李 斌劉 偉畢永斌李 力

1.中國石油冀東油田公司；2.中國石油冀東油田公司勘探開發(fā)研究院

近年不少油氣生產(chǎn)企業(yè)提出了油田智慧化或智慧油田建設(shè)的問題，有的油區(qū)基本完成了數(shù)字油藏、數(shù)字井筒、數(shù)字地面為核心的數(shù)字化應(yīng)用建設(shè)，覆蓋了油田開發(fā)生產(chǎn)各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域，初步形成了資源共享、優(yōu)化集成的信息系統(tǒng)平臺，打造了一系列核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)決策分析智能量化、生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時優(yōu)化、生產(chǎn)管理高效協(xié)同、生產(chǎn)經(jīng)營精細(xì)管控的一體化運(yùn)作模式[1]。有的油區(qū)通過光纜、無線和衛(wèi)星通道，形成覆蓋生產(chǎn)一線的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，所有辦公場地、主要生產(chǎn)站庫、井場等數(shù)據(jù)源點(diǎn)均可連接上網(wǎng)，并建立了一套相對完整的數(shù)字油田標(biāo)準(zhǔn)體系，對油田原有系統(tǒng)、工藝流程、組織管理模式進(jìn)行了改造，加快了新技術(shù)的應(yīng)用[2]。

智慧油田是現(xiàn)代化油田的組成部分。現(xiàn)代化是個動態(tài)的概念，在一定的時空范圍內(nèi)，有三維集合即系統(tǒng)發(fā)展動力、系統(tǒng)質(zhì)量水平和系統(tǒng)公平行為的表征集合，可操作目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)時間表，實(shí)現(xiàn)步驟等。按照此定義要求，油田現(xiàn)代化應(yīng)該有其相應(yīng)的表征集合、指標(biāo)體系、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的進(jìn)程時間表、具體的可操作的措施和步驟等[3]。

油田現(xiàn)代化指標(biāo)體系既要符合國家現(xiàn)代化指標(biāo)體系的基本要求，又要反映出油田自己的特點(diǎn)，各基礎(chǔ)指標(biāo)均以油田大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從大數(shù)據(jù)中獲取、產(chǎn)生，現(xiàn)代化基礎(chǔ)指標(biāo)“數(shù)字化油田程度”即指智慧油田的3個發(fā)展階段。因此，油田大數(shù)據(jù)是油田現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，智慧油田是油田現(xiàn)代化與時俱進(jìn)的具體體現(xiàn)，也在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的進(jìn)程時間表、可操作的具體措施和步驟之中。

何謂智慧油田，目前還沒有統(tǒng)一定義或確切概念。智慧油田與其他“智慧**”一樣，同樣存在3個發(fā)展階段，即數(shù)字化階段、智能化階段、智慧化階段。

1 數(shù)字油田

數(shù)字油田簡單地講就是將油田放在計算機(jī)里。僅單井、井組、區(qū)塊、油藏、油田等層次的一級采集數(shù)據(jù)或稱之為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，合計就有近200類之多，如果再加上二級數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量將會達(dá)到海量級[4]，錄入、存儲等工作量之大是難以想象的。數(shù)字油田是以數(shù)字的形式再現(xiàn)的油田信息場，它包括油田各種信息，即油田開發(fā)中的地下、井筒、地面的相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、圖表及油田內(nèi)外環(huán)境等，而且多為非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。經(jīng)采集、獲取、錄入、解釋、處理、傳輸、存儲、管理、檢索等內(nèi)容組合后，通過計算機(jī)、多媒體、可視化、遙感、全球定位等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成虛擬仿真的立體化（3D）油田，且最大限度地優(yōu)化整合油田資源，使“人”簡潔方便、快速有效、實(shí)時準(zhǔn)確地獲取油田信息，有力、有序、有效地服務(wù)和滿足油田開發(fā)過程中各種需求，這便初步構(gòu)成數(shù)字油田。

2 智能油田

智能油田是在數(shù)字油田的基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和監(jiān)控等技術(shù)加強(qiáng)信息管理，具備自主采集、分析、判斷、規(guī)劃、協(xié)調(diào)、重組與擴(kuò)充、自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)等能力。通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，結(jié)合已開發(fā)過程實(shí)境，擴(kuò)增展示為設(shè)計的開發(fā)過程運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)油田開發(fā)過程可控及生產(chǎn)計劃排程合理，以及風(fēng)險預(yù)警和趨利避害的應(yīng)因性反應(yīng)。油田開發(fā)系統(tǒng)各部分也可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。智能油田關(guān)注人與機(jī)器的協(xié)調(diào)合作，減少人工干預(yù)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)油田的自我感知、自動預(yù)測、自主管控、自行決策，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、和諧的人性化油田開發(fā)系統(tǒng)。

一口智能化油井應(yīng)具備如下能力：

（1）自我感知能力。在相應(yīng)部位安裝傳感器，采集該井在油藏中的3D部位、地下與地面井位點(diǎn)坐標(biāo)、單井控制地質(zhì)儲量等40種數(shù)據(jù)及信息，通過有線或無線傳輸至計算機(jī)，應(yīng)用人機(jī)互動方法，建立數(shù)字油井。

（2）自動預(yù)測能力。對地層壓力、井底流壓等22種可變部分，結(jié)合相應(yīng)軟件預(yù)測其變化趨勢，并據(jù)此初步分析、判斷可能發(fā)生的問題。

（3）自主管控能力。根據(jù)預(yù)測的變化趨勢和可能發(fā)生的問題，提供單項(xiàng)變化主因，提出趨利避害的管控措施建議。

（4）自行決策能力。依據(jù)單項(xiàng)變化主因及趨利避害的管控措施建議，結(jié)合油藏整體變化趨勢，油井在層內(nèi)矛盾、層間矛盾、平面矛盾中所處狀況，以及周邊連通油水井變化狀況、該井綜合變化因素等，利用協(xié)議軟件進(jìn)行整體、系統(tǒng)地綜合評價后，自行提出決策意見，進(jìn)而人機(jī)互動形成最佳決策，提供給現(xiàn)場操作者實(shí)施。

3 智慧油田

當(dāng)前業(yè)界對智慧油田的概念、特征、功能等亦是仁者見仁、智者見智。智能為物之智，被動而短期，是“人”賦予之智；智慧為“人”之智，主動而長期，是“人”思維之智。智能是智慧的前提，智慧是智能的終結(jié)，兩者均處于不斷變化之中[5]。智慧油田是智能油田更高級的發(fā)展，具備一定的思維特征。

何謂智慧油田？筆者認(rèn)為：所謂油田智慧化，應(yīng)是在油田開發(fā)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星影像、空間信息技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)處理與存儲技術(shù)、科學(xué)計算以及可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為手段，充分展示3個發(fā)展階段，并在智慧化階段實(shí)現(xiàn)綜合、預(yù)測、評價、協(xié)同、預(yù)警、管控、因應(yīng)、決策等功能，體現(xiàn)最佳優(yōu)化資源配置，精細(xì)管控開發(fā)進(jìn)程，以人為本且充分發(fā)揮人的主導(dǎo)作用的科學(xué)決策，使之達(dá)到開發(fā)效果最佳化、經(jīng)濟(jì)效益最大化、安全環(huán)?？茖W(xué)化的目標(biāo)。此時該油田可稱之為智慧油田。簡言之就是“183833”，即1個基礎(chǔ)、8種主要技術(shù)手段、3個發(fā)展階段、8種基本功能、3個體現(xiàn)、3個目標(biāo)，同樣這些也在與時俱進(jìn)、不斷豐富和發(fā)展。

智慧油田需具備8種基本功能：

（1）綜合功能。油田開發(fā)系統(tǒng)是自然與人工共筑的動態(tài)系統(tǒng)[6]，具有多類型、多個體、多屬性、多層次、多階段、多變化的開發(fā)特征。智慧油田應(yīng)善于將各部分進(jìn)行系統(tǒng)、全局、全面的整合，形成統(tǒng)一的整體，充分發(fā)揮綜合性能，體現(xiàn)總體優(yōu)化功能。

（2）預(yù)測功能。油田開發(fā)整個生命周期充滿了不確定性，各種油田開發(fā)參數(shù)均處于動態(tài)變化之中，內(nèi)外因素均有可能影響各參數(shù)的變化趨勢，最終影響油田開發(fā)進(jìn)程。智慧油田應(yīng)在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，盡可能精準(zhǔn)預(yù)測各種開發(fā)參數(shù)的變化趨勢，以便更好地掌控發(fā)展態(tài)勢，提高開發(fā)油田的主動性。

（3）評價功能。針對油田開發(fā)過程中某方面或某項(xiàng)目，按一定標(biāo)準(zhǔn)和原則對其進(jìn)行分析、推理或演繹，運(yùn)用科學(xué)的方法從不同側(cè)面對其進(jìn)行整體評價，即運(yùn)用“人—機(jī)—評價對象—評價方法”一體化評價模式的綜合評價體系，按照優(yōu)選排序、揭示問題、事項(xiàng)評估、識別預(yù)警4項(xiàng)功能，多方面綜合評價某方面或某項(xiàng)目的價值或效果或可行性，為決策提供依據(jù)[7]。

（4）協(xié)同功能。油田開發(fā)是一個涉及多部門、多學(xué)科、多工種、多崗位及決策者、管理者、操作者等眾多人員協(xié)同工作的過程，亦是個系統(tǒng)工程。智慧油田應(yīng)通過協(xié)同軟件和人機(jī)互動協(xié)調(diào)各方面工作，使之和諧、平穩(wěn)、科學(xué)地發(fā)展和運(yùn)行。

（5）預(yù)警功能。油田開發(fā)是動態(tài)發(fā)展過程，其中充滿了不確定性與各種風(fēng)險。各部門、各學(xué)科、各工種、各崗位都具有風(fēng)險，且風(fēng)險具有復(fù)雜性、突發(fā)性、未來性和可變性[8]。何時何地發(fā)生何種風(fēng)險受內(nèi)外因素影響，亦會有量變到質(zhì)變的變化趨勢。當(dāng)變化趨勢發(fā)展到某風(fēng)險閾值范圍就應(yīng)預(yù)警，以免達(dá)到或超過閾值構(gòu)成風(fēng)險或事故。智慧油田的預(yù)警應(yīng)比智能油田更為精準(zhǔn)和可靠。

（6）管控功能。油田管控涉及方方面面，最主要體現(xiàn)在如下3類：

①一級數(shù)據(jù)或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、組合。一級數(shù)據(jù)采集是否齊全準(zhǔn)確、傳輸是否及時可靠、處理是否合理科學(xué)、組合是否正確妥當(dāng)，直接關(guān)系到后續(xù)各環(huán)節(jié)。

②油氣產(chǎn)量（含老井、新井和措施產(chǎn)量）平穩(wěn)運(yùn)行。是否能按期按質(zhì)按量完成規(guī)劃中產(chǎn)量的安排，年、月、日產(chǎn)量運(yùn)行是否符合預(yù)設(shè)計態(tài)勢等，關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)油田開發(fā)目標(biāo)、提高油田開發(fā)效果與經(jīng)濟(jì)效益。

③風(fēng)險預(yù)警。油田開發(fā)涉及成百上千個崗位和眾多部門，針對其中存在的不同程度的各類安全隱患，加強(qiáng)風(fēng)險預(yù)警管控，確保安全環(huán)保，這關(guān)系到企業(yè)的持續(xù)性發(fā)展和聲譽(yù)。

（7）應(yīng)因功能。應(yīng)因性是指油田開發(fā)中預(yù)測主體對預(yù)測客體或?qū)ο笥幸庾R應(yīng)對行為，即趨利避害行為[4]。因應(yīng)性實(shí)質(zhì)是人對預(yù)測結(jié)果的能動反應(yīng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行曲線有不良趨勢時，油田開發(fā)工作者應(yīng)主動采取相應(yīng)的趨利避害措施，避免不良趨勢的發(fā)生。智慧油田需具備人機(jī)共筑的應(yīng)因功能，當(dāng)綜合、預(yù)測、評價、協(xié)同、預(yù)警、管控等功能出現(xiàn)不協(xié)調(diào)、不和諧、不平衡等情況，或出現(xiàn)偶發(fā)性、突發(fā)性事件以及其他不利因素時，通過相應(yīng)軟件實(shí)施應(yīng)因功能，自動提供針對性的調(diào)整措施，使之趨于正常。

（8）決策功能。綜合評價是決策的基礎(chǔ)，預(yù)測是決策的前提。只有綜合評價結(jié)論可靠，預(yù)測趨勢明朗，決策才會英明。決策是人機(jī)共同行為與思維的結(jié)果，尤其是“人”，即決策者或決策機(jī)構(gòu)的綜合素質(zhì)高低會直接影響決策結(jié)果。智慧油田應(yīng)具備自動決策功能，決策正確，才有可能實(shí)施包括協(xié)同、預(yù)警、管控等功能在內(nèi)的各種措施，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

4 智慧油田分階段特征、任務(wù)與建設(shè) 難點(diǎn)

4.1 基本原則、分階段特征與任務(wù)

油田數(shù)字化、智能化、智慧化是智慧油田3個發(fā)展階段，不同階段的特征、任務(wù)、目標(biāo)、要求有所不同，但建設(shè)的基本原則應(yīng)是相同的（表1）。

4.2 智慧油田建設(shè)難點(diǎn)

建設(shè)智慧油田是長期的系統(tǒng)工程，建設(shè)中必然會遇到眾多難點(diǎn)，主要表現(xiàn)為如下方面。

4.2.1 海量數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲存難

油田開發(fā)系統(tǒng)是自然和人工共筑的復(fù)合系統(tǒng)，也是開放、動態(tài)的復(fù)雜巨系統(tǒng)[9]，具有多類型、多單體、多屬性、多層次、多階段、多變化、多部門、多學(xué)科、多工種、多崗位等特征。采集的實(shí)時數(shù)據(jù)量多門類廣，且多為非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。需從井下、井筒、井口、井場、地面站等多部位安裝自動采集裝置（包含傳感器、攝像頭及其他采集裝置、儀表等），數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心，構(gòu)成地上地下3D可視的立體采集系統(tǒng)，并與油田互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，進(jìn)行處理、組合、分析、歸納、演繹。這些操作不僅涉及地域廣、人員多，而且有眾多的采集裝置需創(chuàng)新、攻關(guān)、研制。

4.2.2 應(yīng)用軟件多而復(fù)雜，需克服互聯(lián)互通程度低的 弊端

要實(shí)現(xiàn)智慧油田的八大功能，需建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和研制大量的協(xié)同軟件。圍繞數(shù)據(jù)采集、整理、分析、發(fā)掘、展現(xiàn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，要研發(fā)大型通用海量數(shù)據(jù)存儲與管理軟件、大數(shù)據(jù)分析發(fā)掘軟件、各級監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)可視化軟件等產(chǎn)品，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理、加工、提升、增值。這必須依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術(shù)；必須依托人、機(jī)聯(lián)作且以人為主的集體智慧。

表1 智慧油田分階段綜合表

研制與開發(fā)這些軟件必須與石油行業(yè)云相適應(yīng)，適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+與物聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)運(yùn)算能力、存儲能力的動態(tài)變化；滿足大量用戶的使用要求，包括數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、處理能力；具有高度安全性，確?？构簟⑺接行畔踩?；可適應(yīng)移動終端、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)等各種工作環(huán)境，既能服務(wù)又能應(yīng)用，達(dá)到互聯(lián)互通。目前，各油田均不同程度在進(jìn)行智慧油田建設(shè)，但基本上是“各自為戰(zhàn)”，并設(shè)計相應(yīng)安全防衛(wèi)，互聯(lián)互通程度低。因此，在保留油田各自特點(diǎn)的前提下，相似部分應(yīng)相通，交流經(jīng)驗(yàn)、互相啟發(fā)、互相促進(jìn)，避免重復(fù)勞動。

海量軟件的發(fā)展必然帶動芯片、操作系統(tǒng)等信息技術(shù)核心基礎(chǔ)產(chǎn)品的發(fā)展，推進(jìn)打造健全、系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息化產(chǎn)品體系。

4.2.3 投入費(fèi)用大，企業(yè)難以承擔(dān)

建設(shè)智慧油田需投入大量費(fèi)用，其中包括購置、安裝大量采集和傳輸裝置、接收和存儲裝置、各類計算機(jī)、控制平臺、虛擬裝置、信息交換裝置、寬帶網(wǎng)絡(luò)裝置等的費(fèi)用；研制、開發(fā)大量各類軟件和研發(fā)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與閾值的費(fèi)用；引進(jìn)、培訓(xùn)油田開發(fā)專業(yè)和IT人才的費(fèi)用；智慧油田基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用等。這些費(fèi)用數(shù)額大且投入相對集中，一般油氣生產(chǎn)企業(yè)難以承受，低油價時期尤其如此。如要進(jìn)行區(qū)域性聯(lián)網(wǎng)，還需租用空間設(shè)備甚至需發(fā)射專業(yè)衛(wèi)星。這些費(fèi)用的投入，必然會引起開發(fā)成本的急劇上升。即使智慧油田建設(shè)是個長期的工程，時間可分散投入比例，但對企業(yè)來說投入仍十分可觀。

4.2.4 需專業(yè)人員與IT人員無縫連接

建設(shè)智慧油田需配備大量油田開發(fā)專業(yè)人員和專業(yè)性很強(qiáng)的IT人員，難點(diǎn)是這兩類人才要緊密結(jié)合、無縫連接。這需要相關(guān)人員專業(yè)水平高、綜合素質(zhì)高、責(zé)任心強(qiáng)，具備較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、較嚴(yán)格的執(zhí)行能力、較大的承載能力和獨(dú)立的操作能力。然而油田這種綜合性人才不多，短期內(nèi)難以滿足大量的需求。

4.2.5 地域發(fā)展不平衡

建設(shè)智慧油田應(yīng)有序進(jìn)行。各油田由于油藏類型、地質(zhì)特征、開采特點(diǎn)、開發(fā)階段等存在差異，建設(shè)智慧油田的難易程度亦有不同，雖采用先易后難的建設(shè)順序，但發(fā)展的不平衡依然存在。若涉及區(qū)域性聯(lián)網(wǎng)，有可能還會受到各區(qū)域政治、經(jīng)濟(jì)、地理、治安等方面的差異影響。

智慧油田建設(shè)過程中，還有可能出現(xiàn)新的困難和問題，但油田智慧化是大勢所趨，隨著國家的發(fā)展、政府的重視、企業(yè)的投入、技術(shù)人員的努力，這些困難和問題都會逐步解決，油田智慧化將具有美好的前景。

5 展望與建議

可以設(shè)想，當(dāng)智慧油田建成時，將會出現(xiàn)鉆井自動化、修井自動化、設(shè)備操作自動化、現(xiàn)場管理無人化、井站巡查無人機(jī)化、資料采集與信息無線傳輸?shù)攘钊苏駣^的局面，實(shí)現(xiàn)精心管理、精細(xì)操作、精準(zhǔn)開發(fā)。智慧油田是油田整個生命周期最為輝煌的時期，這種輝煌表現(xiàn)在無論是油氣產(chǎn)量上升期、穩(wěn)產(chǎn)期還是遞減期，都會進(jìn)行資源的優(yōu)化配置、高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的最佳化。智慧油田是油田可持續(xù)發(fā)展的需要，是油田高效開發(fā)和經(jīng)濟(jì)效益最佳化的需要，是油田現(xiàn)代化與時俱進(jìn)的生動體現(xiàn)。建設(shè)智慧油田是艱難的系統(tǒng)工程，需要油田內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外、國內(nèi)外的專業(yè)技術(shù)人員和IT人員共同努力，充分運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段與良好的政策環(huán)境，實(shí)現(xiàn)油田的數(shù)字化、智能化、智慧化，達(dá)到油田開發(fā)的最高境界。

為此建議：（1）建設(shè)智慧油田是系統(tǒng)工程，需各油田單位將涉及地質(zhì)、油藏工程、采油工程、地面工程、財務(wù)、管理、系統(tǒng)工程、人事、IT等各領(lǐng)域?qū)＜医Y(jié)合在一起，組成專項(xiàng)研究、開發(fā)與實(shí)施團(tuán)隊(duì)，圍繞智慧油田建設(shè)問題，各專業(yè)相互了解、融合貫通，共同研究油田開發(fā)、運(yùn)行、管理、技術(shù)高效與經(jīng)濟(jì)高效等體制及相應(yīng)機(jī)制，充分發(fā)揮各領(lǐng)域?qū)＜业睦碚?、知識、經(jīng)驗(yàn)和智慧。（2）集團(tuán)公司級需將各油田的專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)有機(jī)結(jié)合，形成高層次的研究、開發(fā)與實(shí)施團(tuán)隊(duì)；國家級則應(yīng)組織更高層次的專家團(tuán)隊(duì)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。（3）注意應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的術(shù)語界定有關(guān)智慧油田中各種名稱、概念，制定相應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使油田單位有章可循、按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，也更利于相互交流促進(jìn)、互通互聯(lián)。