石油工程现场技术分析与决策支持及发展构想

胡 贵 崔明月 常 鑫 陶 冶 黄雪琴 杨 姝 陈世堂 石李保

（中国石油勘探开发研究院）

近年来，基于移动互联网的大数据、云计算、物联网、区块链、人工智能技术高速发展，极大地改变了人们的生活方式和工作方式，促进了工业技术升级换代。石油工程专业领域在企业数字化转型、业务智能化发展大背景下，井筒工程数字化、智能化已取得一定成效[1-4]，研究上总体侧重于基础信息数字化处理、业务流程远程协同高效管理、工程技术人工智能方面[5]，在石油工程现场技术分析和决策支持领域仍需加强工作。

石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并将地下油气开采到地面的一系列工程和工艺[6]，具有多专业应用、多学科融合、多工艺流程特征。技术人员进入现场实施石油工程作业，需要进行工程工艺优化设计、工程风险评估与预案制定、作业工况分析与诊断、工程监督与风险管控、工程效果预测与评估等工作。为此，现场技术人员需开展大量的石油工程技术核查，即针对复杂工况进行工具工艺相关技术标准/规范/规定查询、关键工程工艺参数分析优化、复杂工况分析诊断、工程工艺实施效果评价等，以核实查证工程实施与工程设计/工程预期的符合情况，指导工程作业方案决策与实施。

石油工程现场技术分析与决策支持主要通过常规工程技术查询、工程技术分析核查、复杂工程技术共享核查3种方式实现，近年逐步向着快速核查方向发展，利用现代移动通信网络，及时为现场复杂问题分析和决策提供理论、数据、技术支撑，有效提升工程作业的科学性和时效性。本文系统讨论常规工程技术查询、工程技术分析核查、复杂工程技术共享核查的应用现状，提出发展构想与建议，以期对石油工程现场作业数字化及一线作业者工程决策支持数字化技术发展提供参考。

1 石油工程现场技术分析与决策支持应用现状

1.1 常规工程技术查询

常规工程技术查询通过查阅应用各种技术规范/标准、技术规定、工具手册、技术图册等，掌握关键工程工艺应用参数和应用方式，进而核查现场实际与预期的相符性。早期技术查询主要采用文档手工查询方式，多为纸质和电子文档资料，技术人员只要备好各种资料文档即可满足查询需求，但资料的质量和完整性因人而异。为此，研发了专业软件查询方式，将相关常见技术资料或文档集成查询软件，通常作为一个功能或模块集成在石油工程商业软件中。例如，哈里伯顿公司的Landmark软件，集成了钻井设计过程中所需的API管材、常见厂家钻头型号、部分厂家动力钻具等资料；中国石油勘探开发研究院研发的PetroPE软件[7]，针对举升设计模块收录了螺杆泵等多种举升设备资料；西安石油大学开发的石油钻井知识共享体系和环境软件[8]，集成了石油工程常见标准、管材库、钻井工具库、技术手册及工程技术知识等资料文档。专业软件查询主要采用单机模式，需要安装特定的应用程序，便捷性有待进一步提高。为解决这一问题，开发了基于Browse/Service网络服务的专业平台查询方式，如石油工业标准查询平台[9]及部分专业标注查询平台[10]。其中部分平台可提供移动服务，方便用户随时随地应用，查询效率大幅提高。

网络共享查询是近年新兴的查询方式，主要基于移动网络技术建立共享交流平台，通过大量用户分享技术文档资料，实现技术查询和交流。例如，行业内各种文库资料共享网站及各油气能源公司建立的资料共享查询社区等；中国石油国际勘探开发有限公司开发的eKIS知识共享平台[11]，针对大量离散但重要的石油工程资料（知识）进行系统、有效、规范管理，通过用户和专家共享的方式实现技术资料文档查询（图1）。

图1 eKIS知识共享平台管理业务框架

1.2 工程技术分析核查

石油工程实施科学化作业以来，形成了一系列从简单到复杂的工程技术分析方法。其中，简单工程技术分析核查，是在工程效果显性影响因素（可定量或定性分析）下，运用工程技术理论知识进行计算或简单模拟分析，检验实际工况与预期的相符性。早期主要采用手工计算分析，后来编制了具有人机互动界面的软件，计算分析效率有所提高。复杂工程技术分析核查，需运用复杂的工程知识，建立复杂的物理和数学分析模型，借助计算机高效计算能力或智能化分析能力，才能检验实际工况与预期的相符性，需要应用大型石油工程软件，或委托科研团队开展攻关研究。目前，国际各大石油公司和服务公司均研发了大型复杂石油工程分析软件，开展工况模拟诊断、参数优化分析等。例如，Landmark软件可实施从建井至完井全过程的钻完井设计、工况模拟分析诊断及井资料管理等；斯伦贝谢公司的PIPESIM软件，内嵌复杂多相流稳态模拟计算器，可进行油气生产系统作业参数优化分析等。这些技术分析软件提升了石油工程作业的科学性，保障了工程实施的有效性。

近年来，随着云平台、人工智能化技术的发展，技术分析软件逐渐向云平台化、大型综合化方向发展，各大石油公司建立技术支持中心，远程实时指导石油工程作业。如中国石油工程作业智能支持系统EISS[12]和智能支持中心EISC（图2），构建了钻井、录井、测井、井下作业等实时数据采集和实时分析模块，可实现工程实时预警决策；壳牌公司建立了全球RTOC中心，远程采集工程作业数据，通过内置于系统的实施分析软件，支持工程技术人员进行远程决策，指挥现场作业。在此基础上，一些大型综合软件还开发了移动应用端，目前多以数据图表形式呈现作业工况[5]。

图2 中国石油工程作业智能支持中心EISC结构[15]

1.3 复杂工程技术共享核查

复杂工程技术共享核查是对部分非显性因素影响下的工程技术分析（暂无法定量或定性分析），难以采用常规的理论知识分析计算，需借助技术人员经验来进一步核实查证实际工况与预期的相符性。技术共享是促进工程技术进步的重要途径，通过强化复杂钻井工程经验知识共享核查[13-14]，减少不必要的试错风险，提高作业效率，节约作业成本。例如，Equinor公司在北美Eagle Ford页岩油气项目中[16]，借助钻井研讨会分享井队作业经验，优化施工流程，确定“完美建井周期”为14.1d，1年后缩短至10.6d，实现降本增效。

早期技术共享可通过生产资料归档、专家咨询和技术研讨等方式实现。如保存钻井作业时的钻井井史、日报或日志，采油气时的生产动态数据及文档资料等，存入档案库供后续工程作业查询使用。专家咨询和技术研讨共享查询主要通过组织技术咨询、技术研讨或技术交流会等形式，面对面共享知识与经验，有效解决了资料归档中可能存在的资料信息不能完全反映作业实际的问题。如国际及各国石油工程行业协会每年根据专业方向及新兴、热点领域，组织各种技术交流研讨会，分享先进的工程施工经验。总体看，以上方式受时间和空间限制，一般效率不高。

技术社区（Community of Practice）共享核查是将相关领域或专业方向的专家和技术人员，集中在一个类似于社区的群众性组织中，依托现代移动网络通信，实现技术交流讨论和知识共享核查。该方式不受时空限制，效率极高，近年来得到快速发展。目前，很多大型企业均以不同形式组建了技术共享社区。例如，斯伦贝谢公司的InTouch技术共享平台[17]，建立了130多个专业论坛和兴趣小组，有近3万人分享、交流工程技术知识和经验；bp公司的KM工具知识管理平台[18]，设置了同事协助、事后回顾、内部咨询、经验回顾等模块，方便内部员工交流共享；中国石油国际勘探开发有限公司开发了eKIS知识共享平台[11]，方便技术人员进行石油工程知识、经验、教训的学习、分享和交流。这些平台为公司促进技术共享、实现共同技术进步提供了有力支撑。

2 石油工程现场技术分析与决策支持发展构想

总体看，常规工程技术查询、工程技术分析、复杂工程技术共享作为石油工程现场技术分析与决策支持的3种重要方式，均具有网络移动化、实时快速化、便利通用化的发展需求（图3）。

图3 石油工程现场技术分析与决策支持发展构想示意图

2.1 发展石油工程全专业实时便捷网络共享查询

常规工程技术查询中，现场技术工程师多通过备好日常查询的文档资料，采用文档手工查询方式，专业软件查询、专业平台查询和网络共享查询方式应用仍然不够。分析原因主要有：现场技术分析与决策支持所需要的工程技术查询一般要满足技术工程师野外作业时随时随地查询，查询的即时性和移动机动性较强，使得专业软件查询、专业平台查询应用受限。虽然移动应用的网络共享查询一定程度上可满足随时随地查询的需求，但由于缺少针对性的石油工程全专业（油藏工程、钻井工程、注采工程、增产措施、井下作业、地面工程）网络查询平台，知识库完整度不够，用户活跃度不高，导致不是所有的技术查询都有结果，获取查询结果存在一定的随机性和不确定性，影响了移动网络共享查询方式的发展。

未来在总体坚持文档手工查询、专业软件查询、专业平台查询的基础上，应重点发展网络共享查询，满足现场全专业、实时便捷的查询需求。具体包括：（1）针对石油工程多专业、多学科、多工艺特征，发展包括油藏工程、钻井工程、注采工程、增产措施、井下作业、地面工程等专业领域的网络共享查询平台，查询内容包含技术规范与标准体系、工具材料数据库、技术资料手册图册等，解决现有查询资料数据不完整、不集中的问题；（2）网络共享查询平台主要应用移动网络，将查询资料数据存放在服务端数据库中，应用端通过移动网络链接服务端实现快速查询，解决数据量大影响移动端运行效率和用户体验问题；（3）以大型企业乃至行业的石油工程现场技术分析与决策支持应用为目标，强化查询资料知识产权管理，健全用户活跃激励机制，建成有用户、常活跃、高效共享的工程技术查询平台。

2.2 发展基于移动终端应用的石油工程技术分析应用平台

目前，石油工程现场技术分析与决策支持主要采用简单工程技术分析方式，复杂技术分析工具软件主要适用于设计、科研和技术管理人员，现场应用较少（图3）。分析原因主要包括：一是大型应用软件计算较复杂，运行需占用较大的计算内存，多适用于计算机终端，现场移动终端应用受限；二是软件输入参数或数据较多，流程复杂，难以满足现场短时间内获得分析结果的要求；三是现场人员多为应急分析使用，复杂工程分析工具软件多数尚未实现移动式分析功能。

未来应在坚持现有计算机终端的工程技术分析应用发展基础上，发展移动终端工程技术分析应用技术。具体包括：（1）建立移动应用综合平台，集成石油工程多专业常见简单工程技术分析功能，方便现场人员应用；（2）进一步利用云计算技术优势，加大复杂工程技术分析功能集成，在服务终端提供核心算法和计算服务，完成复杂工程技术分析，输入输出结果传送到移动终端，减轻其计算负荷；（3）加大以云计算、云分析为基础的移动式石油工程技术分析应用开发力度，实现应用界面“简约化”、运行“轻量化”、操作“一键化”、结果输出“实时化”，提升复杂工程问题现场分析核查效率。

2.3 建立和发展复杂工程技术深度共享平台

在复杂工程技术共享核查方面，资料归档、专家咨询与技术研讨、技术社区共享3种方式并存（图3）。前两种是基础，但受时间和空间限制效率不高，无法实现随时随地共享。第三种方式近年发展较为迅速，可较好地满足现场技术分析与决策支持所需，但需要一定的活跃用户基础、一批拥有丰富经验的专家团队基础，以确保复杂工程问题咨询结果正确、及时。现有条件下，技术社区发展规模较小，复杂工程技术共享查询结果存在一定的随机性。

未来应在坚持资料归档、专家咨询与技术研讨的基础上，创新技术社区共享运营模式，提高复杂工程技术共享效率，建立复杂工程技术深度共享平台。具体包括：（1）融合传统资料归档优势，推动传统资料归档共享向井筒工程数据库发展，加快实现井筒数据知识深度共享[5,19-20]；（2）充分利用移动网络的便捷性，拓宽专家咨询与技术研讨形式，将传统、定期的线下和线上会议咨询交流模式转移至共享平台，不定期、多形式开展复杂工程技术深度交流与共享；（3）建立专业技术社区共享平台，吸引聚集相关专业的现场技术人员、管理人员、研究人员，解决共享核查效率低下的问题；（4）加快建设综合社区管理平台，采取一系列技术与管理手段，提高用户技术共享活跃度，扩大共享核查的深度和宽度。

3 结束语

石油工程的多专业性、多学科性、多工艺性，决定了石油工程现场技术分析与决策支持需通过常规工程技术查询、工程技术分析核查、复杂工程技术共享核查3种方式实现。近年来，随着移动互联网技术高速发展，石油工程现场技术分析与决策支持朝着快速核查方向发展。下一步应建立一套集常规工程技术查询、工程技术分析、复杂工程技术共享于一体的移动式快速核查应用平台系统，以实现网络移动化、实时快速化、便利通用化的应用需求。具体包括：发展石油工程全专业网络共享查询平台；开发移动端工程技术分析应用技术，集成基于云服务与云计算的复杂工程技术分析功能，实现应用界面“简约化”、运行“轻量化”、操作“一键化”、结果输出“实时化”；建立以石油工程井筒数据知识深度共享、不定期多形式复杂工程技术深度共享、石油工程专业技术社区共享为特征的复杂工程技术深度共享平台。