智慧油田建设的思考

智慧油田建设的思考

近年来，许多石油和天然气生产公司都提出了基于智能设计或智能油田的问题。一些油区基本完成了数字勘探、数字存储和数字地面的数字应用建设，覆盖了油田开发和生产的各个领域，初步形成了资源共享优化整合的信息系统平台，建立了一系列关键业务应用系统，实现了智能绩效分析、实时生产运营、高效生产管理、精细生产管理的全球运营模式。智慧油田是现代化油田的组成部分。现代化是个动态的概念,在一定的时空范围内,有三维集合即系统发展动力、系统质量水平和系统公平行为的表征集合,可操作目标,实现时间表,实现步骤等。按照此定义要求,油田现代化应该有其相应的表征集合、指标体系、实现现代化的进程时间表、具体的可操作的措施和步骤等油田现代化指标体系既要符合国家现代化指标体系的基本要求,又要反映出油田自己的特点,各基础指标均以油田大数据为基础,从大数据中获取、产生,现代化基础指标“数字化油田程度”即指智慧油田的3个发展阶段。因此,油田大数据是油田现代化的基础,智慧油田是油田现代化与时俱进的具体体现,也在实现现代化的进程时间表、可操作的具体措施和步骤之中。何谓智慧油田,目前还没有统一定义或确切概念。智慧油田与其他“智慧**”一样,同样存在3个发展阶段,即数字化阶段、智能化阶段、智慧化阶段。1级采集数据量数字油田简单地讲就是将油田放在计算机里。仅单井、井组、区块、油藏、油田等层次的一级采集数据或称之为基础数据,合计就有近200类之多,如果再加上二级数据,数据量将会达到海量级2开发系统组成智能油田是在数字油田的基础上,利用互联网、物联网、云计算和监控等技术加强信息管理,具备自主采集、分析、判断、规划、协调、重组与扩充、自我学习、自行维护等能力。通过整体可视技术进行推理预测,利用仿真及多媒体技术,结合已开发过程实境,扩增展示为设计的开发过程运行轨迹,实现油田开发过程可控及生产计划排程合理,以及风险预警和趋利避害的应因性反应。油田开发系统各部分也可自行组成最佳系统结构。智能油田关注人与机器的协调合作,减少人工干预,集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体,实现油田的自我感知、自动预测、自主管控、自行决策,构建高效、节能、绿色、环保、和谐的人性化油田开发系统。一口智能化油井应具备如下能力:(1)自我感知能力。在相应部位安装传感器,采集该井在油藏中的3D部位、地下与地面井位点坐标、单井控制地质储量等40种数据及信息,通过有线或无线传输至计算机,应用人机互动方法,建立数字油井。(2)自动预测能力。对地层压力、井底流压等22种可变部分,结合相应软件预测其变化趋势,并据此初步分析、判断可能发生的问题。(3)自主管控能力。根据预测的变化趋势和可能发生的问题,提供单项变化主因,提出趋利避害的管控措施建议。(4)自行决策能力。依据单项变化主因及趋利避害的管控措施建议,结合油藏整体变化趋势,油井在层内矛盾、层间矛盾、平面矛盾中所处状况,以及周边连通油水井变化状况、该井综合变化因素等,利用协议软件进行整体、系统地综合评价后,自行提出决策意见,进而人机互动形成最佳决策,提供给现场操作者实施。3基本功能要素当前业界对智慧油田的概念、特征、功能等亦是仁者见仁、智者见智。智能为物之智,被动而短期,是“人”赋予之智;智慧为“人”之智,主动而长期,是“人”思维之智。智能是智慧的前提,智慧是智能的终结,两者均处于不断变化之中何谓智慧油田?笔者认为:所谓油田智慧化,应是在油田开发大数据的基础上,以高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存储技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术、云计算、物联网为手段,充分展示3个发展阶段,并在智慧化阶段实现综合、预测、评价、协同、预警、管控、因应、决策等功能,体现最佳优化资源配置,精细管控开发进程,以人为本且充分发挥人的主导作用的科学决策,使之达到开发效果最佳化、经济效益最大化、安全环保科学化的目标。此时该油田可称之为智慧油田。简言之就是“183833”,即1个基础、8种主要技术手段、3个发展阶段、8种基本功能、3个体现、3个目标,同样这些也在与时俱进、不断丰富和发展。智慧油田需具备8种基本功能:(1)综合功能。油田开发系统是自然与人工共筑的动态系统(2)预测功能。油田开发整个生命周期充满了不确定性,各种油田开发参数均处于动态变化之中,内外因素均有可能影响各参数的变化趋势,最终影响油田开发进程。智慧油田应在大数据的基础上,尽可能精准预测各种开发参数的变化趋势,以便更好地掌控发展态势,提高开发油田的主动性。(3)评价功能。针对油田开发过程中某方面或某项目,按一定标准和原则对其进行分析、推理或演绎,运用科学的方法从不同侧面对其进行整体评价,即运用“人—机—评价对象—评价方法”一体化评价模式的综合评价体系,按照优选排序、揭示问题、事项评估、识别预警4项功能,多方面综合评价某方面或某项目的价值或效果或可行性,为决策提供依据(4)协同功能。油田开发是一个涉及多部门、多学科、多工种、多岗位及决策者、管理者、操作者等众多人员协同工作的过程,亦是个系统工程。智慧油田应通过协同软件和人机互动协调各方面工作,使之和谐、平稳、科学地发展和运行。(5)预警功能。油田开发是动态发展过程,其中充满了不确定性与各种风险。各部门、各学科、各工种、各岗位都具有风险,且风险具有复杂性、突发性、未来性和可变性(6)管控功能。油田管控涉及方方面面,最主要体现在如下3类:(1)一级数据或基础数据的采集、传输、处理、组合。一级数据采集是否齐全准确、传输是否及时可靠、处理是否合理科学、组合是否正确妥当,直接关系到后续各环节。(2)油气产量(含老井、新井和措施产量)平稳运行。是否能按期按质按量完成规划中产量的安排,年、月、日产量运行是否符合预设计态势等,关系到能否实现油田开发目标、提高油田开发效果与经济效益。(3)风险预警。油田开发涉及成百上千个岗位和众多部门,针对其中存在的不同程度的各类安全隐患,加强风险预警管控,确保安全环保,这关系到企业的持续性发展和声誉。(7)应因功能。应因性是指油田开发中预测主体对预测客体或对象有意识应对行为,即趋利避害行为(8)决策功能。综合评价是决策的基础,预测是决策的前提。只有综合评价结论可靠,预测趋势明朗,决策才会英明。决策是人机共同行为与思维的结果,尤其是“人”,即决策者或决策机构的综合素质高低会直接影响决策结果。智慧油田应具备自动决策功能,决策正确,才有可能实施包括协同、预警、管控等功能在内的各种措施,以实现目标。4逐步设计特征、任务和智能油田建设难度4.1田3个阶段建设基本原则的差异油田数字化、智能化、智慧化是智慧油田3个发展阶段,不同阶段的特征、任务、目标、要求有所不同,但建设的基本原则应是相同的(表1)。4.2智能油田建设建设智慧油田是长期的系统工程,建设中必然会遇到众多难点,主要表现为如下方面。4.2.1大量数据的采集、传输和存储油田开发系统是自然和人工共筑的复合系统,也是开放、动态的复杂巨系统4.2.2云计算和云存储的结合要实现智慧油田的八大功能,需建立相应的数据库和研制大量的协同软件。围绕数据采集、整理、分析、发掘、展现、应用等环节,要研发大型通用海量数据存储与管理软件、大数据分析发掘软件、各级监控软件、数据可视化软件等产品,对原始数据进行专业化处理、加工、提升、增值。这必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术;必须依托人、机联作且以人为主的集体智慧。研制与开发这些软件必须与石油行业云相适应,适应互联网+与物联网,适应运算能力、存储能力的动态变化;满足大量用户的使用要求,包括数据存储结构、处理能力;具有高度安全性,确保抗攻击、私有信息安全;可适应移动终端、手机、网络计算机等各种工作环境,既能服务又能应用,达到互联互通。目前,各油田均不同程度在进行智慧油田建设,但基本上是“各自为战”,并设计相应安全防卫,互联互通程度低。因此,在保留油田各自特点的前提下,相似部分应相通,交流经验、互相启发、互相促进,避免重复劳动。海量软件的发展必然带动芯片、操作系统等信息技术核心基础产品的发展,推进打造健全、系统的大数据信息化产品体系。4.2.3基础建设费用大、投入集中建设智慧油田需投入大量费用,其中包括购置、安装大量采集和传输装置、接收和存储装置、各类计算机、控制平台、虚拟装置、信息交换装置、宽带网络装置等的费用;研制、开发大量各类软件和研发相应标准与阈值的费用;引进、培训油田开发专业和IT人才的费用;智慧油田基础建设费用等。这些费用数额大且投入相对集中,一般油气生产企业难以承受,低油价时期尤其如此。如要进行区域性联网,还需租用空间设备甚至需发射专业卫星。这些费用的投入,必然会引起开发成本的急剧上升。即使智慧油田建设是个长期的工程,时间可分散投入比例,但对企业来说投入仍十分可观。4.2.4接合式人才连接建设智慧油田需配备大量油田开发专业人员和专业性很强的IT人员,难点是这两类人才要紧密结合、无缝连接。这需要相关人员专业水平高、综合素质高、责任心强,具备较强的创新能力、较严格的执行能力、较大的承载能力和独立的操作能力。然而油田这种综合性人才不多,短期内难以满足大量的需求。4.2.5区域性联网建设智慧油田应有序进行。各油田由于油藏类型、地质特征、开采特点、开发阶段等存在差异,建设智慧油田的难易程度亦有不同,虽采用先易后难的建设顺序,但发展的不平衡依然存在。若涉及区域性联网,有可能还会受到各区域政治、经济、地理、治安等方面的差异影响。智慧油田建设过程中,还有可能出现新的困难和问题,但油田智慧化是大势所趋,随着国家的发展、政府的重视、企业的投入、技术人员的努力,这些困难和问题都会逐步解决,油田智慧化将具有美好的前景。5智慧油田建设是一项系统工程可以设想,当智慧油田建成时,将会出现钻井自动化、修井自动化、设备操作自动化、现场管理无人化、井站巡查无人机化、资料采集与信息无线传输等令人振奋的局面,实现精心管理、精细操作、精准开发。智慧油田是油田整个生命周期最为辉煌的时期,这种辉煌表现在无论是油气产量上升期、稳产期还是递减期,都会进行资源的优化配置、高效协调运转和经济效益的最佳化。智慧油田是油田可持续发展的需要,是油田高效开发和经济效益最佳化的需要,是油田现代化与时俱进的生动体现。建设智慧油田是艰难的系统工程,需要油田内外、行业内外、国内外的专业技术人员和IT人员共同努力,充分运用先进的技术手段与良好的政策环境,实现油田的数字化、智能化、智慧化,达到油田开发的最高境界。为此建议:(1)建设智慧油田是系统工程,需各油田单位将涉及地质、油藏工程、采油工程、地面工程、财务、管理、系统工程、人事、IT等各领域专家结合在一起