油氣田開發中大數據及人工智能的應用

劉 安

中石化中原油田分公司石油工程技術研究院 河南濮陽 457001

1 油氣田開發簡介

根據油氣田的實際發展狀況，要實現油氣田的科學合理開發，必須對油氣田的儲氣量、油藏進行細致的測試，并運用科學合理的技術手段，使其能從地下抽出并利用高效的油氣輸送途徑，在生產過程當中，可以獲得滿意的石油和天然氣，從而獲得可觀的經濟利益。為促進國家社會經濟的發展，保證石油和天然氣的需求量，必須圍繞油氣田的開發展開論述。隨著石油工業信息化的不斷深入，油田的開發與管理也逐漸向信息化、智能化方向發展。然而，目前國內對油氣田知識庫的建設和管理還沒有做好充分的準備，導致了油田企業信息化進程的加快，導致信息資源很難實現共享和有效利用。

在油氣田開發早期的設計當中，僅有發現井和少量評價井是必需的，因而無法清晰地認識到整個油氣田的儲量。油氣田數據資料的多少，直接關系到油氣田的開發與利用規劃。對于一些構造簡單、儲量豐富、儲層資料豐富的油田，該方案的可信性更高，但在構造復雜的斷塊、構造一巖性、巖性油藏等方面，概念設計的難度比較大。所以，在不同的環境下，根據不同的概念和相關需要做出相應的設計方案和開發程序。

2 油氣田開發中大數據與人工智能應用的重要價值

加強油氣勘探開發力度，保障國家能源安全，已成為當務之急。但是，由于高質量的礦產資源得到了大量的開發，使得剩余資源的開采變得困難、費用增加，急需采用新的技術來提高石油的勘探和利用效率。在大數據、人工智能（artificial intelligence，AI)、5G、云計算、物聯網等技術的不斷發展，油氣田的智能化程度將不斷提高，這不僅是降低成本、提高產量的重要手段，而且也是石油技術發展的必然趨勢。石油產業是我國國民經濟的支柱產業，一直以來都是新技術、新方法研究的重點領域。中國由于高質量的石油資源得到了大量的開發，其剩余儲量的開采變得更加困難，從而就出現了原油質量差、老油田含水高、油價低以及環境污染等問題的挑戰。

大數據與人工智能技術的應用，為油氣田智能化發展提供了新的動力，也為油氣田智能化的發展與建設注入了新的活力。不論是在教育、互聯網、金融、醫療等各方面，都有很好的應用前景。而作為國家社會經濟發展的重要支柱產業，石油產業歷來是新技術、新方法應用的試驗田。但是，目前我國石油工業發展當中的人工智能技術和大數據技術還處于起步階段。近幾年來，隨著我國高質量油田的不斷擴大，剩余油氣田的開采難度日益突出，同時也存在著質量低劣化、油價低、環境污染等問題。第四次工業革命必然會與石油產業緊密結合，從而促進油氣田的智能化發展，從而降低油價。智能油氣田以石油、天然氣物流為發展的主線，在自動化信息采集和控制的基礎上，通過優化過程、轉變經營觀念，實現自動調整、整體感知、智能預測，實現決策的優化。在此基礎上，建立了智能化采油與智能儲層生產鏈，促進了生產運行、生產工藝、儲層管理的進一步完善。參見圖1。

圖1 基于大數據和人工智能的智能油氣田生產鏈條

3 油氣田開發中大數據的應用

3.1 油氣勘探中大數據技術的應用

油氣田勘探是一項包含了多種復雜的學科以及繁瑣內容的工作內容。相關勘探工作者往往需要收集和整理地質、測井和地球物理資料，以便對油氣田資源的分布情況有一個初步的認識。龐大的數據量和復雜的數據類型，極大地消耗了相關工作人員的大量時間和精力：一方面，他們花在收集和整理相關數據上的時間；另一方面，由于數據資料的不準確，會給油氣田勘探帶來重大的經濟損失。如何將這些繁瑣、龐大的數據信息進行有效的整合，避免在采集和整合過程當中出現重復的成本和人力，對于各個油氣田企業來說都是非常重要的。

經過多年的實踐和摸索，目前已有的資料信息自動整合和管理軟件為建立綜合協作平臺打下了堅實的基礎，在油氣田勘探和生產過程當中，各部門、各學科間的信息共享，大大提高了工作效率。無論是中國石化重慶涪陵地區的涪陵綜合油氣資源綜合信息平臺，中國石油川慶鉆井集團建設的綜合信息平臺，都為油氣資源綜合利用提供了有力的支撐。目前，大數據技術應用于油氣田勘探工作，包括地質信息集成、甜點區域的識別或者地震資料數據的分析與處理。

首先，利用大數據技術可以加快石油天然氣勘探數據的查詢與分析，提高其準確性和時效性。利用大數據生成的人工智能系統能夠迅速地識別語義，通過與內部數據的聯系，迅速作出反應，從而大大節約了相關員工的時間和財務費用。其次，利用大數據技術進行甜品區油氣儲層識別是可行的。地表土壤當中的微滲漏會對儲層造成一定的影響，而利用大數據技術對樣品中的微生物成分進行分析，就可以很好的判斷并顯示出這一區域的石油和天然氣，從而大大提高了甜點區域的預報精度。

3.2 油氣開發中大數據挖掘技術的應用

在油氣田開發當中，大數據技術在石油、天然氣勘探當中的應用要求更加廣泛，也更加迫切。油氣田的開發，不僅要承擔在勘探過程當中所積累的大量地質資料，還要為精細的油氣儲層描述模型的建立和制定，但在數據收集、數據分析、數據處理等方面也存在著諸多問題。隨著油氣田的發展，在平臺、管道、單井等設備上都安裝了傳感器，這是一項非常龐大的數據采集工作，在過去的數十年里，數據的積累是非常龐大的，想要將這些數據進行采集、分析、存儲，都是一件非常困難的事情。利用大數據挖掘技術對油氣田資源進行有效的處理與分析工作，這樣就可以極大地提高油氣資源的利用效率。

4 油氣田開發中人工智能的應用

4.1 智能油氣藏建設

將人工智能應用到油氣藏建設中，能夠重新預測井產量、含水率以及采油速度和注水量等相關指標，并能夠根據實際的開發情況進行調整，實現對井筒的實時調節和調整，并在儲層當中布設了地質儲層感知裝置，實現了對井下的壓力、溫度、流量等相關數據的有效收集，為后續開展儲層優化分析工作，打下了扎實基礎。

4.2 智能地面工程建設

對地面油氣生產、處理、集輸等生產流程進行持續的監控，并針對油氣田開發過程中的實際需求來進行優化調整，通過改進工藝和設備參數，來降低能耗，提高HSE管理效果，提升生產效益，降低生產費用，降低風險。除此之外，要著重于有關的設備和關鍵技術的自動監測，定期開展設備狀態的常規檢查和檢測，及早地察覺到設備的潛在問題，并依據專業人員的診斷和分析，進行有目標的維修和保養，加強對設備的整體控制，降低綜合成本，提高設備的利用率。

4.3 生產運營一體化

改變工作方式、管理機制，優化流程以及技術支撐的協同環境，實現跨地域、跨學科專業的協作，使技術人員能夠更好的利用各個專業的技術資源。多學科的專業化合作，是將油藏、采油工藝和生產作業有機地結合在一起，將不同的技術人員聚集在一個平臺，以充分發揮專業水平，提高整體的決策水平，從而提升石油與天然氣的產量。通過多個管理層次的協調，在發生突發事件時，可以及時掌握現場的狀況和資源的分配，并發布緊急命令，有效解決了信息共享滯后以及資源協調難的問題，節省了工作量，提高了工作效率。

5 油氣田開發中大數據及人工智能的實施方式

從目前來看，我國油氣田開發工作的相關前景十分樂觀，由于環境問題日益嚴重，人們對天然氣資源的開發程度也有了顯著提高，這樣就可以解決天然氣供不應求的問題，增加對清潔能源的使用，減少對環境的污染程度。近幾年來，我國石油、天然氣開發技術不斷地進行著革新與改進。采用信息化、智能化的管理方式，可以促進油氣田的發展，增加社會經濟效益，這樣就可以在很大程度上控制油氣田開發的成本投入，從而就提高了資源利用率，推動產量的提升。

（1）建立內部同一的油藏模型，科學的油藏模型，能夠推動油氣田開發工作順利開展，同時也能夠讓油氣資源更加透明化，提高儲量經濟價值。將大數據和人工智能技術應用其中，可以通過對收集上來的油藏數據進行分析，進一步修正油藏模型，從而使模型更精確地反映出儲層的真實情況，為油氣田的合理開發提供科學指導。

（2）充分結合歷史生產數據以及傳感器傳輸的井下數據，建立多維度、全周期三維油藏數字孿生模型，通過模擬油藏的實際情況，來準確預報油藏的動態演變并模擬開發流程。通過對不同開發方案、不同生產措施的影響進行檢驗工作，減少開發方案的盲目，提高工程項目技術的科學性，達到地質和工程的綜合協調，提高油田的采收率。

（3）對油藏開發方案和生產管理進行整合，進一步借助大數據技術來構建綜合模型，實現油藏開發的可視化和智能化。利用現代數據管理與數據挖掘技術，從海量數據當中發掘出隱藏在數據當中的有用信息。通過將壓裂參數轉化為實時數據，使相關油田技術人員能夠及時地調整當前的方案，并通過自動化的井控設備實現對油藏開發工作的精確控制。

6 結語

眾所周知，我國石油目前占有大量的地熱資源，近幾年來，隨著國家社會經濟的快速發展，國家的整體實力得到了極大的提高，在科學技術方面的研究上也取得了長足的進步，在資金、人才、技術等方面，為油氣田技術發展提供了多種保障。智能化油氣田是目前油氣田發展的相關需要，它將為油田勘探和開發過程當中帶來更多的現實問題提供有力的解決方案。智能化油氣田的目標是實現數據可視化、協同決策、高效、遠程生產管理和實時化，保證產量的穩定，為國家經濟從高水平向高質量發展，提供有力的保障。