数据为王 领跑页岩气2.0时代——记中国石油勘探开发研究院“页岩气云数据智慧平台”

祝传海

于荣泽（左）和邹才能院士（右）合影

2013年，德国在汉诺威工业博览会上推出“工业4.0”，以大数据、云计算和人工智能为核心技术的第四次工业革命拉开序幕。互联网和云计算技术广泛应用于诸多领域，油气行业也迎来了数字化转型智能化发展阶段，深度融合大数据技术已成为支撑页岩气产业创新发展的关键。

2015年以来油气价格开始自由落体式暴跌，北美页岩革命由1.0向2.0时代跨越，关键词也由“效率”转化为“有效性”。页岩革命2.0时代，数据在页岩气勘探开发全流程中发挥核心作用。作为北美之外最大的页岩气生产国，我国以四川盆地及其邻区为重点，实现了海相页岩气资源的规模效益开发。如今，页岩气海量勘探开发数据已成为信息时代的重要资源，平台、数据和算法更是页岩气大数据集成应用的关键。

在油气行业数字化浪潮和中国石油“以数字化转型驱动油气产业高质量发展”背景下，中国石油勘探开发研究院超前谋划典型业务数字化建设场景，于2017年部署了页岩气勘探开发大数据智能应用平台建设任务。经过5年持续建设，页岩气云数据智慧平台（iShale）完成第一阶段建设并上线运行。

“平台定位为中国石油勘探开发研究院数字化建设的有机组成部分，总体目标为建设页岩气大数据智能应用平台，业务目标为支持页岩气勘探开发全业务流程，聚焦数据智能应用，实现页岩气海量数据及研究成果由分散走向集中和集成。”平台总体负责人、中国石油勘探开发研究院高级工程师于荣泽告诉记者，作为油气行业数字化转型智能化发展的典型案例，此平台实现了页岩气勘探开发大数据智能应用，同时也积累了宝贵的建设经验，可为同类型应用平台建设提供参考借鉴。“下一步，平台将拓展煤层气和致密气等业务，打造非常规天然气云数据智慧平台，高效支撑中国石油非常规天然气管理决策、协同研究和油田生产。”

缘起：始于需求，终于热爱

“发端于19世纪80年代的页岩气革命，为全球能源行业供需格局、开采方式和技术创新等带来全方位的重大变革，深刻改变了21世纪全球能源供应格局与地缘政治。”中国石油勘探开发研究院（以下简称“勘探院”）非常规研究所原副所长董大忠教授2022年5月退休后返聘回单位，目前以“跟踪专家”身份继续参与“页岩气云数据智慧平台”的建设工作。作为平台的初创者，在油气行业深耕40年的他对于页岩气发展历程如数家珍。他告诉记者，相比北美，我国页岩气勘探开发虽然只有短短十几年时间，却能够将页岩气上位至我国天然气主要增长极。发展速度如此之快，正是得益于十多年来非常规油气团队的坚守与努力。“如今，我国页岩气发展也迎来了页岩革命2.0时代，这将是一场以大数据为核心技术的智慧能源革命，将持续降低成本，提高页岩油气竞争力。”

时间回溯到2005年，美国页岩革命方兴未艾，也带来促进经济增长、创造就业机会和平衡美国贸易收支等诸多积极影响。彼时，我国页岩气研究工作刚刚起步，董大忠带领团队开始涉足这一个油气勘探的全新领域，针对页岩气开展专项研究及综合地质评价。“当时，我们团队在四川盆地做页岩气勘探评价研究工作。因为缺少相关经验，开始都是以美国为类比。”在此期间，董大忠教授切实感受到了数据的重要性，“我们当时主要从事深层海相页岩气研究，需要与美国巴内特（Barnett）、费耶特维尔（Fayetteville）、海恩斯维尔（Haynesville）和马塞勒斯（Marcellus）四大页岩气产区的数据做类比分析。”也是从那时起，研究团队在页岩气数据库建设方面积累了重要的经验。

此后，研究团队人员多次赴长宁、威远等地开展现场技术考察和室内联合研究，在我国海相页岩中首先发现了丰富的有机质纳米孔隙，证实了龙马溪组页岩的储气能力，揭开了川南五峰-龙马溪组页岩气的神秘面纱，也证实了长宁构造北部与威远构造东部也发育有埋藏更深、更优质的页岩气目的层。

为了集中力量加快突破页岩气等非常规天然气勘探开发业务，经中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”）批准，勘探院成立了专业研究机构——新能源研究所（非常规研究所前身），担负起页岩气等非常规油气业务中基础理论与实验测试技术研究的重任。2009年，非常规油气重点实验室成立，并率先研制了全自动含气量测试仪和高温高压等温吸附仪等核心设备，同步引进页岩微观纳米CT、双束电镜机等一批高端设备，为我国第一批页岩气发现井提供了实验测试依据。

天道酬勤，有志竟成。勘探院非常规研究团队不懈努力，在页岩气地质评价、开发技术等领域获得突破性进展，成就了我国页岩气的实质性进步。而随着勘探研究工作的不断深入，数字化建设的重要性也逐步凸显出来。

邹才能院士（左三）和熊伟所长（右二）与页岩气云数据智慧平台骨干成员合影

2011年，博士毕业的于荣泽入职中国石油勘探开发研究院新能源研究所，由低渗透油气领域转入页岩油气研究。“页岩气开发初期投产井数相对较少，我们都是定期用Excel表格处理相关数据，方法比较原始。”然而，随着页岩气持续大规模上产，页岩气井越来越多，基础数据处理工作量也大幅增加，利用Excel等软件人工处理数据已远远不能满足需求。“我们那时只是意识到了数字化自动化需求，但是大部分人并没有真正认识到数字化建设的重要性。”他说，如今回想自己从基础研究到应用平台建设的科研生涯，感触颇深，“我们很多科研人员的研究太关注于微观，就会忽略整个研究领域的发展趋势和战略方向。事实上，宏观战略和方向能够引领微观研究进步，微观研究成果也能够激发产业活力。”

2017年，党的十九大报告明确提出建设“网络强国、数字中国、智慧社会”，数字中国首次写入党和国家纲领性文件。也是在这一年，中国石油响应数字中国建设，提出数字化转型智能化发展理念。为了满足页岩气勘探开发科研生产需求，解决实际工作中遇到的问题，中国石油勘探开发研究院超前部署了页岩气勘探开发大数据智能应用平台建设任务，由非常规研究所牵头建设一个页岩气藏专业数据应用平台，为公司页岩气上游勘探开发业务提供统一数据应用环境，助力中国石油“以数字化转型驱动油气产业高质量发展”。

然而，科研之路没有一帆风顺，平台建设之初困难重重。“因为那个时候我们并没有完全意识到数字化和智能化的重要性。”于荣泽说，“在最初平台建设框架方案论证时，包括我本人对整个数据应用平台的定位、目标和发展方向也很模糊，也缺乏信息化平台开发的总体概念和专业知识，甚至一度质疑这项工作能否坚持下去。”

除思想认识不到位，更加实际的是平台建设经费问题。平台建设之初，团队遇到的第一个问题就是没有项目支撑，也意味着没有经费支持。在这种情况下，研究团队只能自己抽时间去做前期调研和框架方案，并多次邀请业务和信息技术专家完成框架设计方案论证。从2017年到2020年下半年，团队过得异常艰难，但值得庆幸的是，他们最终坚持下来了。

发展：艰难困苦，玉汝于成

念念不忘，必有回响。

转机出现在2020年。在参与编制多个重点页岩气田开发方案后，项目组成员也逐步掌握了页岩气上游勘探开发全流程技术链，并深入调研了大数据和人工智能技术在页岩油气领域的应用。“我感觉到iShale平台建设确实也赶上了数字化转型和智能化发展的浪潮，而这种智能化工业革命将会波及全球每个人、每个行业，我们油气行业也不例外。”结合技术链，于荣泽脑海中构建出了平台的基本框架，并和团队一起制定了平台的总体建设目标，即建设一个页岩气勘探开发大数据智能应用平台。总体目标为“业务协同、智慧智能、共建共享、互联互通”，业务目标为支持页岩气上游勘探开发全业务流程，技术目标为满足数据资源建设及智能应用需求，应用目标为满足云端部署及多用户定制权限多途径使用。

2020年下半年，平台完成了前期调研、建设方案论证及框架软件开发。于荣泽开始草拟呈批件申请平台建设专项经费。“2021年勘探院下达了平台专项建设经费，项目组依托前期工作基础和经验，也寻觅到了优秀的平台开发合作伙伴。”他告诉记者，虽然前期基础工作繁杂而漫长，但为后续平台建设奠定了雄厚的基础，也正是因为前期调研和论证的积累，才使得后期建设工作快速推进。

页岩气大数据智能应用需要统一的数据平台提供运行环境、海量数据资源提供数据基础、智能学习算法提供分析工具。平台、数据和算法是页岩气大数据应用分析的关键。围绕页岩气勘探开发业务需求，于荣泽带领团队将平台建设划分为数据层、业务层、应用层和展示层。数据层主要依托统建基础数据库为业务层提供数据服务，其核心功能为数据资源化，建立多源异构数据治理入库标准及规则，最终建成页岩气专业数据资源库。业务层遵循页岩气上游勘探开发业务全流程，主要包括国际动态、矿权储量、规划计划、勘探评价、实验测试、开发方案、开发动态和生态环保。业务层核心功能是资源业务化，将所有数据资源按照业务规则统一治理派生为业务需求数据。应用层充分利用业务数据实现协同研究和业务成果化。应用层进一步细分为智能应用场景和成果集成管理，智能应用场景包括数据建模、机器学习和知识图谱等大数据研究应用，成果集成管理实现科研成果的集中管理和智能应用。展示层为页岩气勘探开发数据可视化功能，用于实现大数据智慧屏幕展示功能。

平台技术框架则依托开源基础服务与中间件产品，采用网格应用和云原生架构模式，应用Restful与gRPC标准构建，包括展示层、应用层、业务层和数据层。展示层采用Vue+Node.js+ElementUI及ES6语法的前端技术，支撑Web页面访问操作，便于提高用户体验。采用Ngnix技术将数据流量分摊到多个服务器执行，多台服务器集群完成运行任务、提高数据吞吐量。应用层采用云原生架构模式：微服务+DevOps+CI/CD+容器化（Docker）+ELK分布式日志采集监控框架。在API网关中通过OAuth2标准实现用户认证与鉴权，采用Nacos和Sturn实现统一配置和任务调度，采用Restful/gRPC接口标准实现新服务及组件开发。业务层则是按照核心需求，统一整合资源和业务关系，将所有信息化资源进行业务化处理，为每一个业务场景提供完整规范信息化服务。数据层主体数据均来自统建系统，核心采用JDBC连接工具，执行SQL语句Java API，可为多种关系数据库提供统一访问。数据资源采用云数据中心管理方式，通过“数据接入”对接专业数据库，云数据中心为逻辑中心，数据按既定逻辑维度进行组织，提供统一数据服务。

页岩气云数据智慧平台主界面

于荣泽（左一）和技术负责人高金亮合影

按照框架建设方案，平台按照“四化”（数据资源化、资源业务化、业务成果化、成果集成化）模式滚动建设和应用，目前已累计开发完成16个一级模块、600项功能菜单，助推页岩气信息化应用由分散向集中和集成跨越。通过建立多源异构数据清洗入库标准及规则实现“数据资源化”，累计加载和清洗国内外页岩气井12万口。遵循业务规则治理派生原始数据实现“资源业务化”。应用层集成多种主流大数据算法支持产能主控因素量化、开发潜力评价、可采储量和产量规模预测等功能，聚焦“业务成果化”。借助非结构和半结构成果管理实现“成果集成化”，集中管理公司历年批复勘探评价、规划方案、试采方案、试验方案及开发方案。在经历了3次重大建设方案调整后，平台框架及整体功能逐步完善，数据资源量持续增加，已初步建设成为页岩气勘探开发大数据智能应用平台。

“从2017年到2022年，平台经历了整整5年的建设期。院领导、非常规研究所科研团队的前辈们为平台建设倾注了许多心血。”作为平台现在的负责人，于荣泽坦言，从最初的被动坚持，到如今平台建设工作已经超越坚持，成为热爱。而自己也从这些前辈身上学到了新时代石油科学家精神。“邹才能院士前瞻性地布局数字化建设，告诉我们科研人员应该紧跟宏观战略和前沿热点；王红岩教授和董大忠教授两位老师身体力行，告诉我们科研人员不仅要具备突出的科研能力，更要具备项目管理和组织协调能力。作为一名科研人员要敢于创新，既有扎实的专业知识，也要掌握协同合作的方法；我的老领导王莉主任，向我们诠释了坚持的重要性，因为科研工作从来都不会一帆风顺，唯有坚持才是走向成功的唯一道路。”

成就：倚重数据，更重应用

近代史上前三次工业革命实现了人类社会向“机械化”、“电气化”和“自动化”的跨越式发展。当人们惊叹第四次工业革命给我们的生活带来的巨大变化时，可能并未发现，大数据时代已经悄然而至。

随着国家大数据发展战略的加快实施，越来越多的行业开始享受大数据带来的价值和机遇。大数据时代中，页岩气乃至非常规油气领域同样需要深入挖掘海量业务数据的潜在价值。作为中国石油勘探开发研究院数字化建设的重要组成部分，页岩气云数据智慧平台的定位更加明晰，那就是打造页岩气勘探开发大数据智能应用平台，支撑页岩气上游勘探开发业务基础研究、管理决策和油田生产。

平台为智能应用提供环境，数据则是分析应用的基础。“在非常规油气领域，数据是最好的专家，谁拥有更多的数据量，谁就拥有更可信的话语权。”时至今日长庆油田前辈的一席话还在影响着团队成员们。的确如此，数据资源建设是平台建设中的重要环节。截至目前，页岩气云数据智慧平台已累计加载和清洗国内外页岩气勘探开发数据项超1200万条，治理派生各类开发指标数据项1200万项。

目前，平台已在油网上线运行，用户可以采用云端部署和Web访问方式，具备勘探开发业务支持、决策辅助和数据智能分析三大类16项专业功能。具体而言，此平台可以针对已开发气井开展产能影响因素分析、压裂效果评价、单井EUR预测及区块产量规模预测。机器学习算法可为水平井产能影响因素分析提供数据驱动分析方法，并能够量化不同因素的影响程度，这样可有效制定开发措施，提高单井及区块开发效果。除此之外，基于数据驱动的机器学习算法依托快速和迭代预测优势，可为单井最终可采储量（EUR）预测提供新途径。通过单井产量预测结果叠加，即可实时获取所有已投产井未来产量规模，从而为总体产能建设部署提供参考依据。

这些都是大数据分析技术在页岩气藏中的应用。“为应用而生”，这也是平台建立之初，团队所有成员的共识。“平台建设始终坚持业务主导的原则，任何时期我们都不能脱离页岩气上游勘探开发业务，一旦脱离业务，平台就失去了初心和生命力。”于荣泽说，平台建设第一阶段的主要用户为科研人员，只有及时掌握科研人员的业务需求并优化完善功能，平台才能够有效支撑业务研究并获得持续的生命力。所以，平台搭建伊始，他就带着团队成员高金亮一起调研“业务需求”。“我们要紧跟科研人员的研究项目，持续了解和掌握研究过程中遇到的数据类型及分析方法需求。业务需求是一个动态变化的过程，我们要做的就是第一时间获取高频次关键需求，然后，将这些需求转化为平台功能。”用他的话说就是，“平台建设遵循开发—应用—完善滚动开发模式”。

回望最初的设想，平台按照“四化”模式滚动建设并稳步推进，如今已完成整体框架和基础功能的开发部署和运维，这也是研究团队引以为傲的成果。在这个过程中，为实现“数据资源化”，团队整合了页岩气勘探开发多重数据资源，包括国外数据、公司数据、开发方案、研究成果，将这些数据分门别类管理起来，形成页岩气专业数据资源。综合页岩气勘探开发业务需求，按照业务规则统一治理派生页岩气业务指标、技术指标、经济指标、管理指标等一系列关键指标，将基础数据转化为业务需求数据供科研人员直接使用。这种“转码”相当于成就了整个页岩气数据资源业务化的过程，让平台首先发挥实用价值，“数据资源转化为页岩气业务语言”，实现了“资源业务化”。最重要的是，依托机器学习算法，平台可协助科研人员完成气井开发的潜力评价，实现“业务成果化”。而面对涉及多学科交叉的页岩气开发方案成果，平台也建立了“成果集成化”通道，集中管理公司历年批复的各类先导试验、试采和开发方案，并将关键方案设计指标结构化处理，支持不同方案指标对比分析及成图，支撑研究及方案编制工作。

“平台前期建设成果并未做推广宣传，但在勘探院内部平台已上线运行，有效支撑了页岩气科研项目研究。”董大忠介绍说，如今，在勘探院“页岩气云数据智慧平台开发及数据中心建设”项目的支持下，平台已初具雏形并得到大家的认可，这让平台建设团队倍感欣慰。从最初的项目“初创者”到如今的“跟踪专家”，董大忠的身份发生了变化，不变的是为油气事业奉献的初心。而于荣泽也接过了接力棒，成为平台的总体负责人。5年时间里，两人一同见证了数字化的种子在页岩气开发的土壤里生根、开花、结果。

未来：砥砺奋进，助力领跑

能源安全是事关国家长治久安的重大战略。2021年10月21日，习近平总书记在胜利油田看望慰问石油工人时指出，“能源的饭碗必须端在自己手里”。

我国是一个石油消费大国，在“双碳”背景下，尽管石油消费总量会下降，但因为我国自产原油增产乏力，须在加大勘探力度、保证年产2亿吨原油稳产的同时，积极组织天然气上产，进一步提高天然气在能源供应中的比例。作为实现能源绿色低碳转型的过渡桥梁，天然气是实现减排目标和新型电力系统安全稳定的重要依托，而非常规油气未来也将成为我国油气增储上产的战略接替领域，成为我国“稳油增气”的战略资源。

国家能源局在2021年大力提升油气勘探开发力度工作推进会上指出，要全力推动原油稳产增产，天然气持续快速上产。积极培育油气增储上产新动能，加强海洋油气勘探开发，深入推进页岩革命。可以预见的是，未来页岩气将成为我国天然气领域增储上产的主力军。

页岩气云数据智慧平台建设与应用团队合影

页岩气云数据智慧平台智能应用场景

如今，我国页岩气发展正处于由1.0向2.0时代跨越的时期，页岩气开发逐步进入深度精细化开发环节。大数据在勘探评价、方案设计、钻完井、压裂和生产等全业务流程中发挥核心作用，持续降低开发成本，提高开发效益。“在这个时代，如何深度融合大数据技术，是摆在我们每一个科研工作者面前的关键问题，也是页岩气产业创新发展需要突破的难点。页岩气云数据智慧平台，恰恰是解答这一问题的密钥。”在这一背景下，平台的发展和应用将具有更长远的意义。作为全球第二大页岩气生产国，我国页岩气资源丰富，加快页岩气勘探开发不仅能够直接增加我国天然气供应，优化能源结构，为居民、工业等提供能源保证，更是助力我国实现“双碳”目标的重要举措。

同样，这也是干了近40年油气勘探开发的董大忠在退休后还继续回归团队发挥余热的原因。他对页岩气有一种情结，对我国页岩气开发的前景更是有着坚定的信心，他谈道：“我们油气工作者需要多措并举保障国家能源安全。我为有生之年还能为国家油气发展、供应保障，为油气行业数字化转型作出应有的贡献而感到高兴和自豪。”从设想到行动，从行动到推进，他对页岩气云数据智慧平台每一步的发展倾注了大量时间和精力。虽然现在身份变了，但他依然会在平台建设中发挥重要作用。“董大忠教授对平台和我们整个团队都很有感情，在平台建设中依然发挥着非常重要的作用。现在的他更像是一位师父，也是我们的跟踪专家。”于荣泽说。

和董大忠一样，从平台建设开始，一直坚守在这个团队的核心人员还有于荣泽、孙玉平、郭为、高金亮等。高金亮目前是平台的主要技术负责人之一，而作为平台的总体负责人，设计—开发—应用—反馈—完善的每一个环节中都有于荣泽的身影。在平台完美交卷的时刻，他更多的是感谢那个当年不曾放弃的自己。“我很庆幸自己这些年来，始终没有脱离业务，始终在页岩气开发的一线，这也让我在平台建设中更加注重契合用户的需求。”他说，团队以业务为驱动和指导，团结合作、协同研究，保持极强的凝聚力和战斗力。他们能够从业务出发确定关键问题和重点应用方向，并能够和技术人员保持良好的沟通与协作，让技术与需求完美融合，也促成了平台今天的良性发展。当然，平台取得今天阶段性的成果，也离不开领导的大力支持和其他部门的帮助。平台建设过程中，人工智能研究中心为平台建设提供了统建数据资源，信息技术中心为平台提供了云端部署环境。正是因为这些跨部门的协作，才能让研究团队将全部精力聚焦在整个平台的开发、建设和应用上。

砥砺奋进，春华秋实。

随着项目二期“页岩气云数据智慧平台建设及应用”的如期开展，平台二期建设周期将覆盖“十四五”的前四年。如果说第一期工作是聚焦基础建设，那么第二期则是向智能化方向发展，是页岩气云数据智慧平台的智能应用时期。按照平台总体规划的4个建设阶段，第一阶段建设已经完成，第二阶段才刚刚开始。

“接下来，从2024到2025年，我们计划完成煤层气云数据智慧平台整体搭建和完善。”平台成员们都相信，有了前期页岩气云数据平台的经验积累，推进速度将会更快。“最后，2025—2030年相当于是涵盖页岩气、煤层气和致密气等非常规天然气的云数据智慧平台功能完善和智能应用的飞跃发展阶段。”最终，非常规天然气云数据智慧平台将高效支撑中国石油非常规天然气管理决策、协同研究和油田生产，助力我国非常规油气资源规模效益上产。