引言：中海石油（中國）有限公司天津分公司（以下簡稱中海油天津分公司）主要負(fù)責(zé)渤海油田油氣勘探、開發(fā)和生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，是中國海上最大的油氣生產(chǎn)企業(yè)，承擔(dān)著原油保障和環(huán)渤海地區(qū)天然氣供應(yīng)的重要任務(wù)。渤海油田始于1965年，是中國海洋石油工業(yè)發(fā)源地，經(jīng)歷半個世紀(jì)艱苦創(chuàng)業(yè)和四十多年改革開放，渤海油田堅持自營與合作兩條腿走路，勘探開發(fā)生產(chǎn)碩果累累，2010年油氣當(dāng)量上產(chǎn)3000萬噸并持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)達12年。2021年原油產(chǎn)量超3000萬噸，成功建成我國第一大原油生產(chǎn)基地。2022年，渤海油田將始終以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，深入貫徹落實習(xí)近平總書記重要批示指示精神，圍繞“原油上產(chǎn)4000萬噸，坐穩(wěn)國內(nèi)第一大原油生產(chǎn)基地”戰(zhàn)略目標(biāo)接續(xù)奮斗、勇毅前行，為中國海油建設(shè)中國特色國際一流能源公司再立新功。
項目
概況
1. 項目背景
低油價和環(huán)境約束成為新常態(tài)，油氣行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日趨嚴(yán)峻，提質(zhì)降本增效遭遇瓶頸。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的數(shù)字技術(shù)為企業(yè)發(fā)展帶來新機遇，是企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎和構(gòu)建創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展格局的有力抓手。中國海油緊緊圍繞黨中央國務(wù)院關(guān)于發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟決策部署要求，定向聚力、謀篇布局，積極踐行中國海油“1534”總體發(fā)展思路和創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，于2020年在渤海油田啟動智能油田試點建設(shè)，探索海上油田智能化發(fā)展新路徑，助力國家智慧能源新基建戰(zhàn)略在中國海油落地生根。
2. 項目簡介
渤海智能油田試點建設(shè)項目，遵循中國海油數(shù)字化轉(zhuǎn)型頂層設(shè)計和智能油田總體規(guī)劃，構(gòu)建端、邊、云模式下的數(shù)據(jù)采集、傳輸與匯聚管理平臺，研究物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等數(shù)字技術(shù)與油氣田核心業(yè)務(wù)深度融合與創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)對油田生產(chǎn)現(xiàn)場的實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程操控、預(yù)警診斷和主動優(yōu)化。
智能油田愿景
項目目標(biāo)
通過提高海上平臺的生產(chǎn)監(jiān)測和優(yōu)化控制能力，對開發(fā)生產(chǎn)全過程進行實時監(jiān)測、預(yù)警診斷、主動優(yōu)化、遠(yuǎn)程操控、協(xié)同運營和輔助決策，實現(xiàn)一體化智能管控。油田運營由目標(biāo)導(dǎo)向、分工合作的方式向數(shù)字化驅(qū)動、智能化協(xié)同的一體化方式轉(zhuǎn)變，創(chuàng)建“智能、安全、高效”的新型海上油氣開采運營模式。
二、項目實施概況
項目總體架構(gòu)
和
主要
內(nèi)容
基于渤海智能油田試點建設(shè)項目搭建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是多人協(xié)作的平臺，用于幫助開發(fā)者提升數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。依托海油生產(chǎn)云平臺，擴展邊緣微云，通過邊緣計算、虛擬化、容器化、AI、IoT、微服務(wù)、數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建海量實時數(shù)據(jù)采、存、管、用、算的端+邊+云應(yīng)用高效協(xié)同架構(gòu)，以分析和預(yù)測為核心，內(nèi)置了百余種數(shù)據(jù)挖掘算法，立足推動企業(yè)“上云用數(shù)賦智”行動。以“工業(yè)互聯(lián)+端、邊、云協(xié)同”藍圖為指導(dǎo)，以業(yè)務(wù)互聯(lián)為基礎(chǔ)，基于“智能終端+工業(yè)互聯(lián)+云服務(wù)”創(chuàng)新模式，為“智能、安全、高效”的新型海上油氣開采運營模式提供技術(shù)支撐。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺總體架構(gòu)
1）端側(cè)現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)泛在感知建設(shè)
（1）利用海底光纜搭建海上油田群光纖環(huán)路，并通過陸地省際專線接入企業(yè)信息中心，為海量數(shù)據(jù)入湖和云邊高效協(xié)同構(gòu)建高安全、高可靠、低時延的信息高速公路。
（2）利用 WiFi6、5G 等通訊技術(shù)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、關(guān)鍵區(qū)域網(wǎng)絡(luò)接入，打通感知設(shè)備接入的物聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)末梢。
（3）研究、應(yīng)用多協(xié)議接入技術(shù)實現(xiàn)新老系統(tǒng)快速連接和數(shù)據(jù)匯聚，并結(jié)合業(yè)務(wù)需求新增感知設(shè)備，實現(xiàn)油田現(xiàn)場人員狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、平臺及周邊環(huán)境、生產(chǎn)流程等 19 類數(shù)據(jù)采集匯聚，為安全管控、故障預(yù)警、診斷分析、效果評估等提供數(shù)據(jù)支撐。
2）邊側(cè)邊緣微云建設(shè)
（1）建立海上平臺多協(xié)議數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)
結(jié)合各源頭的數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)標(biāo)識、業(yè)務(wù)規(guī)則、安全權(quán)限、采集頻率以及數(shù)據(jù)之間依賴關(guān)系，建立滿足多協(xié)議的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，增強業(yè)務(wù)與技術(shù)對數(shù)據(jù)定義和使用的一致性，利于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、促進系統(tǒng)集成和信息資源共享。
（2）研究適用于多類型工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳技術(shù)
數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳技術(shù)架構(gòu)
數(shù)據(jù)采集研究
研究通用協(xié)議（ONVIF、MQTT、ModbusTCP、OPC-UA/DA、TCP 等）接入和轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)并在邊緣微云以容器化方式部署相關(guān)服務(wù)（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)甄別、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測、數(shù)據(jù)清洗等服務(wù)），實現(xiàn)現(xiàn)場新老設(shè)備泛協(xié)議接入和數(shù)據(jù)處理。
數(shù)據(jù)傳輸研究
重點研究高并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸及斷點續(xù)傳的方法。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)請求并發(fā)量動態(tài)分配計算和存儲資源；通過消息隊列對上傳數(shù)據(jù)進行緩存，削峰填谷，提升高并發(fā)場景下數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。
（3）研究低延時高頻實時數(shù)據(jù)匯集及數(shù)據(jù)服務(wù)
數(shù)據(jù)匯集架構(gòu)
數(shù)據(jù)匯聚研究
結(jié)合不同的采集頻率和采集協(xié)議，建立云端數(shù)據(jù)匯集服務(wù)，支持配置數(shù)據(jù)清洗規(guī)則、數(shù)據(jù)去重、數(shù)據(jù)壓縮、自定義數(shù)據(jù)上報周期等，減輕對云平臺的壓力。
云端數(shù)據(jù)服務(wù)研究
研究實時數(shù)據(jù)庫 Kudu、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫 MinIO 的高并發(fā)交互服務(wù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)分表分區(qū)域存儲，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用研究，提供 AI\BI 數(shù)據(jù)服務(wù)能力和效率。
（4）邊緣計算技術(shù)應(yīng)用研究
結(jié)合邊緣層架構(gòu)設(shè)計，搭建邊緣基礎(chǔ)層、邊緣數(shù)據(jù)層、邊緣處理層、邊緣服務(wù)層四層框架，滿足海上平臺多系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)接入、處理、傳輸和邊緣計算需求，以提高海上平臺監(jiān)控的及時性、準(zhǔn)確性。
邊緣端總體架構(gòu)
（5）建立適用于不同類型生產(chǎn)設(shè)施的基礎(chǔ)環(huán)境
結(jié)合海上平臺規(guī)模、終端系統(tǒng)復(fù)雜度、基礎(chǔ)環(huán)境（網(wǎng)絡(luò)、電源、機房）、運維和經(jīng)濟適用性等多種因素，結(jié)合邊緣微云技術(shù)建立邊端運行環(huán)境硬件選型和配置指南，并以此為依據(jù)建立適用于不同類型生產(chǎn)設(shè)施的基礎(chǔ)環(huán)境。
（6）云邊協(xié)同技術(shù)應(yīng)用研究
為實現(xiàn)陸地對海上遠(yuǎn)程管理降低運維成本、提高管理效率，應(yīng)用云邊協(xié)同技術(shù)實現(xiàn)接入的海量邊緣節(jié)點進行遠(yuǎn)程配置，將模型和服務(wù)批量下發(fā)到邊緣節(jié)點，管理和調(diào)度容器資源使其高可用，實現(xiàn)服務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、應(yīng)用協(xié)同的全生命周期管理。
云邊協(xié)同總體架構(gòu)
3）云端生產(chǎn)云平臺
云端主要依托集團公司的云平臺，按照智能油田相關(guān)技術(shù)規(guī)范開發(fā)各類微服務(wù)，并集成云平臺上的基礎(chǔ)支持微服務(wù)部署，最終形成項目的應(yīng)用功能。云端數(shù)據(jù)庫分為項目庫、MinIO分布式數(shù)據(jù)庫、Kudu分布式數(shù)據(jù)庫。嚴(yán)格遵循集團生產(chǎn)云的技術(shù)要求，集成成熟組件，構(gòu)建生產(chǎn)云基礎(chǔ)環(huán)境。
云端總體架構(gòu)
2. 網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)建設(shè)選取海上中心平臺與EPP、開關(guān)站關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)建兩個海陸光傳輸環(huán)（環(huán)帶鏈）， 采用雙發(fā)選收模式，形成網(wǎng)絡(luò)高可用性設(shè)計，有效建立智能油田的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)保障。
網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)安全防護按照等保2.0二級的要求，建立 “一個中心三層保護”的技術(shù)防控體系和一套完備的管理體系。
網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)
3. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的海上智能安全管理系統(tǒng) 助力企業(yè)有效提升海上安全管理水平
將自主研發(fā)的國產(chǎn)化三維數(shù)字可視化引擎與人員定位技術(shù)深度融合，實時獲取人員健康數(shù)據(jù)和位置信息，應(yīng)用AI視頻智能識別技術(shù)，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場在人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境風(fēng)險及管理上漏洞中10種場景的實時監(jiān)測，提前預(yù)警風(fēng)險，防范事故發(fā)生。針對業(yè)務(wù)特性構(gòu)建云端應(yīng)用業(yè)務(wù)架構(gòu)，具體架構(gòu)圖如下：
安全管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)
自2021年10月15日在渤海某油田兩個平臺應(yīng)用以來已初見成效，部分效果如下：
案例1：實現(xiàn)全體員工的精準(zhǔn)定位及健康監(jiān)測，使用至今實現(xiàn)1263人次的可記錄動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
案例2：2022年2月7日至2月20日，平臺電子工單審批共計165份，匹配作業(yè)智能監(jiān)控次數(shù)165次，實現(xiàn)平臺全作業(yè)工單的線上申請、審批、關(guān)閉，在節(jié)約成本的同時改變了人工簽發(fā)低效問題，作業(yè)智能監(jiān)控數(shù)據(jù)的100%完全匹配。
案例3：運用AI智能識別系統(tǒng)共實現(xiàn)有效報警識別59條，報警數(shù)量由原來的每周12次逐步降低至0次，大大提升現(xiàn)場作業(yè)人員的自我安全約束意識。
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的智能油藏注采管理系統(tǒng) 充分發(fā)揮油藏注采潛能
綜合運用AI識別、機理分析、知識推理等綜合技術(shù)手段，及時發(fā)現(xiàn)油藏矛盾和潛力，推薦合理措施方案，讓油藏動態(tài)管理更精準(zhǔn)、精細(xì)、高效，及時發(fā)現(xiàn)油水井工況異常問題、地面水系統(tǒng)的不平衡矛盾，推送處置方案及建議，保障生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)、高效運行。針對業(yè)務(wù)特性構(gòu)建云端應(yīng)用業(yè)務(wù)架構(gòu)，具體架構(gòu)圖如下：
油藏管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)
注采管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)
自2021年09月10日在渤海某油田四個平臺應(yīng)用以來已初見成效，部分效果如下:
案例1：油井動態(tài)分析模塊推薦J12H井具有換大泵提液措施潛力，預(yù)測日增油62.4方。J12H井完成換大泵后啟井生產(chǎn)，通過措施效果跟蹤J12H井截止目前平均日增油64.8方，累增油1814方，效果良好。
案例2：I24S1井注水量不達標(biāo)，智能措施推薦酸化，措施前注入量3201m3/d，措施后增注3704m3/d，注水量達6905m3/d，推薦合理，措施有效。
案例3：電泵故障預(yù)測模塊產(chǎn)生報警，信息顯示H30H井電潛泵電機溫度高報(達到110℃)，得到報警信息后，陸地生產(chǎn)操控中心及時與海上生產(chǎn)人員溝通，通過平臺現(xiàn)場調(diào)節(jié)環(huán)空補水量，電機溫度逐漸下降至87℃，避免了電機燒毀。
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的智能設(shè)備管理系統(tǒng) 全面提高設(shè)備監(jiān)測能力
構(gòu)建設(shè)備診斷及預(yù)測性維護模型，基于實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)電氣設(shè)備、電力系統(tǒng)、中控健康、電網(wǎng)系統(tǒng)、智能儀表等5大類設(shè)備的運行狀態(tài)在線監(jiān)測、智能預(yù)警、綜合診斷評估、主動推薦維修策略，建立全生命周期健康管理，降低設(shè)備故障率和維修成本，提高設(shè)備可靠性。針對業(yè)務(wù)特性構(gòu)建云端應(yīng)用業(yè)務(wù)架構(gòu)，具體架構(gòu)圖如下：
設(shè)備管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)
自2021年10月05日在渤海某油田四個平臺應(yīng)用以來已初見成效，部分效果如下:
案例1：注水泵振動高值報警、工藝參數(shù)異常提示，截至目前10余次，其中一次2021年11月9日 08：56 振動加速度突然升高觸發(fā)預(yù)警，現(xiàn)場確認(rèn)為CEPJ 4102G泵軸承缺陷并及時處理，避免了更大的設(shè)備故障和關(guān)停風(fēng)險。
案例2：2022年2月9日，CEPI平臺利用中控健康管理系統(tǒng)報警，ESD003柜RSLS03卡件故障（卡件帶的是ESD和火氣的關(guān)鍵設(shè)備），及時對其進行更換。
三、下一步實施計劃
通過一年的調(diào)研和探索，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以安全管理智能化、油藏管理智能化、注采管理智能化、設(shè)備設(shè)施管理智能化四個重點方向進行產(chǎn)品研發(fā)及技術(shù)突破。以油氣行業(yè)高資產(chǎn)、高安全性、高穩(wěn)定性的特點為基礎(chǔ)，遵循中海油智能油田規(guī)劃總體計劃（近期：2020-2025年初步建成智能油田；中期：2026-2035年全面建成智能油田；遠(yuǎn)期：2036-2050年建設(shè)智慧油田）以及新技術(shù)的創(chuàng)新和迭代，循序漸進開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的推進工作，2022年計劃在渤海啟動11個設(shè)施的推廣應(yīng)用工作。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
1）項目先進性：
（1）技術(shù)方面的先進性
人工智能、邊緣計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與油田業(yè)務(wù)機理模型的深入融合，為油田業(yè)務(wù)賦能，凸顯技術(shù)融合效應(yīng)，實現(xiàn)1+1大于2。
（2）可復(fù)制推廣性
針對中國海油不同區(qū)域的海上油田，均具備相似的生產(chǎn)業(yè)務(wù)場景，同時在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)過程中嚴(yán)格遵守海油生產(chǎn)云應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保建設(shè)成果符合海油技術(shù)要求，所以在考慮業(yè)務(wù)符合度與軟件技術(shù)統(tǒng)一性上，可將建設(shè)成果復(fù)用至其他海上油田區(qū)塊。
2）創(chuàng)新點：
（1）綜合應(yīng)用協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備、研發(fā)多協(xié)議數(shù)據(jù)采集服務(wù)，以多源異構(gòu)工業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入技術(shù)簡化生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集復(fù)雜度。
（2）在海上平臺搭建邊緣微云，容器化部署邊緣應(yīng)用（如：數(shù)據(jù)甄別、AI 視覺識別、設(shè)備健康監(jiān)測等算法模型），通過邊緣計算技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集存儲、就地計算，減少對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膲毫驮贫速Y源的消耗、滿足實時業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求。
（3）建立統(tǒng)一的智能油田技術(shù)平臺，通過業(yè)務(wù)數(shù)字化實現(xiàn)業(yè)務(wù)經(jīng)驗有效沉淀、數(shù)據(jù)資產(chǎn)逐步積累、算法模型快速迭代，有效提升企業(yè)數(shù)字化能力。
（4）在石油行業(yè)內(nèi)首次融合應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，研究國產(chǎn)自研云邊協(xié)同軟件產(chǎn)品部署應(yīng)用方法，實現(xiàn)算法模型、應(yīng)用服務(wù)從云端到邊端的批量下發(fā)、運維管理，以及云端對邊端資源的科學(xué)調(diào)度。
（5）自研開發(fā)三維可視化引擎，接入實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在三維模型中進行生產(chǎn)現(xiàn)場虛擬巡檢、吊裝區(qū)域風(fēng)險管理、人員健康安全管理、圖紙資料聯(lián)動查詢等功能。
（6）應(yīng)用數(shù)字化、智能化技術(shù)賦能傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時，讓數(shù)字化轉(zhuǎn)型文化理念深入人心形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的動力源泉，將帶來業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變和管理模式變革，促進數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作穩(wěn)步推進。
實施效果
（1）推進風(fēng)險管控最優(yōu)
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用AI技術(shù)實現(xiàn)作業(yè)風(fēng)險隱患識別及預(yù)警，機器人代替人工從事危險操作，無人機進行海管、海纜巡檢，可實現(xiàn)海上油田現(xiàn)場高效的安全環(huán)保管控，大幅降低安全事故率。
（2）推進業(yè)務(wù)智能敏捷
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，應(yīng)用智能化設(shè)備實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場全面監(jiān)控、智能巡檢、遠(yuǎn)程控制，將大量人工分析轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣臃治?/span>，可實現(xiàn)設(shè)備維修成本降低5%~10%。
（3）推進生產(chǎn)效益提升
本項目的實施將實現(xiàn)綜合減員10%~20%，預(yù)計每年可帶來1000~2000萬元的直接效益。
（4）推進數(shù)據(jù)互連互通
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，將各類傳感設(shè)備、無人機、機器人、PDA、定位手環(huán)等設(shè)備，通過邊緣計算建立支持多協(xié)議的實時數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)海上平臺設(shè)備與系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息互通。