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案例38.中国石油:能源物联网,实现“创新发展、降本增效”
中国石油天然气集团公司
  导读:中国石油作为国有重要骨干企业,始终将保障国家能源安全和市场稳定供应作为首要责任,积极落实国家能源战略,不断加大技术创新,推动石油工业可持续发展。“十二五”以来,中国石油应用物联网技术,在勘探开发生产和工程技术服务领域进行了一系列有益的探索和实践,实现了信息化系统与传统的工业自动化系统整合,构建了与信息化相适应的新型管理模式,达到了增产增效不增人,促进了产业从劳动密集型向知识密集型的转变,降本增效作用显著,为后续持续推广应用奠定了坚实的基础。

  一、基本情况

  中国石油天然气集团公司(以下简称“中国石油”)是我国特大型石油石化企业,实行上下游、内外销、产销一体化、按照现代企业制度运作,跨地区、跨行业、跨国经营的综合性石油公司。中国石油的勘探和生产活动主要分布在中国东北、华北、西南、西北等地区,拥有大庆、辽河、长庆、塔里木、新疆、西南、吉林、大港、青海、华北、吐哈、冀东、玉门、浙江、南方勘探和煤层气等油气田,大部分油气田生产地域相对分散、自然环境恶劣。

  传统的油气生产组织方式主要依靠人工巡井,劳动强度大,生产方式以手工操作为主,依赖于员工的责任心和熟练程度,劳动生产率低,安全风险大。工程技术作业现场采集智能化水平相对较低,数据采集的时效性和准确性有待提高,同时野外作业现场涉及专业较多,各专业数据共享、协同作业、前后方技术指导和支持难度较大。基于以上问题,中国石油在《“十二五”信息技术总体规划》中提出了建设油气生产物联网系统和工程技术物联网系统。

  油气生产物联网系统建立覆盖油气井区、计量间、集输站、联合站、处理厂的规范、统一的数据管理平台,实现生产数据自动采集、远程监控、生产预警。已经完成 6 家油气田示范工程建设,累计完成 8801 口油气水井、487 座站库的生产现场施工,安装采集与控制设备 11689 /套,通讯设备 5177 /套,敷设光纤 129.3千米。通过数据自动采集、实时分析、诊断预警、远程控制等功能,将现场生产由传统经验型管理、人工巡检,转变为智能管理、电子巡井。

  工程技术物联网系统已实施覆盖了 2482 支作业小队,累计实施钻井、录井、井下作业施工 1040 口井。通过建设数据采集平台、数据传输平台、数据存储平台、综合应用平台及远程作业支持中心的“四平台一中心”,项目构建了井场数据实时采集、传输和应用的数据通路,实现了现场作业及重点设备运行的实时监测、预警,减少生产中事故复杂发生几率,降低设备故障率,提高钻井速度,降低安全风险,促进了传统工程技术作业方式和专家技术支持方式的转变,提高了技术支持和决策效率。

  二、主要做法

  按照“突出重点、强化应用、逐步完善、稳步推进”的信息化建设总体要求,坚持以经济效益为中心,突出规模效益,加强前期研究投入,稳步推进系统建设,通过将油气生产作业、生产管理与互联网、物联网技术深度融合,探索建立了具有行业特色的“互联网+”智慧能源模式,为油气上游业务转变发展方式,实现有质量、有效益、可持续发展提供有力支撑。

  (一)标准先行,规范建设

  项目在建设前期编制了中国石油物联网系统建设规范(已作为企标进行了发布),对数据采集与监控、数据传输、井场组网、生产管理、数据管理、信息安全、建设施工等方面进行了统一规定,科学地指导了物联网系统的设计、采购及施工等工作。建设规范的发布,得到了各油气田公司的积极响应,各油气田在新产能建设、老区改造中按照标准实施的井数达65279口、站库达2478座,标准化设计、标准化产品和标准化施工逐步落到实处。

  在系统开发阶段,遵循石油行业相关标准,结合业务特点,软件采用SOA架构及云计算的理念,遵循松耦合、高内聚的原则,对外提供标准的集成接口;在项目示范工程完工阶段,编制了系统验收规定和系统运维管理规定,对项目整体建设实施情况等验收作了统一要求,对运维的组织、管理及应急处置进行了规范,在运维规定指导下,正在编制相应的运维实施细则和系统操作维护手册。通过一整套标准规范指导,借助信息化手段进一步促进业务流程化、规范化、系统化地有效管理。

  (二)统一平台,集成整合

  系统的开发,采用开放性、扩展性好的云技术、虚拟化等技术,自主研发了中国石油物联网PaaS平台,既满足了系统业务功能的开发需求,又便于实现油气田个性化应用。在物联网系统中应用PaaS技术,实现数据和服务封装,服务的编排等机制;实现应用生命周期管理(ALM),为开发者提供了应用的开发、测试、部署平台,大大缩减了应用开发时间,提高了开发效率;实现了系统动态扩展,可实时监控应用的资源使用情况,并在超限时以一定规则自动扩展资源;在数据中心为多租户提供可定制化的服务,保障不同用户的数据有效隔离。目前,该系统已经在中国石油7家油田的物联网系统实施中得到应用,实现了与油田已建系统的集成和融合,避免了重复开发,节约了成本;同时解决了应用系统需求不断扩展等问题,为应用开发提供了通用解决方案;实现了应用的快速开发、部署、分享以及动态扩展。

  (三)示范引路,建用结合

  物联网系统建设是一个系统工程,按照顶层设计、统筹推进,统一标准,规范实施,试点先行,逐步推进的总体思路开展工作。系统的建设充分考虑了中国石油业务的差异性与复杂性,项目针对产量不同、油气生产业务的不同、油田体制的不同、所处地理环境的不同,选取具有代表性的7家油田在试点阶段进行示范建设,结合新产能建设和老油田改造,通过对技术和建设方案进行充分验证,积累总结经验,然后逐步进行推广。新产能建设和老油田改造在保证工艺流程简化优化的基础上开展物联网系统建设,使得系统建设与使用充分结合,充分发挥出信息化建设的最大效益。

  (四)融合创新,开放共享

  创新是“互联网+”的核心和基石,物联网项目紧密围绕建设模式创新、信息技术创新和应用创新,积极探索物联网与能源行业的深度融合。通过分析已有业务特点及管理模式进行创新,开发了一套开放的应用平台,提供多种集成方式,实现了 “一次采集,全局应用”,减少了各系统间数据重复录入,形成了一批自主知识产权成果及软件著作权。同时,支持应用的按需灵活扩展,以充分利用已有的信息化成果和历史成果,充分调动用户对新平台的支持度和参与度。

  在借鉴国际行业先进解决方案的基础上,对RFID、实时数据库、WITSML数据交换等物联网相关的新技术进行了大量应用,实现了多节点、大容量的实时数据的并发读写,实现了生产、作业现场不同数据源与国际主流专业软件之间相关数据的实时、无缝的传输。

  三、经验效果

  中国石油物联网系统项目实现了以互联网和物联网为基础的信息化与工业自动化的集成,对油气生产和石油工程技术业务的发展、管理模式的提升,劳动生产率的提高效果显著。项目的建设的模式和经验对于能源、交通、水利等行业的“互联网+”探索和应用具有很强的借鉴意义。主要体现在以下几个方面:

  (一)管理模式得到优化

  在油气生产领域,通过项目建设,建立了油气田公司作业区、采油采气厂、油气田公司三级集中管理模式,整合管理资源,明晰管理层级,为优化管理方式奠定了基础。新疆风城和南方勘探已实现二级管理。青海油田通过项目建设和实施,促进油田生产管理组织机构进一步按“纵向扁平,横向压缩”的方式进行优化,基本实现中小型站场无人值守,精简合并部分基层班组和作业区,一线用工总量得以减少。同时更多员工将从条件艰苦的高海拔地区的生产一线转移到油田后方基地工作,员工生产生活环境得到很大的改善。新疆风城油田通过物联网的建设,优化了劳动组织架构,使岗位配置更合理。构建了“作业区生产指挥中心-巡检班组” 的新型劳动组织架构,通过多岗合并、集中监控,优化岗位配置,节约用工成本,并且创新了管理模式,使生产运行更加安全。

  在工程技术服务领域,通过打造集团总部、局级单位、处级单位三级远程作业支持中心,建立从上而下的分级监测与远程支持体系,实现多专业协同的统一工作平台,打通前后方协同的统一工作流程,实现作业现场与后方专家实时互通。实现实时跟踪施工工况,优化作业方案,提高生产作业的综合效率。使后方的各级管理者、技术专家对生产作业过程的决策支持由“事后分析”提升到生产作业决策“事中控制”,有效提高上级管理部门对作业现场的支持能力。

  (二)生产方式发生了转变,节约了运营成本

  在油气生产领域,通过智能管理、电子巡井等功能,实现生产过程实时监控、软件量油、工况分析等,将现场生产由传统的经验型管理、人工巡检,转变为智能管理、电子巡井。节约了人力,降低劳动强度,提高了工作效率。通过管理模式优化和生产方式转变,油气田现场实现了由分散管理向集中管控的模式转变,由劳动密集型向知识密集型的转变,有效减少了一线生产人员,降本增效作用显著。目前,通过示范工程建设共减少一线用工2100多名。新疆风城油田通过物联网的建设,把传统的“定岗值守、按时巡检”转变为“集中监测、无人值守、故障巡检”的新型生产模式,大幅减少一线生产员工数量,保障油田生产安全平稳运行。与从前相比,采油站由单人单站就地计量转变为一人多站远程自动计量,注汽站由驻锅炉房值守转变为故障巡检,处理站由岗位员工负责制转变为班组轮岗巡检制,采油厂生产系统则由生产故障应急处理转变为故障超前预警处置。示范工程建设在大幅提高生产运行效率、保障生产运行安全、节省生产运行成本等多个方面取得成效。

  在工程技术服务领域,系统促进了现场作业过程中装备、系统、人员的全方位“融合”。实现了作业现场的各种仪器设备数据的自动采集和实时传输,为作业全过程搭建了及时、准确、协同的数据收集、整理、分析的业务平台。将数据资源和专家资源后移,并实现跨专业集中利用,有效促进业务模式的三个转变:促进现场施工由传统作业方式向实时作业方式转变;技术支持由专家频繁奔赴现场向专家普遍远程监控和有重点去现场相结合转变;施工作业由以个人经验为主,向专家会诊与技术知识库支撑相结合的方式转变。川庆钻探通过推动动力设备集中监控系统规模应用,缩减一线操作人员效果显著,已完成142支钻井队集中监控系统应用,占国内钻机的74.6%,缩减钻井队柴油机工445人。

  (三)提升了生产安全水平

  在油气生产领域,通过预测、预警等功能,实现基于智能算法的预警预测,在故障发生前即可及时告知生产人员,提前消除生产隐患,降低生产运行风险,有效提高生产时率。塔里木油田通过生产可视、数据自动采集等功能,有效降低生产能耗,并可及时发现生产异常情况,避免因异常发现较晚而造成对设备的损坏;对油气生产、处理和输送过程进行实时监测,实现防盗防泄漏,有效地避免因油气泄漏造成的环境污染;通过实时监测、自动计量、过程监控、智能预警等系统功能应用,减少员工在高温、高压、有毒有害环境下的现场操作时间,降低安全生产风险,保障安全生产。

  在工程技术服务领域,远程作业支持中心使后方监测工程师7×24小时对作业现场进行实时监测,实时发布预警预报异常信息,监测工程师与现场工程师共同确认异常情况,并将确认结果及时反馈给后方工程、定向及地质专家,通过跨专业协作、联合会诊,制定规避风险方案,有效地避免了工程事故复杂的发生。自20156月试运行以来,先后发布预警信息1170余条,为预防事故复杂提供了重要参考依据;通过数据监测分析,在塔里木油区成功预防2起重大工程事故的发生(溢流险情、超提卡钻)。仅在川庆钻探一家地区公司,通过远程专家支持,及时处理70多起现场违规事件。工程技术物联网系统应用以来,事故复杂发生几率降低了0.25%,平均机械钻速提高了1.12%,非生产时间降低了1.35%