刘 斌,李铁军
(中国石油集团东南亚管道有限公司,北京 100028)
面向海外数字油田勘探开发一体化方案研究
刘 斌,李铁军
(中国石油集团东南亚管道有限公司,北京 100028)
本文分析了数字油田国内外发展与应用现状,论述了CNODC(中国石油天然气勘探开发公司)建设海外数字油田的必要性,以及海外数字油田勘探开发一体化方案是全面提升勘探开发、生产、经营、管理与决策的重要手段;一体化方案中的数据管理、协同研究、生产管理、经营管理、决策支持相互作用,不断优化,形成一个闭环,利用多学科、融合技术推动海外油田项目不断增强竞争力,达到增储增产、降低成本,效益最大化目标。
数字油田;勘探开发一体化;协同研究;融合
中国石油走出国门迈向海外寻求石油已经有近20个年头,海外石油勘探开发竞争日趋激烈,其核心竞争力表现在:成功发现新的储量,以现有资源取得最大的原油采收速度、原油采收率和效益最大化为目标;降低生产成本并确保高标准的HSSE质量。从这个角度来看,国内外各大石油公司都致力于改善原有竞争方式,以增加油田产出,纷纷开始以数字油藏[1]、数字盆地[2]、数字井筒等数字化与智能化油田的综合实力取得竞争优势。通过信息技术、自动化技术、虚拟现实技术、石油专业技术共同提升油企的经济效益和核心竞争力。通过建设数字化、智能化油田逐步转变原有工作方式,可见数字化与智能化在石油勘探开发的过程中重中之重,也是发展的必然趋势。在1950年以前,在全球范围内,前寒武系尚未确认具有可靠的生物化石与储集层,并且仅发现有个别“显生古储”型油气藏。
进入21世纪,随着世界石油勘探开发技术水平的不断提高和油气井数字化、自动化等多种技术的融合,国内外油气行业相继提出了类似智能油田的概念并逐步投入到实施。壳牌(Shell)的SmartField[3],通过将最新的钻井、地震、油藏监测技术和数字信息技术集成应用来高效地提供能源,通过在55个国家部署数字油气田,日产量增加7万桶,成本下降8亿美元,同传统方式相比产量平均增加约10%;英国石油(BP)eField[3]强调了对油气田资产的实时连续的远程监控与管理,将基于对地表和地下预测模型技术的数字决策支持系统用于分析实时数据和直接或间接的控制开发环境;雪佛龙德士古(Chevron)信息油田i-Fields[3],多学科多领域的集成平台,通过实时信息和可视化技术来完成技术支持和决策管理;斯伦贝谢公司(Schlumberger)[3]提出的无论在任何地方都可以实时或者近似实时监控和管理所有作业活动,以达到生产优化,持续监控,提升效益和HSSE的目的;兰德马克公司的推出的勘探开发一体化决策系统,并建立数据银行PetroBank,来持续提高油田管理水平[3]。
在国内,三大石油集团公司都在抓紧实施自己的数字化油田战略,并取得了初步成果。中国石油大庆油田是国内率先提出数字油田并经过十几年的建设已具备一定水平;中石化胜利油田从2003年开始确定数字油田的建设规划,通过三步走的战略建设数字油田[4];中石油新疆油田从中石油“十五”、“十一五”到“十二五”是首个对外正式宣布“全面建成数字油田”并开启“智能化油田建设”新航程[4];中国石油长庆油田是近几年数字化建设中比较典型的代表,通过让“数字说话,听数字指挥”,关注数据源头数据的及时性、准确性和有效性,创新发展了数字油田[4];中海油数字油田通过“一个平台、两个重点、三纵四横”[3]的IT建设目标,向数字油田迈向了一个新的征程。
整体来说:国外油气公司的数字化与智能化油田建设在实际的应用程度中更加先进,通过以物联网技术、自动化技术、通信技术、信息技术等为手段,实现油田企业的数字化、网络化、可视化、智能化,并通过多种技术融合实现勘探评价、开发地上地下一体化,达到了生产管理、经营管理最优化和领导决策智能化的水准;国内油田虽然已经取得一定成果,但是还停留在数据标准、数据库建设、应用系统建设与集成阶段,距离智能化的数字油田还相差甚远,需要继续深化应用,引进先进技术,用好用活数据,提高综合竞争实力。
随着海外油气业务的快速发展,作业的国家及相关项目还在迅速增加中,与之伴随的国际竞争越来越激烈,项目经营管理、生产管理、决策支持等公司业务日趋复杂,要想实现公司经营目标,建设具有国际水平的海外油田,实现高效、规避风险,海外油田的数字化与智能化的生产经营管理成为重中之重。目前海外油田数字化建设现状[4]:
(1)信息化基础设施建设与管理水平正在逐年提高,还有待进一步提高与完善。已经建成满足目前应用需要的石油广域网,通过卫星链路、VPN等连接方式,项目公司与总部建立了数据、语音及视频通信链路,部分海外公司总部与油田作业区之间利用卫星、地面链路等方式进行组网,防病毒、全球通的通信方式已经实现。信息技术规范和管理制度日益重要,信息安全与管理还有待进一步的提高。
(2)经营管理类系统正在逐步推广,还有待进一步深化应用和集成。以ERP为主的经营管理类软件已经在总部应用,部分地区公司和项目公司的财务、采办、计划等领域还在使用自己的软件来维持日常经营类管理,还需进一步开展以ERP系统为核心的应用集成系统建设,大幅提升海外业务的经营管理和办公管理水平。
(3)生产管理类系统总部和各海外公司都有自建系统,还需进一步深化应用和集成。目前,CNODC总部已经建设了静态数据库、钻井作业系统等一系列生产类系统,对于提高远程支持和管理有一定提高;“十二五”期间海外信息化重点生产业务全部推进并持续优化;集中统一的生产管理平台将实现对重点业务的全面覆盖与高度集成。
(1)海外油气业务快速发展的迫切需求。中国石油海外发展建设“海外大庆”、“半壁江山”和“60%”要求的目标,和飞速增长的油气业务与复杂的海外管控模式、合同模式、信息化水平及安全状况与生产管理人员缺乏的矛盾日益突出,迫切需要对现场生产作业进行高效的管理,因而建立一套统一完善的生产管理、经营管理、决策支持平台就显得十分迫切和必要。
(2)适应国际竞争的需要。当前国际石油公司已经建立起基于数字化、智能化油田,为其业务发展提供决策支撑;海外油气业务的发展处在激烈竞争环境中,迫切需要通过自动化和信息化手段提高生产经营管理水平,降低安全风险,增强核心竞争力。
(3)急需改变现有数据质量差、标准不统一、共享差的局面。由于海外油田项目公司勘探开发与生产过程中产生的海量数据,没有按照统一的标准存储和管理,导致现有数据存储方式很难被有效利用;为满足适应海外勘探开发数据管理的要求,提高数据源数据快速准确入库水平,提升数据加载功能,增强数据管理能力与应用能力。
(4)亟需提升海外勘探开发生产一体化研究决策水平。随着勘探目标日趋复杂、油气藏开发难度增大,海外勘探开发需要以目标区块为研究对象,利用各种有效地质信息,构建不同规模级别的实体模型和油气藏模型,在三维空间进行集成应用。为最佳发现地下油气资源,制定合理的开发方案,提升研究水平、降低作业成本、减少油气勘探开发风险;解决现有的业务系统集成度不高、数据一体化应用水平低、决策手段不够先进、基于三维图形技术的信息化应用水平较低等问题的有力措施。
(5)项目所在国的政治、法律等对数据保护要求,必须在所在国解决勘探开发技术问题。随着各国对信息安全和数据的保护越来越严格,油田项目中遇到的问题禁止实现远程业务数据传速,导致必须通过远程共享决策平台实现问题的专家会诊,这也进一步要求加强数字油田建设,实现远程技术问题会诊。
图1 海外数字油田总体架构[5]
海外数字油田与国内总部的数字油田的研究既有共性又有差异。共性是:都是在“一个中心,两条主线,一个基础”的架构下,其中:一个中心即:决策支持与信息共享中心;两条主线即:生产管理和经营管理;一个基础即:海外信息化基础设施;通过“121”的架构,主要解决总部机关、海外研究中心与海外油田、海外项目、乙方单位积极进行远程信息共享、互动、异地数据存储、实时性强、商业秘密等问题。不同之处是:总部主要关注海外油田项目公司的生产经营状况,注重面;海外油田项目公司作为一个经营的主体,是数据的源头,数据的采集、数据标准、数据处理、数据入库、数据管理都在海外油田项目公司,这样有利于数据的有效使用;高质量、高利用率、标准且完整数据,对于油田的勘探、评价、开发具有举足轻重的作用;海外油田项目公司要完成油田勘探、评价、开发、生产、经营、决策等各个环节的流程,同时将数据共享到国内研究中心,为国内专家团队提供重要基础数据做好技术支持工作。
海外数字油田是由基础设施、软件、数据、标准和管理五要素组成,包括数据管理、协同研究、生产管理、经营管理、企业资源管理和企业决策支持六个方面的解决方案[5],如图1所示。
(1)数据采集与传输层:数据源按专业分为物探、钻井、录井、测井、试油试采、井下作业、测试、分析化验、地质油藏、油气生产、地面建设、集输、供水、供电等数据,通过井场、站库、管道等油田生产现场的实时自动化数据采集设备及技术,利用有线网、无线或卫星传输与通信技术,传输到油田项目公司的专业数据库中,按照专业流程化的数据模型进行数据的组织与管理。
(2)数据存储与管理层:工程技术数据库、油气生产数据库、勘探开发生产数据、地面工程数据、经营管理数据、地理信息数据、综合研究成果数据。工程技术数据库直接源于生产第一线主要包括:物化探数据、钻井数据、录井数据、测井数据、试油试采数据、井下作业数据;油气生产数据库(生产动态数据、井下作业数据、分析化验数据等专业数据);地理信息数据(空间数据、属性;工程技术、油田生产、地理信息数据库)通过一定的标准转移到勘探开发生产数据库,是原始基础数据,这类数据是油田最为宝贵的财富;地面工程数据(以地面站库、管网等数据);(经营管理数据:设备数据、物资数据、财务数据等);综合研究成果数据(油藏地质模型、油藏数值模型、研究报告、解释分析、计划与建议、规划方案)。从工作流程来看,数据收集、数据分析、综合研究、油藏评价、综合调整开发方案等,每一项工作还会产生中间整理的数据,每一个环节对地质研究都起到重要作用。
(3)数据应用层:协同研究平台、生产管理平台、经营管理平台、决策支持平台。生产管理的过程中产生数据,供协同研究平台进行处理、建模、作出勘探开发部署方案;协同研究平台调整开发生产方案作用于生产过程;生产过程中消耗设备、物料等物资反馈给经验管理平台;决策支持平台根据生产管理、经营管理以及协同研究给出的报表数据,作出科学决策,指导油田进行科学合理的生产经营管理。
(4)协同研究平台:为研究决策人员充分利用各大专业数据库数据,提供一体化的工作平台,协同开展油气勘探、评价、开发和油气藏管理等研究决策工作;该平台通过软件接口实现了勘探开发专业主流软件的集成应用,实现对测井解释、地震解释、油藏描述、地质建模、油藏数值模拟、动态分析、储量计算等多学科数据的实时共享、显著提高数据收集、加载和使用的效率与效果;通过实时数据和各类研究成果数据的协同展示,对进行井位部署论证、钻井监控导向、油藏分析调整、精细油藏管理等工作提供了科学、有效的技术手段;该平台实现了对成果数据的统一存储与管理,为管理者和研究者提供了一个集成化的成果查询与展示平台。
(5)生产管理平台:涵盖物探、钻井、录井、测井、井下作业、试油试采、油气生产等油田工程技术服务专业和油气生产业务;贯穿现场作业小队、勘探开发与采油生产处理各业务部门,规范业务操作流程,提高作业效率,降低生产成本,遵循HSSE操作规范;同时也是物探、钻、录、测、试、采油各专业实时数据采集、生产报表、现场实时视频数据集成展示,实现勘探开发生产全程动态管理与应急指挥的平台。
(6)经营管理平台:以ERP为核心,通过实施物料管理、财务管理、资产管理、采购管理等主要系统,集成各专业相关信息系统,全面支撑勘探开发生产的经营管理,通过统一的业务流程,规范业务管理,强化过程控制,优化资源配置,达到提升管理效率和集中管控水平。
(7)企业资源管理:通过云技术和虚拟化技术,将众多数据、应用、服务器、存储等资源进行资源池化,建立企业统一的资源管理和共享平台,实现硬件、软件和数据资源共享。通过企业资源管理能够适应数字化油田企业发展的需求,并有益管理变革,使资源使用起来更加便捷,数据存储更安全,资源利用更高,节约更多成本。
图2 数据管理架构
(8)企业决策支持平台:通过勘探开发生产决策、经营决策的分析与预测,海外油田项目公司的技术专家和管理者,实现对油田核心业务的的实时管控,提高油田效益,保障HSSE(健康/安全/安保/环保)。
7.1 数据管理技术[6]
数据是石油企业勘探开发成果的“原料”,是数字油田的“血液”,数据的及时、准确、完整、规范是数据的质量保障。勘探开发一体化平台的生产数据业务涵盖油气勘探、评价、开发和生产五大业务的专业技术数据和成果数据;专业包括:物探、钻井、录井、测井、试油试采、样品试验、测试、井下作业、油气生产等专业数据;数据管理平台下的成果数据包括地质油藏数据和研究成果数据。数据管理平台包括数据采集、数据加载、数据管理和数据服务四类功能。
(1)数据采集:包括有现场利用先进仪器采集的基础数据—物理勘探、随钻数据、测井曲线、实时录井数据、分析化验、试油试采数据、生产动态(产量、压力、动态监测、措施改造)等数据;又有经过先进仪器测试、数据处理和综合解释得到的中间数据和综合研究数据;还有经过地质研究和通过专业特定方法处理后形成的成果数据。
(2)数据加载:提高数据快速准确的入库能力,支持数据入库的流程化、规范化、远程传输,完善的数据迁移与数据同步等功能。
(3)数据管理:实现勘探开发一体化数据库数据安全管理和维护的便捷、高效,包括元数据管理、数据字典管理、数据维护管理、数据备份与恢复、权限管理等功能。
(4)数据服务:实现对勘探评价与开发生产管理、决策、项目研究和相关系统的数据应用支持,包括通用数据服务功能、定制业务数据服务功能、数据交换与数据共享等功能。
7.2 数字油田协同研究平台技术
数字油田的勘探开发一体化协同研究平台是数字油田的核心。该平台的建设对于海外数字油田的发展起着重要作用,勘探开发一体化数据库主要对油气勘探、评价、开发专业软件提供优质的完整数据。采用地质、测井、地震、油藏工程等多学科专业软件协同工作,对海外油田进行区块评价、圈闭评价、油气藏评价、开发方案部署、开发效果评价,以及区块开发的调整和管理,通过在生产过程中产生的数据,再进行优化方案,动态的建模与调整,使海外油田项目提高油气采收率,进而提高经济效益,降低投资风险。
图3 协同研究平台架构
(1)勘探评价业务功能:包括构造、沉积、储层、层序地层、目标识别、井位部署和油藏评价等功能,勘探评价终极目标是寻求油气最大发现和提交优质高效规模储量。主要通过地震处理软件、地震解释软件、地震图形处理软件、储层地震预测软件、测井处理解释软件等利用勘探开发一体化数据库数据,客观认识和评价地下油气资源、为寻求勘探最佳发现提供有效依据,为勘探决策和研究提供统一的三维空间展示平台。
(2)开发生产业务功能:以提高最终采收率为目标,进行开发技术方案研究,综合考虑采油速度、油田地下能量的利用和补充、采收率的大小、稳产年限、经济效益及工艺技术等因素,以综合地质研究、三维地质建模、油藏工程、数值模拟,直至开发指标预测和优化;同时为开发决策管理人员提供最佳的方案模型展示平台和决策支持环境。
(3)辅助生产决策平台:辅助生产决策主要指通过定制业务数据服务功能为勘探与生产主管或决策部门提供预设业务主题服务,支持上报流程,开发决策数据配置工具、决策信息交互工具,提供决策环境,集成协同研究、生产管理和经营管理平台,为海外油田项目公司决策业务提供数据支持和决策环境。
7.3 数字油田融合技术
融合技术是实现海外数字油田勘探开发一体化方案的关键技术之一,主要表现在数据融合、技术与应用融合、信息与业务融合;数字油田勘探开发是利用勘探、评价、开发和生产的技术融合、融合后的技术在勘探、开发、生产中发挥了重要作用。
(1)数据融合,数据库整合[6]:海外数字油田将海外油田区块中不同采集技术、不同专业领域、不同生产环节、不同时期产生的数据通过符合行业标准的格式(PPDM,POSC,EPDM)融合在一起,存储转移到勘探开发一体化数据库中;既包括了对盆地或油田区块油藏的勘探数据,也有对油井操控反馈的信息;有地震、测井、录井、分析测试、数值模拟的专业数据,也有油井实时采集的数据、地质学家及时解译的油藏信息;这些数据即满足油藏三维空间、多层系、多阶段的特性,又满足各专业具体业务需求;通过海外数字油田的勘探开发一体化平台提供的专业软件对数据进行加工,以快捷的方式呈现给研究人员,减轻研究人员目前收集与整理数据的工作量,让专业数据发挥重要作用。多源数据融合会让数据发挥出整体优势,可以让研究人员建立全局印象,全方面把握油藏规律,从而作出科学的决策。海外数字油田勘探开发一体化平台就是海外油田项目公司最有效的数据资源融合平台[6]。
(2)技术与应用融合[6]:数字油田本身就是技术、应用、平台的融合体。技术与应用融合不仅体现在软件与硬件,现场与科技基地,还体现在各专业软件与专业数据库之间。通过数据管理系统实现专业软件之间的无损、自动数据交换。随着数字油田应用的不断推进,油田生产物联网实现了终端和网络的融合,网络与应用的融合,提高了数据采集频率和质量;云计算技术推动了基础设施、平台与软件的融合,随着海量数据处理能力的要求,分布式并行计算算法,将众多性能一般的服务器的计算能力和存储能力充分发挥和聚合起来,能够为特定的应用提供海量数据处理能力,形成一个高效的软件应用开发和运行平台,同时聚集海量终端用户使用该平台上的各种应用进行协同工作,满足数字油田业务发布的需要。
信息融合是数字油田最为重要和高度复杂的技术。信息融合[8]是一种多层次、多源数据进行检测、结合、相关、估计和组合以达到精确的状态估计,以及完整、及时的态势评估和风险评估,为油田的生产决策作出依据。数字油田勘探开发一体化平台通过人员整合,协同工作,将油气勘探、油藏评价、油气开发部署和油田管理等各个环节上人员、数据、技术、应用、资源融合在一起,促进地质人员、钻井、录井、测井、试油以及各类工程人员、管理人员以及科研人员的沟通,在同一个平台同时解决同一个技术问题,这样最终就实现了信息融合,实现油田增储稳产、降本增效的目标。
海外数字油田勘探开发一体化平台就是对地下油气藏及其相关信息不断采集、加工处理和解释应用的过程,也是数据、信息、知识与智慧的转换过程,是数字油田最终将这些内容集成到一个平台上,完成业务流、数据流、信息流融合在一起,实现数据流与业务流的统一,信息就是数据流和业务流高精度处理过程中的体现。
在建勘探开发一体化的数字化、智能化油田方面,BP(英国石油公司)、Shell(壳牌公司)、斯伦贝谢、雪佛龙、Statoil(挪威国家石油公司)等石油公司已经走在前面,处于国际领先地位。
Shell(壳牌公司)[9]为智能油田项目自行开发了一套智能油田技术,整个系统与井下复杂的油气藏环境中的传感器和控制阀相连接,通过实时监控,实现油田生产的最佳状态。该项目包括智能井、先进协作环境、整体油藏管理等子项目,均获得了巨大成功,目前已在美国、加拿大、欧洲、中东和非洲等地区实施。截至2009年,该项目为Shell带来的整体收益高达50亿美元。其在文莱Champion西部油田使最高采收率提高了3%~6%、开发成本降低了1~1.5美元/桶。
BP(英国石油公司)[9]的“未来油田”项目始于2003年,主要利用传感器与自动化等技术,将现场与地下的实时数据传送到远程中心进行分析,实现了基于分析的快速决策。BP还通过分布在全球的35个“先进协作中心”,实现了多学科、多地点的远程协同,克服了早期推广过程中遇到的阻力。BP认为,未来油田技术对其总产量的贡献率超过50%,该项目在实现关键业务目标的同时,也带来知识经验共享、人员与组织技术持续提高等其他重要价值。
Statoil(挪威国家石油公司)[9]于2005年启动“整合运营项目”,通过跨学科、公司组织、地方协同合作,依靠实时数据和创新工作流程的应用,实现了更安全、更高效、更科学的决策。该项目实施以来,为整个挪威大陆架实现潜在效益达到400亿美元,其中增加储量及提高产量占70%,降低成本占30%。项目还对组织结构和业务流程不断优化,操作及管理人员无论在生产现场、办公室或监控中心,都能够随时随地对业务状况进行整合管理,智慧的现场管理成为其主要特色。
总之,不同石油公司的不同油气田勘探开发一体化程度和内容不一样,需要根据具体油气田面临的实际问题重点实施,可以是局部智能化、数字化,也可以是全面的智能化、数字化,但是效果和目标是一致就是:增加储量,提高产量,降低成本。
海外数字化(智能化)油田是目前世界油气田发展的主流方向,实现油气田高效开发,提高管理的有效手段,它使得油气田开发由过去的以专业和开发阶段划分为特色的时代,走向以资产的持续优化为目标,追求产量、采收率与效益最大化的新阶段,它使得油气田在管理方面发生重大变革,实现油田传统生产经营模式向一种全新的协同化、数字化、智能化的方式转变,通过提高对勘探开发一体化的运用能力和管理决策水平、降低开发风险。
通过对海外数字油田勘探开发一体化方案的论述,建议中国石油海外油气田建设如下:
(1)根据海外油田项目公司的特点,海外数字化油田建设要以“短、平、快”[10]的方式建设,即:组织管理一体化、勘探开发方案部署一体化、生产运行一体化、数据录取一体化、经营管理一体化的整体有序衔接[10]。
(2)建立以物联网技术为核心的数据采集系统,将勘探数据、开发数据、生产数据等各个专业的数据以行业数据标准方式实时入库,提高数据质量、可用性、共享性。
(3)搭建勘探生产一体化数据管理集成平台,优化数据入库与数据服务流程,加强勘探开发数据应用的快速响应支持能力,增强勘探开发项目研究、生产管理及决策支持的服务能力,提高工作效率,缩短勘探周期,为勘探成功率及油气采收率的提高提供有效的数据支持。
(4)借鉴与拿来国际油田实施数字化、智能化油田的先进经验和技术,加快建立和完善勘探开发一体化平台,持续动态优化并调整海外油田项目公司的油气勘探评价、开发生产部署方案,达到增储增产。
[1] 王宏琳.石油勘探开发信息化—从数据处理到数字油藏[M].北京:石油工业出版社,2001.
[2] 武守诫.油气资源评价导论—从数字油田到数字油藏[M].北京:石油工业出版社,2005.
[3] 何坚,王世俊.数字油田建设现状及发展展望.中国科技论文在线.http://www.paper.edu.cn.
[4] 王京,赵珍梅,曹代勇.浅谈海外数字油田与勘探开发一体化集成系统建设[J].地球物理学报,2006.3.21期:225~231.
[5] 北京中油瑞飞数字油田解决方案,2012.8.
[6] 高志亮等.数字油田在中国—理论、实践与发展[M].北京:科学技术出版社,2011.
[7] 崔志忠,李微微,李大伟,陈哲,刘万伟.中国石油A1系统勘探开发协调工作环境建设探索与实践[J].信息技术与信息化,2010.6.
[8] 智库百科.信息融合.http://wiki.mbalib.com/wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E8%9E%8D%E5%90%88.
[9] 物联网云计算助力智能油田迎接油气增产高潮. http://www.smarterchina.cn/ListZixunGuonei/20120904/10001610647.html.2012.09.04.
[10] 短平快模式释义.中国石油报.http://dzb.zgsyb.com.cn/syb/html/2009-05/20/content_60234.htm. 2009.05.20.
易诺仪器发布新一代view系列光纤熔接机
近日,光通信行业领先的设备供应商——易诺仪器,发布了新一代view系列光纤熔接机,包括view3,view5,view7。
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10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.012
TE1,TN915.85
A
1672-7274(2014)10-0043-07