数字油田在中国——智慧油气田建设

第1章 绪论 智慧油气田，是人们一直的追求与向往。这是当今*先进、*现代化的油气田建设模式与状态。尽管人们还不知道如何建成智慧油气田，但根据数字、智能油气田的建设经验与从数字化、智能化走向智慧化的发展规律，智慧油气田应该是超越人们想象的和现阶段*好的油气田形态。 1.1 为什么要研究智慧油气田建设 未来的油气田企业需要智慧油气田建设，我们必须超前探索与研究。 1.1.1 智慧建设是一种向往 传统油气田是采用“刀耕火种”的方式来生产油气。随着科学技术的进步，人们开始采用机械化、电气化、自动化技术，直到今天的数字化手段来采油、采气。这样一步一步地走来，不断追求、不断进步，不断创新、不断前进。 我们常说，先进思想、理念是无止境的。无论在什么年代，人们都在不断地追求，思想在不断地进步，理念也在不断地创新，思想进步与理念创新又不断地促使人们进取与实践。马克思在《关于费尔巴哈的提纲》中曾指出：实践是认识的基础、实践是社会生活的本质、实践是人区别于动物的本质。在石油领域中，数字、智能、智慧建设就是人类利用先进技术完成*先进建设的活动与实践，这一实践的根源是由石油人的追求与向往带来的。当人们具有了先进的思想与理念后，就会付诸实践，实践又更加丰富了人们的想象与追求。也就是说，石油人在具有了数字油田的思想与理念以后，就开始进行数字油气田建设，在建设过程中又形成了数字、智能油气田建设的思想和理念，进而开启了油气田智能化建设。 自数字地球、数字油田理念提出以来，随着数字化建设的深入与发展，数字油田建设的先进思想与理念不断地出现；随着数字化、智能化建设的发展，智慧化的理念也在不断地创新与形成。 在石油专业技术领域也是如此。人们在不断地追求，形成了求新、求变、求创造的局面，总是希望引入*先进的思想、理念与技术、方法来改变油气勘探、开发与生产的过程。石油人肩扛着国家石油能源安全与人民美好生活保障的重任；胸怀着世界石油风云变幻和国家建设与发展的大局；心系着全球和国家对环境美好的期盼与改变全体石油人生产运行过程的艰难。因此，希望人们在勘探、开发、生产、集输过程中不再那么辛苦，劳动强度不再那么大，成本不再那么高，寻找油气不再那么艰难，从而改变成为求新、求变的主题。 改变使我们国家由“贫油国”成为具有一定产能的油气生产大国。这得益于在勘探、开发、生产中我们引入了很多先进的技术和方法，以及先进的思想和理念。别人能做到的我们也要做到；别人做不到的我们创造条件也要做到。这么多年来，我国的石油事业不断发展，我们创造了无数的“奇迹”，包括致密油、页岩油、煤层气、页岩气、可燃冰开采等成功勘探与开发利用，这些我们都做到了。 改变石油人工作中艰苦劳动的状态。例如，曾经的天做房、地做床，野外大自然做厂房；风里来、雨里去，油气产量为**；增产、稳产、提高采收率，责任、命令、使命全担当。 改变石油企业负担重、机构复杂、专业领域繁多、协调困难的状态。例如，要降低人员的劳动强度、降低生产运行成本、降低业务操作难度等；还要提高采收率、提高油气产量、提高工作效率等。还有很多是世界级难题，如动液面适时监测与动态调整、单井适时精准计产、单井含水率在线精准智能监测与分析，等等。 为此，石油人从传统油气田作业、劳动到数字化管理，再到对智能油气田建设的追求与向往，一直就没有停止过，一步一步地往前走，一点一点地解决石油企业面对的各种难题。例如，在数字油气田建设中就有“五大法宝”，包括示功图计产方法、在线含水率测试分析技术、动液面大数据计算、智能控制柜及远程终端单元（remote terminal unit，RTU）边缘计算等。 虽然一些重大难题经过数字、智能建设技术攻关解决了，但还有一个大的难题并没有解决，这就是非线性的复杂问题。我们知道，地下深处的油气藏是一种“黑箱模式”；油气生产运行过程是一种流程化作业，其中由“点、线、面，人、财、物”构成的复杂问题随处可见；在经营管理中各种变化无处不在等，这些难题都留给了智慧建设。 这就是石油人的追求与向往，人们在不断追求与向往中改变和进步，而智慧油气田就是人们心目中理想的油气田状态，从而必须追求与建设。 1.1.2 智慧油气田建设是一种必然 根据人们的设想，油气田的发展过程是从传统油气田到数字油气田，再到智能油气田，*后是智慧油气田。 1.智慧建设是油气田先进建设的一种趋势 从数字、智能到智慧，这是一种自然过程，也可以称为是一种“自然法则”或是一种必然趋势。 在数字化建设之前，人们不知道也不理解油气田信息化建设的规律，而随着数字化的建设与进展，人们发现社会与行业企业都是按照数字、智能、智慧这样的建设“序列”发展的，从而形成了一种建设与发展的规律，如图1.1所示。 图1.1从数字、智能到智慧油气田的发展过程模型图 从图1.1中不难看出，这是一种台阶式的递进过程，即传统、数字、智能、智慧。但是在这个递进的过程中，由于理论与实践的相互印证，彼此之间在时间线上存在一定的重叠。 我们知道，传统油气田是由物质、事物组成。人们从手工劳动到机械化作业，再到电器化，经历了数百年的发展过程；机械与电力的融合又把人类代入更加先进的自动化社会；而在数字地球提出以后，人类社会便进入了更加先进的数字化时代。 数字，按照物质数字化的原理是一种自然规律，即物质、事物都可以通过数字的方式来表达。例如，抽油机是一种电器机械动力设备，安装在井口用于抽油做功，但在数字化时代，人们通过数字化技术不但可以将其本身数字化后装在电脑里，还可以安装传感器来采集数据并做各种分析，从而对抽油机工况、油井井况进行数字化管理。这是一种很大的进步，人们不但可以采用数字化的技术对物质、事物实施数字化，实现一种数字化状态，而且让数据极大地丰富，做数字化的管理与经营。 数据是通过数字转化而来的，数据再通过技术手段转化成为信息，这些信息可以帮助人们寻找油气资源、分析生产运行过程、提高工作效率等。这个过程都是依照数字化后数据极大地丰富，采用智能分析的过程完成的，这就是一个智能化的过程。信息又可转化成知识，人们学习知识以后再形成智慧，智慧再反作用于物质、事物以发现未知，提升对物质、事物的作用过程，这就是一个智慧化的过程。 因此，在油气田创新建设中，人们是按照这样一个基本的规律或逻辑进行的，即阶梯式地完成转型升级与发展建设，构建了一个从传统油气田到智慧油气田，以及到未来油气田发展的程式，如图1.2所示。 图1.2 数字、智能、智慧油气田发展的建设程式 这一程式告诉我们，数字、智能、智慧建设是一种自然天成的规律。它们以数据为主线，以油气田发展为导向，以油气产量为使命，以先进技术为手段，不断地追求与创新，在智能建设之后一定是智慧建设，这就是一种必然。 需要强调的是，在图1.1中的每一个阶段中都会进行三件事，从数字、智能到智慧所做的结果，刚好是系统科学中的人理、事理与物理的组合。 2.智慧建设是油气田状态发展的一种必然 数字化是人们用各种技术与方法将油气田的现实或实际用数字的方式来表达，我们今天已经做到了。智能化是在数字化的状态上完成一种更加先进的、高级别的油气田状态，即通过智能化的手段给数据赋能，让数据能动地、自动地与智能地工作，这个我们正在做，这是一种智能化状态。 智能化状态并不是油气田建设的终点，还要在智能化状态的基础上走向智慧化状态，这是一个更加美好的油气田状态。这种油气田状态虽然目前还没有实现，但是在人们的意识中已经存在了。通过智慧建设以后，可将那些在数字、智能时代没有解决的，或者解决不了的问题全部解决。 我们知道，智能化是将“智”变“能”，就是让油气田生产过程的智能化程度提高，而智慧化是将“智”变“慧”，这就意味着需要采用*先进的思想、理念和技术与方法来实现这两个“变”。这是一个难题，需要将油气田业务过程的智能、智慧融合在一起，形成一种更加先进的技术与方法，然后完成智慧油气田状态的构建。 于是，就出现了让装备、设备“聪明”。人们通过技术手段赋予机械与电气自动化，然后在自动化的基础上让其更加智能化，如人工智能机器人等聪明的设备。完成了智能还不算，还要让数据“聪明”，即对数据进行科学治理，采用*先进的技术与方法给数据赋能，让数据来替代人工作，以及开发出无数的智慧大脑或“超脑”。这样还不够，还要将所有的人或与业务、事务有关联的人的聪明集成和汇聚，利用先进的技术与方法集联很多专家的智慧，对人的聪明进行挖掘。然后，完成“机器聪明+数据聪明+人的聪明=智慧建设”，*终构建出一种智慧油气田的新型状态。 3.智慧建设是油气田技术发展的一种必然 从前面叙述我们知道，对油气田先进的追求与向往，首先要利用先进思想与理念完成先进建设，然后形成先进的模式，进而构建一种先进状态。但先进建设与先进状态的形成都需要先进技术做保证。 石油工业技术也是一步一步发展而来的，与农业及其他工业一样，都走过了“刀耕火种”的年代，如石油钻探技术（图1.3）。 图1.3 古代钻井工具（资料来源：自贡市盐业历史博物馆） 数百年来，石油技术发展得非常快，总是超越时代优先发展。由于技术的先进，人们发现油气的能力大大地提高，勘探、钻探的能力也提高了，现在人们可以在茫茫草原上立井架，在大漠深处把井打，更可以用远程随钻技术智能的打井。 自1998年数字地球提出以来，除了计算机科学迅速普及以外，各类传感器应装全装，数据库、数据仓库，以及云计算、云平台技术，还有大数据、人工智能、5G、北斗卫星导航系统（简称北斗）、区块链及量子技术等先后出现，现代石油工业已不再是传统的顿钻、亮点技术和含油气系统的时代了，而是走进了数字化、智能化的新时代。 先进的科学技术大发展为石油工业解决勘探、开发、生产难题提供了条件，三维、四维地震研究，万米钻、水平井及大斜井钻、压、固等技术，还有页岩气、煤层气、页岩油开发技术，以及可燃冰开采技术都有了重大突破。 由于大数据、人工智能技术，以及5G技术、中台技术、微服务技术的出现，我们不但可以完成油气田的全面数字化，还可以完成地上、地下一体化与智能化，可以解决很多过去无法解决的难题。由此可见，技术的进步与发展不但可以保障先进技术与先进模式的形成，还可以促使更先进技术的进步与发展。所以，未来完成智慧油气田建设在先进技术保证下一定是一种必然。 1.1.3 智慧油气田建设研究 通过前面的论述，现在我们来讨论一下，为什么要实施智慧油气田建设？ （1）智慧油气田建设是数字、智能油气田建设的延续，可以完善与弥补数字、智能油气田建设中的一些功能缺陷。 首先，我们来看看数字油气田建设的缺陷。人们在数字化建设之初对其寄托了很大的期望，主要有以下几点： **，“油气田全面数字化”。就是将油气田内的所有，包括油气藏、井筒、地面等全面数字化后装进电脑里，完成虚拟化、可视化呈现与数字化管理。这些真正做起来其实并不是那么容易，需要相当大的投资，必须要拥有很多先进的技术，仅有信息技术与理想是做不到的。 第二，“无人值守”。这是石油人*大的梦想，一直在苦苦地追求。人们渴望将重体力的劳动岗位统统消除，将需要人工值守的工作统统实现“无人化”等。但目前只能做到很小一部分人员的集中管理、定点巡查，说明仅依靠数字化建设实现“无人值守”还有一定的难度。 第三，“生产数字化管理”。油气生产过程很长，油气田人通常说“点多、线长、面广”，其中大量的是非线性过程，这就注定了油气田生产过程是一个很长的“链”，外加“人、财、物”又注定油气田生产过程构成了一个又一个复杂的“环”，并且环环相扣，使得油气田管理非常困难。结果是很难做到全面的数字化管