推动石油产业数智化变革（图）

  [中国石油新闻中心2023-06-20]
  编者按：当前，数智化浪潮奔涌正盛，加速推进企业数智化转型已成业界共识。石油石化行业作为数智化转型的主战场，已将数智技术渗透到产业链的多个环节。未来，数智技术创新将为驱动油气企业高质量发展带来无限潜力。
  数智化是利用数字技术、数据产品、数据分析来改善业务流程、决策和绩效的过程。当前，能源行业正面临全方位的深刻变革，能源结构调整和产业优化升级加快推进，数智化转型成为不少企业塑造产业新优势、培育发展新动能的重要抓手。数智化转型为油气行业带来哪些机遇？校企合作又将在数智化发展中扮演什么样的角色？本报记者专访了长期从事石油工程信息应用理论与技术研究的西安石油大学校长李天太，以及在计算机仿真等工艺技术领域深耕多年的陕西省特聘专家、西安石油大学石油工程学院院长周德胜，敬请关注。
  1.数智化转型为油气行业带来什么机遇？
  李天太：数智化转型为能源行业带来的机遇涉及地质、工程、储运、炼油、化工等诸多领域。以钻井为例，近日在新疆塔克拉玛干沙漠设计井深达1.11万米的中国石油深地塔科1井，拉开了我国“万米深井”时代的序幕。作为中国第一口万米科探井，它完工后将是全球第二口陆地垂直深度超过万米的井。在这口井的钻井过程中，就将用到一系列数智技术。
  钻井领域通过大量数智技术的支持，可以提高钻井效率，降低钻井成本。这背后的逻辑中最核心的就是，利用数智技术可以在钻井过程中更加顺利地钻到目的层。在深井钻井过程中，地层的温度和压力非常高，温度可达270摄氏度左右，压力可达150兆帕左右，这给井筒的作业带来了很大挑战。然而数智技术的应用，对深井、超深井复杂地层的钻探带来诸多益处。
  大量地质数据、地震数据、勘探数据通过地震数据的正演和反演，不仅能够解释地层油藏的地质状况，还可以通过这些数据来解释地层的力学状况，如岩石的抗拉强度、抗剪切强度，地层的最大主应力、水平主应力以及地层的破裂压力、孔隙压力、坍塌压力等力学参数。这些力学参数在过去的钻井过程中，只有钻井取芯后才能精确测量。但现在利用大数据、人工智能建模技术，就能用海量的地质勘探及地震方面的数据来给所勘探的地层做立体、三维的数据模型，俗称三维地质力学模型。基于大量的基础数据以及精确的建模技术，结合现代超级运算技术，能够把地质工程领域过去某些方面“沉睡”的数据“唤醒”，为钻井提供更好的服务。
  需要注意的是，钻井的成功与否，对油藏的勘探和开发至关重要。目前，钻井在油气勘探生产过程中占绝大部分比重的投资成本（在勘探过程中约占70%，在整个开发过程中占60%—70%），所以钻井效果的好坏，对于油气田的勘探开发具有决定性意义。当钻井作业完全实现数智化后，一个平台就只需要个位数的作业人员，可以解放大量的人力物力。可以说，信息技术的革命使钻井行业变得更加快速、安全、环保，也更有效益。从数智化为钻井领域带来的改变，就可以对其为整个油气田勘探开发带来的革新意义窥见一二。
  周德胜：石油行业的特点是规模大、数据多。例如一个油田，常常有几千平方公里，相关管道可能达上万米，同时还会有上千个传输站……这样大的规模涉及地质、生产、安全、环保等领域的诸多数据。这就需要把数值数字化，之后再用特殊的方式来处理这些数字。例如，通过人工智能、大模型等把数据整合并进行分析。这对整个石油行业，从地下生产到地面处理，从环境保护到安全管理，都具有巨大的好处。
  举例来说，在数智化刚刚起步时，我们做得最多的是数字化岩芯。以前我们需要对地下的石头一块一块地测试，测试后纳入岩芯库。但是地下的世界很大，想要全部做完测试是不可能的。如果可以把它数字化，类似于进行一个“CT扫描”，然后再用数学的方式来“重构”地下岩芯，之后再用数学的方式进行整合、数字化表征，那么就可以达到事半功倍的效果。
  对于生产来说也是同理。将生产过程中的各种参数数字化后，可以远程掌握各种生产参数，再结合人工智能的运用，就可以反过来控制这些参数，达到优化生产的目的。数智化的应用可以使油气生产效率更高、更加安全，同时减少环境污染和人工成本。因此，数智化是油气生产未来的发展趋势。
  2.油气领域的数智化转型取得了哪些进展？
  李天太：我国油气生产的数智化已经有较好的发展环境。以钻井领域为例，目前主要在以下三个方面取得了显著进展。首先，钻前大量地质数据的分析，给钻井提供了清晰的三维地质力学模型。
  其次，在钻井过程中，地下的各种信息，如随钻测量信息等，可以实时到达井口，通过井口分析，结合三维地质力学模型，能够实时优化钻井方案，实时调整钻井工艺参数，达到效率最大化。
  再次，从钻井设备方面来看，过去的钻井是人工手动送钻，现在则是自动化送钻，极大提高了作业效率。例如现在的深井、超深井作业中所用的万米钻机就都是自动化送钻，人员坐在布满仪表盘的小房间内一键式操作，就可以顺利完成钻井作业。
  周德胜：我国的很多数字化技术在国际上都处于领先地位，其中就包括一些油藏的算法。我国专家学者将国际上常用的油藏算法软件进行改进、细化，使它速度更快、处理过程更简化，可以解决很多以前不能解决的问题。
  此外，我们在长输管道泄漏仿真系统领域的研究也取得很大进展。结合无人机巡视、AI技术等，通过数字分析，就可以及时发现管道运输过程中出现的各种问题。我国整个石油行业非常重视数智化发展中数据的积累。例如，在预计钻探深度1.11万米的深地塔科1井中，就将获取许多关于地层的数据，这在全球范围内也是领先的。
  3.学校和企业怎样合作才能更好地推动数智化进程？
  李天太：企业有很大的数智化发展需求，是数智化发展的“出题人”，而数智化发展的“答题人”则是“企业+学校”。
  在数智化转型方面，中国石油长庆油田就做得比较好。从地下数字化到地面数字化，从过去的钻井采油数字化到现在的生产运行数字化。这里说的数字化有些是传感器数字监测，有些是摄像头图像监测。无论是传感器数字监测还是摄像头图像监测，都是较大的工程，需要较大的经济投入。
  对于学校队伍来说，我们现在有研究模型、传输、软件、工程等各领域的力量，将这些力量统筹起来，可以为油田提供解决问题的最佳方案。例如西安石油大学就有很多团队在做油田地面数字化的校企合作，从单个井的监测到整个作业区或采油厂的数字化监测，这都是非常有益的尝试。
  目前，数智化发展尚处于初级阶段，未来还有很长的路要走。近年来，我国积极加快科技强国建设，实施创新驱动发展战略。一大批国资央企积极参与以创新联合体为抓手的产学研协同攻关。由企业主导，高校、研究所参与的产学研用协同创新联合体，将对突破产业关键核心技术的“卡脖子”问题起到重要作用。相信未来企业和学校之间将会开展更加紧密的合作，共同推动数智技术的进步。
  周德胜：我们目前跟包括中国石油在内的诸多企业进行了数智化领域的合作。其中，和长庆油田在长输管道泄漏仿真系统、油藏剩余油分布研究、提高钻遇率等方面进行了合作。我们也和中国海油合作研究旋转导向系统，它可以有效提高钻井速度、钻井安全性和井眼轨迹控制精度。旋转导向系统是当今石油钻井工程领域最重要的前沿装备之一，也是实现石油钻井向数字化、信息化、自动化方向发展的核心技术，目前在国内仍是一项“卡脖子”技术。在旋转导向系统的研究中，就利用了很多数智化领域的技术。（记者 马睿）
  ORP管理方法赋能石油公司数智化发展
  吴磊 川庆钻探工程有限公司特聘专家
  国际石油公司步入数智化发展新时代
  数智化可以分两个层次去理解。首先是数字化。对于油气行业来说，是以油气田资源的数字化为基础，网络为依托，信息技术为手段，充分利用计算机技术、虚拟现实技术等构筑数字化的油气田。其次是智能化。在数字化的基础上，建立利用大数据、云计算、人工智能、数字孪生、自然语言处理（NLP）等技术优化生产运行，达到降本增效目的的综合系统。推进数智化发展概括起来主要有提高石油天然气的生产效率、提升安全风险控制水平、推进组织结构和工作方式的改革等方面作用。
  放眼全球，数智化技术在油气领域的应用可谓百花齐放。目前全球范围内公认的数智化顶尖技术包括人工智能、大数据、云计算、区块链、自然语言处理、虚拟现实和数字孪生技术。壳牌、道达尔、埃克森美孚等国际石油公司均试图通过拥抱数智化来实现降本增效的目的。
  分析他们的实践经验，有很多值得国内油气公司借鉴。首先，要重视领导力和企业数智化文化。要推进企业的数智化发展，就要形成从高管到员工的整体数智化发展意识。同时，开放的企业文化也将为企业之间的交流提供基础。其次，要建立创造性的企业管理模式，与其他合作伙伴建立技术联盟，建立平台或标准。例如，埃克森美孚与微软建立了合作伙伴关系，通过微软的“数据湖”平台改善上游生产活动，并计划每年投入约10亿美元用于机器学习的研究；斯伦贝谢和哈里伯顿等技术服务公司联合制定了数据共享标准，实现跨平台数据快速共享。最后是建立完善的人才引进和培训计划，为企业数智化发展注入动能。例如，壳牌新加坡公司工会成立了联合能力委员会（JCC），将重点培训1250名员工在数字素养、数据分析方面的能力。

  ORP管理方法对数智化发展意义重大
  项目实现流程（ORP）被西方石油公司广泛应用于项目管理和油气开发方案制定。该项目管理方法和流程最早起源于美国斯坦福大学，并于20世纪90年代末期在油田勘探生产领域得到应用，之后逐步在天然气和电力行业得到推广。2008年以后，多数国际石油公司逐渐认可ORP，并在油气田开发设计、执行和管理中使用类似程序。
  ORP是使所有业务机会逐步成熟的总体框架，即从最初的想法到价值实现的流程。ORP提供了开发和执行新业务机会的指南和规则。它规划了定期检查和决策点，以确保业务机会得到严格评估、定义并执行。该过程旨在确保业务机会的价值最大化，在执行前和过程中确保成功创造业务机会和具备成熟的推出机制，在后期阶段强调价值审核和实现。
  ORP对于油气田数智化发展意义重大。地球科学家和勘探管理者需要了解有多少石油存在、有多少可供开采以及生产石油的最佳方法。但他们的大部分时间都花在寻找被困在孤岛中的数据和规范化数据，以供勘探和开发应用程序使用，或是耗费数周时间以等待复杂计算的运行。
  通过引入国际石油公司的ORP流程管理方法，将油气田开发方案（FDP）各个环节标准化，使得油气田开发方案制定和更新的数智化成为可能，也使科学家能够快速地运行油藏地质模型和数值模拟，从而提高勘探效率、降低勘探成本并最大限度降低投资组合风险。
  上面提到的油气田开发方案（FDP）是在油气地质研究的基础上，经过油藏工程、钻井工程、采油工程和地面建设工程的充分研究后，使油气田投入长期和正式生产的一个总体部署和设计，是多学科协作的系统工作。FDP可以视为描述油田开发过程和计划的蓝图。同时，它也为储量修订提供了基本依据。它包括与开发相关的价值和风险、井类型和井位位置、地面设施规划要求、成本估算、开发时间安排、财务明细、合同策略、监测策略、技术和人力需求以及概念开发计划。它详细说明了项目所有活动和生产预测，这将构成项目建设和项目绩效跟踪的基础。
  国际石油公司的ORP管理经验值得借鉴
  ORP有5个定义的阶段，每个阶段都有一个决策点。决策是在决策审查委员会成员的支持下，决策主管决定是否通过，如果该决定超出了其个人授权，决策权便交由决策审查委员会。每个阶段都有明确的决策内容、可交付成果和决策需求，可以确保避免重复工作或无效决策。
  ORP作为指导或规则得到了油气行业大多数国际合作伙伴的认可，通过对ORP的关键要素深入分析，首先可以帮助我们理解其规则及运作方式，避免潜在的陷阱。其次可以准确把握开发的关键因素，并将其与国家石油公司的战略正确结合。同时还可以促进自身快速成长为优质的国际合作对象，在世界范围内顺利获得更多更好的油气资产。
  目前，国内能源企业已建立了与国内环境相适应的相关管理流程。但从顶层设计和管理流程的内涵来看，与国外企业仍有较大差别。随着我国能源需求的日益增长，国内企业参与国际竞争或与国外企业同台竞合的机会逐渐增多，对国际石油公司ORP管理流程和价值保障体系的深入理解，将为国家油气企业开展国际合作提供诸多有益借鉴。
  分析国际石油公司的ORP管理流程，可以得到以下规律。首先，开发方案的可行性研究是最为关键的环节之一，从识别关键的不确定性因素入手，开展多方案的设计，并且随着开发阶段的深入不断缩小不确定性的范围，最终可以实现开发方案的最优化。其次，基于重要节点的价值审核制度和风控体系，可以为开发方案设计提供质量控制保障。最后，国际石油公司完善的项目退出机制也值得借鉴，适时退出劣质海外油气项目，可以提升企业的综合效益与国际竞争力。