国际石油公司数字化转型的“特征”与“启示”

  [中国石油新闻中心2022-05-17]
  据世界石油（WorldOil）近日报道，未来十年，全球油气市场数据业务预计将以16.5%的复合年均增长率增长，从2022年的316亿美元增长到2032年的1459亿美元。数据业务暴涨是油气行业加速数字化转型趋势的反映。自疫情暴发以来，国际石油公司普遍加快云计算、物联网、大数据、人工智能、3D打印、区块链、数字孪生等数字技术的创新与应用，以驱动传统油气产业转型升级和能源转型，实现净零目标。它们的数字化转型经验或将给其他同行提供参考。
  特征1数字化转型潜力巨大
  对于石油公司来说，数字化的潜在益处很多，包括提高生产效率和安全性、节省成本、减少温室气体排放、提高弹性以应对突发情况等。国际能源署曾预测，数字技术的大规模应用，能够让油气生产成本减少10%—20%，让全球油气技术可采储量提高5%。若油价上涨或者数字化技术实现再突破，其能够产生的效益将更大。
  疫情期间，数字化技术在油气领域的作用更加凸显。封锁与限行政策下，人员无法进入工作场所，油气运营面临中断风险，数字化技术则可有效规避这种风险。例如，数字技术帮助科威特能源埃及公司员工远程工作、远程访问现场设施，维持油气正常生产。疫情倒逼沙特阿美加快了数字化进程，员工在其总部就可以进行全范围的技术操作。
  近年来，国际石油公司普遍认识到数字化转型降本增效的巨大潜力，纷纷加大数字化布局。埃克森美孚积极利用数字技术推动能源创新，在自动钻井、油田大数据、智能炼厂、数字运营等领域广泛布局。壳牌认为，数字创新在提高生产力、降低运营成本方面发挥着重要作用。该公司正在积极研究应用包括机器人技术、3D打印、云计算等在内的一系列数字技术。数字化与创新在bp与客户互动、提高效率和支持新业务的战略中发挥着关键作用，该公司计划2025年前增加数字技术投资，达到年均15亿美元左右。
  数字化趋势在未来还会加速发展，咨询公司弗若斯特沙利文（Frost&Sullivan）预计，到2025年，石油和天然气自动化市场的收入将从2020年的171.7亿美元攀升至246.3亿美元，复合年均增长率高达7.5%。油价网5月2日发表的文章显示，虽然油气领域的3D打印仍然是一项相对边缘的技术，但预计到2025年其价值将达到320亿美元，到2030年将达到600亿美元。
  特征2石油公司多元化布局
  数字化转型过程是发展和融合各种数字技术的过程，因此国际石油公司对数字技术的选择是多元且各有侧重的。例如壳牌目前主要布局的技术有人工智能、区块链、计算科学、机器人、3D打印等；道达尔能源则重点布局云计算技术，2021年宣布与亚马逊和微软合作，利用这两家公司的云平台。
  目前，国际石油公司已将数字技术布局到油气产业链的各个环节。以埃克森美孚为例，在勘探开发领域，该公司2021年10月在业内率先利用深水自动钻井，与微软合作在二叠纪盆地的运营中使用物联网技术监控和优化大量分布广泛的油田资产。该公司还在其炼化厂布局语音识别、机器学习、物联网等技术，旨在减少排放和提高能源效率。在销售领域，该公司新的数字解决方案正在改变客户体验，如润滑油分析、按泵付费的移动应用程序，数字化汽车维修服务等。
  2021年，微软与普华永道联合发布的一份研究报告指出，在环境保护层面应用人工智能技术，到2030年有望将全球温室气体排放量减少1.5%—4.0%。国际石油公司在利用数字技术减少温室气体排放方面已有大量实践。bp使用遥控无人机监测甲烷排放量，并在人无法到达的高度检测空燃情况。今年1月31日，挪威“北极光”碳捕集与封存项目宣布将部署斯伦贝谢DELFI勘探开发认知环境，以简化地下工作流程以及碳封存的建模和监测。
  国际石油公司大多选择收购初创企业、自主或合作研发技术、合作利用其他企业技术等路径来加速数字化转型，其中与科技巨头合作是普遍模式。例如，埃克森美孚、雪佛龙、壳牌和bp均与微软建立了合作关系，利用微软的云平台及其他数字技术。
  启示数字化价值有待释放
  数字化可以为石油公司带来切实效益。西班牙能源公司雷普索尔将数字化作为其2021—2025年战略计划的重点之一，2020年从其数字计划中获得了超过3.71亿美元的回报，估计2021年回报达到5.63亿美元。
  但从整体来看，油气行业的数字化程度偏低，数字化带来的回报尚不明显。想要释放数字化潜藏的巨大价值，加快研发与应用数字技术至关重要，但突破认知局限是前提。在2021年12月世界石油大会上，挪威国家石油公司地下卓越与数字化副总裁阿希尔德·汉娜·拉森（AashildHanneLarsen）表示：“要想真正在数字领域取得成功，需要的不仅仅是技术。当我们将技术与数据、人员以及我们改变工作方式的能力相结合时，数字化的真正潜力才会被释放。”壳牌新能源执行副总裁伊丽莎白·布林顿（ElisabethBrinton）指出，如果数字化转型首先看重目的而非技术，就不会感觉茫然。数字化转型要注重经济效益，让企业更好地盈利，而不是盲目支出，因此可以从盈利状况较好的项目开始。
  此外，数字化人才是石油公司数字化转型的基本支撑，国际石油公司非常重视数字化人才的引进和培养。例如，道达尔能源培养了30多人的数据人才团队。但是油气行业整体依然缺乏高素质的数字化人才，这在一定程度上制约了石油公司的数字化转型。石油公司需要与互联网行业竞争，吸纳更多数字化人才。
  值得注意的是，国际石油公司在与科技巨头的合作中，充分发挥了提供可再生能源的优势。道达尔能源向亚马逊在欧洲和美国的数据中心提供474兆瓦可再生能源电力，雷普索尔向亚马逊提供来自西班牙的234兆瓦太阳能和风能。此举既加速了石油公司的数字化发展，也推动了合作双方向实现净零目标迈进。（记者李小松）
  工业互联网
  工业互联网在油气行业发展前景广阔
  禹春霞陈萌中国石油大学（北京）经济管理学院
  特征1发展政策持续发力
  工业互联网是物联网、云计算、大数据等新一代信息通信技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，它将人、数据和机器连接起来，是工业企业数字化、网络化、智能化的核心推动要素。
  2021年，我国工业互联网带动制造业增加值预计达到1.68万亿元，连接工业设备数量达7000万台（套），工业互联网体系呈多层级全面蓬勃发展态势。2022年3月5日，李克强总理亦将促进数字经济发展、促进产业数字化转型、加快发展工业互联网纳入2022年政府工作任务。《“十四五”智能制造发展规划》指出，2025年智能制造的目标包括建成120个以上具有行业和区域影响力的工业互联网平台。
  油气行业作为推动社会经济发展、保障国家能源安全的支柱性产业，是工业互联网的重要应用场景之一。《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》也提到“建设面向重点行业和区域的特色型工业互联网平台”“面向能源、钢铁、石化、化工等行业建设工业互联网大数据中心体系”等内容。推动工业互联网平台的发展是各大油气公司数字化、智能化转型的主要方向。
  特征2融合应用实践丰富
  工业互联网在我国油气领域应用场景十分丰富，涉及智能检索、无人化操作、实时监测、风险评测、故障预测等多个方面，覆盖了勘探、开发、加工、储运等多个产业链环节。在油气勘探、开发等上游领域，中国石油研发的“梦想云”已成功实践，突破“数据难共享、业务难协同”的瓶颈。作为我国油气行业首个自主可控的工业互联网平台，“梦想云”可支撑油气勘探、油气开发、协同研究、生产运行、经营管理、安全环保六大通用业务，并在实践中延伸发展工程技术、数字政务业务。
  在油气储运领域，储运设备规模化、复杂化和高参数化程度的加深带来新的安全隐患和管理问题。2021年8月6日，“工业互联网+安全生产”油气管道行业试点建设在北京正式启动。该试点项目是工业互联网在油气管道领域的重要应用，通过构建快速感知、实时监测、超前预警、联动处置和系统评估等5种新型安全能力，实现安全生产全过程、全要素的链接和监管。预计2023年我国油气管道数据将实现“全国一张网”。
  在石油化工领域，石化盈科ProMACE平台已在中煤榆林智能工厂、九江石化智能工厂等多家公司落地应用。在设备互联与网络互通的基础上，应用工业互联网能实现企业内部不同功能系统间的横向集成与纵向调度问题。
  启示：创新应用推动发展
  作为数字化时代下的新型基础设施和工业生态，工业互联网在油气行业的发展空间依旧十分广阔，未来须从以下几方面推动其发展。
  一是加大基础设施建设力度，加强技术创新。工业互联网的发展离不开网络基础设施、云计算、AI智能等技术的加持。在5G技术标准成熟并普及的环境下，推动“5G+工业互联网”模式的应用,对保证实时反馈和智能操作的稳定性和可靠性非常重要。
  二是加强业务流程协同。不仅围绕油气产业链中的产品进行技术创新，还要设法将数字技术融入企业服务和流程中，发展网络化协同、个性化服务等新能力，实现油气全产业链、全方位的数字化转型。
  三是深化行业特色，发展行业生态环境。构建带有油气行业特色的工业互联网安全体系和标准规范，发展装备运行管控、生产管控和安全环保管控，落实“工业互联网+安全生产”。
  除此之外，通过政府指引发展产业集群、油气行业联盟、工业互联网龙头企业等，以点带线、以线带面，推进行业生态构建，对于促进油气行业工业互联网的创新应用与生态构建也至关重要。
  人工智能
  AI：助力油气工业向智慧化迈进
  李欣窦宏恩中国石油勘探开发研究院
  人工智能（AI）自诞生至今，已经历了60余载的沉浮。日常生活中,AI应用已进入人类衣食住行的方方面面，促使AI成为推动新一轮产业革命的核心技术。在油气行业，AI也迎来了由点到线、由线到面、由面到体的多层次快速发展，极大推动了全球石油企业的数字化转型和智能化发展，成为油气科技和产业发展的大趋势，促使油气工业向智慧化快速迈进。
  发展趋势
  1AI应用于油气勘探领域成为精准找油降低成本的重要途径
  油气勘探领域AI的发展在诸多方面取得较大进展。国内外开展的主要研究包括：地震属性分析、岩相识别、地震反演、断层识别、测井解释、勘探目标智能评价及勘探方案智能优化等，并开发出相关软件产品。这不仅减少了手工处理大量地质和地震数据的不准确性，成功进行构造、断层、层序解释，还可用于地震叠前和叠后数据分析，测井数据等多维度数据处理分析，得到能够直接预测油气的三维数据体，极大减少人工工作量，提高解释精度。
  世界较早采用AI进行地震解释技术的公司是美国GeophysicalInsights公司。2008年，该公司运用大数据分析、机器学习开发AI物探数据解释软件，发布了著名的地震数据处理软件Paradise，成功将其用于地震数据解释、地层属性分析，特别是直接用于薄层油气藏解释、直接烃类指示（DHI）等方面。2018年，该公司在Paradise机器学习平台上再次发布新的GeobodyAnalysis软件。与以往软件相比，该软件减少了地震解释的不确定性，推动了AI技术用于定量地震解释技术的发展。
  2数字孪生技术推动油气田开发向地质工程与生产一体化迈进
  数字孪生是真实世界在虚拟世界的镜像或映射，这种映射可聚合物理资产（设备或实体）的三维图形、资产信息和实时动态信息，以工程为主导，创建一种直观、可视、可操作及可控的新型业务动态系统。构建成功的系统可将虚拟世界应用于物理世界之前，优化系统流程并改进虚拟世界中的资本投资，将物理世界中的动态变化实时反馈到虚拟世界，实现实时动态参数优化并使其运行在最佳状态。
  在油气行业，数字孪生使业主和运营商能够从运营设备的多传感器中收集实时数据，无论其位于何处，都可了解确切的运行状态和所处的条件，可对这些油气作业场景进行大数据智能建模，确定虚拟设备与现实环境设备同态运行的相互感知，并实现系统互补性优化调参和运行。
  随着AI、物联网、VR、AR、XR和5G等技术的成熟，采用数字孪生使油气行业从地面到地下（油藏）在线实时资产一体化优化成为现实。石油公司纷纷将数字孪生技术用于钻井、油气藏甜点识别、油气藏描述与模拟、生产优化、采油井下及地面故障诊断、地面资源调配及风险预警等各环节，在降低不确定性的同时，极大地推动了油气开发向地质工程一体化方向迈进。
  3智能生产运维与控制促使油气产业链进入自动优化时代
  在油气行业，工业互联网、物联网、区块链、可穿戴式装置、无人机、机器人、端到端的边缘计算等与AI相关的技术在物探、测井、钻完井、采油及油气田地面工程等被广泛应用。油气行业各领域的装备与仪器正在全方位实现智能化信息采集、处理、解释、优化与决策。
  目前，国内外均已建成油气田地面系统智能化三维设计和数字化交付的大数据智能管控平台，井场引入机器人代替人类进行巡检操作与作业等。基于VR、AR、XR技术实现油气领域各个业务环节的数字孪生，已植入动态生产数据和智能应用，可在虚拟生产环境中实现对真实生产环境的感知，实现生产状况显示、历史趋势跟踪、故障诊断、智能预警及警报、实时工况模拟、设备自停自启自动运行，减少故障停机时间，逐步实现油气田全产业链设备的动态运行状态预测，实现持续的自主性生产优化，提升智能优化油气生产的能力。
  2019年，威德福子公司ForeSite宣布了全球首个将人工举升、生产优化与物联网基础设施相结合的技术系统ForeSiteEdge。客户可在现有设备上独立安装该系统，此项技术可通过实时数据和建模，调整举升参数，实现持续的智能生产优化。用户还可通过该系统快速评估每口油气井的生产状况，大幅提高生产效率、降低开采成本，这项技术已在全球应用约4.6万口井。
  4AI油气工业平台建设是智能油气发展的主要趋势
  AI油气工业平台实现了多学科交互融合和勘探开发一体化，节省了各环节衔接所造成的时间与成本损耗，促进了协同创新。基于海量数据和云计算，构建多专业、可操作、数据共享的平台环境，可为油气行业各领域数据、模型和解释建立公共工作空间，将团队、系统、软件、新旧数据输入到平台环境中，通过融合实现协作效果的最大化，规范、统一并整合勘探、开发、钻井等各个领域技术人员的业务。基于多学科专业知识储备，利用强大的数据库，使得建模、模拟、数据分析和预测等复杂的计算过程变得更加智能和快捷。
  AI平台的体系架构遵循标准数据格式，将数据与应用解耦，消除了数据孤岛和数据屯仓，使地震、储层、油井等数据流清楚、可用，从构建勘探开发集成工作流开始，缩短整个工作周期，利用创新的数字化解决方案加速决策过程。
  平台基于开源数据、边缘端、云原生及数字孪生等技术架构，可提供多云应用和管理、数据获取、API接入数据平台、微服务应用、信息安全等多项服务功能，支持大规模数据流处理，有效降低时延。同时，由于开源特性，其敏捷度也大幅提升，引入新能力的速度明显加快。
  5AI是油气高危行业安全监控的重要手段
  油气行业上下游生产及作业中存在易燃易爆的原油、天然气和化工原料，许多工业现场还存在机械装备高速运转等危险，不仅要防燃烧爆炸，还要防不利于安全生产的人和物的异常进入。
  AI技术应用于图像识别、语音识别和视频监控与分析，使人工智能在油气上下游生产作业中被广泛用于安全监控中。在安全监控AI模块中内置反欺骗模型，可检测合成和录制的语音。
  鉴于生成式对抗网络（GAN）能够创建与人工生成的图像无法区分的图像，因此会出现不同的恶意应用程序试图通过提供仿真照片而不是真实图像来欺骗安全系统。为了防止类似的欺骗行为，已有更多的反欺骗技术被大规模使用，使AI成为高危行业用于安全监控的重要手段。
  前景展望
  展望未来，工业元宇宙是标志智慧油田形成的关键工业特征，也是智慧油田发展的高级阶段。基于VR、AR、MR、XR的数字孪生技术高度发展，油气工业领域将全面实现现实世界与虚拟世界的映射并存，形成万网互联、万物互联的不同功能AI平台。未来的科研创新、生产实践、经济活动等将由自然人、机器人与虚拟人多体融合共存来完成。它们面对成千上万的传感器及其产生的数百万亿数据点，为智能中心源源不断地提供信息。
  油气行业各个领域将实现数字孪生，智慧地质、智慧钻井、智慧完井、智慧油田、智慧管道和智慧炼厂等全面建成，油气工业发展全面进入智慧化时代。人机友好交互，油气工业各领域产业链具备自感知、可感知、自修复功能，油气上下游全产业链各环节各层面将实现实时可视化。人们不仅可以直观看到油藏中、地面管道中的油气水流动，同时还可以听到其流动的声音，让经营者实时、直接地观察地下生产动态，并准确地预测未来变化。除此之外，还可实时在全产业链范围内完成资源的合理调配、生产运行优化、故障判断、风险预警等，实现实时效益评估，在真正意义上实现上下游一体化优化。预计2035—2040年，油气田将迈进远程无人化控制的智慧油气田初级至中级时代。