數(shù)據(jù)要素驅(qū)動(dòng)海上智能氣田運(yùn)營管理模式創(chuàng)新

摘" 要：隨著全球能源需求的增長和環(huán)保要求的提高，海上油氣資源開發(fā)成為各國關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。傳統(tǒng)海上氣田的運(yùn)營管理面臨著成本高、效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題。該文旨在探討如何通過數(shù)據(jù)要素的應(yīng)用，創(chuàng)新海上智能氣田的運(yùn)營管理模式，以提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本、保障安全生產(chǎn)。該文首先介紹數(shù)據(jù)要素在海上氣田運(yùn)營中的利用方案，然后詳細(xì)闡述數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能氣田運(yùn)營管理的具體應(yīng)用場景及應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：海上智能氣田；運(yùn)營管理；數(shù)據(jù)要素；模式創(chuàng)新；應(yīng)用成效

中圖分類號：TE54" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0036-04

Abstract： With the growth in global energy demand and the increase in environmental protection requirements， the development of offshore oil and gas resources has become a key focus area for countries worldwide. Traditional offshore gas field operation management faces issues such as high costs， low efficiency， and significant safety risks. This paper aims to explore how to innovate the operation management model of offshore intelligent gas fields through the application of data elements， in order to improve production efficiency， reduce operating costs， and ensure safe production. The article first introduces the utilization schemes of data elements in offshore gas field operations， and then elaborates on the specific application scenarios and effectiveness of data-driven intelligent gas field operation management.

Keywords： offshore intelligent gas field; operation management; data elements; model innovation; application effect

黨和國家強(qiáng)調(diào)要充分發(fā)揮數(shù)據(jù)要素效能，賦能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為載體驅(qū)動(dòng)能源行業(yè)變革、保障國家能源安全。數(shù)智化轉(zhuǎn)型是油氣行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、新質(zhì)生產(chǎn)力培育的必然趨勢，是實(shí)現(xiàn)深地深海等“超級工程”的重要推手。然而，傳統(tǒng)的海上天然氣開發(fā)管理存在諸多問題，如海上平臺(tái)設(shè)施多，幾乎1 m2 1臺(tái)設(shè)施，設(shè)備維護(hù)成本非常高；地下氣藏埋藏深，且看不見摸不著，伴隨勘探開發(fā)地質(zhì)環(huán)境日益復(fù)雜，帶來生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本高的問題。同時(shí)，由于面臨海上油氣生產(chǎn)易燃易爆且作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)程度高、外部環(huán)境復(fù)雜和安全風(fēng)險(xiǎn)大等挑戰(zhàn)，急需生產(chǎn)管理模式變革。特別是，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)要素逐漸成為推動(dòng)海上氣田運(yùn)營管理創(chuàng)新的關(guān)鍵力量[1]，急切需要數(shù)據(jù)要素結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)帶來傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和管理模式創(chuàng)新。本文將重點(diǎn)討論數(shù)據(jù)要素如何賦能海上智能氣田的運(yùn)營管理，提出具體的創(chuàng)新模式和實(shí)施方案。

當(dāng)前各大領(lǐng)先石油公司重點(diǎn)圍繞打造感知洞察、智能控制、協(xié)同共享和互聯(lián)創(chuàng)新4項(xiàng)數(shù)字化能力，積極開展數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用，推動(dòng)傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)和經(jīng)營管理方式轉(zhuǎn)變，中國海洋石油集團(tuán)有限公司（簡稱“中海油”）海上油氣田聚焦無人化操作、可視化油藏、協(xié)同化運(yùn)營等四大業(yè)務(wù)場景，也積極開展智能油氣田建設(shè)。

本文以“深海一號”為示范區(qū)。深海一號，位于海南島東南海域，距離海南省三亞市約150 km，是我國首個(gè)千億方自營深水大氣田，于2021年6月25日投產(chǎn)。投產(chǎn)以來“深海一號”受到國家社會(huì)高度關(guān)注，是中海油智能化先行軍。“深海一號”是由中國自主研發(fā)建造的全球首座10萬噸級深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)。這一最新海洋工程重大裝備，實(shí)現(xiàn)了3項(xiàng)世界級創(chuàng)新、運(yùn)用了13項(xiàng)國內(nèi)革新技術(shù)，被譽(yù)為迄今中國相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)集大成之作，“深海一號”能源站將用于開發(fā)中國首個(gè)1 500 m深水自營大氣田——陵水17-2氣田。該氣田投產(chǎn)后，將依托海上天然氣管網(wǎng)，每年為粵港瓊等地供應(yīng)30億m3深海天然氣，可以滿足大灣區(qū)1/4的民生用氣需求。二期工程距離海南三亞約130 km，距離“深海一號”能源站約70 km，是我國首個(gè)深水高壓氣田項(xiàng)目，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超500億m3，最大作業(yè)水深近千米，部署12口水下氣井并新建一套深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)。

1" 數(shù)據(jù)要素利用方案

數(shù)據(jù)要素是指在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括但不限于生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)通過采集、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用，可以為海上氣田的運(yùn)營管理提供科學(xué)依據(jù)，幫助決策者及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高運(yùn)營效率和安全性，包括生產(chǎn)優(yōu)化[2]、設(shè)備維護(hù)和安全預(yù)警等。本文針對氣田研究、生產(chǎn)、作業(yè)和管理等主要業(yè)務(wù)場景，進(jìn)行業(yè)務(wù)流程化-數(shù)字化-智能化建設(shè)，建立全業(yè)務(wù)有效融合的深海云游一體化協(xié)同工作與管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的生產(chǎn)—作業(yè)—管理全自主調(diào)整優(yōu)化的一體化智能氣田運(yùn)營模式。

1.1" 架構(gòu)設(shè)計(jì)

一體化管理平臺(tái)按照統(tǒng)一安全體系、統(tǒng)一數(shù)據(jù)體系整體以云邊協(xié)同總體架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，如圖1所示，邊端主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集與本地應(yīng)用支撐，云端主要承擔(dān)智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用，邊端與云端通過海陸互通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與協(xié)同。

數(shù)據(jù)架構(gòu)在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)湖基礎(chǔ)上充分繼承開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)治理的成果，參考智能油田總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行專業(yè)域、融合域、分析域和應(yīng)用域的分級梳理與使用，對于項(xiàng)目中已做數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的源系統(tǒng)且已經(jīng)物理入湖的系統(tǒng)，直接采用數(shù)據(jù)湖推送的方式至投影庫；對于未做數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，項(xiàng)目參考數(shù)據(jù)治理的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)梳理，以邏輯入湖的方式沉淀到操控中心的自建庫部分。

采用統(tǒng)一安全體系、統(tǒng)一數(shù)據(jù)體系，整體以云邊協(xié)同微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)，針對氣田生產(chǎn)、作業(yè)、管理等主要業(yè)務(wù)場景，利用數(shù)據(jù)分析、人工智能、三維可視化等技術(shù)，打破系統(tǒng)壁壘，建立全業(yè)務(wù)有效融合的深海云游一體化協(xié)同工作與管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、協(xié)同運(yùn)營、輔助決策和參觀展示等功能。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，可以及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高產(chǎn)量。利用設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)[3]，減少設(shè)備故障率，延長設(shè)備使用壽命。結(jié)合環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史事故數(shù)據(jù)，建立安全預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)防事故發(fā)生[4]。

1.2" 數(shù)據(jù)資源建設(shè)

通過開展海上天然氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)治理，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全、準(zhǔn)、新自動(dòng)化采集；統(tǒng)一入湖管理；健全數(shù)據(jù)質(zhì)量管理體系，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類分級管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采、存、管、用全生命周期管控，為發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值建立良好數(shù)據(jù)生態(tài)。

通過全要素?cái)?shù)據(jù)匯集+全域數(shù)據(jù)治理，建立海上智能氣田四大核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)：勘探開發(fā)靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)資產(chǎn)、業(yè)務(wù)交互數(shù)據(jù)資產(chǎn)和流媒體數(shù)據(jù)資產(chǎn)，合計(jì)達(dá)2.3 PB，可有效支撐智能場景建設(shè)。

立足海陸空高可靠通信網(wǎng)、海陸云邊協(xié)同數(shù)據(jù)處理、全域數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理和數(shù)據(jù)安全立體防護(hù)，建立健全完善的數(shù)據(jù)管理體系，為海上智能氣田運(yùn)營管理奠定良好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.3" 數(shù)據(jù)要素利用方案

如圖2所示，項(xiàng)目主要利用四大數(shù)據(jù)：靜態(tài)數(shù)據(jù)包括勘探開發(fā)、生產(chǎn)管理、設(shè)備設(shè)施和船體等；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、設(shè)備設(shè)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測、力學(xué)性能等；業(yè)務(wù)交互數(shù)據(jù)如水下模型與平臺(tái)工藝模型間數(shù)據(jù)交互、智能氣藏模型與井筒管網(wǎng)模型間數(shù)據(jù)交互；流媒體數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集、接口互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串通，打通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程，建立全業(yè)務(wù)有效融合的深海云游一體化協(xié)同工作與管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氣藏—井底—井筒—井口多環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模擬及可視化智能調(diào)控、全生產(chǎn)流程數(shù)字孿生體系、遠(yuǎn)程遙控生產(chǎn)、設(shè)備故障診斷與預(yù)測、安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測與應(yīng)急處理等典型場景，實(shí)現(xiàn)氣藏分析自主化、生產(chǎn)運(yùn)行自優(yōu)化、作業(yè)智能協(xié)同化、設(shè)備維保精準(zhǔn)化和安環(huán)檢測全面化五大場景，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值最大化。

2" 數(shù)據(jù)要素驅(qū)動(dòng)海上智能氣田運(yùn)營管理模式

2.1" 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能生產(chǎn)模式

傳統(tǒng)氣藏生產(chǎn)成本高，井下作業(yè)取資料少，油藏模擬耗時(shí)長，不能滿足精細(xì)化分析的需要且缺乏“整體”的協(xié)同。主要表現(xiàn)在：動(dòng)態(tài)監(jiān)測設(shè)備易故障，修復(fù)難度大，傳統(tǒng)通過井下作業(yè)取資料成本高；而且目前商業(yè)模擬軟件（Eclipse）歷史擬合工作耗時(shí)長，工作量也非常大，數(shù)值模擬不能滿足在線運(yùn)行要求，分析頻次已經(jīng)不能滿足精細(xì)化分析的需要，另外缺乏氣田“整體”的協(xié)同配產(chǎn)優(yōu)化方案，井筒、管網(wǎng)相對獨(dú)立，一體化程度低，配產(chǎn)調(diào)整響應(yīng)速度慢。

如圖3所示，基于數(shù)據(jù)湖勘探開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)采集的溫度、壓力數(shù)據(jù)，通過AI預(yù)測模型和三維仿真技術(shù)，構(gòu)建氣藏—井底—井筒—井口多環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模擬及智能配產(chǎn)系統(tǒng)，創(chuàng)新數(shù)據(jù)孿生的智能生產(chǎn)模式。

①見水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警?；趯?shí)時(shí)采集的溫度、壓力數(shù)據(jù)，通過算法模型反演，實(shí)時(shí)研判氣層見水風(fēng)險(xiǎn)，從而及時(shí)采取措施，調(diào)節(jié)電動(dòng)油嘴開度，控制單井產(chǎn)量以延緩見水。②層間生產(chǎn)矛盾智能識(shí)別。準(zhǔn)確識(shí)別氣井層間生產(chǎn)矛盾，通過井下智能管柱，調(diào)整氣藏各層生產(chǎn)，降低生產(chǎn)帶來的影響。③智能氣藏模擬。通過智能氣藏AI模擬算法，提升氣藏?cái)?shù)值模擬速度，相比傳統(tǒng)方法速度提升10倍以上，并通過多組方案優(yōu)選，得出精準(zhǔn)的氣藏?cái)?shù)值模型，用于快速優(yōu)化配產(chǎn)及指標(biāo)預(yù)測。上述方法解決了氣田生產(chǎn)過程中見水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判難、自動(dòng)配產(chǎn)和優(yōu)化、快速擬合和更新問題，使氣藏研究人員擺脫繁重歷史擬合工作。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)以及地面工藝處理系統(tǒng)均為再生產(chǎn)模式，難以快速確定整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)組合。通過數(shù)據(jù)湖設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)，檢測溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立氣藏—井筒—水下—平臺(tái)—海管全生產(chǎn)流程的數(shù)字孿生體系，實(shí)現(xiàn)通過監(jiān)測生產(chǎn)溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立水下、水中、水上一體化工藝仿真系統(tǒng)，對水下水合物和段塞流的形成狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測水合物的生成，并及時(shí)調(diào)整水合物抑制劑的注入量，保障生產(chǎn)穩(wěn)定；通過水上工藝流程的實(shí)時(shí)仿真，模擬不同生產(chǎn)條件下的運(yùn)行效果，工藝控制由經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)工況尋找最佳工藝參數(shù)，降低設(shè)備能耗，減少火炬放空。

2.2" 數(shù)據(jù)全面感知智能操控模式

傳統(tǒng)海上平臺(tái)的設(shè)備設(shè)施缺乏有效的感知系統(tǒng)，設(shè)備設(shè)施人員難以進(jìn)行有效監(jiān)測與分析，設(shè)備設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)依然采用傳統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)+事后維護(hù)的模式，維護(hù)精度不高，且工作量大。

針對設(shè)備設(shè)施維保問題，本文基于采集關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵參數(shù)等；動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如設(shè)備溫度、壓力、振動(dòng)等，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)全面感知的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)新數(shù)據(jù)全面感知的智能操控模式，如圖3所示。將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給操控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并與數(shù)字化模型相結(jié)合，實(shí)時(shí)診斷、預(yù)警設(shè)備狀態(tài)，有效減少設(shè)備故障帶來的生產(chǎn)關(guān)停。

海上平臺(tái)臺(tái)風(fēng)多發(fā)，在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，為了保障人員安全，當(dāng)預(yù)計(jì)臺(tái)風(fēng)會(huì)影響海上平臺(tái)人員設(shè)備設(shè)施和人員安全時(shí)，海上平臺(tái)將提前2～3 d進(jìn)行撤離和生產(chǎn)關(guān)停，從而出現(xiàn)大量的產(chǎn)量損失。

本文通過海陸通信技術(shù)，將海上視頻信息、設(shè)備環(huán)境信息實(shí)時(shí)回傳陸地操控中心，實(shí)現(xiàn)對海上運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)感知判斷；通過智能管柱、智能采油樹等智能裝備和機(jī)、電、儀、安全等系統(tǒng)智能改造，建立實(shí)現(xiàn)世界首個(gè)具備遙控生產(chǎn)能力的半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在陸地操控中心對海上生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操控。

2.3" 數(shù)據(jù)立體監(jiān)控智能安全模式

海上油氣田環(huán)境復(fù)雜，且存在易燃易爆的氣體，作業(yè)施工多，難以實(shí)現(xiàn)全面的、高效的安全監(jiān)管。

通過采用智能攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)和布控球等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對海洋環(huán)境、生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境、可燃?xì)庑孤┑冗M(jìn)行監(jiān)測，對人員狀態(tài)、施工作業(yè)、外部入侵等進(jìn)行監(jiān)測。將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給一體化平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并與數(shù)字化模型相結(jié)合，創(chuàng)新數(shù)據(jù)立體監(jiān)控的智能安全模式，實(shí)時(shí)診斷、預(yù)警設(shè)備狀態(tài)，有效預(yù)防安全風(fēng)險(xiǎn)。

3" 應(yīng)用成效及創(chuàng)新

本文充分利用數(shù)據(jù)要素，創(chuàng)新基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能生產(chǎn)、數(shù)據(jù)全面感知的智能操控和數(shù)據(jù)立體監(jiān)控的智能安全三大運(yùn)營模式，有效解決生產(chǎn)、操控、安全三大難題，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的提質(zhì)、增效、促安全的智能氣田運(yùn)營模式。通過智能生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)開發(fā)指標(biāo)智能配產(chǎn)，有效延緩氣井見水，天然氣采收率提高1%。通過智能操控模式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維保與合理優(yōu)化，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用或相關(guān)經(jīng)營支出減少5%。通過建立一體化的智能管理平臺(tái)以及各類新型智能監(jiān)控系統(tǒng)等，可將數(shù)據(jù)匯總、問題分析、監(jiān)管巡檢和日常操作等工作效率提升10%。通過建立的全面監(jiān)控體系以及安全管理功能模塊，可為安全管理提供更多的數(shù)字化支持手段，讓安全管理工作更全面、更科學(xué)，安全事件發(fā)生概率降低10%。通過智能化手段減輕員工工作量，減少員工接觸危險(xiǎn)環(huán)境的時(shí)間，海上員工幸福指數(shù)提升10%。

技術(shù)創(chuàng)新方面，一是創(chuàng)新建立了海陸空立體融合高可靠通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海上數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、高效傳輸。二是采用云邊協(xié)同微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，統(tǒng)一算力支持，業(yè)務(wù)可擴(kuò)展，模式可配置。三是首創(chuàng)國內(nèi)海底管線在線仿真技術(shù)，突破國外封鎖。

模式創(chuàng)新方面，構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能生產(chǎn)模式、基于數(shù)據(jù)全面感知的智能操控模式和基于數(shù)據(jù)立體監(jiān)控的智能安全模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)—作業(yè)—管理全自主調(diào)整優(yōu)化的一體化智能氣田運(yùn)營模式和國內(nèi)首個(gè)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)遙控生產(chǎn)模式，有效推進(jìn)提質(zhì)、增效、促安全與綠色低碳發(fā)展，建成“深海一號”智能氣田示范標(biāo)桿。

4" 結(jié)束語

數(shù)據(jù)要素的應(yīng)用為海上智能氣田的運(yùn)營管理帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。通過技術(shù)創(chuàng)新和管理優(yōu)化，可以顯著提高海上氣田的生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本、保障安全生產(chǎn)。未來，隨著數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，海上智能氣田的運(yùn)營管理將更加智能化、高效化和安全化。

參考文獻(xiàn)：

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第一作者簡介：頓小妹（1988-），女，碩士，工程師，數(shù)據(jù)治理工程師。研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)治理，數(shù)字化轉(zhuǎn)型。