吳子現(xiàn)，王寶貴

（中國海洋石油國際有限公司，北京 100028）

數(shù)字油田是全面信息化的油田，即指以信息技術(shù)為手段全面實(shí)現(xiàn)油田實(shí)體和企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化。數(shù)字化的油田運(yùn)作模式，以及智能化無人化的探索實(shí)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(xiàn)。在當(dāng)前能源革命、能源轉(zhuǎn)型加速的背景下，傳統(tǒng)的油氣行業(yè)必須致力于打造更高效率和更低成本的作業(yè)模式以保持未來的發(fā)展可持續(xù)性。

本文通過分析目前油田管理數(shù)字化實(shí)踐，分析該轉(zhuǎn)型為油田運(yùn)營帶來的效益，以及未來的增長潛力。

1 數(shù)字化油田的概念

數(shù)字化油田是一種將業(yè)務(wù)流程管理與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的概念，以實(shí)現(xiàn)工作流程自動(dòng)化，從而最大限度地提高生產(chǎn)力、降低成本，并最大限度地降低與石油和天然氣運(yùn)營相關(guān)的安全和商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字化油田正在推動(dòng)各種技術(shù)的采用，這些技術(shù)將收集各種形式的運(yùn)營數(shù)據(jù)與現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際相結(jié)合，以推動(dòng)新的基于數(shù)據(jù)分析的決策。這些新技術(shù)應(yīng)用是數(shù)字化油田實(shí)現(xiàn)更高效率的關(guān)鍵。

數(shù)字化油田的概念貫穿了從勘探直到開發(fā)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，甚至企業(yè)的數(shù)字化運(yùn)營環(huán)境，包括ERP、供應(yīng)鏈，都在完整的數(shù)字油田的概念里。本文主要探討數(shù)字化技術(shù)在油田生產(chǎn)過程中的運(yùn)用實(shí)踐，主要包括油藏開發(fā)優(yōu)化、生產(chǎn)優(yōu)化、二次采油優(yōu)化、修井優(yōu)化。

2 數(shù)字化油田現(xiàn)有使用場景

數(shù)字化油田技術(shù)近年來得到了石油公司的大力推廣，在世界主要產(chǎn)油區(qū)如中東、北海和美洲區(qū)域都有比較廣泛的應(yīng)用。不斷進(jìn)步的數(shù)字化技術(shù)使得石油生產(chǎn)公司內(nèi)各層級的人能夠執(zhí)行復(fù)雜的分析、診斷，并幫助制定戰(zhàn)略決策。以下是數(shù)字化技術(shù)的幾個(gè)典型使用場景。

2.1 聯(lián)合作業(yè)中心

利用海上油田實(shí)時(shí)傳輸?shù)目梢暬瘮?shù)據(jù)、信息以及圖像，陸地辦公室內(nèi)包括裝備部門、生產(chǎn)部門以及采辦、HSE等部門的跨專業(yè)的人員可以對海上的生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、支持和決策，為海上安全生產(chǎn)提供迅速準(zhǔn)確的技術(shù)支持。提供給聯(lián)合作業(yè)中心的信息以可視化的方式呈現(xiàn)，并展示作業(yè)支持中心所關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)。聯(lián)合作業(yè)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(shí)效性變得緊密和高效。

2.2 集成的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和響應(yīng)

集成化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和響應(yīng)包括設(shè)備設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、備件情況、產(chǎn)量損失的監(jiān)測和管理。設(shè)備設(shè)施的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至中控界面，并可通過高速信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)分享，設(shè)備設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況變得可視化。

如圖1所示，油田的主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施通過一個(gè)概覽的方式傳遞給陸地作業(yè)支持中心。在一般的場景中，設(shè)備設(shè)施狀態(tài)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(shè)備設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)曲線和既往故障數(shù)據(jù)，對以后可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)判，提出預(yù)防性維護(hù)方案。

圖1 油田設(shè)備設(shè)施運(yùn)行監(jiān)控界面

該系統(tǒng)具備對數(shù)據(jù)分析和比對的能力，如果分析單臺設(shè)備，歷史的主要參數(shù)和運(yùn)行曲線可以清晰獲知。如果設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)在某一時(shí)間段偏離了正常的曲線時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步分析診斷，并采取準(zhǔn)確的干預(yù)措施。圖2展示了一臺注水泵的當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和歷史運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，可以通過曲線進(jìn)行直觀地實(shí)時(shí)對比分析。當(dāng)在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會給予提示，這時(shí)聯(lián)合作業(yè)中心的人員可以基于此與海上人員進(jìn)行實(shí)時(shí)的溝通，以采取必要的干預(yù)，并對相關(guān)可能的情況進(jìn)行標(biāo)注。

圖2 一臺注水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)界面

2.3 油水井的監(jiān)測和生產(chǎn)流程優(yōu)化：基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的油藏和油井管理

油井動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)獲取是實(shí)時(shí)產(chǎn)量優(yōu)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(jì)，以及地面的監(jiān)測儀表等設(shè)備，實(shí)時(shí)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(shù)傳輸?shù)娇刂浦行?，通過仿真軟件和油水井動(dòng)態(tài)擬合，可以判斷油水井是否在最優(yōu)的狀態(tài)下工作，并依此可以幫助識別生產(chǎn)流程的瓶頸，如氣舉量的分配、注水的調(diào)配等，對生產(chǎn)流程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，確保油田產(chǎn)量最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.4 虛擬設(shè)施模型和陸上控制

實(shí)現(xiàn)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(shí)際場景以異地和數(shù)字化的方式虛擬出來。據(jù)悉當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)有不少油田實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)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(shù)油田實(shí)現(xiàn)了臺風(fēng)撤離后維持生產(chǎn)的能力，給油田在全天候的生產(chǎn)能力帶來了積極的效益，這依賴于海上生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和應(yīng)急關(guān)斷能力的保證。但需要注意的是，這并不是全天候的遠(yuǎn)程操作，要實(shí)現(xiàn)更大范圍的遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)海上無人化，仍然大幅依賴于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和遠(yuǎn)程控制的可靠性。

3 數(shù)字油田的總體流程設(shè)計(jì)

通過分析數(shù)字油田的一些典型時(shí)間軸，對于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的總體設(shè)計(jì)來說，建立一個(gè)完整的概念，并明確一個(gè)準(zhǔn)確的邊界是至關(guān)重要的。數(shù)字油田總體流程如圖3所示。歸根結(jié)底，數(shù)字化是為了生產(chǎn)的效益來服務(wù)的。

圖3 數(shù)字油田概覽

一個(gè)典型的生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)字化設(shè)計(jì)，應(yīng)該具備以下特征或功能：

?總體開發(fā)生產(chǎn)的概覽

?自動(dòng)化和自動(dòng)優(yōu)化的生產(chǎn)流程

?基于原因和結(jié)果的情景分析與模擬

?對于系統(tǒng)的瓶頸診斷

基于以上功能和特征預(yù)期，典型的數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)該具備實(shí)時(shí)的診斷能力、實(shí)時(shí)的流程優(yōu)化能力、協(xié)助制定計(jì)劃和預(yù)測的能力，對于不同井的生產(chǎn)分配、注水管理以及當(dāng)前生產(chǎn)的總體瓶頸分析和解決能力。實(shí)現(xiàn)這些功能，需要基于對于實(shí)時(shí)的設(shè)備和井的信息傳遞，試井?dāng)?shù)據(jù)和事件的分析。

4 數(shù)字油田未來發(fā)展及挑戰(zhàn)

目前，數(shù)字化油田的轉(zhuǎn)型和發(fā)展，仍有廣闊的空間。在當(dāng)前全球多數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的油田開發(fā)生產(chǎn)場景下，實(shí)現(xiàn)的是監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測診斷、分析和決策，而基于以上三步的優(yōu)化和預(yù)測還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而更具遠(yuǎn)景的人工智能分析和自動(dòng)化無人化，才是未來油田數(shù)字化智能化的目標(biāo)。

（1）如何使用收集的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)的高效利用優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高效率，降低成本。目前油田并不缺乏數(shù)據(jù)收集的能力，實(shí)際上有時(shí)候人們對于如山的數(shù)據(jù)似乎顯得束手無策，忘了數(shù)據(jù)本身是用來干什么的。這時(shí)候需要人員回到最初的設(shè)計(jì)初心來，選取有效的數(shù)據(jù)分析模型，來給出具備生產(chǎn)力的分析結(jié)果。數(shù)據(jù)本身并不是生產(chǎn)力，有效地利用數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

（2）信息基礎(chǔ)設(shè)施的投入和成本，是油田企業(yè)必須要面臨的另外一個(gè)壓力。在更長的時(shí)間維度上，數(shù)字化的建設(shè)和使用會帶來收益，然而正在進(jìn)行的能源綠色轉(zhuǎn)型，留給傳統(tǒng)油氣行業(yè)的時(shí)間和空間并不多，上游石油公司要謹(jǐn)慎地對待每一筆基礎(chǔ)建設(shè)的投資，并分析其商業(yè)上的可行性。可以預(yù)見的是，信息基礎(chǔ)建設(shè)所帶來的效益正在面對著油田企業(yè)轉(zhuǎn)型所帶來的最直接挑戰(zhàn)。在某油田的二期建設(shè)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(chǎn)能的不確定性并不足以支持在數(shù)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(gè)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(yīng)。上游石油公司如何在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益之間找到一個(gè)平衡，也將是對數(shù)字化油田轉(zhuǎn)型的一個(gè)直接挑戰(zhàn)。

5 線上組織（Virtual organizations）

通過信息和通信技術(shù)（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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(jīng)彼此認(rèn)識和了解，而這一點(diǎn)在未來的組織中并不一定能實(shí)現(xiàn)。

2020年以來，人們更加習(xí)慣于通過視頻會議的方式進(jìn)行交流和油田管理的討論決策。而之前的油田數(shù)字化場景無疑有益于在這種情況下的油田運(yùn)營，當(dāng)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(shí)，在不同工作地點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)獲取油田運(yùn)維的信息并參與到實(shí)時(shí)的決策中，對新形勢下的管理無疑是大有裨益的。

6 結(jié)束語

對于油田運(yùn)營的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，無疑趨勢是明朗的：數(shù)字技術(shù)與勘探開發(fā)核心業(yè)務(wù)深度融合，推動(dòng)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和管理流程優(yōu)化，打造作業(yè)現(xiàn)場無人化、油藏研究可視化、生產(chǎn)運(yùn)營協(xié)同化、戰(zhàn)略決策科學(xué)化為特征的智能化油田，該趨勢無疑是明確的。而實(shí)現(xiàn)各崗位人員對生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程管控、跨專業(yè)協(xié)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(shù)的減少。

但是，數(shù)字化發(fā)展面對著內(nèi)部和外部的雙重壓力，在內(nèi)部，如何更加準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)冗余，如何有效地利用數(shù)據(jù)制作準(zhǔn)確的模型工具，以幫助實(shí)時(shí)診斷和分析，目前行業(yè)在進(jìn)行各種各樣的嘗試，顯然還缺少比較共識的規(guī)范和指引。而對外部來說，數(shù)字化油田的發(fā)展路線圖因?yàn)槟茉淳G色轉(zhuǎn)型的壓力和社會效應(yīng)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(gè)挑戰(zhàn)。