油气行业数字化

2018-01-02 浏览:2579

   油气行业曾经是数字化变革的领先者,早在多年之前就提出了“数字油田”的概念。然而近年来,随着大数据技术的不断发展,油气行业将迎来新一轮的数字化变革。究竟我们需要什么样的大数据?

  油气行业曾一度处于数字化技术应用的最前沿。大约50年前,油气行业首先采用数字分布控制系统对炼油厂和其他下游设施进行控制。此后,随着数字油田概念的发展,油气行业率先采用地震资料数字处理方法表示沉积物和储层,进行资源开采方案的优化、油井运行管理、油藏产量的提高以及避免损坏等。如今,油气行业仍将面对新的挑战:如何进行下一轮数字化变革,并彻底改变其资产性能管理的方式。
   资产性能管理(APM)是对设备和生产进行实时监控器,并将一连串数据传输到中央设备,用大数据分析软件进行处理,找出最优的方案,是对硬件和软件的充分利用。这样可以帮助技术人员快速解决各种问题,节约大量时间,并减少因停机停工带来的成本浪费。

   从某些方面来说,作为数字油田推广的先行者,油气行业在下一阶段的数字化变革中可能已经被甩在了后面。尽管石油公司在所有关键工序上都布置了传感器,且拥有多年的经验,但是在对行业物联网(IIoT)的认知方面,他们仍然无法满足客户的需求。类似地,许多行业内的技术人员对他们的数据分析能力非常自信,并指出他们从上世纪80年代就开始应用大数据,拥有10万多条这样的历史数据。 

   不幸的是,这些观点都忽略了数字化的真正核心,新一轮的数字化与大数据、预测分析、云技术和物联网有着密切的联系。这些技术的进步将共同成就油气行业的信息化,就如同16世纪末的工业化一样意义重大。与上世纪五六十年代蒸汽机的出现,电气化和自动化类似,信息化将是一个从量变到质变的过程。


油气行业的大数据不仅仅是“大量的数据”

   随着物联网技术的应用越来越普遍,生产设施及其周围环境产生的各项数据呈指数增长。由于油气行业很早就开始记录生产过程的历史数据,因此其本身就积累了大量生产设施运行产生的数据。虽然数据量庞大,但是这些数据结构良好,可通过时间参数进行检索。从另一方面来说,大数据要复杂得多,它不仅包括结构化数据,还包括非结构化数据。例如,振动和温度记录系统产生的频谱数据、文本描述信息或者瞬时事件产生的无关信息。一般处理这些杂乱的数据要比处理时间序列数据所使用的外推或者内插方法复杂的多。

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  现有的基于模型的预测算法能够很好地处理时间序列数据,但是却无法处理“大数据”。这时候,云计算技术在处理大数据的容量和多样性方面就有了用武之地。但是对于更大容量的数据,则需要用到更高级的预测方法,这种方法拥有自我分析的能力,可以对新数据或者无法获取的数据加以利用。这种突破性技术对于油气行业加工过程和设备具有更强的动态分析能力。

   油气行业使用的设备价格昂贵,属于资本密集型行业,必须面对方方面面的风险。因此该行业所采用的任何系统都必须高度安全可靠且响应迅速。此外,油气行业的设备设施在不同地区,分布范围极其广泛,因而该行业对其所采用的计算平台拥有更高的要求,其云计算平台必须具备好的响应性、可靠性和安全性。Email服务器短时间内断开连接或者等待文字处理程序升级所造成的损失可能还在接受范围之内,但是油气行业的与之不同,如果是高压天然气压缩机断开连接所产生的不良后果是难以接受的,这有可能造成重大经济损失。 

   将完全迥异的应用程序整合为一个整体的做法所需的成本较高,对于面临巨大经济压力的石油行业来说不具有可行性,任何解决方案都必须拥有一个合理的成本。幸运的是,现在的技术已经可以满足这些要求。在过去5年的时间内,技术的进步已经克服了这些障碍。我们现在所需要做的就是给予用户信心,根据客户自身及其供应商的专业能力提出解决方案,将其数据转化成可执行信息。如今,预测分析已经可以缓解生产活动的复杂性给人们带来的困扰。对于油气行业来说,改变其固有文化迫在眉睫,第一个吃螃蟹的人,或许将获得巨大的优势。


油气行业的复兴取决于数字化变革成功与否 

   借助物联网技术和云计算平台,油气行业不仅可以提高效率、降低成本,而且还可以使产能再上一个台阶。行业的领导者们已经意识到,如何利用资产性能管理、物联网和业务统计调查,平衡企业的财务状况,控制运营风险并做出正确决策,会变得更加重要。当然,行业的监管力度和经济要求也将更加严峻。

石油行业进入数字化时代

位于加拿大卡尔加里的壳牌公司员工,在距阿根廷Vaca Muerta非常规油气田1万公里的地方开钻了一口新井。实际上,这家石油巨头的工程师正在用电脑执行所谓的“虚拟钻井”。这是亚伯达一处名为Fox Greek的页岩层,地质特征极其类似阿根廷最大的页岩沉积,基于对它的认识,工程师们利用从Vaca Muerta传输回来的实时数据设计这口井,并测试它的钻井速度和压力,进行第二次尝试时,虚拟钻井的费用由几年前1500万美元降低至540万美元。壳牌公司首席执行官范·伯登表示,这是壳牌在阿根廷开钻的成本最低的井。

 

  壳牌并不是唯一一个雇用电脑专家和地质学家的公司。低油价时期,石油公司都试着降低运行成本。石油行业逐渐意识到,数字化和自动化已经改变了商业和制造业等领域,自己却被远远地抛在了后面。技术公司和咨询公司开始上门推销“数字石油钻井平台”和“未来油田”的理念。甚至有人认为,继十年前改变美国油气产业的“页岩革命”之后,数字化技术的使用将会成为下一个重大事件。

 

  开采油气的过程通常被认为是采用数字化和自动化最成熟的阶段。钻井通常在地表以下几英里处进行,导致钻头和管线极易损坏和断裂,无法长期运行。近期,贝克休斯开发出了其所称的第一台自动化钻头,能够根据岩石的性质进行调整。麦肯锡称海下机器人也正在研发用来解决开发难题。

 

  从表面看,数字化钻井致力于减少员工和工厂数量,提高危险行业的安全性。在墨西哥湾,休斯敦的工程师利用从钻井平台传回的实时数据做出决策,来减少直升机往返钻井平台的成本。艾默生电气公司Peter Zornio表示,数字化的最终目标是将数据传送给专家,而不是将专家的指示传送给数据,研发动力就在于今后人们和直升机可以离开钻井平台。

 

  大规模使用数据、传感器和自动化将为油气行业带来新的挑战。石油钻井平台是至关重要的基础设施,因此要时刻注意网络安全,防止窃取数据。同时,数字化也可以代替日益老龄化的劳动力,届时大规模的退休是一种迫在眉睫的问题。

 

  至于石油行业劳动力是否会在数字时代大规模缩减,地质学家和工程师一致认为数字化不会让他们丢了工作,因为石油生产既是科学,也是艺术。自从“页岩革命”以来,创新使得石油和天然气更易获取,石油被认为是稀缺资源的时代已不复存在。 


上游油气业数字化五大趋势

埃森哲与微软发布的《2016上游油气数字化趋势调查》报告显示,在低油价环境,上游油气公司越来越看重数字技术的降成本和价值驱动作用。油气行业数字技术发展面临着两大障碍:一是工作流程造成的瓶颈,二是物理安全和网络安全。


  全球管理咨询技术服务公司埃森哲与微软上个月发布了年初完成的《2016上游油气数字化趋势调查》报告,此次调查由Penn能源研究机构完成并与《油气杂志》合作。这是埃森哲和微软第五次发布报告,被调查者来自国际石油公司、国家石油公司、独立石油公司和技术服务公司,包括工程技术人员、中高管理层、商业主管与职员、项目管理者、地质学者等各个层面。


  投资数字技术为降本增值

  从今年的调查反馈可以看出,在低油价环境,上游油气公司对数字技术投资更加“聪明”,越来越看重数字技术的降成本和价值驱动作用。调查反馈凸显5个趋势。

  趋势一:数字技术正在创造价值,而且可以创造更多价值。一半以上的被调查者认为,数字技术已经为业务大幅增值,降成本是当前最大挑战,数字技术对此最为有效,可以帮助上游公司更快、更好地决策,提高生产能力。上游公司利用数字技术,通过先进的分析方法和灵活的模式,还可以更好地管理作业。然而,投入资金不足,战略定位不明确,商业活动倡导乏力,阻碍着数字技术获取更多价值。


  趋势二:企业继续向数字技术投资,预期还会增加。尽管当前处于低油价环境,调查反馈中80%的油气公司计划,未来3~5年将继续保持数字技术投资不减,甚至要增加这方面投资。油气公司相信,数字技术让机构更精简和智能化,他们正转向用数字技术加强管理,帮助企业应对低油价环境挑战。


  移动技术、基础设施和协同技术是油气公司数字技术投资最大的领域。电邮仍是最主要的协同工具,但视频技术、社交网站、物联网将发挥越来越重要的作用。近实时可视化、海量数据存储、近实时报警是当前和可预见未来最重要的技术,人工智能具有最大的增长潜力。


  趋势三:项目投资集中,目标是创造价值。油气公司出于长期和短期价值考虑,投资数字技术。在低油价环境短期内,油气公司转向能带来有形商业价值的数字技术投资。当前数字技术投资的最大份额集中在数字移动、物联网和云技术。云技术可降低基础设施成本,分析工具可更好地管理资产。物联网的最大影响在于,把现场工作者通过智能装置联系起来。从连接油井、智能管道,到高效数字炼厂,这一趋势正在油气行业不断发力。移动技术可提高人员生产能力,坚固耐用的人员与资产跟踪装置是当下最重要的移动技术。


  未来几年,可穿戴技术、无人机技术、增强现实技术将得到重要发展。远程监测管理资产是数字技术带来的最重要能力,远程管理和新型“一站式服务”模式将得到重要发展。未来3~5年,投资将集中转向能创造最大长期价值的领域,如更复杂的预测作业管理能力,包括大数据分析、工业物联网和自动化,增长百分比最高的将是机器人、可穿戴装置和人工智能等领域。


  趋势四:提高分析能力。分析技术被看作机会最大的领域之一,分析能力可以为公司带来最重要的改进,利用数字技术可帮助油气公司转型。但多数接受调查者认为,他们的公司不具备充足、成熟的分析能力,因而难以充分实现价值。未来3~5年,多数油气公司计划提高这方面能力。


  如果要实现长期数字技术效益,油气公司必须迅速改善他们的能力,包括形成成熟的分析技术。要解决这个问题,企业必须尽快增强内功,并利用好外部市场的技能与平台。数字技术对上游油气人员的最大影响在于,提高员工的生产能力和参与度,提供更好的培训和技能重新学习机会。


  趋势五:增加使用云技术,释放数字价值。油气公司正在利用云技术,结合其他数字技术创造更多价值。云技术已是油气公司的主流数字技术,主要目的是降低信息技术的设施成本,但现在云技术已成为数字解决方案快速释放价值的手段。油气公司需要尽快适应“全混合云”解决方案,加快解决方案释放价值。


  监测防范网络安全风险

  油气行业数字技术发展面临两大最主要障碍:一是工作流程造成的瓶颈,二是物理安全和网络安全。在油气企业越来越多地利用自动化数字技术、提高作业效率和生产能力、增强安全保障的同时,他们必须与随之而来的网络安全威胁作斗争。面对网络安全威胁,网络安全人才短缺,不仅是油气行业的问题,而且存在于各个行业。


  未来几年,侦办打击网络攻击仍是油气业的优先任务。为了解决网络安全问题,90%的油气公司将为运营制订网络安全标准。据调查反馈,80%以上的油气企业受访者承认,网络攻击公司得手的次数增加了。有的公司甚至表示,对自己是否有能力发现网络攻击“不自信”。


  油气企业面临网络安全三大主要威胁。其一是网络犯罪集团,但他们更多地是攻击金融机构,对油气行业的威胁较小。其二是所谓“民族国家”,他们为谋求竞争优势,会搜寻公司的储量和技术信息,从而对油气公司构成威胁。其三是黑客访问,油气行业已成为黑客的主要目标。黑客们有的在找寻油气生产活动对环境造成的过失,并借此不断地进行骚扰,使公司、管理者和执行层陷于窘境;有的侵入服务器盗取信息,包括员工的电话号码、电邮地址和网贴等。


  从上游作业到下游销售,网络安全威胁无所不在。随着油气公司采用云盘和移动设施,重要资料泄露的风险大大增加。采用传统的监测工具,油气公司已难以收集和了解自己留下的“数字阴影”的所有信息。网络上每个数字足迹都会留下“阴影”,其中就包含在线数据风险,如信息的不经意泄露、被盗或遭到恶意发贴。


  5年前应运而生的“数字阴影”技术,超越了传统监测技术,可以巡察各种在线活动,发现对油气公司构成威胁的潜在风险。据项目开发者帕特森介绍,此技术的巡察范围不仅包括开放的因特网,还包括在“谷歌”上没有索引的“人际关系网”和“脸谱”,此外还能监测因特网的子集“暗网”,包括匿名在线的网址。


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