油田运营的数字化应用现状与前景分析

吴子现，王宝贵

（中国海洋石油国际有限公司，北京 100028）

数字油田是全面信息化的油田，即指以信息技术为手段全面实现油田实体和企业的数字化、网络化、智能化和可视化。数字化的油田运作模式，以及智能化无人化的探索实践，在过去几十年来无疑为提高效率和降低成本做出了突出的贡献。在当前能源革命、能源转型加速的背景下，传统的油气行业必须致力于打造更高效率和更低成本的作业模式以保持未来的发展可持续性。

本文通过分析目前油田管理数字化实践，分析该转型为油田运营带来的效益，以及未来的增长潜力。

1 数字化油田的概念

数字化油田是一种将业务流程管理与数字技术相结合的概念，以实现工作流程自动化，从而最大限度地提高生产力、降低成本，并最大限度地降低与石油和天然气运营相关的安全和商业风险。

数字化油田正在推动各种技术的采用，这些技术将收集各种形式的运营数据与现场作业实际相结合，以推动新的基于数据分析的决策。这些新技术应用是数字化油田实现更高效率的关键。

数字化油田的概念贯穿了从勘探直到开发生产各个环节，甚至企业的数字化运营环境，包括ERP、供应链，都在完整的数字油田的概念里。本文主要探讨数字化技术在油田生产过程中的运用实践，主要包括油藏开发优化、生产优化、二次采油优化、修井优化。

2 数字化油田现有使用场景

数字化油田技术近年来得到了石油公司的大力推广，在世界主要产油区如中东、北海和美洲区域都有比较广泛的应用。不断进步的数字化技术使得石油生产公司内各层级的人能够执行复杂的分析、诊断，并帮助制定战略决策。以下是数字化技术的几个典型使用场景。

2.1 联合作业中心

利用海上油田实时传输的可视化数据、信息以及图像，陆地办公室内包括装备部门、生产部门以及采办、HSE等部门的跨专业的人员可以对海上的生产情况进行实时分析、支持和决策，为海上安全生产提供迅速准确的技术支持。提供给联合作业中心的信息以可视化的方式呈现，并展示作业支持中心所关注的关键指标。联合作业中心还有效弥合了陆地人员、海上人员和不同班次工作人员之间的沟通障碍，使信息的一致性和决策时效性变得紧密和高效。

2.2 集成的设备状态监测和响应

集成化的设备状态监测和响应包括设备设施运转状况、备件情况、产量损失的监测和管理。设备设施的实时运行状态数据传输至中控界面，并可通过高速信息网络进行实时分享，设备设施的运转状况变得可视化。

如图1所示，油田的主要生产设备设施通过一个概览的方式传递给陆地作业支持中心。在一般的场景中，设备设施状态会以交通灯的形式展示，并可以利用存储的历史信息分析该设备设施的运转曲线和既往故障数据，对以后可能发生的故障进行预判，提出预防性维护方案。

图1 油田设备设施运行监控界面

该系统具备对数据分析和比对的能力，如果分析单台设备，历史的主要参数和运行曲线可以清晰获知。如果设备的运行参数在某一时间段偏离了正常的曲线时，就应该进行进一步分析诊断，并采取准确的干预措施。图2展示了一台注水泵的当前运转状况和历史运转参数，可以通过曲线进行直观地实时对比分析。当在一个时间点的运转工况发生变化时，系统会给予提示，这时联合作业中心的人员可以基于此与海上人员进行实时的沟通，以采取必要的干预，并对相关可能的情况进行标注。

图2 一台注水泵的运转参数界面

2.3 油水井的监测和生产流程优化：基于数据驱动的油藏和油井管理

油井动态监控和数据获取是实时产量优化的重要组成部分，通过井下安装的多功能传感器、多相流量计，以及地面的监测仪表等设备，实时将井下的压力、温度、油气水流量、井口压力和温度等各类参数传输到控制中心，通过仿真软件和油水井动态拟合，可以判断油水井是否在最优的状态下工作，并依此可以帮助识别生产流程的瓶颈，如气举量的分配、注水的调配等，对生产流程进行进一步优化调整，确保油田产量最优化、经济效益最大化。

2.4 虚拟设施模型和陆上控制

实现海上平台操作的少人化、无人化，很大程度上依赖于陆地操控中心能否将海上操作的实际场景以异地和数字化的方式虚拟出来。据悉当前国内外已经有不少油田实现了远程无人化操作，但是相对局限在比较特殊的场景和简单的控制中。如少数油田实现了台风撤离后维持生产的能力，给油田在全天候的生产能力带来了积极的效益，这依赖于海上生产系统的远程控制和应急关断能力的保证。但需要注意的是，这并不是全天候的远程操作，要实现更大范围的远程操作，实现海上无人化，仍然大幅依赖于远程数据传输的稳定性和远程控制的可靠性。

3 数字油田的总体流程设计

通过分析数字油田的一些典型时间轴，对于生产环节的总体设计来说，建立一个完整的概念，并明确一个准确的边界是至关重要的。数字油田总体流程如图3所示。归根结底，数字化是为了生产的效益来服务的。

图3 数字油田概览

一个典型的生产环节数字化设计，应该具备以下特征或功能：

➢总体开发生产的概览

➢自动化和自动优化的生产流程

➢基于原因和结果的情景分析与模拟

➢对于系统的瓶颈诊断

基于以上功能和特征预期，典型的数字化生产环节应该具备实时的诊断能力、实时的流程优化能力、协助制定计划和预测的能力，对于不同井的生产分配、注水管理以及当前生产的总体瓶颈分析和解决能力。实现这些功能，需要基于对于实时的设备和井的信息传递，试井数据和事件的分析。

4 数字油田未来发展及挑战

目前，数字化油田的转型和发展，仍有广阔的空间。在当前全球多数实现数字化的油田开发生产场景下，实现的是监测、数据采集和监测诊断、分析和决策，而基于以上三步的优化和预测还远远不够，而更具远景的人工智能分析和自动化无人化，才是未来油田数字化智能化的目标。

（1）如何使用收集的数据，并通过数据的高效利用优化生产过程，提高效率，降低成本。目前油田并不缺乏数据收集的能力，实际上有时候人们对于如山的数据似乎显得束手无策，忘了数据本身是用来干什么的。这时候需要人员回到最初的设计初心来，选取有效的数据分析模型，来给出具备生产力的分析结果。数据本身并不是生产力，有效地利用数据才能转化为生产力。

（2）信息基础设施的投入和成本，是油田企业必须要面临的另外一个压力。在更长的时间维度上，数字化的建设和使用会带来收益，然而正在进行的能源绿色转型，留给传统油气行业的时间和空间并不多，上游石油公司要谨慎地对待每一笔基础建设的投资，并分析其商业上的可行性。可以预见的是，信息基础建设所带来的效益正在面对着油田企业转型所带来的最直接挑战。在某油田的二期建设中，该二期油田并没有使用之前的井下智能完井方式，原因是产能的不确定性并不足以支持在数字化智能化上的投入。

（3）无人化和智能化的操作，并不简单是一个效益的问题，对于公司雇员的替换无疑有其直接的社会效应。上游石油公司如何在经济效益和社会效益之间找到一个平衡，也将是对数字化油田转型的一个直接挑战。

5 线上组织（Virtual organizations）

通过信息和通信技术（ICT）的使用，处于不同位置的员工通过线上交流的方式，如视频会议，可以实现实时的交流。但是线上交流的效果很大程度上依赖于参会人员之间是否之前已经彼此认识和了解，而这一点在未来的组织中并不一定能实现。

2020年以来，人们更加习惯于通过视频会议的方式进行交流和油田管理的讨论决策。而之前的油田数字化场景无疑有益于在这种情况下的油田运营，当人们不得不受限于在陆地之间和海陆之间的面对面接触时，在不同工作地点能够实时获取油田运维的信息并参与到实时的决策中，对新形势下的管理无疑是大有裨益的。

6 结束语

对于油田运营的数字化转型，无疑趋势是明朗的：数字技术与勘探开发核心业务深度融合，推动生产方式转变和管理流程优化，打造作业现场无人化、油藏研究可视化、生产运营协同化、战略决策科学化为特征的智能化油田，该趋势无疑是明确的。而实现各岗位人员对生产过程的实时监控、远程管控、跨专业协同、更高效地处置和管理，将给油田管理带来显著的效率和效益提升和平台定员人数的减少。

但是，数字化发展面对着内部和外部的双重压力，在内部，如何更加准确地收集数据，避免数据冗余，如何有效地利用数据制作准确的模型工具，以帮助实时诊断和分析，目前行业在进行各种各样的尝试，显然还缺少比较共识的规范和指引。而对外部来说，数字化油田的发展路线图因为能源绿色转型的压力和社会效应的压力，将不得不面临更紧迫的空间，如何在短期效益和长期的趋势判断之间找到平衡，对上游油气公司将是一个挑战。