油气田开发中大数据及人工智能的应用

刘 安

中石化中原油田分公司石油工程技术研究院 河南濮阳 457001

1 油气田开发简介

根据油气田的实际发展状况，要实现油气田的科学合理开发，必须对油气田的储气量、油藏进行细致的测试，并运用科学合理的技术手段，使其能从地下抽出并利用高效的油气输送途径，在生产过程当中，可以获得满意的石油和天然气，从而获得可观的经济利益。为促进国家社会经济的发展，保证石油和天然气的需求量，必须围绕油气田的开发展开论述。随着石油工业信息化的不断深入，油田的开发与管理也逐渐向信息化、智能化方向发展。然而，目前国内对油气田知识库的建设和管理还没有做好充分的准备，导致了油田企业信息化进程的加快，导致信息资源很难实现共享和有效利用。

在油气田开发早期的设计当中，仅有发现井和少量评价井是必需的，因而无法清晰地认识到整个油气田的储量。油气田数据资料的多少，直接关系到油气田的开发与利用规划。对于一些构造简单、储量丰富、储层资料丰富的油田，该方案的可信性更高，但在构造复杂的断块、构造一岩性、岩性油藏等方面，概念设计的难度比较大。所以，在不同的环境下，根据不同的概念和相关需要做出相应的设计方案和开发程序。

2 油气田开发中大数据与人工智能应用的重要价值

加强油气勘探开发力度，保障国家能源安全，已成为当务之急。但是，由于高质量的矿产资源得到了大量的开发，使得剩余资源的开采变得困难、费用增加，急需采用新的技术来提高石油的勘探和利用效率。在大数据、人工智能（artificial intelligence，AI)、5G、云计算、物联网等技术的不断发展，油气田的智能化程度将不断提高，这不仅是降低成本、提高产量的重要手段，而且也是石油技术发展的必然趋势。石油产业是我国国民经济的支柱产业，一直以来都是新技术、新方法研究的重点领域。中国由于高质量的石油资源得到了大量的开发，其剩余储量的开采变得更加困难，从而就出现了原油质量差、老油田含水高、油价低以及环境污染等问题的挑战。

大数据与人工智能技术的应用，为油气田智能化发展提供了新的动力，也为油气田智能化的发展与建设注入了新的活力。不论是在教育、互联网、金融、医疗等各方面，都有很好的应用前景。而作为国家社会经济发展的重要支柱产业，石油产业历来是新技术、新方法应用的试验田。但是，目前我国石油工业发展当中的人工智能技术和大数据技术还处于起步阶段。近几年来，随着我国高质量油田的不断扩大，剩余油气田的开采难度日益突出，同时也存在着质量低劣化、油价低、环境污染等问题。第四次工业革命必然会与石油产业紧密结合，从而促进油气田的智能化发展，从而降低油价。智能油气田以石油、天然气物流为发展的主线，在自动化信息采集和控制的基础上，通过优化过程、转变经营观念，实现自动调整、整体感知、智能预测，实现决策的优化。在此基础上，建立了智能化采油与智能储层生产链，促进了生产运行、生产工艺、储层管理的进一步完善。参见图1。

图1 基于大数据和人工智能的智能油气田生产链条

3 油气田开发中大数据的应用

3.1 油气勘探中大数据技术的应用

油气田勘探是一项包含了多种复杂的学科以及繁琐内容的工作内容。相关勘探工作者往往需要收集和整理地质、测井和地球物理资料，以便对油气田资源的分布情况有一个初步的认识。庞大的数据量和复杂的数据类型，极大地消耗了相关工作人员的大量时间和精力：一方面，他们花在收集和整理相关数据上的时间；另一方面，由于数据资料的不准确，会给油气田勘探带来重大的经济损失。如何将这些繁琐、庞大的数据信息进行有效的整合，避免在采集和整合过程当中出现重复的成本和人力，对于各个油气田企业来说都是非常重要的。

经过多年的实践和摸索，目前已有的资料信息自动整合和管理软件为建立综合协作平台打下了坚实的基础，在油气田勘探和生产过程当中，各部门、各学科间的信息共享，大大提高了工作效率。无论是中国石化重庆涪陵地区的涪陵综合油气资源综合信息平台，中国石油川庆钻井集团建设的综合信息平台，都为油气资源综合利用提供了有力的支撑。目前，大数据技术应用于油气田勘探工作，包括地质信息集成、甜点区域的识别或者地震资料数据的分析与处理。

首先，利用大数据技术可以加快石油天然气勘探数据的查询与分析，提高其准确性和时效性。利用大数据生成的人工智能系统能够迅速地识别语义，通过与内部数据的联系，迅速作出反应，从而大大节约了相关员工的时间和财务费用。其次，利用大数据技术进行甜品区油气储层识别是可行的。地表土壤当中的微渗漏会对储层造成一定的影响，而利用大数据技术对样品中的微生物成分进行分析，就可以很好的判断并显示出这一区域的石油和天然气，从而大大提高了甜点区域的预报精度。

3.2 油气开发中大数据挖掘技术的应用

在油气田开发当中，大数据技术在石油、天然气勘探当中的应用要求更加广泛，也更加迫切。油气田的开发，不仅要承担在勘探过程当中所积累的大量地质资料，还要为精细的油气储层描述模型的建立和制定，但在数据收集、数据分析、数据处理等方面也存在着诸多问题。随着油气田的发展，在平台、管道、单井等设备上都安装了传感器，这是一项非常庞大的数据采集工作，在过去的数十年里，数据的积累是非常庞大的，想要将这些数据进行采集、分析、存储，都是一件非常困难的事情。利用大数据挖掘技术对油气田资源进行有效的处理与分析工作，这样就可以极大地提高油气资源的利用效率。

4 油气田开发中人工智能的应用

4.1 智能油气藏建设

将人工智能应用到油气藏建设中，能够重新预测井产量、含水率以及采油速度和注水量等相关指标，并能够根据实际的开发情况进行调整，实现对井筒的实时调节和调整，并在储层当中布设了地质储层感知装置，实现了对井下的压力、温度、流量等相关数据的有效收集，为后续开展储层优化分析工作，打下了扎实基础。

4.2 智能地面工程建设

对地面油气生产、处理、集输等生产流程进行持续的监控，并针对油气田开发过程中的实际需求来进行优化调整，通过改进工艺和设备参数，来降低能耗，提高HSE管理效果，提升生产效益，降低生产费用，降低风险。除此之外，要着重于有关的设备和关键技术的自动监测，定期开展设备状态的常规检查和检测，及早地察觉到设备的潜在问题，并依据专业人员的诊断和分析，进行有目标的维修和保养，加强对设备的整体控制，降低综合成本，提高设备的利用率。

4.3 生产运营一体化

改变工作方式、管理机制，优化流程以及技术支撑的协同环境，实现跨地域、跨学科专业的协作，使技术人员能够更好的利用各个专业的技术资源。多学科的专业化合作，是将油藏、采油工艺和生产作业有机地结合在一起，将不同的技术人员聚集在一个平台，以充分发挥专业水平，提高整体的决策水平，从而提升石油与天然气的产量。通过多个管理层次的协调，在发生突发事件时，可以及时掌握现场的状况和资源的分配，并发布紧急命令，有效解决了信息共享滞后以及资源协调难的问题，节省了工作量，提高了工作效率。

5 油气田开发中大数据及人工智能的实施方式

从目前来看，我国油气田开发工作的相关前景十分乐观，由于环境问题日益严重，人们对天然气资源的开发程度也有了显著提高，这样就可以解决天然气供不应求的问题，增加对清洁能源的使用，减少对环境的污染程度。近几年来，我国石油、天然气开发技术不断地进行着革新与改进。采用信息化、智能化的管理方式，可以促进油气田的发展，增加社会经济效益，这样就可以在很大程度上控制油气田开发的成本投入，从而就提高了资源利用率，推动产量的提升。

（1）建立内部同一的油藏模型，科学的油藏模型，能够推动油气田开发工作顺利开展，同时也能够让油气资源更加透明化，提高储量经济价值。将大数据和人工智能技术应用其中，可以通过对收集上来的油藏数据进行分析，进一步修正油藏模型，从而使模型更精确地反映出储层的真实情况，为油气田的合理开发提供科学指导。

（2）充分结合历史生产数据以及传感器传输的井下数据，建立多维度、全周期三维油藏数字孪生模型，通过模拟油藏的实际情况，来准确预报油藏的动态演变并模拟开发流程。通过对不同开发方案、不同生产措施的影响进行检验工作，减少开发方案的盲目，提高工程项目技术的科学性，达到地质和工程的综合协调，提高油田的采收率。

（3）对油藏开发方案和生产管理进行整合，进一步借助大数据技术来构建综合模型，实现油藏开发的可视化和智能化。利用现代数据管理与数据挖掘技术，从海量数据当中发掘出隐藏在数据当中的有用信息。通过将压裂参数转化为实时数据，使相关油田技术人员能够及时地调整当前的方案，并通过自动化的井控设备实现对油藏开发工作的精确控制。

6 结语

众所周知，我国石油目前占有大量的地热资源，近几年来，随着国家社会经济的快速发展，国家的整体实力得到了极大的提高，在科学技术方面的研究上也取得了长足的进步，在资金、人才、技术等方面，为油气田技术发展提供了多种保障。智能化油气田是目前油气田发展的相关需要，它将为油田勘探和开发过程当中带来更多的现实问题提供有力的解决方案。智能化油气田的目标是实现数据可视化、协同决策、高效、远程生产管理和实时化，保证产量的稳定，为国家经济从高水平向高质量发展，提供有力的保障。