賈 靜，陳 林 ，付 新，粟 鵬，李 楊，陳 強(qiáng)

中國石油西南油氣田公司：a.川中北部采氣管理處；b.川中油氣礦，四川 遂寧 629000

引言

隨著近年國際油價(jià)的劇烈震蕩和2021 年全球范圍出現(xiàn)的能源短缺，油氣行業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)，面對能源革命和能源轉(zhuǎn)型加快推進(jìn)的新形勢新趨勢，必須有效利用以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的數(shù)字技術(shù)，驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)模式重構(gòu)、管理模式變革、商業(yè)模式創(chuàng)新與核心能力提升，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和價(jià)值增長[1]。近年來，以制造業(yè)為代表的工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型熱潮席卷全球，世界主要發(fā)達(dá)國家頒布了一系列以“智能制造”為主題的國家戰(zhàn)略。2009 年，美國發(fā)布《重振美國制造業(yè)框架》，提出先進(jìn)制造戰(zhàn)略和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念，加快推動(dòng)智能制造發(fā)展。歐盟是發(fā)展智能制造最積極的地區(qū)之一，其中，以德國、法國、英國、意大利、瑞典為代表。2013 年，德國正式推出“德國工業(yè)4.0”，將智能制造列入《德國2020 高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項(xiàng)目。同年，法國提出了“新工業(yè)法國”計(jì)劃，并于2015 年推出“未來工業(yè)”計(jì)劃，明確提出以數(shù)字技術(shù)推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。2017 年，英國推出了以“工業(yè)數(shù)字化”為核心的《工業(yè)戰(zhàn)略白皮書——建設(shè)適合未來的英國》，并發(fā)布了《讓制造更智能—2017 評論》報(bào)告，提出英國推進(jìn)工業(yè)數(shù)字化的路徑與政策建議。日本早在1990 年就由通產(chǎn)省提出智能制造研究的十年計(jì)劃，并聯(lián)合歐洲共同體委員會(huì)、美國商務(wù)部，協(xié)商共同成立IMS（智能制造系統(tǒng)）國際委員會(huì)，在2017 年提出了“互聯(lián)工業(yè)”概念。此外，韓國2015 年公布了《制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略實(shí)施方案》，以促進(jìn)制造業(yè)與信息技術(shù)相融合，提升制造業(yè)的競爭力[2-4]。

我國在“九五”計(jì)劃中將智能制造技術(shù)及智能制造系統(tǒng)作為重點(diǎn)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，并列入國家863 計(jì)劃。近年來，我國不斷通過頂層設(shè)計(jì)，出臺(tái)政策和規(guī)劃支持智能制造業(yè)。2012 年，科技部和工業(yè)信息化部分別發(fā)布《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》和《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。2015 年5 月，中國政府正式印發(fā)了《中國制造2025》，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，將智能制造工程作為制造業(yè)強(qiáng)國五大工程之一。2016 年6 月，國務(wù)院印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》；同年底，工業(yè)和信息化部與財(cái)政部發(fā)布《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》。2018 年9 月，工信部、國標(biāo)管理委員會(huì)發(fā)布《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2018 年版）》，提出智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)計(jì)劃。2020 年4 月，國家發(fā)改委首次明確將人工智能作為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要領(lǐng)域。這一系列計(jì)劃的背后，創(chuàng)新和智能化是關(guān)鍵，核心目的是促進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，提高工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)[5-6]。截至2020 年底，全球人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)1 565 億美元，同比增長12.3%；我國產(chǎn)業(yè)規(guī)模為434億美元，同比增長13.75%，超過全球增速。在2021年7 月舉行的世界人工智能大會(huì)人工智能治理論壇上，中國科學(xué)技術(shù)信息研究所研究發(fā)布的《2020 全球人工智能創(chuàng)新指數(shù)報(bào)告》顯示，中國人工智能創(chuàng)新指數(shù)升至世界第2 位。

在萬物互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算四大力量的推動(dòng)下，以人工智能、機(jī)器人技術(shù)等為突破口的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來。對于傳統(tǒng)企業(yè)而言，這意味著一個(gè)新時(shí)代的開啟。在“工業(yè)4.0”“工業(yè)大數(shù)據(jù)”“智能制造”這些宏觀戰(zhàn)略的背后，始終有一條主軸貫穿中心，那就是信息化發(fā)展的趨勢是智能化。智能化是強(qiáng)國戰(zhàn)略的必備基礎(chǔ)，也是油氣企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向。

1 全球油氣產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，全球各大石油公司都積極將先進(jìn)信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合，持續(xù)推動(dòng)油氣開發(fā)生產(chǎn)組織的數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)以智能化主導(dǎo)的運(yùn)營新模式轉(zhuǎn)變。2017 年11 月，國際能源署（IEA）發(fā)布的石油行業(yè)數(shù)字化趨勢預(yù)測報(bào)告顯示，在油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)上游領(lǐng)域，智能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，能夠讓油氣生產(chǎn)成本降低10%～20%，讓全球油氣技術(shù)可采儲(chǔ)量提高5%[7]。全球石油行業(yè)正在通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型提高未來核心競爭力。

1.1 石油公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，部分大型石油公司已陸續(xù)完成單個(gè)領(lǐng)域的智能油氣田建設(shè)，開始整合各領(lǐng)域智能油氣田解決方案，開展全面性智能化建設(shè)。國外的殼牌、BP、沙特阿美、挪威國家石油、斯倫貝謝、哈里伯頓等公司，國內(nèi)的三大石油公司都快速推動(dòng)智能化技術(shù)在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐，帶動(dòng)全球油氣業(yè)務(wù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

在國外石油公司，殼牌石油公司通過油氣藏監(jiān)控、智能井、模型仿真等手段，優(yōu)化了油氣藏開采，提升了油氣田經(jīng)濟(jì)效益。BP 通過油藏遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷、模型仿真、數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理的輔助決策。沙特阿美通過生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和油藏智能化管理，形成了集成運(yùn)營環(huán)境。挪威國家石油公司通過遠(yuǎn)程操控鉆井機(jī)器人、四維模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)的應(yīng)用，形成了全球化的業(yè)務(wù)支持中心。斯倫貝謝使用DELFI 勘探和生產(chǎn)環(huán)境感知系統(tǒng)把人工智能、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢集合在一起，使勘探開發(fā)工作更加智能化。哈里伯頓與微軟推出基于Azure 系統(tǒng)的Decision Space 365 軟件產(chǎn)品，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸油田現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，并通過建立相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)了鉆井和生產(chǎn)的優(yōu)化以降本增效[8-9]。

目前，國內(nèi)各油氣田在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面正在積極進(jìn)行試點(diǎn)和探索。中國石油在“兩統(tǒng)一，一通用”建設(shè)藍(lán)圖的指引下，通過夢想云實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一數(shù)據(jù)湖、統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)、通用應(yīng)用統(tǒng)一建設(shè)的設(shè)想。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)湖，集中管理了中國石油在過去幾十年積累的勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營等6 大領(lǐng)域、物探鉆井等15 個(gè)專業(yè)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化等8 類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)入湖、治理、共享、分析等功能。云平臺(tái)融合了國際最新IT 技術(shù)，具備敏捷開發(fā)、應(yīng)用集成、專業(yè)軟件共享、智能創(chuàng)新、業(yè)務(wù)協(xié)同五大能力，有效支持了油氣勘探、開發(fā)生產(chǎn)、協(xié)同研究、經(jīng)營管理、安全環(huán)保五大業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、綜合研究智能協(xié)同、方案決策智能優(yōu)化、生產(chǎn)過程智能操控、安全環(huán)保智能管控、經(jīng)營管理精細(xì)高效。中國石化堅(jiān)持新發(fā)展理念，積極推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和石化產(chǎn)業(yè)深度融合，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，以信息化培育新動(dòng)能，用新動(dòng)能推動(dòng)新發(fā)展。推進(jìn)智能工廠建設(shè)，對鎮(zhèn)海煉化、九江石化等先期智能工廠試點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)升級，開展設(shè)備腐蝕、工藝及操作優(yōu)化等大數(shù)據(jù)應(yīng)用試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、裝置運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測預(yù)警；利用機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺識(shí)別等技術(shù)，開展異常工況偵別、人員安全行為監(jiān)測示警、區(qū)域異常情況預(yù)警等應(yīng)用試點(diǎn)，提高了安全生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、高效生產(chǎn)水平。中海油基礎(chǔ)設(shè)施云平臺(tái)已全面投入使用，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)對公司國內(nèi)外分支機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)現(xiàn)場的全覆蓋。通過基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用系統(tǒng)的跨專業(yè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整合、統(tǒng)一分析和綜合展示；通過建設(shè)勘探開發(fā)實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)，構(gòu)建以“井”為中心，井場與基地多學(xué)科協(xié)同作戰(zhàn)的信息系統(tǒng)平臺(tái)，有效節(jié)約了鉆井時(shí)間，提高了目的層鉆遇率；通過建設(shè)海上無人平臺(tái)，推動(dòng)臺(tái)風(fēng)生產(chǎn)模式常態(tài)化，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部、跨空間、跨專業(yè)的一體化協(xié)同，達(dá)到結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)控制現(xiàn)場生產(chǎn)的目的，推動(dòng)主營業(yè)務(wù)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變[10-11]。

1.2 油氣工業(yè)領(lǐng)域智能化技術(shù)發(fā)展概況

當(dāng)前，世界油氣工業(yè)正處于從自動(dòng)化走向智能化的探索起步階段。未來的研發(fā)方向和重點(diǎn)是智能勘探、智能鉆井、智能油氣開發(fā)生產(chǎn)、智能油氣管網(wǎng)、智能油氣處理廠等5 個(gè)領(lǐng)域（圖1）。

圖1 油氣工業(yè)信息、自動(dòng)化和智能化技術(shù)的發(fā)展歷程

1.2.1 智能勘探

在油氣勘探領(lǐng)域，智能技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)覆蓋地震數(shù)據(jù)、測井、重磁電、微地震等資料的處理與綜合解釋以及井孔與巖石物理數(shù)據(jù)分析、油藏表征與油氣開發(fā)數(shù)據(jù)分析等各方面。這充分縮短了工作周期，降低了工作成本以及對人工經(jīng)驗(yàn)的依賴性，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析的可靠性，提高了解決復(fù)雜問題的能力。油氣勘探將逐步從自動(dòng)化處理走向智能化解釋，構(gòu)建智能化系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)勘探領(lǐng)域的后端并行化、前端可視化、流程自動(dòng)化和系統(tǒng)智能化[12]。

1.2.2 智能鉆井

數(shù)字采集傳輸技術(shù)、數(shù)字集成分析技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、3D 打印與虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)將鉆井工業(yè)從自動(dòng)化帶入了智能化時(shí)代。部分油田配備了智能鉆臺(tái)機(jī)器人、智能排管機(jī)器人等智能化設(shè)備，可取代鉆臺(tái)工人和井架工。據(jù)預(yù)測，目前一部鉆機(jī)需配置26人，到2025 年左右可能只需要5 人[13]。中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院通過將機(jī)器學(xué)習(xí)與梯度搜索及決策樹算法結(jié)合，研制了鉆井智能提速導(dǎo)航儀，榮獲了第45 屆美國EP 工程技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，已應(yīng)用50 余井次，機(jī)械鉆速提高了18.8%～46.6%[14]。智能鉆井將是未來油氣工程領(lǐng)域的核心技術(shù)和核心競爭力。

1.2.3 智能油氣開發(fā)生產(chǎn)

智能油氣開發(fā)生產(chǎn)主要從云數(shù)據(jù)平臺(tái)、油氣藏一體化管理、單井全生命周期管理和地面生產(chǎn)一體化管理四個(gè)方面出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)生產(chǎn)全過程的數(shù)字化運(yùn)行和智能化管理。通過確立油氣田開發(fā)過程中的地質(zhì)、數(shù)值模擬與動(dòng)態(tài)分析模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析，可以保證開發(fā)過程的高效益、高質(zhì)量；通過控制、管理單井全生命周期，可以提高油氣藏采收率和產(chǎn)能貢獻(xiàn)率；通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以全方位監(jiān)控管理錯(cuò)綜復(fù)雜的地面集輸系統(tǒng)[15]。例如，BP 通過未來油田項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)分析的快速?zèng)Q策，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多地點(diǎn)的遠(yuǎn)程協(xié)同，對其總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)到了50%。

1.2.4 智能油氣管網(wǎng)

目前，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生體等技術(shù)，以智能運(yùn)行、智能管理、智能調(diào)控為主要標(biāo)志的智能油氣管網(wǎng)已初見端倪，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)全面統(tǒng)一、系統(tǒng)融合互聯(lián)、供應(yīng)精準(zhǔn)匹配、運(yùn)行智能高效、預(yù)測預(yù)警可控。2014 年，通用電氣和埃森哲公司聯(lián)合推出全球首個(gè)“智能管道解決方案”，可以幫助全面了解管道的安全性和資產(chǎn)的完整性狀況，從而做出更為科學(xué)的決策。西門子公司開發(fā)的Pipelines 4.0 是適用于管道資產(chǎn)建設(shè)、運(yùn)行管理及全生命周期優(yōu)化的綜合配套工具，可以提供更多的決策支持，使管道運(yùn)行更簡便、更經(jīng)濟(jì)、更可靠，可視性更強(qiáng)[16-17]。

1.2.5 智能油氣凈煉化

以MES 系統(tǒng)、流程模擬系統(tǒng)、三維數(shù)字化工廠為代表的先進(jìn)技術(shù)將天然氣處理、石油煉化行業(yè)帶入了智能化時(shí)代。利用這些智能化手段，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確地掌握產(chǎn)銷流程，提高了生產(chǎn)過程的可控性，減少了生產(chǎn)過程中的人工干預(yù)[18]，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)方式和管控模式轉(zhuǎn)型升級。例如，ExxonMobil 公司的“分子煉油”項(xiàng)目建立了眾多煉油裝置的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而開發(fā)出實(shí)時(shí)優(yōu)化模型，結(jié)合先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC），實(shí)現(xiàn)了煉油裝置的實(shí)時(shí)優(yōu)化（RTO），進(jìn)一步提高了煉油生產(chǎn)效率[19]。

2 油氣開發(fā)生產(chǎn)的智能化探索

2.1 油氣開發(fā)生產(chǎn)智能化特征

油氣開發(fā)生產(chǎn)智能化管理在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)，搭建一體化資產(chǎn)模型，持續(xù)提升油氣田主營業(yè)務(wù)的智能化管理能力，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、科學(xué)決策，推動(dòng)企業(yè)降低成本、高效運(yùn)營，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。具有全面感知油氣田動(dòng)態(tài)、自動(dòng)操控油氣田活動(dòng)、預(yù)測油氣田變化趨勢、輔助油氣田優(yōu)化決策等四個(gè)典型特征。

第一，全面感知。在壓力、溫度、流量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻自動(dòng)采集集中監(jiān)視基礎(chǔ)上，利用傳感技術(shù)和全覆蓋的傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對人行為的自動(dòng)記錄、對設(shè)備的智能識(shí)別、對風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)提示和防范，前方實(shí)時(shí)感知，后方高效智能分析。

第二，自動(dòng)操控。利用先進(jìn)的自動(dòng)化及信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油氣井生產(chǎn)的自動(dòng)控制，電子/現(xiàn)場巡檢自動(dòng)執(zhí)行，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)診斷，緊急狀況自動(dòng)聯(lián)鎖動(dòng)作，數(shù)據(jù)自動(dòng)分析、主動(dòng)推送。

第三，趨勢預(yù)測。在對歷史海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)挖掘、業(yè)務(wù)模型分析，結(jié)合生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行趨勢來實(shí)現(xiàn)對異常問題進(jìn)行預(yù)測預(yù)警、分級報(bào)警、提前響應(yīng)、及時(shí)處置。

第四，優(yōu)化決策。以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)專業(yè)模型形成的智能分析、預(yù)測結(jié)論為依據(jù)，通過實(shí)時(shí)推送的可視化協(xié)同工作環(huán)境，結(jié)合行業(yè)專家經(jīng)驗(yàn)的輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)與人的經(jīng)驗(yàn)智慧相結(jié)合，全面提升優(yōu)化決策能力。

以四個(gè)特征為目標(biāo)，在基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)造“一個(gè)中心、一個(gè)平臺(tái)、兩個(gè)體系”的智能化油氣開發(fā)生產(chǎn)整體架構(gòu)（圖2），即數(shù)據(jù)管理中心、一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系。

圖2 智能化油氣開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 油氣開發(fā)生產(chǎn)智能化關(guān)鍵技術(shù)

將新一代智能化關(guān)鍵技術(shù)如超級物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、視頻智能分析、AR/VR 及機(jī)器人技術(shù)引入油氣田，解決油氣開發(fā)生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)與油氣開發(fā)生產(chǎn)深度融合，探索優(yōu)質(zhì)高效的油氣開發(fā)生產(chǎn)新模式，可以開辟油氣田開發(fā)智能化管理新形態(tài)（表1）。

表1 智能化關(guān)鍵技術(shù)分類統(tǒng)計(jì)表

在開發(fā)地質(zhì)方面，海量的地震、錄井、測井等數(shù)據(jù)較大程度地依靠人工進(jìn)行研究和分析，油氣藏動(dòng)態(tài)變化尚不能實(shí)時(shí)掌控，利用大數(shù)據(jù)、一體化協(xié)同開展地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的深度挖掘利用，可在分析層面實(shí)現(xiàn)海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)智能化解釋，在應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的靈活調(diào)用、協(xié)同共享。在開發(fā)生產(chǎn)方面，引入智能機(jī)器人巡檢、AR 輔助操作等技術(shù)，可減少對人員技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的依賴。在安全環(huán)保方面，利用視頻智能分析代替人工巡檢，可實(shí)現(xiàn)場站入侵智能預(yù)警和主動(dòng)驅(qū)離、跑冒滴漏智能識(shí)別。在生產(chǎn)運(yùn)行方面，運(yùn)用超級物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場萬物互聯(lián)、深度感知以及異常工況快速自動(dòng)診斷、分級智能預(yù)警。在管道運(yùn)行方面，通過光纖傳感、次聲波檢測、無人機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)管道實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常工況預(yù)警、管道自動(dòng)巡護(hù)。

2.3 石油公司的智能化實(shí)踐

近兩年中，數(shù)字化、人工智能正在以超乎預(yù)期的速度發(fā)展，越來越多石油公司開始意識(shí)到，數(shù)字化轉(zhuǎn)型將是一場關(guān)乎未來的競爭，在這一領(lǐng)域的落后者，將在未來的競爭中處于被動(dòng)。國內(nèi)外石油公司開始啟動(dòng)智能油氣田探索，并取得了較好的成效。

2.3.1 荷蘭殼牌公司智能油氣田解決方案

殼牌在智能化油氣田建設(shè)上處于國際領(lǐng)先地位，在石油行業(yè)大規(guī)模推行人工智能（AI）的應(yīng)用，推動(dòng)人工智能嘗試及變革。殼牌在全球共有59 個(gè)智能化油氣田，經(jīng)濟(jì)收益已達(dá)50×108美元[20]。2008年，殼牌公司開始在Bonga 油田開展智能化油田建設(shè)，智能化系統(tǒng)集成了配產(chǎn)、監(jiān)測、優(yōu)化、模擬和預(yù)測模塊，是一個(gè)綜合的工作平臺(tái)。通過智能化系統(tǒng)可以采集和分析油氣井的測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的生產(chǎn)監(jiān)測和優(yōu)化，提高配產(chǎn)的準(zhǔn)確度。智能化油田建立后Bonga 油田保持了很好的開發(fā)效果，取得了非常高的經(jīng)濟(jì)效益[21]。從2012 年起，殼牌在勘探開發(fā)領(lǐng)域，以“釋放數(shù)據(jù)價(jià)值”為主要目標(biāo)，通過與IBM 公司合作，建立數(shù)據(jù)分析模型，提高專家認(rèn)知和決策能力，提升勘探開發(fā)業(yè)務(wù)水平。利用2020口直井和702 口水平井的測井?dāng)?shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的水平井產(chǎn)量預(yù)測模型以尋找甜點(diǎn)區(qū)，氣井產(chǎn)量預(yù)測精度已達(dá)90%，油井預(yù)測精度已達(dá)71%。在業(yè)務(wù)協(xié)同領(lǐng)域，以智能油田協(xié)同運(yùn)營為目標(biāo)，開展智能井、先進(jìn)協(xié)作環(huán)境、整體油藏管理等信息系統(tǒng)建設(shè)，通過對井下復(fù)雜油氣藏環(huán)境中的傳感器和控制閥進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使油田生產(chǎn)達(dá)到最佳狀態(tài)，有效提升產(chǎn)量，降低運(yùn)營成本。通過信息化、智能化技術(shù)的運(yùn)用，殼牌位于文萊的Champion 西部油田最終采收率提高了3%～6%，而開發(fā)成本降低了1～1.5 美元/桶；在挪威海上Draugen 油田項(xiàng)目中，提高了原來注水開發(fā)后的剩余儲(chǔ)量的動(dòng)用率，油田開發(fā)的采收率提高了23%[22]。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)在美國、加拿大、歐洲、中東和非洲等地區(qū)成功實(shí)施。殼牌公司在全球約有8.4 萬名員工，業(yè)務(wù)遍及全球80 多個(gè)國家，公司和微軟合作，應(yīng)用Yammer 等智能工具提供企業(yè)視頻服務(wù)，提高企業(yè)運(yùn)作效率。員工可通過工具輕松尋找或創(chuàng)建視頻，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)分享、項(xiàng)目分析高效溝通，不同員工、不同部門之間的交流實(shí)現(xiàn)了更高效的數(shù)字化、智能化。

2.3.2 中石油四川盆地某氣藏智能氣田實(shí)踐

當(dāng)前，國內(nèi)油氣田公司在數(shù)字化油氣田建設(shè)成果的基礎(chǔ)上積極探索智能油氣田試點(diǎn)。以我國位于四川盆地川中地區(qū)的某氣藏為例，其通過機(jī)器人、AR、AI、大數(shù)據(jù)分析、智能工作流等先進(jìn)智能技術(shù)的應(yīng)用，整體實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化辦公，成功探索出智能化管理，“三化”管理邁上新臺(tái)階，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)生產(chǎn)組織管理模式，優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程，提升了生產(chǎn)管控水平，提高了運(yùn)營管理效率，將氣田的開發(fā)生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型升級到智能化的新形態(tài)[23-25]，為“油公司”模式下新型作業(yè)區(qū)的扁平化運(yùn)營創(chuàng)造了條件。

第一，整體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提升生產(chǎn)管控水平。充分運(yùn)用先進(jìn)、成熟的信息技術(shù)完成了云網(wǎng)端基礎(chǔ)設(shè)施和完整的工業(yè)控制系統(tǒng)建設(shè)，生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)系統(tǒng)、周邊環(huán)境、崗位標(biāo)準(zhǔn)”的萬物互聯(lián)、深度感知，綜合應(yīng)用次聲波泄漏監(jiān)測、視頻智能分析等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由“人防”向“技防”的轉(zhuǎn)變。建立“互聯(lián)網(wǎng)+油氣開采”新模式，形成了“單井無人值守、區(qū)域集中調(diào)控、遠(yuǎn)程支持協(xié)作”的生產(chǎn)運(yùn)行新形式，用工人數(shù)僅為傳統(tǒng)管理模式的30%。使用智能巡檢機(jī)器人、無人機(jī)開展站場和管道日常巡檢，部署智能主動(dòng)安防系統(tǒng)，自動(dòng)驅(qū)離非法闖入，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)操控，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和巡檢風(fēng)險(xiǎn)，對無人值守井和管道的監(jiān)管更加方便快捷，能實(shí)時(shí)掌握無人值守站場和管道安全運(yùn)行環(huán)境，增強(qiáng)了安全生產(chǎn)運(yùn)行管控能力。

第二，初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化辦公，提高運(yùn)營管理效率。氣田實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)、運(yùn)營、決策”全生命周期數(shù)字化、一體化管理，各階段數(shù)據(jù)高度整合，應(yīng)用流程全面貫通。在勘探開發(fā)設(shè)計(jì)階段，搭建數(shù)字化“井筒、氣藏、地面”一體化管控平臺(tái)，用數(shù)字說話、用數(shù)字指揮，實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)生產(chǎn)全過程、全方位、全覆蓋的數(shù)字化管理。在生產(chǎn)運(yùn)行管理階段，通過作業(yè)區(qū)數(shù)字化管理平臺(tái)移動(dòng)應(yīng)用，將分散在現(xiàn)場的工作動(dòng)態(tài)、生產(chǎn)變化、決策集成到同一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；運(yùn)用人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等智能技術(shù)，以AR/VR 眼鏡為載體開展場站日常巡檢，使技術(shù)管理人員和一線操作人員得以解放，生產(chǎn)管理由傳統(tǒng)的多線條管理向一體化協(xié)同運(yùn)行、扁平化管理模式轉(zhuǎn)變。在生產(chǎn)經(jīng)營決策階段，建成項(xiàng)目全生命周期實(shí)時(shí)效益評價(jià)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)跟蹤反映項(xiàng)目成本及效益情況，整體評價(jià)用時(shí)由兩周縮短至1 天之內(nèi)，開發(fā)井效益評價(jià)周期縮短至1 次/月。

第三，成功探索智能化管理，重構(gòu)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程。在生產(chǎn)運(yùn)行方面，以“電子巡井、周期巡檢、檢維修作業(yè)”核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)智能分析及生產(chǎn)運(yùn)行可視化預(yù)警功能，將被動(dòng)告警轉(zhuǎn)變?yōu)橼厔蓊A(yù)警，將事后異常處置轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑疤崆邦A(yù)判和提前處理，故障發(fā)現(xiàn)和處置效率較傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場巡檢模式提升了75%。在科研與生產(chǎn)協(xié)同方面，運(yùn)用數(shù)字孿生理論，構(gòu)建“氣藏—井筒—管網(wǎng)”一體化資產(chǎn)模型，建成以敏感參數(shù)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)邊界條件約束為基礎(chǔ)的自動(dòng)化運(yùn)行、全局化分析、智能化管理一體化工作流，可以一鍵式獲得最優(yōu)配產(chǎn)方案，全氣藏模型模擬診斷20 分鐘/次，預(yù)測吻合度達(dá)98%。通過智能化手段實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程一體化重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了事后處置向事前預(yù)防的轉(zhuǎn)變，減少了故障發(fā)生，有效縮短了各管理環(huán)節(jié)的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間，提高了應(yīng)急搶險(xiǎn)能力。同時(shí)，將人工煩瑣計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)智能分析，提高了現(xiàn)場工作效率和分析判斷的準(zhǔn)確率，協(xié)助氣田科學(xué)高效管理。

3 油氣開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)與展望

3.1 油氣開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

第一，各油氣田硬件基礎(chǔ)設(shè)施參差不齊。因新老油氣田建設(shè)年代不同，從數(shù)據(jù)收集到傳輸、儲(chǔ)存、運(yùn)用等，信息化硬件條件發(fā)展不均衡，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)格式不統(tǒng)一、采集范圍不全面、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)多樣。數(shù)據(jù)雖基本實(shí)現(xiàn)了集中存儲(chǔ)，但數(shù)據(jù)共享仍需提升。自動(dòng)化程度差異大，自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)覆蓋范圍不全，大部分油氣田還停留在關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集階段，未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)聯(lián)鎖。數(shù)據(jù)利用程度不夠，集成共享應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)需加強(qiáng)。

第二，數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同處于較低水平。目前，新開發(fā)油氣田的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)已相對完善，但數(shù)據(jù)資源與業(yè)務(wù)管理集成整合不夠，往往出現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)分頭開展信息化建設(shè)、數(shù)據(jù)不一致、分散且共享調(diào)用不暢、業(yè)務(wù)處理效率低等諸多問題，距離“智能化管理”還有很大的差距。

第三，傳統(tǒng)的油氣開發(fā)生產(chǎn)模式不適應(yīng)智能化條件。各石油公司普遍規(guī)模大、生產(chǎn)作業(yè)分散。各地區(qū)油氣田公司和下屬生產(chǎn)單位業(yè)務(wù)管理和技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)大而全，管理層級多、流程復(fù)雜，決策和運(yùn)行效率低，管理和技術(shù)優(yōu)勢難以發(fā)揮。傳統(tǒng)的以單井站（中心站）—作業(yè)區(qū)—采氣廠—油田公司—集團(tuán)公司為主要架構(gòu)的油氣田開發(fā)生產(chǎn)組織模式優(yōu)勢不再，需要進(jìn)一步探索適應(yīng)信息化、智能化條件下的生產(chǎn)組織架構(gòu)新模式，實(shí)現(xiàn)油氣田的安全、科學(xué)、高效、節(jié)約開發(fā)。

第四，智能化油氣田建設(shè)運(yùn)行尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可供借鑒。智能化油氣田建設(shè)起步相對較晚，大多只實(shí)現(xiàn)了局部高度自動(dòng)化和局部智能化，目前還處于進(jìn)一步探索階段。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、架構(gòu)不統(tǒng)一，功能存在多樣化。傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理制度難以滿足智能化條件下的運(yùn)行模式，一定程度上制約了智能化建設(shè)效益的發(fā)揮。

3.2 油氣開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的未來展望

隨著人工智能、機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)、高速通信等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，業(yè)務(wù)協(xié)作共享、一體化智能協(xié)同將是智能油氣開發(fā)生產(chǎn)組織的主要特色。在這一新模式下，可以實(shí)現(xiàn)操作巡檢維護(hù)、開發(fā)生產(chǎn)管理、協(xié)同研究、經(jīng)營管理及決策一體化的智能運(yùn)營，大幅提高開發(fā)生產(chǎn)組織效率和技術(shù)協(xié)作水平，從而成為“油公司”模式改革的方向。

第一，在操作巡檢維護(hù)層面，全覆蓋的信息采集、遠(yuǎn)程操控和生產(chǎn)現(xiàn)場機(jī)器人自主巡檢、無人機(jī)自動(dòng)巡線、管線和場站智能安防、流體在線分析等技術(shù)替代了人工現(xiàn)場操作、巡檢和流體采樣。通過組建區(qū)域性運(yùn)維共享中心來提供預(yù)防性維護(hù)和檢維修業(yè)務(wù)需求[26]，具體而言，新型的共享維護(hù)業(yè)務(wù)解決方案通過重塑業(yè)務(wù)流程，將原來分散的巡檢維護(hù)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧薪y(tǒng)一派遣，并對其進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一。共享服務(wù)模式能夠更加高質(zhì)量和高效率地匹配各個(gè)油氣生產(chǎn)現(xiàn)場的需求，各單位不再單獨(dú)建立工作內(nèi)容相近的操作人員隊(duì)伍和購置高度重復(fù)的維護(hù)工器具。同時(shí)，隨著油氣田開發(fā)工作量的變化，可以根據(jù)公司部署更迅速地調(diào)配人力、物資、裝備資源。

第二，在生產(chǎn)運(yùn)行組織和技術(shù)研發(fā)層面，油氣生產(chǎn)、技術(shù)研究、實(shí)驗(yàn)分析的海量數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)湖，通過大數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行監(jiān)控、智能分析、生產(chǎn)自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能將技術(shù)和管理人員從海量的數(shù)據(jù)和模型中解放出來。通過建立集數(shù)據(jù)采集、調(diào)度指揮、生產(chǎn)分析、技術(shù)管理和協(xié)同研究于一體的綜合性開發(fā)生產(chǎn)管理平臺(tái)，搭建一體化開發(fā)生產(chǎn)協(xié)同環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、技術(shù)管理、科研分析等各崗位人員的高效協(xié)作[27]。采取跨部門的矩陣組織開展工作協(xié)同，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化快速反應(yīng)、研究成果有效集成和海量數(shù)據(jù)充分共享。同時(shí)，智能化帶來生產(chǎn)組織模式的扁平化，即單井全面無人值守，作業(yè)區(qū)和采氣廠整合為新型油氣開發(fā)生產(chǎn)管理區(qū)，直接管理到生產(chǎn)場站，減少管理層級，提高管理效率。

第三，在經(jīng)營管理決策層面，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、原生數(shù)據(jù)挖掘、主數(shù)據(jù)治理、商務(wù)智能分析等技術(shù)建立各類數(shù)據(jù)孤島之間的聯(lián)系，將開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與財(cái)務(wù)經(jīng)營、人力資源、物資采購、工程建設(shè)等全要素進(jìn)行耦合，探尋數(shù)據(jù)與人、生產(chǎn)、政策、利潤間以及數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)間的關(guān)聯(lián)性。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)回歸、提煉、建模、計(jì)算、分析，變成企業(yè)專業(yè)管理、經(jīng)營分析、戰(zhàn)略規(guī)劃與落地的支持依據(jù)。由傳統(tǒng)的分系統(tǒng)操作、期末算賬、事后分析向業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)、事前預(yù)測、事中控制、優(yōu)化決策轉(zhuǎn)變。用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)市場變化、業(yè)務(wù)運(yùn)營智能監(jiān)測、智能輔助決策的目的。

4 結(jié)語

綜上所述，在全球智能制造的大背景下，油氣行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈在數(shù)字化發(fā)展中取得了較大進(jìn)展并向智能化邁進(jìn)，但石油工業(yè)領(lǐng)域智能應(yīng)用場景以定制化的人工智能為主，僅解決特定的工程問題，完整的油氣行業(yè)人工智能產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)尚未成熟。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇期，只有將傳統(tǒng)石油工程技術(shù)和人工智能相結(jié)合，才能贏得石油工業(yè)的未來。因此，石油公司應(yīng)整體規(guī)劃智能油氣田建設(shè)運(yùn)營。結(jié)合勘探開發(fā)、生產(chǎn)科研和經(jīng)營管理的業(yè)務(wù)發(fā)展和實(shí)際運(yùn)營狀況進(jìn)行戰(zhàn)略部署，堅(jiān)持以價(jià)值驅(qū)動(dòng)和集成共享為導(dǎo)向，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)操作巡檢維護(hù)、開發(fā)生產(chǎn)管理、協(xié)同研究、經(jīng)營管理及決策一體化智能運(yùn)營，提高開發(fā)生產(chǎn)效益和運(yùn)營管理協(xié)作水平。同時(shí)，通過智能油氣田建設(shè)促進(jìn)油氣田開發(fā)生產(chǎn)主營業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。智能化規(guī)劃與建設(shè)將對傳統(tǒng)觀念、已有技能、業(yè)務(wù)流程、管理制度和組織架構(gòu)等帶來巨大變化，當(dāng)前，各石油公司應(yīng)借助智能化創(chuàng)新應(yīng)用，加快內(nèi)部流程、業(yè)務(wù)模式等方面的變革，打破地區(qū)和業(yè)務(wù)壁壘，逐漸轉(zhuǎn)變成由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的組織。綜合智能技術(shù)發(fā)展趨勢，圍繞價(jià)值創(chuàng)造點(diǎn)進(jìn)行智能技術(shù)的應(yīng)用和研發(fā)，助力企業(yè)穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。