數(shù)字化油田建設(shè)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

張 躍，彭吉友，劉新華

（1. 勝利石油管理局海洋鉆井總公司；2.東營(yíng)市勝軟石油技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

數(shù)字化油田建設(shè)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

張 躍1，彭吉友2，劉新華2

（1. 勝利石油管理局海洋鉆井總公司；2.東營(yíng)市勝軟石油技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

介紹了數(shù)字油田的由來(lái)、主要技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了數(shù)字油田發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)要介紹。

數(shù)字化；油田；現(xiàn)狀；挑戰(zhàn)

一、數(shù)字油田的概念與實(shí)質(zhì)

不同的國(guó)際學(xué)術(shù)團(tuán)體、石油公司對(duì)未來(lái)數(shù)字油田的提法各異，但數(shù)字油田的實(shí)質(zhì)是一致的，尤其是對(duì)新區(qū)及邊遠(yuǎn)地區(qū)的油氣資源的發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)工作，將從歷史性分類(lèi)資料的順序處理，改變成實(shí)時(shí)資料的并行處理，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流結(jié)合創(chuàng)新型軟件的應(yīng)用和高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，建立快速反饋的動(dòng)態(tài)油藏模型，并將這些模型配合遙測(cè)傳感器、智能井和自動(dòng)控制功能，讓經(jīng)營(yíng)者更直觀地了解地下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)動(dòng)態(tài)變化，以便及時(shí)采取措施提高產(chǎn)量和進(jìn)行有效的油田管理。相關(guān)研究表明，數(shù)字油田技術(shù)能大幅度降低石油生產(chǎn)成本，油田平均采收率可從現(xiàn)在的30%提高到50%以上。

信息管理功能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)功能對(duì)油田作用極大，建立高效可靠的信息管理系統(tǒng)十分必要。油田的信息具有以下特點(diǎn)。

(1)從信息的來(lái)源來(lái)看，油田信息大多來(lái)自于大規(guī)模的野外生產(chǎn)和施工，包括油氣勘探、油氣田開(kāi)發(fā)、鉆井工程、地面建設(shè)、石油化工、儲(chǔ)運(yùn)銷(xiāo)售，以及經(jīng)營(yíng)管理等。

(2)從信息的實(shí)體來(lái)看，信息涵蓋的對(duì)象是隱藏于地下巨大的流動(dòng)礦體資源，因而地質(zhì)實(shí)體是研究的中心。

(3)從信息的本身來(lái)看，信息的時(shí)空跨度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多源分布式，并且圖形是信息的常見(jiàn)集合形式。

二、數(shù)字油田主要技術(shù)

催生數(shù)字油田的技術(shù)包括應(yīng)用控制論的高效算法設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和遺傳算法的應(yīng)用、面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、軟件成熟度模型和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)軟件工程的嚴(yán)格應(yīng)用、基于實(shí)用軟件工程和基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法學(xué)等。

促進(jìn)數(shù)字油田發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

(1)遙測(cè)技術(shù)，主要包括四維地震監(jiān)測(cè)、重力測(cè)量、電磁監(jiān)測(cè)、永久型地面檢波器網(wǎng)絡(luò)和永久型光纖井下檢波器等。

(2)可視化技術(shù)，包括綜合勘探與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的三維

可視技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

(3)智能鉆井與完井技術(shù)。

(4)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)。

(5)數(shù)據(jù)集成、管理與挖掘技術(shù)。

(6)輔助決策技術(shù)等。

數(shù)字油田技術(shù)的前沿領(lǐng)域包括四維和全波地震處理解釋、地震和油藏模擬之間的轉(zhuǎn)換、自動(dòng)油氣發(fā)現(xiàn)、閉環(huán)控制等。

三、數(shù)字油田發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)雪佛龍公司的分級(jí)系統(tǒng)，數(shù)字油田的升級(jí)換代經(jīng)歷四個(gè)層次，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)優(yōu)化和經(jīng)營(yíng)模式變革階段。而迄今為止，中國(guó)的數(shù)字油田建設(shè)遠(yuǎn)未達(dá)到第四個(gè)層次。

1.中海油

1998～2009年，中海油建成了覆蓋全集團(tuán)范圍的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，并于2006年通過(guò)了以“IT服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)”為核心的ISO20000認(rèn)證，隨后通過(guò)了信息安全體系認(rèn)證ISO27001。將來(lái)中海油一旦需要對(duì)大量的小企業(yè)進(jìn)行快速整合，只要將這些標(biāo)準(zhǔn)的人力、財(cái)務(wù)和管理規(guī)則迅速移植到這些被并購(gòu)的公司里即可。

通過(guò)ERP二期系統(tǒng)的升級(jí)和數(shù)據(jù)遷移，中海油建立了一整套較為全面的集團(tuán)層面的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，推廣使用大量數(shù)據(jù)模塊及分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)流程，積累了大量的經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的核心數(shù)據(jù)，建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用、更新、維護(hù)工作的規(guī)范化管控機(jī)制，提升了集團(tuán)管理的水平。據(jù)悉，這套規(guī)模龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)遷移項(xiàng)目也得到了IBM服務(wù)器團(tuán)隊(duì)的有效支持。

中海油未來(lái)的兩大任務(wù)是在繼續(xù)開(kāi)展數(shù)字海油建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字油田”和“海上通信”。完善生產(chǎn)作業(yè)中心、應(yīng)急指揮中心等，實(shí)現(xiàn)海上油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、保存，陸上運(yùn)營(yíng)中心對(duì)海油田生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；而海上通信，將建成以光纖為主，微波干線為輔的數(shù)字型油田。

在煉化、化肥等企業(yè)建設(shè)“數(shù)字工廠”，在天然氣及發(fā)電企業(yè)建設(shè)“數(shù)字管網(wǎng)”，“數(shù)字場(chǎng)站”，在銷(xiāo)售物流企業(yè)建設(shè)覆蓋進(jìn)貨等管理平臺(tái)，加快產(chǎn)業(yè)化的融合。

2.大慶油田

大慶油田有限責(zé)任公司企業(yè)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)于2000年基本搭建完成，建成了公司、廠、礦、小隊(duì)的三級(jí)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一管理的電子郵件系統(tǒng)、域名服務(wù)器、文件傳輸服務(wù)器等。

(1)大慶基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)達(dá)到了在海量數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)上的油田勘查、測(cè)繪以及油田地面建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的實(shí)際需要。

(2)大慶油田地面建設(shè)信息系統(tǒng)。自1996年以來(lái)，該系統(tǒng)的建設(shè)已初具規(guī)模，建成了大慶長(zhǎng)垣油田基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、大慶油田電力地理信息系統(tǒng)、大慶長(zhǎng)垣油田地面建設(shè)規(guī)劃信息系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、輔助規(guī)劃等功能。

(3)大慶油田勘探數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)起步于1985年，已涵蓋勘探相關(guān)專(zhuān)業(yè)9大類(lèi)(物探類(lèi)、地質(zhì)錄井類(lèi)、測(cè)井類(lèi)、測(cè)試類(lèi)、分析化驗(yàn)類(lèi)、儲(chǔ)量類(lèi)、綜合研究類(lèi)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)類(lèi)、設(shè)計(jì)類(lèi))的勘探數(shù)據(jù)庫(kù)，共完成了2 000余口探井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)庫(kù)。

(4)大慶油田開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)。全面推廣了PDPMIS，建立了公司、廠、礦、隊(duì)四級(jí)油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)；開(kāi)展了油田開(kāi)發(fā)精細(xì)地質(zhì)描述和研究工作，深化了基于油田開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)應(yīng)用；進(jìn)一步推廣了采油工程信息管理系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)了油田開(kāi)發(fā)(調(diào)整)方案編制綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

3.勝利油田

目前，勝利油田共建成包括勘探信息系統(tǒng)、油氣開(kāi)發(fā)信息系統(tǒng)、油氣鉆井信息系統(tǒng)、地面建設(shè)信息系統(tǒng)、采油信息系統(tǒng)、物資供應(yīng)信息系統(tǒng)、技術(shù)檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn)化信息系統(tǒng)和綜合管理信息系統(tǒng)等在內(nèi)的8大系統(tǒng)。

(1)通過(guò)地震資料處理系統(tǒng)升級(jí)，三維地震資料的年處理能力突破了8 800km2，成為國(guó)內(nèi)第二大地震資料處理中心；精細(xì)油藏描述水平顯著提高，具備了整裝大油田的全油藏整體模擬能力。

(2)實(shí)現(xiàn)了千米以下油井生產(chǎn)參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，百公里以外輸油管線、供電管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)盡收眼底。具備了每年對(duì)百口重點(diǎn)探井和特殊工藝井的鉆井工程參數(shù)以及重點(diǎn)探井的錄井參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集和傳輸?shù)哪芰Α?/p>

(3)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制。目前已有70多個(gè)海上原油生產(chǎn)單井平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，生產(chǎn)裝置遙測(cè)遙控；9座原油站庫(kù)實(shí)現(xiàn)油氣水自動(dòng)計(jì)量，電量、燃油等能耗數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，機(jī)泵自動(dòng)控制，其中5座原油站庫(kù)實(shí)現(xiàn)超高液位自動(dòng)連鎖報(bào)警控制，安全運(yùn)行反應(yīng)提高到秒級(jí)；對(duì)51座變電站進(jìn)行了自動(dòng)化改造，使三分之一的變電站具備了無(wú)人值守的條件。

(4)信息化與生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化相結(jié)合。油田利用信息技術(shù)對(duì)機(jī)采、注水、集輸?shù)认到y(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，通過(guò)工藝流程自動(dòng)監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行預(yù)警保護(hù)、生產(chǎn)參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的配套應(yīng)用，使機(jī)采系統(tǒng)效率提高6.6%，注水系統(tǒng)效率提高13.7%，輸油泵機(jī)組平均運(yùn)效提高12.1%。在2 800口油井應(yīng)用了機(jī)采井參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，全部實(shí)施后使井系統(tǒng)效率平均提高9%；通過(guò)應(yīng)用地面工程三維設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)周期縮短1/4，每年節(jié)約工程建設(shè)投資近億元；通過(guò)應(yīng)用鉆井工程設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)，優(yōu)化施工參數(shù)和鉆柱組合、優(yōu)選鉆頭，每年降低鉆井成本8 000多萬(wàn)元。

2005年，勝利油田全面建成了ERP系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用ERP系統(tǒng)規(guī)模最大的一家企業(yè)；建設(shè)了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)監(jiān)督系統(tǒng)，使油田各項(xiàng)管理業(yè)務(wù)之間形成高效聯(lián)動(dòng)，與ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，全面實(shí)施集團(tuán)公司內(nèi)控制度。

按照“智慧油田”總體規(guī)劃，勝利油田力爭(zhēng)到2015年基本實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、業(yè)務(wù)管理協(xié)同化和全面信息共享，支持井位部署可視化，油藏、鉆采、地面工程方案編制的全面優(yōu)化，在2020年基本建成“智慧油田”。

4.長(zhǎng)慶油田

長(zhǎng)慶油田在油氣產(chǎn)量達(dá)到5 000萬(wàn)t時(shí)把用工總量控制在7萬(wàn)人左右，在管理上實(shí)現(xiàn)集生產(chǎn)指揮、綜合分析決策、措施方案自動(dòng)生成于一體的數(shù)字化管理系統(tǒng)。

在新油田，建立按流程管理的“作業(yè)區(qū)(聯(lián)合站)—增壓點(diǎn)(注水站)—井組(崗位)”新型勞動(dòng)組織模式；在老油區(qū)，以數(shù)字化管理為平臺(tái)，逐步撤銷(xiāo)現(xiàn)有井區(qū)，推行勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)扁平化。

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程、生產(chǎn)管理流程的分析，集中開(kāi)展針對(duì)性集成試驗(yàn)、技術(shù)攻關(guān)共28項(xiàng)，包括遠(yuǎn)程抽油機(jī)啟停、自動(dòng)投球裝置、自動(dòng)收球裝置、井場(chǎng)語(yǔ)音警示、集成撬裝增壓裝置，已有21項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)利。

通過(guò)在輸油管道關(guān)鍵部位、油氣區(qū)重點(diǎn)路段和井場(chǎng)、井站安裝視頻監(jiān)控、設(shè)置電子視頻跟蹤鎖定及傳聲警示等電子遙控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異常情況自動(dòng)報(bào)警，監(jiān)控出入油區(qū)的車(chē)輛、人員。

加快建設(shè)現(xiàn)代化的自動(dòng)報(bào)表生成，智能預(yù)警、管理決策輔助系統(tǒng)，從而大幅度提高了以現(xiàn)場(chǎng)管理為起點(diǎn)的管理效率，實(shí)現(xiàn)了單井電子巡井、井場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)化控制和視頻監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)了增壓站、接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站等的壓力、溫度、流量控制的數(shù)字化。

5.新疆油田

2000年，新疆油田公司正式提出”數(shù)字油田”標(biāo)準(zhǔn)，并在兩年后通過(guò)了中國(guó)石油集團(tuán)公司的認(rèn)證。到2008年，新疆油田公司已實(shí)現(xiàn)了檔案資料桌面化、業(yè)務(wù)工作桌面化、數(shù)據(jù)正常化、系統(tǒng)集成化和生產(chǎn)自動(dòng)化。

目前數(shù)字新疆油田建立了5大類(lèi)260個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成的標(biāo)準(zhǔn)體系，已有114個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在執(zhí)行或試行，覆蓋了油田生產(chǎn)、科研、管理、決策各個(gè)領(lǐng)域，形成了完整的信息標(biāo)準(zhǔn)體系。

新疆油田建立了一套應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，它以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，集成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)、通信技術(shù)、地理信息技術(shù)，形成了一個(gè)綜合的安全管理系統(tǒng)。

新疆油田公司的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、三維地理信息系統(tǒng)、應(yīng)用集成系統(tǒng)和勘探開(kāi)發(fā)協(xié)同工作環(huán)境正式投用，標(biāo)志著數(shù)字化的克拉瑪依油田全面建成。

四、數(shù)字油田發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

縱觀國(guó)內(nèi)數(shù)字油田的建設(shè)，不管從技術(shù)還是管理的層面上看，都還存在不少難題，尤其是業(yè)務(wù)流程革新、多元異構(gòu)數(shù)據(jù)整合以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)軟件的開(kāi)發(fā)將在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)困擾數(shù)字油田的發(fā)展。而油氣工業(yè)的各種工作流程和技術(shù)與地下油藏、油井生產(chǎn)監(jiān)控和地面控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流的整合更是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

一是只注重集成與展示，數(shù)據(jù)深度挖掘不夠。目前很多公司可以建立應(yīng)用全球遠(yuǎn)程通信和控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視、控制和優(yōu)化鉆井作業(yè)的實(shí)時(shí)操作中心，四維地震、智能完井等技術(shù)也都在世界各地多有應(yīng)用，并能采用并行處理網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)來(lái)處理地震數(shù)據(jù)。但在全面整合油田的各類(lèi)作業(yè)，用IT技術(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、設(shè)備自動(dòng)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)方面，還需要繼續(xù)探索。

二是業(yè)務(wù)決策難度大。石油行業(yè)中很多重要的決策需結(jié)合不同領(lǐng)域的成果和專(zhuān)家智慧，但是由于缺乏專(zhuān)家協(xié)同研究的平臺(tái)，導(dǎo)致決策效率低。很多決策還是很依賴于專(zhuān)家個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有傳承固化；同時(shí)決策數(shù)據(jù)收集困難。挪威國(guó)家石油公司早期的數(shù)據(jù)顯示，在整個(gè)決策過(guò)程中71%的時(shí)間都在收集整理數(shù)據(jù)，而真正用于分析數(shù)據(jù)、做決策的時(shí)間很少。

三是目前在數(shù)據(jù)獲取上還存在較多困難。首先最突出的問(wèn)題就是沒(méi)有一個(gè)手段可以很快地獲取到有用的數(shù)據(jù)信息；其次不同服務(wù)公司提供的數(shù)據(jù)成果格式不統(tǒng)一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)獲取困難；最后，不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)成果分散管理沒(méi)有共享，需要時(shí)獲取困難。

四是油田企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)面臨著許多不確定性，如地質(zhì)條件、儲(chǔ)量、開(kāi)發(fā)方案、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和市場(chǎng)環(huán)境的不確定性。這些不確定性帶來(lái)了油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)，如何提高對(duì)不確定性的分析，建立不確定性分析方法，量化不確定性，提高決策科學(xué)性也是今后數(shù)字油田建設(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

五是信息爆炸對(duì)數(shù)據(jù)中心的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)吞吐量大，不僅要求存儲(chǔ)設(shè)施具有極高的吞吐性能，而且要求服務(wù)器有很高的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)處理能力以及保證數(shù)據(jù)有效性和安全性的能力。

五、數(shù)字油田發(fā)展預(yù)測(cè)

目前，按照兩化融合思想的指導(dǎo)，將油田生產(chǎn)的自動(dòng)化與信息化相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到油氣生產(chǎn)流程中，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)數(shù)字油田建設(shè)的主流方向。一個(gè)新的構(gòu)想—“智能油田”也應(yīng)運(yùn)而生。另一方面，以油藏等地下地質(zhì)目標(biāo)為著眼點(diǎn)的“透明油田”理念也得到廣大石油地質(zhì)工作者的關(guān)注，成為數(shù)字油田發(fā)展的方向之一。

TE4

B

1671-0711（2014）03-0036-03

2013-03-25)