃等，大大減少或者避免非計劃停機時間，保障氣井安全平穩生產。

天然氣開發生產安全風險較高、危害程度大，給地區經濟發展提供支撐，也對安全提出了新的挑戰。結合突發事件類型、級別和響應時效等因素，根據天然氣生產常見突發事件，區域中心成立了系統內上下游聯合應急工作組和地企間應急聯動工作組，并制定了區塊聯合應急預案和地企聯合應急預案。為有效整合應急資源、周邊居民分布、道路通行能力等信息，區域中心建設了應急指揮平臺，在投運前，將場站管道測繪、人居調查、救援資源分布、地理遙感信息、風險評估報告和動態決策輔助等數據整合，建立了區域高風險、地災敏感點等風險源分布、應急資源分布以及空間坐標信息的數據庫。該平臺作為突發事件應急指揮和輔助決策的重要依據和支撐，大大提升應急處置效率。

正常工況下，各專業按照職責要求開展場站、管線安全風險監控和預警，區域控制中心24小時連續作場站泄漏監測和管線預警平臺監控，為突發事件作好預防準備。在突發事件狀態下，按照誰先發現誰先處置的原則，第一時間進行就地或遠程處置，根據影響程度劃分啟動對應應急預案，并立即轉入區域應急工作組統一指揮，實現突發事件的快速處置、應急資源的調動、周邊群眾的疏散、突發事件的快速恢復等，確保應急處置及時有效，影響范圍控制到最小。

基于油氣田企業網絡、數據庫、管理軟件平臺等數字化建設要素環境，將生產業務流程、財務會計流程和管理流程有機融。通過業務數據、管理結果數據與財務數據對接，加強油氣生產單位成本、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，將真實準確記錄生產經營中的經營性數據，支撐生產經營管理決策。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分類定位，結合執行工單的內容及執行時長、質量等，對車輛、人員安排合理性以及現場操作效率作動態跟蹤分析，提升人力資源使用效率，也提高生產應急的處置效率。在員工量化考核方面，通過數字化管理平臺員工完成工單數量、工單難度系數、井站類別系數等關鍵指標進行折算量化打分，量化結果應用到員工績效考核，通過量化衡量員工工作的質與量，建立有效的激勵競爭機制，最大限度調動員工積極性和主動性，營造良好的工作氛圍。

（三）業務流程重塑

數字化轉型非常注重油氣生產整個系統的一體化協同，具有跨專業、系統性、效率高的優勢。在生產上，采用數據遠傳、數據共享、智能分析、輔助決策等，對氣田開發生產形成多專業、跨平臺指揮作業。通過控制中心大屏、現場技安防設備及各項監控數據、應急資源等統一指揮、多專業協同配合，提高生產作業時效性和科學性。在管理上，按照閉環管理方式，形成勘探開發工程一體化協同研究、天然氣生產過程一體化協同管控和天然氣產運儲銷一體化協同運營，三個“一體化協同”重塑業務流程和企業價值，勘探、開發、運行、安全等專業緊密協作，成立一體化協同工作組，高效整合有利資源，形成油氣田開發生產管理的強大合力，以實現生產管理效能和經濟效益的最大化。

天然氣生產過程中，傳統模式按照既定要求開展各項業務工作，業務工作單一化、不具系統性，未形成專業間的有效交互和融合，按時開展過程質量管控監管難度也比較大。數字化轉型后，天然氣生產管理結合新型作業區打造以及風險特點變化，從組織架構、業務流程設置、業務工作重點、過程質量管控等方面作出了調整，以適應“油公司”模式下，生產現場和作業現場的安全風險管控。各項工作任務均以電子工單形式下發至責任人，在數字化管理平臺上能實時觀察工單進程、完成質量等。工作任務驅動也不再是單一方式，可通過設備屬性、工作質量標準、受控管理的任務下發以及大數據平臺分析預判等，不只管控常規工作完成質量，也能根據生產實情，作臨時任務的安排及跟蹤，大大提高了氣田開發管理水平和效率。

四、數字化轉型成效

推進油氣田數字技術賦能應用，構建了新型“中心站＋無人值守站”運行管理模式，將新型組織流程與數字化、智能化管理相統一，減少管理層級，推行“廠處級—中心站”管理模式，將傳統四級管理模式壓縮為兩級，縮短生產指揮鏈條，有效破解了快速發展、井數遞增與管理難度加大、用工總量控制之間的矛盾。

數字化轉型實現生產運行管理全過程閉環管理，實時監控油氣生產，精準把控運行趨勢，實時報警異常情況，實時推送信息指令，提升生產組織實時性、機動性，助推生產管理工作方式的變革，形成“遠程集中調控+中心站操作巡檢+三級單位運維保障”的生產運行模式。

數字化轉型后，業務重心將由油氣生產向油氣生產與數字化管理并重發展，將數字化、智能化內容納入生產一線專業操作、技術崗位應知應會內容，打造一批既懂油氣生產、又懂數字化的復合型人才，建立自主運維的激勵機制和人才梯隊，形成專業化自主維護隊伍。

通過數據流監控業務流，跟蹤運行時效、提高管理效能，完善開發、生產、工程關鍵指標自動統計與趨勢分析功能，實現數據互聯共享，對氣藏、氣井、地面工程全生命周期數據應收盡收，并在實體對象上組織、掛接、分析、呈現，全面關聯氣田的人、財、物、事，打造數字化管理新型能力。

以全息全景全要素氣田數據為基礎，以業務應用為驅動，兼容、對接第三方大數據分析模型、算法和分析結果，形成大數據智能分析應用，賦能智慧氣田。