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院士:中国石化智能化油田

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  专 家 简 介

  李阳,油气田开发地质、开发工程专家,教授级高级工程师,中国工程院院士,曾任胜利油田副总经理、总经理、中国石化油田事业部主任、中国石化副总工程师,现任国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发专项”技术副总师、SPE中国南方分部主任、石油企协常务副会长。

  长期从事油气藏提高采收率理论与工程技术研究工作。近年来致力于二氧化碳捕集及驱油提高采收率技术的研究与示范应用,在中石化CO2捕集、驱油和产出CO2回收利用技术方面取得重大进展,实现增加原油产量和CO2埋存的“双赢”,推动了CCUS技术的发展和应用。

  稳油增气、绿色低碳和低成本是我国油气田高质量发展的目标。作为油气田高质量发展的重要推动力,智能化建设近年来快速发展。目前,我国油气行业无论在硬件还是软件方面都具备了较好的发展基础,具备了信息化建设快速发展的条件。

  “十三五”以来,中国石化智能油气田建设围绕生产运行(PCS)、集成协同(EPBP和EPCP)、智能油田建设示范推进信息化建设,实现了数据和专业软硬件的统一管理,先导示范见到了提高效率、降低成本的成效,为油田数字化、信息化和智能化发展奠定了基础。


  石油工业面临挑战

  据预测,在较长一段时期内,油气仍然占据能源消费的主体地位。随着我国经济的快速发展,预计2030年前油气消费将保持持续增长的趋势,2030年石油需求达到7亿吨。我国天然气需求从2004年进入快速发展期,年均消费增速14.5%,到2030年天然气需求将达到6200亿立方米。

  我国油气对外依存度持续攀升,油气供给安全面临巨大压力。1993年,我国成为原油净进口国,2010年原油产量突破2亿吨,2015年达到历史最高2.15亿吨,2015年后原油产量逐渐下降。2019年,我国生产原油1.91亿吨,消费量6.6亿吨,原油对外依存度70.8%;同年,我国生产天然气1736亿立方米,消费量3067亿立方米,天然气对外依存度43%,油气供给矛盾突出。

  从我国油气勘探开发来看,易采石油时代已经结束。这主要表现在一是勘探开发对象不断复杂化,非常规、深层超深层、深水超深水正逐渐成为勘探开发的主要目标;二是油气资源不断劣质化,三低、重质和高含硫原油比例增加;三是高温高压、高陡构造、强非均质、深水对油气工程技术提出新的挑战,勘探开发难度不断加大;四是老油田经历50多年开发,面临高含水、产量下降的挑战。

  低油价与绿色低碳发展需求对石油工业提出了更高的挑战。2020年4月20日,WTI原油期货价格暴跌至-37.63美元/桶,未来一段时间原油价格仍将处于中低油价,对我国油气行业效益开发冲击大,低成本发展更为迫切。另外,老油田历经50多年开发,设备设施老化严重,绿色开发、安全环保压力大,同时我国高质量发展和生态文明建设也要求油气行业向绿色低碳发展。

  上述挑战表明,石油企业亟需采用更加快速、高效、经济的生产技术和管理模式,制定实施更精准、有效的业务决策,以实现提高原油产量、降低生产成本、提高油气采收率的目标,智能化建设是实现油气田高质量发展的重要推动力。

  智能化发展趋势

  从全球油气行业来看,智能化发展迅速,油气田智能化发展呈现三个趋势:智能化油田建设、工程技术及装备智能化和石油公司与IT公司的跨界深度融合。


  智能化油气田建设。国内外石油公司积极推进智能化在油气田各领域的应用,取得了好的效果。例如:在勘探方面,沙特阿美建立了实时钻井运营中心,用于优化水平和多分枝井井位,通过交互使用实时地质信息、岩石物理信息、方位信息,以引导钻头实现最佳井轨迹;在开发方面,雪佛龙开发了实时油藏管理、开发方案决策支持系统,可以自动生成建议的行动方案并辅助实时调整生产计划;在生产方面,昆士兰天然气公司通过建设一体化生产分析优化系统,分析各节点运行状态,从全局角度优化油气生产运行;在生产辅助方面,挪威国家石油公司通过搭建设备状态监测平台,实现对生产现场及关键设备的状态监测与性能监测。

  工程技术及装备智能化。融合了信息化和智能化的新一代物探技术、智能钻井、智能注采等技术快速发展,如智能钻井系统包括数据测量、信息传输、地面井下自动控制、基于大数据人工智能的决策分析、人机交互、远程决策、标准与认证体系等组成。


  为推进智能化建设,各大油公司都在与IT公司深化融合。例如,BP、阿布扎比石油公司与IBM合作,通过对海量历史数据的分析,将卡管预测精度提高到85%,有效减少了卡管造成的损失,在阿布扎比一组50口井的钻井作业中通过最小化卡管造成的作业延迟节省了5300万美元;康菲石油建成了包含生产、运营、油藏工程以及地球科学等方面的综合数据中心IDW,使数据应用类项目的准备时间平均下降75%;康菲石油与TIBCO软件公司合作对海量数据进行分析,实现了钻头马力和钻速的自动调节,钻井周期缩短50%。

  中国石化的智能化实践

  智能油气田建设

  中国石化在建设智能油气田过程中,打造了全面感知、集成协同和全局优化三项基本能力。

  全面感知和生产运行系统(PCS)建设基于油气物联网,实现生产指挥的“全面贯通”。PCS系统实现了生产动态、生产监控、调度运行、生产管理、预警报警、应急处理六大功能,支持生产动态实时感知、生产全流程监控和高效的生产运行。

  PCS系统改变了传统油气田生产模式:管理区实现“集中监控、有人巡检、专业维护;重塑了组织管理架构:压扁管理层级,管理区直接管理到班组,重组专业化岗位;优化了生产业务流程:建立与信息化环境相适应的工作机制,促成业务模式创新和工作流程重构。

  应用PCS系统取得了十大成效:突破十项关键技术、实现生产现场可视化、变革生产管控模式、支撑体制机制改革、提升过程管控能力、提高经营管理水平、改善开发经营指标、助力绿色企业创建、助力生产安全管理、工作环境明显改善。

  通过智能化油气田建设,原巡井巡线、量油及测电流等工作逐步由生产信息化技术取代,采油站工时同比约减少30%;对中小型的柱塞泵站、接转站推广无固定人员值守,对联合站、污水处理站等采取岗位整合、固定集中值守等模式,大幅度优化一线生产员工。

  集成协同平台建设与应用。2015年起,中国石化建设协同平台,实现跨专业、跨业务、跨部门信息资源的统建、统管、共享、协同,目前已推广覆盖全部油田企业,平台功能得到提升、应用得到深化。

  油田勘探开发业务协同平台(EPBP)基于岗位职责,实现勘探开发的“联动协同”,满足纵向和横向的业务协同工作,实现岗位业务信息化,适应灵活的业务流程重组。EPBP实现了三个“一”,即一套数据:勘探开发数据中心框架;数据资源的集中存储、集中交换、统一管理和共享使用;一个平台:支撑横向跨专业跨部门跨单位、纵向跨管理层级的业务应用协同;一个架构:平台稳定、安全可靠、组装灵活、操作方便、易于扩展、服务开放,能够全面融合新一代信息技术,支持多用户、高吞吐、大容量的平稳运行,适应管理创新、业务变化和综合管控的需要。

  勘探开发云平台(EPCP)以云技术为基础,将应用于勘探开发专业研究的软硬件资源按照统一规划、统一调度、共享使用规则所建设的资源中心。

  EPCP基于多学科研究,实现信息资源“实时共享”。通过对专业软件应用的统一管控和调度使用,高性能硬件资源利用效率提高12%;地震资料单位处理成本下降15%;软件总体采购成本降低近50%,软件许可数量增加约25%。2015年至今,已形成了高性能计算资源中心、勘探开发专业软件资源中心以及综合研究专业软硬件共享体系“两个中心、一个共享体系”。

  全局优化。通过建立数据资源中心DRC,面向资源、信息、数据深度挖掘,将数据转化为数据资产。


  智能油气田建设示范

  2013年,中国石化启动智能油气田建设规划;2018年,在中原普光、西北油田三厂进行智能油气田示范试点,形成了智能油气田1.0推广模板;2020年,在江汉涪陵、胜利海洋推广建设。

  中国石化的油气田智能化建设经历了从传统油气田到数字油气田再到智能油气田的过程。从资料手工资料整理、数据存储传输到实时数据管理、过程监控,再到主动预警预测分析、业务整合与流程优化、智能辅助决策。智能化油气田系统包括传感器/井/地面设备数据采集与监控,生产实时监测,油藏分析与诊断,一体化协同及流程优化,决策分析5个层级。

  中国石化的智能化油气田建设路径是全面感知、集成协同、预警预测、分析优化。目前,智能油气田系统已升级到3.0~4.0。

  普光气田的智能化系统包括气藏可视化(可视化场景下的开发生产模拟分析)、气藏指标监控(数据-曲线-图件联动)、开发预测预警(自动历史拟合气基实施跟踪模拟)、动态在线分析(大数据挖潜措施优化),结合专家库进行动态异常诊断、开发效果评价、开发辅助决策。

  其中,气藏异常主动预警系统包括构建气藏预测预警模型:机器学习异常诊断结论智能推送,实现油气藏异常的主动预警;通过预测模型持续优化,硫沉积预测准确率提高到90%以上,硫沉积解堵成功率近100%;气井见水预测准确率提高到92%以上,出水时间平均延迟3个月以上。

  西北油田三厂的智能化系统通过“平台+数据+应用+新技术”模式进行油田业务信息化建设,包含油气藏动态管理、单井管理、生产运行优化、协同研究、管网管理、QHSE管理、设备管理7大业务域,28个一级功能,78个二级功能。

  智能化平台的应用使管理人员工作效率得以提升,现场人员工作量大幅下降,站库值守及巡线人员优化29%;初步建成一体化管控模式,实现前线与后方联动决策,劳动生产率提高13%;减轻生产操作层劳动强度,降低劳动风险,实时预警,提升异常处置时效27%。

  智能化油气田建设正在快速发展,但面临来自数据、算法和地下未知因素的诸多挑战。在大数据、人工智能、5G、云计算、物联网等技术推动下,油气田的智能化建设将迎来新的发展阶段,这既是油气技术发展规律的必然趋势,也是油田提质增效降本的有效途径。

  未来,通过信息化和工业化的融合,将催生一批颠覆性技术,为油气勘探开发提供更加有力的技术支撑。例如,智能化与油气田勘探开发技术融合,加速大数据及人工智能在油气田勘探开发以及工程技术领域中的应用研究,推进石油行业的产业升级和颠覆性技术的发展。

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