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    數字化轉型六大趨勢,國內油氣行業該如何發力?

     

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    技術創新是驅動油氣行業可持續健康發展的核心,而數字化技術是當前最重要的技術發展領域。在前幾年的低油價及目前的中低油價形勢下,油公司越來越重視數字化轉型,致力于通過數字化降低運營成本,提升運營績效,獲取長期收益。

    來源 | 石油科技論壇

    技術創新是驅動油氣行業可持續健康發展的核心,而數字化技術是當前最重要的技術發展領域。在前幾年的低油價及目前的中低油價形勢下,油公司越來越重視數字化轉型,致力于通過數字化降低運營成本,提升運營績效,獲取長期收益。

    01. 油氣行業上游數字化發展態勢

    近年,受長期低油價影響,油氣行業上游資本支出減少,油公司資產負債表變差,現金流量減少,勞動力不穩定,經營面臨嚴峻挑戰。在此背景下,油公司日益重視數字化轉型,以此幫助石油公司提高運營績效,更好地適應不斷變化的行業商業環境。艾默生公司研究表明,油氣行業上游通過數字化轉型,可使營業表現從平均水平提升到中上水平,油氣產量可提高7%~8%,租賃和運營成本減少2%~3%,且運營的不確定性明顯降低。

    根據IHS Markit公司數據,近年國際石油公司數字化投資在科技投入中占比升高,已成為石油公司與服務商技術合作的首要領域。石油公司的投資構成表明,2014年以來的低油價并未阻礙石油公司的技術投資,2016年與2018年的技術風險投資甚至有較大增幅(圖1)。上游技術投資主要涉及清潔能源技術、勘探技術、開發技術、數字化技術4個領域,數字化技術的占比在2013年以后有明顯提升。各類石油公司關注的領域有所不同,獨立石油公司更關注能夠短期見效、直接降低成本的數字化方案,跨國石油公司則偏好能夠給公司帶來整體效率提升的綜合平臺和一體化方案。

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    油氣工業數字技術集中在大數據、高性能計算、用戶交互、自動化、物聯網、虛擬現實、實時分析、仿真建模、智能設備、機器學習、移動終端、機器人等12個領域。例如,物聯網可以通過功能強大的智能化軟件實施監控;傳感器可以監控石油鉆塔、煉油廠、車輛和電力系統,并傳輸數據、提供機械系統的數字表示。大數據軟件可對傳感器網絡產生的大量數據快速處理分析,建立并優化仿真模型。

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    IHS Markit公司按技術成熟度由高到低,將油氣數字化技術發展分為4個階段:廣泛應用、技術可行、已論證概念、未論證概念。又將數字化技術分為6個類型:數據獲取、組合數字化、流程自動化、創新工作流、轉換工作流、資源生命周期。

    BP公司則將數字化技術分為4個層級:第一層級已在油氣領域得到廣泛應用;第二層級已在一些油氣領域開始部署,有進一步擴大的潛力;第三層級是油氣行業正在進行創新突破的領域;第四層級的數字技術還處于早期階段,在未來具備很大潛力。各層級主要技術詳見上圖表1。

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    美國艾默生公司設計了油氣上游數字生態系統(圖2),通過提供綜合的遠程傳感,將預測分析和先進診斷相結合的軟硬件解決方案,從而做出生產決策。其中,實時生產數據和油藏管理軟件組合,可對勘探與生產各個環節進行集成優化。

    02. 油氣行業上游數字化轉型方案

    數字化轉型擁有構建流程自動化、決策支持、人員技能提升、移動應用和變革管理等5項基本能力。油氣行業上游數字化是對勘探與生產各個環節進行集成優化,包括地震處理與成像,地震與地質解釋,形成評估方案,油藏表征及靜態建模,油井設計,油藏工程模擬,油井施工、鉆探、地質導向,生產建模等。數字化使石油公司可及時有效地了解分析油藏性狀、遠程采集現場數據、優化工作流程和物流,實現解放員工、提高效率、降低成本。國內外油氣勘探開發公司、油服公司和數字技術服務公司在數字化轉型方面表現出6個主要趨勢。

    1 油田自動化生產優化
    油氣田的自動化生產優化是數字化最重要應用領域之一,用數字技術優化油井設計和生產操作,通過預測事件提高油田的運營效率,優化生產。美國能源信息署(EIA)預計,2019年美國陸上石油產量每天增加100多萬桶,主要來自非常規石油開采。為了實現生產和資本效率目標,非常規油氣生產商通過優化設計和生產運營使現場生產力最大化。

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    例如,構建一個基于云的數字油田平臺,將傳感器實時數據無縫連接到集成的儲層井地面設施模擬分析,通過實時監控、處理和解釋生產數據,準確預測油田動態,形成可操作的方案決策,如優化完井設計、最大產量設置、地下自動校準和最佳注入量的持續更新等,從而提高整個油田的運營效率(圖3)。

    2 基于數字化的預測性維護
    近年,石油市場價格在中低位波動,生產商專注于降低運營和維護成本,以保持盈利能力。油田生產設備常年暴露在惡劣的自然條件中,設備故障在所難免。據統計,由于很多昂貴的生產設備長期暴露在惡劣環境中,非計劃停工導致油公司每年損失超過200億美元。如果能夠延長設備壽命或者減少停機時間,可以大大提高生產率,降低生產成本。

    改進操作、增加正常運行時間的工作涉及識別、采購和集成單個井場操作的復雜過程。數字化方案能夠將遠程傳感器與嵌入式診斷集成在資產管理系統中,而無需將人員安置在危險區域。收集到的設備性能數據被發送到中央控制室進行分析和處理,油氣生產商可實時了解設備的運行和性能,技術人員能夠對設備狀態進行預測性維護,減少或避免停機時間。

    3 構建工業物聯提高運行績效
    整個油氣行業在推動設備和系統的廣泛采用和集成,利用工業物聯網(ⅡOT)提高運營績效、實現盈利。油氣上游資產密集度高、操作距離遠、工作環境危險,工業物聯網的需求更加迫切。建立工業物聯網需要合理化人工流程,整合孤立的決策支持工具,更新低效的運營實踐。

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    目前,市場上已有一系列可用于油氣行業的數字自動化解決方案,從傳感技術、資產管理軟件、智能流量計到遠程監控服務等。一些油公司正在與自動化供應商合作,將業務數字化,改變員工與公司新技術、新流程互動方式。從創新的傳感技術、先進的儀器,到數據分析和服務,安全地將數字信息與操作技術數據相聯系,幫助生產商提高效率,實現卓越運營。

    4 新建海上設備智能調試
    新建海上平臺需要大量持續的資本投入,對工程建設的靈活性有較高要求。這使許多公司更審慎地對待海上項目,以期找到克服效率低下的新途徑,努力避免預算增加和工程延遲。新建海上設備可將智能技術納入項目早期開發階段,這樣可減少現場實地考察行程,取消一些任務環節,更好地適應后期項目變更,并簡化整個調試工作流程。當需要靈活性來處理可能影響施工的變化條件或其他因素時,生產商可以利用數字化應用程序,創建委托設施模擬,在不危及資金和建設資源的前提下,對設備進行測試,并將測試結果應用到最終設計中。

    5 海上設備遠程控制
    海上設施的人員配備成本幾乎是陸上運營成本的3倍,偏遠和危險地區的油氣生產商,必須經常在確保專業人員的不時之需和防止人員受到傷害之間尋求平衡。隨著遠程操作的自動化新技術的出現,這種平衡變得越來越容易。數字化方案能夠在保障有效的資產監控的同時,減少海上員工數量。通過建立控制中心使專業人員遠程獲取信息并控制海上設施,從而提高了員工安全性和項目經濟性。

    海上油氣生產商可以使用成套解決方案,將智能設備技術與實時資產性能和過程控制數據相結合,在任何地方通過互聯網連接,全天候提供智能操作。基于物聯網的海上平臺解決方案,使用戶可隨時隨地監控操作、查看關鍵數據。利用無線傳感器和智能設備等基礎組件,通過應用程序自動記錄現場數據,并基于物聯網平臺將其傳輸到管理云系統,然后從陸上訪問該系統的控制中心。這就不需要海上人員在可能危及其健康和安全的危險環境中花費寶貴時間獲取和記錄相關數據。

    6 與數字化轉型相匹配的管理模式創新
    數字化轉型不僅是設備與技術的更新換代,更重要的是與之相匹配的管理模式創新。即使在市場經濟相對成熟的發達國家,數字化轉型仍然面臨著傳統組織管理模式帶來的阻礙。從國際石油公司經驗來看,管理模式創新主要分為3個方面:一是基于數字化和智能分析系統的總部統一管理。例如,數字化技術為采購統一管理提供了可行性與便利性。目前國外大公司多采用集中采購、分散執行模式(總部組織集中采購),采購平臺的建設能夠有效縮短總部響應時間,智能分析系統能夠及時檢測和響應物料需求變化,減少了采購重復操作,此外還能有效提高議價能力從而降低采購成本。二是新增就業人員的減少以及人均薪酬的提升。國際油公司近幾年公布的招聘數據來看,專業更加寬泛、人數持續減少,但平均薪酬較往年有所提升。三是拓寬技術獲取方式,靈活采用收購、引進、合作等方式促進技術創新。例如,殼牌、BP等公司均設立了風險投資公司,用于接收其他行業新技術的合作提案,為技術創新提供來源和儲備。

    03. 國內外油田數字化典型案例

    1 殼牌智能油田運營
    殼牌通過智能油田方案將采收率提高了10%,油氣產量提高了5%。智能油田可全天候持續優化資產,配產的流程、工具、技術可以幫助團隊全面了解油田當前和預期情況,并提供實時決策和分析;在合適的時間提供高質量數據,有效進行現場優化;優化流程可縮短從現場數據到運營決策的周期;智能工具可發揮各種硬件功能,收集并整合監測信息。

    2 澳大利亞天然氣HSE數字管理
    為了降低健康安全環保風險,解決外派員工安全問題,優化項目性能,澳大利亞天然氣項目建立了數字油田綜合運營中心,使用預測診斷集中監測資產,執行選定的自動監控以提高安全性能。項目實施后,員工的工作現場往返減少了50%,運營效率提高了3%~25%,減少停機1%~4%。

    3 新疆油田數字化應用在新疆油田風城
    SAGD井區,針對現有井口系統陳舊、設備穩定性差的問題,通過數字化轉型,采用無線解決方案,實現無人值守、數字化日常生產運營管理,實時自動監控統計,方便基礎設施未來擴建,降低停產維護率,保障油田高效生產。新疆油田冬天低溫達-40~-30℃,準東采油廠針對傳統井口變送器液晶屏顯示不正常問題,采用WPG指針式無線壓力變送器,可隨時讀取壓力信息,為類似地區提供示范。在克拉美麗氣田,采用智能無線技術采集井口工藝參數,通過無線通信將井口監控數據傳送至位于集氣站的控制系統,從而降低了人工巡檢勞動強度,也提高了氣井生產的可靠性。

    04. 對中國石油企業數字化轉型的建議

    針對我國油氣行業數字化轉型,關鍵是要制定與人力資源戰略相結合的數字化轉型路徑;以老油田為基礎,選擇適當規模的數字化項目;技術創新是核心,先進的油田數字化轉型應該與自動化油藏評價、智慧油藏控制、物聯網、機器人等先進技術緊密結合。

    1 制定與人力資源戰略相結合的數字化轉型路徑
    我國石油企業肩負著很多社會責任,不能像國外石油公司根據經營情況隨時調整人員結構和數量,這成為數字化轉型的潛在壓力。一些人認為,數字化轉型就是用機器人取代勞動力,通過裁員來降低成本。事實上,數字化轉型與人力資源戰略并不矛盾,并且相互促進。一方面,現有人員可以從事更高級的崗位,獲得更大自由度和較高收入;另一方面,數字化轉型可以與公司人力資源變化趨勢對接,使人力需求數量與人員退休趨勢相適應。數字化可使未來人才缺口逐步減少,減少人員增量,平穩降低人力負擔。

    2 以老油田為基礎,選擇適合的數字化項目
    我國多數油田處于開發后期,成本高、單井日產量少,當前的困境給數字化轉型增加了阻力。應該認識到,不是只有大企業、新項目需要轉型,越是困難的時候,就越是需要先進的方法改善經營困局。一方面,現在很多大公司的數字化方案基本實現了模塊可拆分、規模可控,為不同情況的油藏提供定制化服務;另一方面,數字化轉型通過精細油藏評價、實時動態的運營維護,可以顯著提高采收率,提高石油企業效益,這對落實國家關于大力提升勘探開發力度具有重要意義。

    3 數字化轉型技術創新是核心
    脫離方法和技術創新的數字化,只是原有流程的自動化,不是真正的數字化。辦公自動化系統、財務系統、生產優化系統取得了很大進步,降低了管理成本,提高了勞動效率。這類項目是對原有流程的自動化處理,屬于“做得更快”的改進。先進的油田數字化轉型應該與自動化油藏評價、智慧油藏控制、物聯網、機器人等先進技術結合,通過“做得更好”來提高采收率,降低生產風險,提高單井產量,實現油田效益的長久提升。

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