摘要：為了更好適應石油行業(yè)發(fā)展趨勢，海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究平臺建設勢在必行。首先分析了海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究的必要性，闡述了國內外研究現狀及發(fā)展趨勢，然后重點探討了海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究平臺實踐以及關鍵技術，在進行一體化協(xié)同研究平臺建設時首先要明確設計原則與思路，在此基礎上科學構建平臺架構，然后根據現狀和需求合理進行各方面功能設計，有效滿足海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究需求。

關鍵詞：油氣田開發(fā)；一體化協(xié)同平臺；平臺架構；功能設計；高級查詢

一、前言

隨著全球能源市場不斷變化和油氣開發(fā)生產技術不斷進步，油氣田業(yè)務一體化協(xié)同已有不少實踐，海上地質壓裂工程一體化協(xié)同已經成為行業(yè)發(fā)展必然趨勢。傳統(tǒng)油氣田存在信息孤島問題，數據來源分散、難以整合，導致決策效率低下，資源利用率不高。數字化轉型為解決信息孤島問題提供了新的思路與方法，通過數據整合與共享，實現了油田生產各環(huán)節(jié)的協(xié)同與優(yōu)化，提高了生產效率與管理水平。最近幾年，全球石油行業(yè)正在迎接數字化轉型帶來的新挑戰(zhàn)與新機遇，石油公司與IT公司強強聯合，解決企業(yè)發(fā)展問題，提升產業(yè)新質生產力。油氣行業(yè)立足數字化戰(zhàn)略定位，通過物聯網、人工智能、大數據、云計算等技術與工程技術公司核心業(yè)務深度融合，推動生產方式轉變和管理流程優(yōu)化，加快公司業(yè)務數字化和數字業(yè)務化進程，實現跨學科協(xié)同高效合作。通過整合各方資源與力量，充分發(fā)揮技術創(chuàng)新的作用，油氣行業(yè)正在邁向數字化、智能化、高效化的新時代，為全球能源安全與可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻。

二、一體化協(xié)同必要性

開發(fā)生產是油氣田的核心業(yè)務，涵蓋了從地質考察到油氣藏評價的多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都對整個開發(fā)生產過程起著至關重要的作用。特別是隨著油氣田進入開發(fā)中后期，很多場景需要進行一體化深度融合，才能深化地質認識，提高開發(fā)效果[1-2]。

第一，在整個油氣田開發(fā)生產過程中，各個環(huán)節(jié)相互銜接、相互支持，形成一個完整的業(yè)務流程。通過不斷優(yōu)化和完善各個環(huán)節(jié)的技術和方法，可以提高油氣田開發(fā)生產的效率和成功率，為油氣田的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

第二，一體化協(xié)同是將油氣田的兩個或多個階段進行有機結合，實現資源的優(yōu)化配置和效益的最大化。一方面通過一體化協(xié)同，各個階段資源得以充分整合和優(yōu)化利用，不同階段工作流程相互銜接，形成了連續(xù)高效的作業(yè)鏈條，使得油氣田各項工作協(xié)調有序，減少了資源浪費和重復投入。另一方面一體化協(xié)同有效地簡化了油氣田的管理結構和作業(yè)流程，降低了運營成本。因此，通過一體化協(xié)同研究，可以更好地整合資源、優(yōu)化流程、提高效率、降低成本，從而提升油氣田的競爭力和營利能力。

第三，協(xié)同化是工作隨時隨地協(xié)同、高效。在統(tǒng)一平臺、數據湖下，各業(yè)務團隊實現全線上、跨專業(yè)、跨學科、跨地域、跨時空的協(xié)同辦公。工作成果在平臺沉淀并融入行業(yè)知識圖譜，通過工業(yè)App實現成果共享應用，從而改變勞動組織模式，為企業(yè)生產、經營和員工賦能。

第四，通過一體化協(xié)同，實現跨專業(yè)項目、數據、軟件集中管理和協(xié)同應用，線下到線上，單兵到協(xié)同，手工到自動的全面轉變，不僅使得油氣田開發(fā)生產更加高效、智能，也為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和未來的創(chuàng)新奠定了堅實基礎。

三、國內外研究現狀及發(fā)展趨勢

油氣田跨專業(yè)一體化在國外已經得到了廣泛的應用和研究。許多國際石油公司已經形成了完整的勘探開發(fā)一體化體系，實現了從勘探到開發(fā)的順暢過渡。斯倫貝謝應用其開放的軟件開發(fā)框架Ocean，不僅實現了自身產品整合，而且構建了Ocean Store，支持第三方插件式增值開發(fā)及應用發(fā)布，形成開放式生態(tài)環(huán)境。沙特阿美石油公司勘探與石油工程高級研究中心主要開展上游尖端技術研究，涉及地球物理、地質、油藏、數值模擬、油氣開發(fā)和鉆井6個領域，建立了協(xié)同研究環(huán)境和技術研發(fā)標準規(guī)范，技術研究工作以協(xié)同方式融入一體化協(xié)同工作環(huán)境。

此外，?？松梨?、殼牌、哈里伯頓等國際石油公司也構建了具有自身特色的一體化協(xié)同研究平臺。盡管各家公司側重點不同，需求各異，但它們均遵循著相似的方案思路：構建統(tǒng)一的數字技術云平臺，以實現業(yè)務數據的互聯互通、技術的互操作性和業(yè)務的協(xié)同運作。

國內油氣田一體化協(xié)同研究起步較晚，但發(fā)展迅速。目前，國內已經形成了一些具有自主知識產權的一體化技術體系，并在一些油田得到了成功應用。中石油、中石化一體化協(xié)同研究及應用平臺為勘探與生產業(yè)務數字化轉型、智能化發(fā)展提供基礎支撐。中海油在一體化協(xié)同研究平臺建設方面也進行了積極探索，推動油氣田開發(fā)生產業(yè)務研究和管理高效運行。

四、海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究平臺建設

（一）設計原則與思路

海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究平臺，易懂、易學、易用、可靠，主要是緊緊圍繞集團公司數字化轉型、智能化提升戰(zhàn)略進行頂層設計，其設計原則主要包括四個方面：一是根據資源力量解決業(yè)務訴求；二是建設過程與成果既要遵循行標行規(guī)，又要合規(guī)合標；三是簡潔、可維護、可擴展、安全、開放、共享；四是數據湖、專業(yè)軟件無縫交互。

按照設計原則，以業(yè)務為主導、中長期規(guī)劃為布局、需求為導向、可落地的設計目標為結果，形成一體化協(xié)同平臺建設路線。

（二）平臺架構

按照平臺層、數據層、服務層和應用層建設，以業(yè)務邏輯和流程為目標，通過IT、數據庫、智能算法方式，合理分配硬件、軟件，后臺記錄及權限控制，實現業(yè)務應用，建設一體化協(xié)同統(tǒng)一云平臺。按照業(yè)務流程層次，在各流程節(jié)點應用合適的IT技術，確保IT與業(yè)務緊密匹配，技術與工技統(tǒng)一平臺高度融合，建設一體化協(xié)同統(tǒng)一云平臺，如圖1所示。

（三）功能設計

根據現狀和需求，考慮數字化發(fā)展趨勢，平臺設計功能主要包括如下方面：

1.一體化協(xié)同環(huán)境

早期分散建設的一體化應用系統(tǒng)，僅覆蓋1－2個專業(yè)，較為有限，通過搭建工程——油藏一體化協(xié)同研究環(huán)境，統(tǒng)一底層數據、統(tǒng)一業(yè)務邏輯算法、統(tǒng)一工作空間，可以實現一體化協(xié)同的應用閉環(huán)，實現覆蓋業(yè)務鏈完整的一體化，有助于研究人員統(tǒng)籌資源，快速獲取數據，并開展在線研究，提高研究質量。以低滲壓裂一體化協(xié)同環(huán)境為例進行分析，以地質——儲層綜合研究為基礎，實現地質——油藏——方案研究一體化，壓裂設計——施工——后評估一體化，促進地質工程一體化數據融合，建立多專業(yè)、多輪次的交互優(yōu)化模式，提高方案編制及審批效率，不斷優(yōu)化壓裂設計方案。依托壓裂方案在線編輯工具，對壓裂目標井或工廠化壓裂井組進行參數優(yōu)選及壓裂施工模擬、優(yōu)化。針對儲層特征、工程、排采和生產等四類指標參數，對壓裂效果進行綜合分析及施工總結。

2.油藏可視化

基于用戶習慣對三維、四維油藏數據進行全面系統(tǒng)展示，可以清晰觀察細節(jié)變化，并可以實現對井位平面、構造圖、單井柱狀圖、連井剖面、油藏剖面等快速讀寫。還可以采用虛擬現實（VR）或增強現實（AR）技術，讓用戶沉浸在真實的油藏環(huán)境中，體驗更加生動和直觀的數據交互過程[3]。該功能在油田勘探、開發(fā)和生產過程中具有重要意義，可以幫助研究人員更好地理解油藏結構、性質和動態(tài)變化，提高油田開采效率和產量。

3.項目中心

對所有新項目均全線上管理，從立項到結題全生命周期線上完成，使團隊成員能夠更加默契協(xié)作，高效完成項目任務。通過線上管理工具，可以實現項目計劃、進度、問題跟蹤等信息的集中管理，讓團隊成員隨時隨地都能獲取項目最新動態(tài)，提供及時有效的溝通和協(xié)作平臺。對所有歷史項目均統(tǒng)一入倉管理，有效避免項目信息丟失和遺漏，通過設計合適標簽和分類體系，讓項目資料被清晰歸檔和檢索，采用在線入倉方式，降低人工管理復雜性，減少錯誤發(fā)生可能性。

4.數據流轉

有效解決平臺與專業(yè)軟件之間數據兼容問題，減少用戶處理數據格式時間。在數據獲取方面，通過配置項目所需數據集，或應用已配置好數據集的模板，與數據湖數據集對應，快速獲取數據。在數據轉換方面，配置好項目所需專業(yè)軟件、應用系統(tǒng)、所需數據格式，將數據集按照xml、jasn等轉換，SDK輔助結構化與非結構化數據成果按照標準化輸入輸出，提升效率。

5.綜合查詢

可以快速查詢成果、數據、工具、知識產權、設備等信息，功能主要包括三個方面。一是通過系統(tǒng)進行多維度的數據查詢，包括地質數據、油藏數據、生產數據等。二是綜合查詢系統(tǒng)不僅支持關鍵詞搜索，還提供了時間范圍篩選等多種查詢方式。用戶可以根據自身的需求，靈活選擇合適的查詢方式，快速準確地獲取所需信息。這種靈活多樣的查詢方式大大提高了用戶的檢索效率，節(jié)省了時間成本。三是查詢結果能夠以圖表、報表、三維模型等多種形式展現，使用戶能夠直觀地理解所獲得的信息。通過圖表展示，用戶可以清晰地看到數據間的關系和趨勢變化。

6.在線設計

針對單一模板情況，用戶選擇單一模板，從整合數據庫調取數據、圖、表填充到設計文檔中，一鍵生成設計文檔。針對可選模板情況，用戶在模板中，選擇各段落的模板，調取相應的數據、圖、表到設計文檔中，然后一鍵生成設計文檔。在生成文檔之后，支持生成文檔的共享查看和編輯，如圖2所示。

五、海上地質壓裂工程一體化協(xié)同研究平臺建設關鍵技術

（一）自動化打標簽支持高級查詢技術

鑒于大量的歷史數據、成果零散地存儲在個人電腦、軟件工區(qū)中，為保證平臺先有數據，并能夠將數據賦能給用戶，需要研發(fā)上傳數據、成果的采集端口，對成果自動化打標簽方便查詢，實現協(xié)同研究和數據安全高效讀寫。自動化打標簽支持高級查詢技術是當今數據管理和分析領域的關鍵技術，它有助于高效利用大量歷史數據和成果，提升研究質量。研發(fā)上傳數據和成果的采集端口，通過這個端口可以方便地收集和整合各種數據源，建立起一個完整的數據倉庫[4]。同時，還需要借助自動化技術對這些數據進行標記和分類，以支持高級查詢功能，使得研究人員能夠輕松找到他們所需信息，并實現協(xié)同研究目標。首先，需要對數據和成果進行標準化處理。這意味著要統(tǒng)一數據格式、命名規(guī)范等，以確保數據的質量和一致性。利用機器學習技術生成標簽，為數據添加更多元信息，提升數據查詢的效率和準確性。其次，為了提高數據讀寫性能，應用分布式存儲技術，將數據分散存儲在多個節(jié)點上，實現并行讀寫操作，大幅提升數據處理速度和效率，不僅可以提升平臺性能，還能夠為未來擴展和升級提供更好支持。

（二）基于虛擬桌面的商用專業(yè)軟件云化應用技術

對商用專業(yè)軟件，將傳統(tǒng)本地安裝方式轉變?yōu)樵贫瞬渴?，可以帶來諸多優(yōu)勢，如便捷訪問、高度靈活性、更好資源共享和管理等。然而，在該過程中需要克服一系列挑戰(zhàn)，包括云端性能下降、軟件兼容性、數據安全和網絡延遲等問題。一是針對云端性能下降問題，通過優(yōu)化云端服務器性能來提升處理能力和響應速度，包括選擇適當的硬件配置、優(yōu)化操作系統(tǒng)和虛擬化環(huán)境設置、進行負載測試和性能監(jiān)控等措施。這些優(yōu)化可以確保云端服務器具備足夠計算資源，能夠穩(wěn)定運行商用專業(yè)軟件。二是軟件兼容性問題，在將商用專業(yè)軟件云化到平臺時，需要進行兼容性測試和調整工作，確保軟件與云環(huán)境的各種組件和系統(tǒng)相互匹配，可能涉及對軟件代碼的修改、更新或補丁應用，以確保軟件在云端平臺上能夠正常運行并與其他系統(tǒng)正常交互。三是數據安全問題，為了確保數據安全性，可以采用分布式存儲技術，將數據分散存儲在多個節(jié)點上，防止單點故障造成數據丟失風險，此外，結合加密技術、訪問控制和審計機制，可以進一步增強數據的保護，確保用戶數據在云端平臺上得到有效的保護和管理。四是網絡延遲問題，通過優(yōu)化網絡架構、加強帶寬管理、采用CDN等技術手段來提升數據傳輸效率。同時部署負載均衡技術，有效分擔服務器壓力，從而為用戶提供更好的使用體驗。

（三）定制微服務組合與多線程并行支撐一體化協(xié)同技術

多個微服務在同一界面協(xié)同，每個微服務分別推送分析研究所需數據集，交互產生的新數據，對應的微服務能同步關聯更新。該技術是推動一體化協(xié)同研究邁上新臺階的關鍵技術，其核心內容包括消息隊列和分布式事務處理。消息隊列是一種用于異步通信的機制，可以實現微服務之間的解耦，提高系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。通過消息隊列，各個微服務可以異步發(fā)送和接收消息，從而使得它們能夠獨立運行并相互協(xié)作。這種機制能夠避免微服務之間直接調用而導致的服務依賴問題，同時也能夠實現數據的可靠傳輸和處理。分布式事務處理則是確?？缍鄠€微服務之間的操作具有原子性、一致性、隔離性和持久性（ACID）屬性的重要手段。在多個微服務協(xié)同工作的情況下，可能涉及多個數據操作，需要保證這些操作要么全部成功，要么全部失敗，以保證數據的完整性。通過引入分布式事務處理機制，可以協(xié)調控制不同微服務之間的事務執(zhí)行順序和結果，確保整個操作過程的一致性。

六、結語

綜上所述，隨著石油行業(yè)不斷發(fā)展，油氣行業(yè)一體化協(xié)同研究必將成為未來發(fā)展趨勢。目前，國內外石油企業(yè)在一體化協(xié)同平臺建設方面均已取得顯著成效，下游服務公司在該方面也積極探索實踐。需要注意的是，一體化協(xié)同研究平臺建設是一項系統(tǒng)、持續(xù)的工作，要求在具體工作開展中應該做好頂層設計，并不斷優(yōu)化和完善。

參考文獻

[1]羅冬陽，焦楊.勘探開發(fā)一體化遠程協(xié)同工作平臺[J].網絡安全技術與應用，2017（04）：180-181.

[2]高鐵鋼.油田勘探開發(fā)一體化業(yè)務協(xié)同平臺建設創(chuàng)新與實踐[J].石油科技論壇，2014，33（04）：40-45.

[3]吳怡，幸雪松，龐照宇，等.海上勘探開發(fā)一體化鉆完井關鍵技術研究與實踐[J].中國海上油氣，2022，34（01）：128-133.

[4]陳奎.海上勘探開發(fā)一體化技術研究及應用——以北部灣盆地潿西南凹陷為例[J].石油學報，2020，41（01）：68-79.

作者單位：中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司

■ 責任編輯：王穎振、鄭凱津