數(shù)字平臺(tái)構(gòu)建下傳統(tǒng)能源的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)

曲曉慧，鄭 毅，李明江

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300457）

0 引言

近幾年，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外開始嘗試將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到能源產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，為此需要深入分析數(shù)字技術(shù)在傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)中的應(yīng)用特征，通過合理創(chuàng)建數(shù)字平臺(tái)支持傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)的發(fā)展效率和水平，為傳統(tǒng)能源的發(fā)展指明方向，開拓前進(jìn)路徑。

1 研究背景

人工智能和大數(shù)據(jù)等新興數(shù)字技術(shù)的發(fā)展為各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新提供了有效的技術(shù)支持，大部分企業(yè)開始借助各種新型技術(shù)為企業(yè)的發(fā)展全面賦能。相關(guān)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)也為海上油田開采提供了全新解決思路，推動(dòng)數(shù)字技術(shù)合理應(yīng)用到油氣開采的整個(gè)過程。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用可以為油田智能開發(fā)提供有效解決方案，在進(jìn)一步提高油田采收率的同時(shí)，改進(jìn)石油采收技術(shù)，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)相關(guān)行業(yè)的數(shù)字平臺(tái)應(yīng)用調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)字技術(shù)的有效應(yīng)用可以使油田產(chǎn)量提升5%～40%，鉆井效率提升10%，人工成本降低50%。由此能夠看出數(shù)字平臺(tái)對(duì)于傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要作用，為此需要采取有效措施，全面提升傳統(tǒng)能源生產(chǎn)效率[1]。

2 數(shù)字平臺(tái)構(gòu)建下傳統(tǒng)能源的發(fā)展現(xiàn)狀

本文針對(duì)目前海上石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和數(shù)字與信息化技術(shù)應(yīng)用狀況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研分析。在渤海油田相關(guān)注采方案執(zhí)行中，涵蓋3個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，分別是注水業(yè)務(wù)、采油業(yè)務(wù)和將注水采油進(jìn)行關(guān)聯(lián)的油藏研究業(yè)務(wù)。采油業(yè)務(wù)以合采為主，分采方面缺少合理控制措施，通過多層合采模式，各層由機(jī)械滑套實(shí)施分層控制。進(jìn)入雙高期后，層內(nèi)、層間以及平面這3種開發(fā)矛盾越加突出，使油田呈現(xiàn)迅速遞減趨勢(shì)。在油田開發(fā)持續(xù)深入發(fā)展中，加快見水速度，分采配產(chǎn)控水相關(guān)技術(shù)要求持續(xù)提升，并對(duì)開采過程實(shí)施合理控制。為了解決上述問題，可以積極研發(fā)新型井筒技術(shù)，改善分層產(chǎn)量和分層數(shù)據(jù)采集等方面的控制效果；應(yīng)用電泵監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保電泵井可以維持最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備應(yīng)用壽命；建設(shè)生產(chǎn)優(yōu)化支持和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，促進(jìn)井筒控制和電泵控制全面融合，提高穩(wěn)油控水質(zhì)量[2]。

配產(chǎn)配注生產(chǎn)方面，需要油藏技術(shù)人員主動(dòng)實(shí)施人工干預(yù)，借助人工技術(shù)手段以及數(shù)值模擬手段，科學(xué)預(yù)測(cè)采油指數(shù)和注入指數(shù)。配產(chǎn)配注也是連接注入和采油的基礎(chǔ)橋梁，為此需要綜合考慮不同指標(biāo)參數(shù)的影響。由于方案形成時(shí)間久，且主要依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，無法準(zhǔn)確評(píng)估，需要結(jié)合地質(zhì)油藏風(fēng)險(xiǎn)和特征，以單井產(chǎn)量以及井間連通關(guān)系為基礎(chǔ)，結(jié)合邊底水能量補(bǔ)充、剩余油分布、儲(chǔ)層污染、注采井型等發(fā)展?fàn)顩r，在合理調(diào)節(jié)油藏指標(biāo)以及單井設(shè)備技術(shù)控制下，合理利用各種智能算法幫助解決水井配注以及油井配產(chǎn)問題，設(shè)計(jì)智能化的注采方案，實(shí)施注采診斷評(píng)價(jià)和跟蹤預(yù)警，實(shí)現(xiàn)延緩產(chǎn)量減少、控制含水?dāng)U大，提升油藏綜合管理質(zhì)量的目標(biāo)。

3 數(shù)字平臺(tái)構(gòu)建下傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)現(xiàn)存問題分析

結(jié)合上述調(diào)研成果進(jìn)行深入分析，整理成數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展中所需解決問題：①缺少數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集措施。盡管當(dāng)前所用數(shù)據(jù)采集方式十分多樣化，但其中大量信息數(shù)據(jù)以人工錄入方式為主，并傳輸至陸地，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較差，增加了數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的難度。②采集的各種數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。除了手工錄入之外，還存在多樣業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，普遍為獨(dú)立設(shè)置模式，數(shù)據(jù)信息之間缺少聯(lián)系，降低了數(shù)據(jù)信息的一致性，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。③不同專業(yè)協(xié)作缺少聯(lián)動(dòng)性，各個(gè)專業(yè)業(yè)務(wù)以獨(dú)立運(yùn)行模式為主，針對(duì)數(shù)個(gè)專業(yè)模塊協(xié)同運(yùn)行場(chǎng)景，當(dāng)前以線下溝通模式為主，影響整體效率，導(dǎo)致溝通成本擴(kuò)大。④缺少科學(xué)的處理機(jī)制和報(bào)警反饋制度，當(dāng)前業(yè)務(wù)中的報(bào)警反饋主要通過現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行系統(tǒng)采集，借助文檔、郵件等形式定期將信息傳輸?shù)疥懙厣系木S護(hù)部門，由陸地上的專業(yè)工程師實(shí)施處理分析，提供有針對(duì)性的解決方案，并交付現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，全部以線下信息傳輸方式為主，影響問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理時(shí)效性。⑤各種方案信息以及歷史資料無法實(shí)現(xiàn)一站式采集。當(dāng)前工程師在對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)故障的處理，形成的專業(yè)資料信息普遍存儲(chǔ)于個(gè)人電腦中，最終構(gòu)成一種知識(shí)孤島，而工程現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生問題后需要及時(shí)查詢歷史方案和類似問題，這增加了信息資料采集難度，且缺少統(tǒng)一歷史方案，無法合理管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)資料，影響相關(guān)知識(shí)的全面共享[3]。

4 數(shù)字平臺(tái)構(gòu)建下傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型思路

4.1 搭建數(shù)字平臺(tái)框架

數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于海上石油開采產(chǎn)業(yè)，支持業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型發(fā)展需要以處理實(shí)際業(yè)務(wù)需求為核心，重點(diǎn)實(shí)施技術(shù)攻關(guān)，借助人工智能以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)，打造統(tǒng)一數(shù)字平臺(tái)。同時(shí)以此數(shù)字平臺(tái)基礎(chǔ)深入探索數(shù)字技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用策略，實(shí)時(shí)監(jiān)控分層注采過程，針對(duì)注采設(shè)備實(shí)施全生命周期控制，發(fā)揮注采智能輔助決策等功能，構(gòu)建全海域智能注采數(shù)字決策中心。

基于業(yè)務(wù)流程貫通、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、模型智能優(yōu)化、平臺(tái)多源整合、應(yīng)用主題定制等建設(shè)原則對(duì)數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)字平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1）主要由數(shù)據(jù)來源層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、應(yīng)用服務(wù)層、訪問層、性能保障、設(shè)計(jì)原則、安全認(rèn)證、技術(shù)支撐組成。

圖1 數(shù)字平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2 搭建數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

在數(shù)字平臺(tái)中構(gòu)建數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，合理引入數(shù)據(jù)管理觀念，創(chuàng)建開發(fā)數(shù)據(jù)庫，全面優(yōu)化數(shù)據(jù)信息質(zhì)量，構(gòu)建業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用、管理全過程統(tǒng)一管理系統(tǒng)，為業(yè)務(wù)單元提供合理的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)方案和數(shù)據(jù)工具，確保全面覆蓋所有數(shù)據(jù)信息，滿足智能油田建設(shè)中的各種數(shù)據(jù)需求。從煙囪式業(yè)務(wù)模式朝著數(shù)據(jù)流程一體化控制方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，打造統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，融合數(shù)據(jù)服務(wù)、智能分析以及數(shù)據(jù)處理等功能，進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)信息應(yīng)用成本。對(duì)不同形式業(yè)務(wù)信息實(shí)施全面整合，優(yōu)化處理，方便后續(xù)針對(duì)各種信息數(shù)據(jù)實(shí)施深入挖掘和綜合分析，突出數(shù)據(jù)價(jià)值。在數(shù)字平臺(tái)內(nèi)針對(duì)各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息實(shí)施合理存儲(chǔ)，為業(yè)務(wù)端提供有效的數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)處理方案。

4.3 打造業(yè)務(wù)板塊協(xié)同渠道

利用數(shù)字技術(shù)打造各個(gè)業(yè)務(wù)模塊協(xié)同操作機(jī)制，改變不同業(yè)務(wù)獨(dú)立運(yùn)行模式，提供跨專業(yè)協(xié)同操作機(jī)制，實(shí)施全生命周期管理。嘗試在智能化和數(shù)字化的數(shù)字智能注采平臺(tái)中創(chuàng)建各個(gè)模塊協(xié)同運(yùn)行模式，以改變?cè)械牟煌瑯I(yè)務(wù)獨(dú)立操作模式，致力于提供跨注水、采油、油藏多專業(yè)協(xié)同操作平臺(tái)，并針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)施全過程管理。同時(shí)引用數(shù)字技術(shù)，改變傳統(tǒng)線下處理模式，全面跟蹤各種問題處理活動(dòng)，在數(shù)字平臺(tái)內(nèi)實(shí)施全面記錄和沉淀。借助海量信息沉淀，為順利引入人工智能技術(shù)實(shí)施有效回饋，構(gòu)成數(shù)據(jù)信息的智能化處理方案，提供有效信息參考和數(shù)據(jù)支持。

4.4 借助實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訓(xùn)練核心模型算法

數(shù)字平臺(tái)的創(chuàng)建中，可以留出專門的單獨(dú)模塊針對(duì)不同業(yè)務(wù)線索實(shí)施專家經(jīng)驗(yàn)記錄和積累，充分利用泵工況、注水工作筒等設(shè)備產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合各種歷史性人工操作元素順利轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模型，于模型實(shí)踐應(yīng)用中開展模型訓(xùn)練，為數(shù)據(jù)信息的業(yè)務(wù)化發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。借助數(shù)字模型和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)引入，開展全面連通，可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信息處理效率和預(yù)警回饋效率，優(yōu)化整體管理質(zhì)量[4]。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量是影響模型效果的最關(guān)鍵因素，因此需要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)甄別結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）評(píng)價(jià)，按照不同對(duì)象維度、不同評(píng)價(jià)周期對(duì)設(shè)計(jì)的多維度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到分析成果庫，同時(shí)按照橫向?qū)Ρ燃芭琶l(fā)布到系統(tǒng)前端，讓用戶快速便捷地掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體情況。指標(biāo)評(píng)價(jià)流程如圖2所示。

圖2 指標(biāo)評(píng)價(jià)流程

指標(biāo)設(shè)計(jì)可以從數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性3個(gè)方面考慮，指標(biāo)設(shè)計(jì)分類如表1所示。

表1 指標(biāo)設(shè)計(jì)分類

4.5 設(shè)置油田智能專家知識(shí)庫

構(gòu)建智能化的油田知識(shí)數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化歷史數(shù)據(jù)綜合價(jià)值，在數(shù)字智能注采平臺(tái)內(nèi)打造一套能夠有效捕捉、轉(zhuǎn)化和分享信息的海量知識(shí)庫和信息數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建幫助業(yè)務(wù)人員增強(qiáng)自身創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力的信息共享機(jī)制和知識(shí)管理機(jī)制，涵蓋海上石油業(yè)務(wù)的相關(guān)知識(shí)分類、信息檢索、知識(shí)推送等服務(wù)，有助于陸地、平臺(tái)多作業(yè)場(chǎng)景的專業(yè)人員實(shí)施橫向知識(shí)共同和技術(shù)交流，優(yōu)化歷史知識(shí)應(yīng)用效果，提高知識(shí)應(yīng)用頻率，提升整體工作效率。

5 案例分析

結(jié)合中國海洋石油集團(tuán)有限公司的整體規(guī)劃和未來支持海上應(yīng)用推廣的需求，數(shù)字平臺(tái)按照智能油田系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)要求，基于統(tǒng)一數(shù)字智能注采平臺(tái)和系統(tǒng)開發(fā)框架實(shí)施油藏、機(jī)采、注水等生產(chǎn)業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，目前相繼部署在海油云對(duì)應(yīng)的平臺(tái)即服務(wù)（PAAS）平臺(tái)中。

數(shù)字智能注采平臺(tái)將人工舉升、增產(chǎn)增注、地質(zhì)油藏當(dāng)成基礎(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景，在全面引入智能化和數(shù)字化技術(shù)實(shí)施全面攻關(guān)中，構(gòu)成數(shù)字智能注采技術(shù)，涵蓋注水、油藏以及機(jī)采這3種業(yè)務(wù)板塊，在實(shí)施專家診斷評(píng)估、效果跟蹤、個(gè)人工作臺(tái)流轉(zhuǎn)、單井方案生產(chǎn)、注采方案制定、動(dòng)態(tài)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)等功能基礎(chǔ)上，順利串聯(lián)3種業(yè)務(wù)板塊，為油田開發(fā)和數(shù)字化注采提供有效的處理方案。

結(jié)合項(xiàng)目要求，完成注采系統(tǒng)建設(shè)框架，完成前端組件和微服務(wù)開發(fā)工作，并應(yīng)用在海油云平臺(tái)，逐步將注采系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展，力爭(zhēng)打造更廣泛的業(yè)務(wù)平臺(tái)。數(shù)字智能注采平臺(tái)利用效果跟蹤、個(gè)人工作臺(tái)流轉(zhuǎn)、單井方案生產(chǎn)、注采方案設(shè)計(jì)、專家診斷評(píng)估、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等功能，串聯(lián)三大業(yè)務(wù)板塊，為整體開發(fā)油田提供有效的數(shù)字注采解決方案。結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用層面分析，數(shù)字平臺(tái)主要利用油藏注采方案推送配注結(jié)果、配產(chǎn)結(jié)果，充當(dāng)注水、機(jī)采制度調(diào)整參考依據(jù)，不同業(yè)務(wù)模塊通過動(dòng)態(tài)展示生產(chǎn)過程，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)異常狀況，處理異常事件，合理制定方案執(zhí)行跟蹤機(jī)制，構(gòu)成機(jī)采、注水、油藏等業(yè)務(wù)串聯(lián)和單獨(dú)業(yè)務(wù)閉環(huán)管理。各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息全面存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)知識(shí)高效利用和全面共享。

6 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字平臺(tái)在能源業(yè)務(wù)中的應(yīng)用發(fā)展逐漸成為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，但結(jié)合當(dāng)前實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r分析，依然存在一些不足。為此需要結(jié)合數(shù)字平臺(tái)在傳統(tǒng)能源業(yè)務(wù)中的應(yīng)用阻礙和問題，提出有效的解決思路和發(fā)展措施，促進(jìn)數(shù)字平臺(tái)合理應(yīng)用到能源勘探、開發(fā)、生產(chǎn)、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，并在未來發(fā)展中實(shí)現(xiàn)能源生態(tài)共建和數(shù)據(jù)信息全面共享。