數據為王 領跑頁巖氣2.0時代
——記中國石油勘探開發研究院“頁巖氣云數據智慧平臺”

祝傳海

于榮澤（左）和鄒才能院士（右）合影

2013年，德國在漢諾威工業博覽會上推出“工業4.0”，以大數據、云計算和人工智能為核心技術的第四次工業革命拉開序幕。互聯網和云計算技術廣泛應用于諸多領域，油氣行業也迎來了數字化轉型智能化發展階段，深度融合大數據技術已成為支撐頁巖氣產業創新發展的關鍵。

2015年以來油氣價格開始自由落體式暴跌，北美頁巖革命由1.0向2.0時代跨越，關鍵詞也由“效率”轉化為“有效性”。頁巖革命2.0時代，數據在頁巖氣勘探開發全流程中發揮核心作用。作為北美之外最大的頁巖氣生產國，我國以四川盆地及其鄰區為重點，實現了海相頁巖氣資源的規模效益開發。如今，頁巖氣海量勘探開發數據已成為信息時代的重要資源，平臺、數據和算法更是頁巖氣大數據集成應用的關鍵。

在油氣行業數字化浪潮和中國石油“以數字化轉型驅動油氣產業高質量發展”背景下，中國石油勘探開發研究院超前謀劃典型業務數字化建設場景，于2017年部署了頁巖氣勘探開發大數據智能應用平臺建設任務。經過5年持續建設，頁巖氣云數據智慧平臺（iShale）完成第一階段建設并上線運行。

“平臺定位為中國石油勘探開發研究院數字化建設的有機組成部分，總體目標為建設頁巖氣大數據智能應用平臺，業務目標為支持頁巖氣勘探開發全業務流程，聚焦數據智能應用，實現頁巖氣海量數據及研究成果由分散走向集中和集成。”平臺總體負責人、中國石油勘探開發研究院高級工程師于榮澤告訴記者，作為油氣行業數字化轉型智能化發展的典型案例，此平臺實現了頁巖氣勘探開發大數據智能應用，同時也積累了寶貴的建設經驗，可為同類型應用平臺建設提供參考借鑒。“下一步，平臺將拓展煤層氣和致密氣等業務，打造非常規天然氣云數據智慧平臺，高效支撐中國石油非常規天然氣管理決策、協同研究和油田生產。”

緣起：始于需求，終于熱愛

“發端于19世紀80年代的頁巖氣革命，為全球能源行業供需格局、開采方式和技術創新等帶來全方位的重大變革，深刻改變了21世紀全球能源供應格局與地緣政治。”中國石油勘探開發研究院（以下簡稱“勘探院”）非常規研究所原副所長董大忠教授2022年5月退休后返聘回單位，目前以“跟蹤專家”身份繼續參與“頁巖氣云數據智慧平臺”的建設工作。作為平臺的初創者，在油氣行業深耕40年的他對于頁巖氣發展歷程如數家珍。他告訴記者，相比北美，我國頁巖氣勘探開發雖然只有短短十幾年時間，卻能夠將頁巖氣上位至我國天然氣主要增長極。發展速度如此之快，正是得益于十多年來非常規油氣團隊的堅守與努力。“如今，我國頁巖氣發展也迎來了頁巖革命2.0時代，這將是一場以大數據為核心技術的智慧能源革命，將持續降低成本，提高頁巖油氣競爭力。”

時間回溯到2005年，美國頁巖革命方興未艾，也帶來促進經濟增長、創造就業機會和平衡美國貿易收支等諸多積極影響。彼時，我國頁巖氣研究工作剛剛起步，董大忠帶領團隊開始涉足這一個油氣勘探的全新領域，針對頁巖氣開展專項研究及綜合地質評價。“當時，我們團隊在四川盆地做頁巖氣勘探評價研究工作。因為缺少相關經驗，開始都是以美國為類比。”在此期間，董大忠教授切實感受到了數據的重要性，“我們當時主要從事深層海相頁巖氣研究，需要與美國巴內特（Barnett）、費耶特維爾（Fayetteville）、海恩斯維爾（Haynesville）和馬塞勒斯（Marcellus）四大頁巖氣產區的數據做類比分析。”也是從那時起，研究團隊在頁巖氣數據庫建設方面積累了重要的經驗。

此后，研究團隊人員多次赴長寧、威遠等地開展現場技術考察和室內聯合研究，在我國海相頁巖中首先發現了豐富的有機質納米孔隙，證實了龍馬溪組頁巖的儲氣能力，揭開了川南五峰-龍馬溪組頁巖氣的神秘面紗，也證實了長寧構造北部與威遠構造東部也發育有埋藏更深、更優質的頁巖氣目的層。

為了集中力量加快突破頁巖氣等非常規天然氣勘探開發業務，經中國石油天然氣集團有限公司（以下簡稱“中國石油”）批準，勘探院成立了專業研究機構——新能源研究所（非常規研究所前身），擔負起頁巖氣等非常規油氣業務中基礎理論與實驗測試技術研究的重任。2009年，非常規油氣重點實驗室成立，并率先研制了全自動含氣量測試儀和高溫高壓等溫吸附儀等核心設備，同步引進頁巖微觀納米CT、雙束電鏡機等一批高端設備，為我國第一批頁巖氣發現井提供了實驗測試依據。

天道酬勤，有志竟成。勘探院非常規研究團隊不懈努力，在頁巖氣地質評價、開發技術等領域獲得突破性進展，成就了我國頁巖氣的實質性進步。而隨著勘探研究工作的不斷深入，數字化建設的重要性也逐步凸顯出來。

鄒才能院士（左三）和熊偉所長（右二）與頁巖氣云數據智慧平臺骨干成員合影

2011年，博士畢業的于榮澤入職中國石油勘探開發研究院新能源研究所，由低滲透油氣領域轉入頁巖油氣研究。“頁巖氣開發初期投產井數相對較少，我們都是定期用Excel表格處理相關數據，方法比較原始。”然而，隨著頁巖氣持續大規模上產，頁巖氣井越來越多，基礎數據處理工作量也大幅增加，利用Excel等軟件人工處理數據已遠遠不能滿足需求。“我們那時只是意識到了數字化自動化需求，但是大部分人并沒有真正認識到數字化建設的重要性。”他說，如今回想自己從基礎研究到應用平臺建設的科研生涯，感觸頗深，“我們很多科研人員的研究太關注于微觀，就會忽略整個研究領域的發展趨勢和戰略方向。事實上，宏觀戰略和方向能夠引領微觀研究進步，微觀研究成果也能夠激發產業活力。”

2017年，黨的十九大報告明確提出建設“網絡強國、數字中國、智慧社會”，數字中國首次寫入黨和國家綱領性文件。也是在這一年，中國石油響應數字中國建設，提出數字化轉型智能化發展理念。為了滿足頁巖氣勘探開發科研生產需求，解決實際工作中遇到的問題，中國石油勘探開發研究院超前部署了頁巖氣勘探開發大數據智能應用平臺建設任務，由非常規研究所牽頭建設一個頁巖氣藏專業數據應用平臺，為公司頁巖氣上游勘探開發業務提供統一數據應用環境，助力中國石油“以數字化轉型驅動油氣產業高質量發展”。

然而，科研之路沒有一帆風順，平臺建設之初困難重重。“因為那個時候我們并沒有完全意識到數字化和智能化的重要性。”于榮澤說，“在最初平臺建設框架方案論證時，包括我本人對整個數據應用平臺的定位、目標和發展方向也很模糊，也缺乏信息化平臺開發的總體概念和專業知識，甚至一度質疑這項工作能否堅持下去。”

除思想認識不到位，更加實際的是平臺建設經費問題。平臺建設之初，團隊遇到的第一個問題就是沒有項目支撐，也意味著沒有經費支持。在這種情況下，研究團隊只能自己抽時間去做前期調研和框架方案，并多次邀請業務和信息技術專家完成框架設計方案論證。從2017年到2020年下半年，團隊過得異常艱難，但值得慶幸的是，他們最終堅持下來了。

發展：艱難困苦，玉汝于成

念念不忘，必有回響。

轉機出現在2020年。在參與編制多個重點頁巖氣田開發方案后，項目組成員也逐步掌握了頁巖氣上游勘探開發全流程技術鏈，并深入調研了大數據和人工智能技術在頁巖油氣領域的應用。“我感覺到iShale平臺建設確實也趕上了數字化轉型和智能化發展的浪潮，而這種智能化工業革命將會波及全球每個人、每個行業，我們油氣行業也不例外。”結合技術鏈，于榮澤腦海中構建出了平臺的基本框架，并和團隊一起制定了平臺的總體建設目標，即建設一個頁巖氣勘探開發大數據智能應用平臺。總體目標為“業務協同、智慧智能、共建共享、互聯互通”，業務目標為支持頁巖氣上游勘探開發全業務流程，技術目標為滿足數據資源建設及智能應用需求，應用目標為滿足云端部署及多用戶定制權限多途徑使用。

2020年下半年，平臺完成了前期調研、建設方案論證及框架軟件開發。于榮澤開始草擬呈批件申請平臺建設專項經費。“2021年勘探院下達了平臺專項建設經費，項目組依托前期工作基礎和經驗，也尋覓到了優秀的平臺開發合作伙伴。”他告訴記者，雖然前期基礎工作繁雜而漫長，但為后續平臺建設奠定了雄厚的基礎，也正是因為前期調研和論證的積累，才使得后期建設工作快速推進。

頁巖氣大數據智能應用需要統一的數據平臺提供運行環境、海量數據資源提供數據基礎、智能學習算法提供分析工具。平臺、數據和算法是頁巖氣大數據應用分析的關鍵。圍繞頁巖氣勘探開發業務需求，于榮澤帶領團隊將平臺建設劃分為數據層、業務層、應用層和展示層。數據層主要依托統建基礎數據庫為業務層提供數據服務，其核心功能為數據資源化，建立多源異構數據治理入庫標準及規則，最終建成頁巖氣專業數據資源庫。業務層遵循頁巖氣上游勘探開發業務全流程，主要包括國際動態、礦權儲量、規劃計劃、勘探評價、實驗測試、開發方案、開發動態和生態環保。業務層核心功能是資源業務化，將所有數據資源按照業務規則統一治理派生為業務需求數據。應用層充分利用業務數據實現協同研究和業務成果化。應用層進一步細分為智能應用場景和成果集成管理，智能應用場景包括數據建模、機器學習和知識圖譜等大數據研究應用，成果集成管理實現科研成果的集中管理和智能應用。展示層為頁巖氣勘探開發數據可視化功能，用于實現大數據智慧屏幕展示功能。

平臺技術框架則依托開源基礎服務與中間件產品，采用網格應用和云原生架構模式，應用Restful與gRPC標準構建，包括展示層、應用層、業務層和數據層。展示層采用Vue+Node.js+ElementUI及ES6語法的前端技術，支撐Web頁面訪問操作，便于提高用戶體驗。采用Ngnix技術將數據流量分攤到多個服務器執行，多臺服務器集群完成運行任務、提高數據吞吐量。應用層采用云原生架構模式：微服務+DevOps+CI/CD+容器化（Docker）+ELK分布式日志采集監控框架。在API網關中通過OAuth2標準實現用戶認證與鑒權，采用Nacos和Sturn實現統一配置和任務調度，采用Restful/gRPC接口標準實現新服務及組件開發。業務層則是按照核心需求，統一整合資源和業務關系，將所有信息化資源進行業務化處理，為每一個業務場景提供完整規范信息化服務。數據層主體數據均來自統建系統，核心采用JDBC連接工具，執行SQL語句Java API，可為多種關系數據庫提供統一訪問。數據資源采用云數據中心管理方式，通過“數據接入”對接專業數據庫，云數據中心為邏輯中心，數據按既定邏輯維度進行組織，提供統一數據服務。

頁巖氣云數據智慧平臺主界面

于榮澤（左一）和技術負責人高金亮合影

按照框架建設方案，平臺按照“四化”（數據資源化、資源業務化、業務成果化、成果集成化）模式滾動建設和應用，目前已累計開發完成16個一級模塊、600項功能菜單，助推頁巖氣信息化應用由分散向集中和集成跨越。通過建立多源異構數據清洗入庫標準及規則實現“數據資源化”，累計加載和清洗國內外頁巖氣井12萬口。遵循業務規則治理派生原始數據實現“資源業務化”。應用層集成多種主流大數據算法支持產能主控因素量化、開發潛力評價、可采儲量和產量規模預測等功能，聚焦“業務成果化”。借助非結構和半結構成果管理實現“成果集成化”，集中管理公司歷年批復勘探評價、規劃方案、試采方案、試驗方案及開發方案。在經歷了3次重大建設方案調整后，平臺框架及整體功能逐步完善，數據資源量持續增加，已初步建設成為頁巖氣勘探開發大數據智能應用平臺。

“從2017年到2022年，平臺經歷了整整5年的建設期。院領導、非常規研究所科研團隊的前輩們為平臺建設傾注了許多心血。”作為平臺現在的負責人，于榮澤坦言，從最初的被動堅持，到如今平臺建設工作已經超越堅持，成為熱愛。而自己也從這些前輩身上學到了新時代石油科學家精神。“鄒才能院士前瞻性地布局數字化建設，告訴我們科研人員應該緊跟宏觀戰略和前沿熱點；王紅巖教授和董大忠教授兩位老師身體力行，告訴我們科研人員不僅要具備突出的科研能力，更要具備項目管理和組織協調能力。作為一名科研人員要敢于創新，既有扎實的專業知識，也要掌握協同合作的方法；我的老領導王莉主任，向我們詮釋了堅持的重要性，因為科研工作從來都不會一帆風順，唯有堅持才是走向成功的唯一道路。”

成就：倚重數據，更重應用

近代史上前三次工業革命實現了人類社會向“機械化”、“電氣化”和“自動化”的跨越式發展。當人們驚嘆第四次工業革命給我們的生活帶來的巨大變化時，可能并未發現，大數據時代已經悄然而至。

隨著國家大數據發展戰略的加快實施，越來越多的行業開始享受大數據帶來的價值和機遇。大數據時代中，頁巖氣乃至非常規油氣領域同樣需要深入挖掘海量業務數據的潛在價值。作為中國石油勘探開發研究院數字化建設的重要組成部分，頁巖氣云數據智慧平臺的定位更加明晰，那就是打造頁巖氣勘探開發大數據智能應用平臺，支撐頁巖氣上游勘探開發業務基礎研究、管理決策和油田生產。

平臺為智能應用提供環境，數據則是分析應用的基礎。“在非常規油氣領域，數據是最好的專家，誰擁有更多的數據量，誰就擁有更可信的話語權。”時至今日長慶油田前輩的一席話還在影響著團隊成員們。的確如此，數據資源建設是平臺建設中的重要環節。截至目前，頁巖氣云數據智慧平臺已累計加載和清洗國內外頁巖氣勘探開發數據項超1200萬條，治理派生各類開發指標數據項1200萬項。

目前，平臺已在油網上線運行，用戶可以采用云端部署和Web訪問方式，具備勘探開發業務支持、決策輔助和數據智能分析三大類16項專業功能。具體而言，此平臺可以針對已開發氣井開展產能影響因素分析、壓裂效果評價、單井EUR預測及區塊產量規模預測。機器學習算法可為水平井產能影響因素分析提供數據驅動分析方法，并能夠量化不同因素的影響程度，這樣可有效制定開發措施，提高單井及區塊開發效果。除此之外，基于數據驅動的機器學習算法依托快速和迭代預測優勢，可為單井最終可采儲量（EUR）預測提供新途徑。通過單井產量預測結果疊加，即可實時獲取所有已投產井未來產量規模，從而為總體產能建設部署提供參考依據。

這些都是大數據分析技術在頁巖氣藏中的應用。“為應用而生”，這也是平臺建立之初，團隊所有成員的共識。“平臺建設始終堅持業務主導的原則，任何時期我們都不能脫離頁巖氣上游勘探開發業務，一旦脫離業務，平臺就失去了初心和生命力。”于榮澤說，平臺建設第一階段的主要用戶為科研人員，只有及時掌握科研人員的業務需求并優化完善功能，平臺才能夠有效支撐業務研究并獲得持續的生命力。所以，平臺搭建伊始，他就帶著團隊成員高金亮一起調研“業務需求”。“我們要緊跟科研人員的研究項目，持續了解和掌握研究過程中遇到的數據類型及分析方法需求。業務需求是一個動態變化的過程，我們要做的就是第一時間獲取高頻次關鍵需求，然后，將這些需求轉化為平臺功能。”用他的話說就是，“平臺建設遵循開發—應用—完善滾動開發模式”。

回望最初的設想，平臺按照“四化”模式滾動建設并穩步推進，如今已完成整體框架和基礎功能的開發部署和運維，這也是研究團隊引以為傲的成果。在這個過程中，為實現“數據資源化”，團隊整合了頁巖氣勘探開發多重數據資源，包括國外數據、公司數據、開發方案、研究成果，將這些數據分門別類管理起來，形成頁巖氣專業數據資源。綜合頁巖氣勘探開發業務需求，按照業務規則統一治理派生頁巖氣業務指標、技術指標、經濟指標、管理指標等一系列關鍵指標，將基礎數據轉化為業務需求數據供科研人員直接使用。這種“轉碼”相當于成就了整個頁巖氣數據資源業務化的過程，讓平臺首先發揮實用價值，“數據資源轉化為頁巖氣業務語言”，實現了“資源業務化”。最重要的是，依托機器學習算法，平臺可協助科研人員完成氣井開發的潛力評價，實現“業務成果化”。而面對涉及多學科交叉的頁巖氣開發方案成果，平臺也建立了“成果集成化”通道，集中管理公司歷年批復的各類先導試驗、試采和開發方案，并將關鍵方案設計指標結構化處理，支持不同方案指標對比分析及成圖，支撐研究及方案編制工作。

“平臺前期建設成果并未做推廣宣傳，但在勘探院內部平臺已上線運行，有效支撐了頁巖氣科研項目研究。”董大忠介紹說，如今，在勘探院“頁巖氣云數據智慧平臺開發及數據中心建設”項目的支持下，平臺已初具雛形并得到大家的認可，這讓平臺建設團隊倍感欣慰。從最初的項目“初創者”到如今的“跟蹤專家”，董大忠的身份發生了變化，不變的是為油氣事業奉獻的初心。而于榮澤也接過了接力棒，成為平臺的總體負責人。5年時間里，兩人一同見證了數字化的種子在頁巖氣開發的土壤里生根、開花、結果。

未來：砥礪奮進，助力領跑

能源安全是事關國家長治久安的重大戰略。2021年10月21日，習近平總書記在勝利油田看望慰問石油工人時指出，“能源的飯碗必須端在自己手里”。

我國是一個石油消費大國，在“雙碳”背景下，盡管石油消費總量會下降，但因為我國自產原油增產乏力，須在加大勘探力度、保證年產2億噸原油穩產的同時，積極組織天然氣上產，進一步提高天然氣在能源供應中的比例。作為實現能源綠色低碳轉型的過渡橋梁，天然氣是實現減排目標和新型電力系統安全穩定的重要依托，而非常規油氣未來也將成為我國油氣增儲上產的戰略接替領域，成為我國“穩油增氣”的戰略資源。

國家能源局在2021年大力提升油氣勘探開發力度工作推進會上指出，要全力推動原油穩產增產，天然氣持續快速上產。積極培育油氣增儲上產新動能，加強海洋油氣勘探開發，深入推進頁巖革命。可以預見的是，未來頁巖氣將成為我國天然氣領域增儲上產的主力軍。

頁巖氣云數據智慧平臺建設與應用團隊合影

頁巖氣云數據智慧平臺智能應用場景

如今，我國頁巖氣發展正處于由1.0向2.0時代跨越的時期，頁巖氣開發逐步進入深度精細化開發環節。大數據在勘探評價、方案設計、鉆完井、壓裂和生產等全業務流程中發揮核心作用，持續降低開發成本，提高開發效益。“在這個時代，如何深度融合大數據技術，是擺在我們每一個科研工作者面前的關鍵問題，也是頁巖氣產業創新發展需要突破的難點。頁巖氣云數據智慧平臺，恰恰是解答這一問題的密鑰。”在這一背景下，平臺的發展和應用將具有更長遠的意義。作為全球第二大頁巖氣生產國，我國頁巖氣資源豐富，加快頁巖氣勘探開發不僅能夠直接增加我國天然氣供應，優化能源結構，為居民、工業等提供能源保證，更是助力我國實現“雙碳”目標的重要舉措。

同樣，這也是干了近40年油氣勘探開發的董大忠在退休后還繼續回歸團隊發揮余熱的原因。他對頁巖氣有一種情結，對我國頁巖氣開發的前景更是有著堅定的信心，他談道：“我們油氣工作者需要多措并舉保障國家能源安全。我為有生之年還能為國家油氣發展、供應保障，為油氣行業數字化轉型作出應有的貢獻而感到高興和自豪。”從設想到行動，從行動到推進，他對頁巖氣云數據智慧平臺每一步的發展傾注了大量時間和精力。雖然現在身份變了，但他依然會在平臺建設中發揮重要作用。“董大忠教授對平臺和我們整個團隊都很有感情，在平臺建設中依然發揮著非常重要的作用。現在的他更像是一位師父，也是我們的跟蹤專家。”于榮澤說。

和董大忠一樣，從平臺建設開始，一直堅守在這個團隊的核心人員還有于榮澤、孫玉平、郭為、高金亮等。高金亮目前是平臺的主要技術負責人之一，而作為平臺的總體負責人，設計—開發—應用—反饋—完善的每一個環節中都有于榮澤的身影。在平臺完美交卷的時刻，他更多的是感謝那個當年不曾放棄的自己。“我很慶幸自己這些年來，始終沒有脫離業務，始終在頁巖氣開發的一線，這也讓我在平臺建設中更加注重契合用戶的需求。”他說，團隊以業務為驅動和指導，團結合作、協同研究，保持極強的凝聚力和戰斗力。他們能夠從業務出發確定關鍵問題和重點應用方向，并能夠和技術人員保持良好的溝通與協作，讓技術與需求完美融合，也促成了平臺今天的良性發展。當然，平臺取得今天階段性的成果，也離不開領導的大力支持和其他部門的幫助。平臺建設過程中，人工智能研究中心為平臺建設提供了統建數據資源，信息技術中心為平臺提供了云端部署環境。正是因為這些跨部門的協作，才能讓研究團隊將全部精力聚焦在整個平臺的開發、建設和應用上。

砥礪奮進，春華秋實。

隨著項目二期“頁巖氣云數據智慧平臺建設及應用”的如期開展，平臺二期建設周期將覆蓋“十四五”的前四年。如果說第一期工作是聚焦基礎建設，那么第二期則是向智能化方向發展，是頁巖氣云數據智慧平臺的智能應用時期。按照平臺總體規劃的4個建設階段，第一階段建設已經完成，第二階段才剛剛開始。

“接下來，從2024到2025年，我們計劃完成煤層氣云數據智慧平臺整體搭建和完善。”平臺成員們都相信，有了前期頁巖氣云數據平臺的經驗積累，推進速度將會更快。“最后，2025—2030年相當于是涵蓋頁巖氣、煤層氣和致密氣等非常規天然氣的云數據智慧平臺功能完善和智能應用的飛躍發展階段。”最終，非常規天然氣云數據智慧平臺將高效支撐中國石油非常規天然氣管理決策、協同研究和油田生產，助力我國非常規油氣資源規模效益上產。