智慧油田建設(shè)的思考

近年來，許多石油和天然氣生產(chǎn)公司都提出了基于智能設(shè)計或智能油田的問題。一些油區(qū)基本完成了數(shù)字勘探、數(shù)字存儲和數(shù)字地面的數(shù)字應(yīng)用建設(shè)，覆蓋了油田開發(fā)和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，初步形成了資源共享優(yōu)化整合的信息系統(tǒng)平臺，建立了一系列關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能績效分析、實時生產(chǎn)運營、高效生產(chǎn)管理、精細生產(chǎn)管理的全球運營模式。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,實現(xiàn)時間表,實現(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、指標體系、實現(xiàn)現(xiàn)代化的進程時間表、具體的可操作的措施和步驟等油田現(xiàn)代化指標體系既要符合國家現(xiàn)代化指標體系的基本要求,又要反映出油田自己的特點,各基礎(chǔ)指標均以油田大數(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“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)代化與時俱進的具體體現(xiàn),也在實現(xiàn)現(xiàn)代化的進程時間表、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級采集數(shù)據(jù)量數(shù)字油田簡單地講就是將油田放在計算機里。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)量將會達到海量級2開發(fā)系統(tǒng)組成智能油田是在數(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)、重組與擴充、自我學(xué)習(xí)、自行維護等能力。通過整體可視技術(shù)進行推理預(yù)測,利用仿真及多媒體技術(shù),結(jié)合已開發(fā)過程實境,擴增展示為設(shè)計的開發(fā)過程運行軌跡,實現(xiàn)油田開發(fā)過程可控及生產(chǎn)計劃排程合理,以及風險預(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、地下與地面井位點坐標、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,應(yīng)用人機互動方法,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)議軟件進行整體、系統(tǒng)地綜合評價后,自行提出決策意見,進而人機互動形成最佳決策,提供給現(xiàn)場操作者實施。3基本功能要素當前業(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何謂智慧油田?筆者認為: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,精細管控開發(fā)進程,以人為本且充分發(fā)揮人的主導(dǎo)作用的科學(xué)決策,使之達到開發(fā)效果最佳化、經(jīng)濟效益最大化、安全環(huán)?？茖W(xué)化的目標。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,同樣這些也在與時俱進、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)(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)進程。智慧油田應(yīng)在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,盡可能精準預(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目,按一定標準和原則對其進行分析、推理或演繹,運用科學(xué)的方法從不同側(cè)面對其進行整體評價,即運用“人—機—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、事項評估、識別預(yù)警4項功能,多方面綜合評價某方面或某項目的價值或效果或可行性,為決策提供依據(jù)(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險。各部門、各學(xué)科、各工種、各崗位都具有風險,且風險具有復(fù)雜性、突發(fā)性、未來性和可變性(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,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)量運行是否符合預(yù)設(shè)計態(tài)勢等,關(guān)系到能否實現(xiàn)油田開發(fā)目標、提高油田開發(fā)效果與經(jīng)濟效益。(3)風險預(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,加強風險預(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。(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(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。決策是人機共同行為與思維的結(jié)果,尤其是“人”,即決策者或決策機構(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,才有可能實施包括協(xié)同、預(yù)警、管控等功能在內(nèi)的各種措施,以實現(xiàn)目標。4逐步設(shè)計特征、任務(wù)和智能油田建設(shè)難度4.1田3個階段建設(shè)基本原則的差異油田數(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、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智能油田建設(shè)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,主要表現(xiàn)為如下方面。4.2.1大量數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲油田開發(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)4.2.2云計算和云存儲的結(jié)合要實現(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、機聯(lián)作且以人為主的集體智慧。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,確保抗攻擊、私有信息安全;可適應(yīng)移動終端、手機、網(wǎng)絡(luò)計算機等各種工作環(huán)境,既能服務(wù)又能應(yīng)用,達到互聯(lián)互通。目前,各油田均不同程度在進行智慧油田建設(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的前提下,相似部分應(yīng)相通,交流經(jīng)驗、互相啟發(fā)、互相促進,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,推進打造健全、系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息化產(chǎn)品體系。4.2.3基礎(chǔ)建設(shè)費用大、投入集中建設(shè)智慧油田需投入大量費用,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、控制平臺、虛擬裝置、信息交換裝置、寬帶網(wǎng)絡(luò)裝置等的費用;研制、開發(fā)大量各類軟件和研發(fā)相應(yīng)標準與閾值的費用;引進、培訓(xùn)油田開發(fā)專業(yè)和IT人才的費用;智慧油田基礎(chǔ)建設(shè)費用等。這些費用數(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接合式人才連接建設(shè)智慧油田需配備大量油田開發(fā)專業(yè)人員和專業(yè)性很強的IT人員,難點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、責任心強,具備較強的創(chuàng)新能力、較嚴格的執(zhí)行能力、較大的承載能力和獨立的操作能力。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區(qū)域性聯(lián)網(wǎng)建設(shè)智慧油田應(yīng)有序進行。各油田由于油藏類型、地質(zhì)特征、開采特點、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、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智慧油田建設(shè)是一項系統(tǒng)工程可以設(shè)想,當智慧油田建成時,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、井站巡查無人機化、資料采集與信息無線傳輸?shù)攘钊苏駣^的局面,實現(xiàn)精心管理、精細操作、精準開發(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,都會進行資源的優(yōu)化配置、高效協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)和經(jīng)濟效益的最佳化。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)濟效益最佳化的需要,是油田現(xiàn)代化與時俱進的生動體現(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,充分運用先進的技術(shù)手段與良好的政策環(huán)境,實現(xiàn)油田的數(shù)字化、智能化、智慧化,達到油田開發(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