油田運營的數字化應用現狀與前景分析

吳子現，王寶貴

（中國海洋石油國際有限公司，北京 100028）

數字油田是全面信息化的油田，即指以信息技術為手段全面實現油田實體和企業的數字化、網絡化、智能化和可視化。數字化的油田運作模式，以及智能化無人化的探索實踐，在過去幾十年來無疑為提高效率和降低成本做出了突出的貢獻。在當前能源革命、能源轉型加速的背景下，傳統的油氣行業必須致力于打造更高效率和更低成本的作業模式以保持未來的發展可持續性。

本文通過分析目前油田管理數字化實踐，分析該轉型為油田運營帶來的效益，以及未來的增長潛力。

1 數字化油田的概念

數字化油田是一種將業務流程管理與數字技術相結合的概念，以實現工作流程自動化，從而最大限度地提高生產力、降低成本，并最大限度地降低與石油和天然氣運營相關的安全和商業風險。

數字化油田正在推動各種技術的采用，這些技術將收集各種形式的運營數據與現場作業實際相結合，以推動新的基于數據分析的決策。這些新技術應用是數字化油田實現更高效率的關鍵。

數字化油田的概念貫穿了從勘探直到開發生產各個環節，甚至企業的數字化運營環境，包括ERP、供應鏈，都在完整的數字油田的概念里。本文主要探討數字化技術在油田生產過程中的運用實踐，主要包括油藏開發優化、生產優化、二次采油優化、修井優化。

2 數字化油田現有使用場景

數字化油田技術近年來得到了石油公司的大力推廣，在世界主要產油區如中東、北海和美洲區域都有比較廣泛的應用。不斷進步的數字化技術使得石油生產公司內各層級的人能夠執行復雜的分析、診斷，并幫助制定戰略決策。以下是數字化技術的幾個典型使用場景。

2.1 聯合作業中心

利用海上油田實時傳輸的可視化數據、信息以及圖像，陸地辦公室內包括裝備部門、生產部門以及采辦、HSE等部門的跨專業的人員可以對海上的生產情況進行實時分析、支持和決策，為海上安全生產提供迅速準確的技術支持。提供給聯合作業中心的信息以可視化的方式呈現，并展示作業支持中心所關注的關鍵指標。聯合作業中心還有效彌合了陸地人員、海上人員和不同班次工作人員之間的溝通障礙，使信息的一致性和決策時效性變得緊密和高效。

2.2 集成的設備狀態監測和響應

集成化的設備狀態監測和響應包括設備設施運轉狀況、備件情況、產量損失的監測和管理。設備設施的實時運行狀態數據傳輸至中控界面，并可通過高速信息網絡進行實時分享，設備設施的運轉狀況變得可視化。

如圖1所示，油田的主要生產設備設施通過一個概覽的方式傳遞給陸地作業支持中心。在一般的場景中，設備設施狀態會以交通燈的形式展示，并可以利用存儲的歷史信息分析該設備設施的運轉曲線和既往故障數據，對以后可能發生的故障進行預判，提出預防性維護方案。

圖1 油田設備設施運行監控界面

該系統具備對數據分析和比對的能力，如果分析單臺設備，歷史的主要參數和運行曲線可以清晰獲知。如果設備的運行參數在某一時間段偏離了正常的曲線時，就應該進行進一步分析診斷，并采取準確的干預措施。圖2展示了一臺注水泵的當前運轉狀況和歷史運轉參數，可以通過曲線進行直觀地實時對比分析。當在一個時間點的運轉工況發生變化時，系統會給予提示，這時聯合作業中心的人員可以基于此與海上人員進行實時的溝通，以采取必要的干預，并對相關可能的情況進行標注。

圖2 一臺注水泵的運轉參數界面

2.3 油水井的監測和生產流程優化：基于數據驅動的油藏和油井管理

油井動態監控和數據獲取是實時產量優化的重要組成部分，通過井下安裝的多功能傳感器、多相流量計，以及地面的監測儀表等設備，實時將井下的壓力、溫度、油氣水流量、井口壓力和溫度等各類參數傳輸到控制中心，通過仿真軟件和油水井動態擬合，可以判斷油水井是否在最優的狀態下工作，并依此可以幫助識別生產流程的瓶頸，如氣舉量的分配、注水的調配等，對生產流程進行進一步優化調整，確保油田產量最優化、經濟效益最大化。

2.4 虛擬設施模型和陸上控制

實現海上平臺操作的少人化、無人化，很大程度上依賴于陸地操控中心能否將海上操作的實際場景以異地和數字化的方式虛擬出來。據悉當前國內外已經有不少油田實現了遠程無人化操作，但是相對局限在比較特殊的場景和簡單的控制中。如少數油田實現了臺風撤離后維持生產的能力，給油田在全天候的生產能力帶來了積極的效益，這依賴于海上生產系統的遠程控制和應急關斷能力的保證。但需要注意的是，這并不是全天候的遠程操作，要實現更大范圍的遠程操作，實現海上無人化，仍然大幅依賴于遠程數據傳輸的穩定性和遠程控制的可靠性。

3 數字油田的總體流程設計

通過分析數字油田的一些典型時間軸，對于生產環節的總體設計來說，建立一個完整的概念，并明確一個準確的邊界是至關重要的。數字油田總體流程如圖3所示。歸根結底，數字化是為了生產的效益來服務的。

圖3 數字油田概覽

一個典型的生產環節數字化設計，應該具備以下特征或功能：

?總體開發生產的概覽

?自動化和自動優化的生產流程

?基于原因和結果的情景分析與模擬

?對于系統的瓶頸診斷

基于以上功能和特征預期，典型的數字化生產環節應該具備實時的診斷能力、實時的流程優化能力、協助制定計劃和預測的能力，對于不同井的生產分配、注水管理以及當前生產的總體瓶頸分析和解決能力。實現這些功能，需要基于對于實時的設備和井的信息傳遞，試井數據和事件的分析。

4 數字油田未來發展及挑戰

目前，數字化油田的轉型和發展，仍有廣闊的空間。在當前全球多數實現數字化的油田開發生產場景下，實現的是監測、數據采集和監測診斷、分析和決策，而基于以上三步的優化和預測還遠遠不夠，而更具遠景的人工智能分析和自動化無人化，才是未來油田數字化智能化的目標。

（1）如何使用收集的數據，并通過數據的高效利用優化生產過程，提高效率，降低成本。目前油田并不缺乏數據收集的能力，實際上有時候人們對于如山的數據似乎顯得束手無策，忘了數據本身是用來干什么的。這時候需要人員回到最初的設計初心來，選取有效的數據分析模型，來給出具備生產力的分析結果。數據本身并不是生產力，有效地利用數據才能轉化為生產力。

（2）信息基礎設施的投入和成本，是油田企業必須要面臨的另外一個壓力。在更長的時間維度上，數字化的建設和使用會帶來收益，然而正在進行的能源綠色轉型，留給傳統油氣行業的時間和空間并不多，上游石油公司要謹慎地對待每一筆基礎建設的投資，并分析其商業上的可行性?？梢灶A見的是，信息基礎建設所帶來的效益正在面對著油田企業轉型所帶來的最直接挑戰。在某油田的二期建設中，該二期油田并沒有使用之前的井下智能完井方式，原因是產能的不確定性并不足以支持在數字化智能化上的投入。

（3）無人化和智能化的操作，并不簡單是一個效益的問題，對于公司雇員的替換無疑有其直接的社會效應。上游石油公司如何在經濟效益和社會效益之間找到一個平衡，也將是對數字化油田轉型的一個直接挑戰。

5 線上組織（Virtual organizations）

通過信息和通信技術（ICT）的使用，處于不同位置的員工通過線上交流的方式，如視頻會議，可以實現實時的交流。但是線上交流的效果很大程度上依賴于參會人員之間是否之前已經彼此認識和了解，而這一點在未來的組織中并不一定能實現。

2020年以來，人們更加習慣于通過視頻會議的方式進行交流和油田管理的討論決策。而之前的油田數字化場景無疑有益于在這種情況下的油田運營，當人們不得不受限于在陸地之間和海陸之間的面對面接觸時，在不同工作地點能夠實時獲取油田運維的信息并參與到實時的決策中，對新形勢下的管理無疑是大有裨益的。

6 結束語

對于油田運營的數字化轉型，無疑趨勢是明朗的：數字技術與勘探開發核心業務深度融合，推動生產方式轉變和管理流程優化，打造作業現場無人化、油藏研究可視化、生產運營協同化、戰略決策科學化為特征的智能化油田，該趨勢無疑是明確的。而實現各崗位人員對生產過程的實時監控、遠程管控、跨專業協同、更高效地處置和管理，將給油田管理帶來顯著的效率和效益提升和平臺定員人數的減少。

但是，數字化發展面對著內部和外部的雙重壓力，在內部，如何更加準確地收集數據，避免數據冗余，如何有效地利用數據制作準確的模型工具，以幫助實時診斷和分析，目前行業在進行各種各樣的嘗試，顯然還缺少比較共識的規范和指引。而對外部來說，數字化油田的發展路線圖因為能源綠色轉型的壓力和社會效應的壓力，將不得不面臨更緊迫的空間，如何在短期效益和長期的趨勢判斷之間找到平衡，對上游油氣公司將是一個挑戰。