數(shù)字化轉(zhuǎn)型有可能對(duì)石油和天然氣行業(yè)產(chǎn)生重大影響，就像它對(duì)許多其他行業(yè)一樣。集成了傳感器、自動(dòng)化和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)的油氣勘探和生產(chǎn)，可以提高鉆井和生產(chǎn)作業(yè)的效率和成本效益。此外，利用自動(dòng)化工具的公司可以簡(jiǎn)化他們的供應(yīng)鏈。先進(jìn)的分析和數(shù)據(jù)可視化工具也可用于優(yōu)化煉油廠和石化工廠的性能，以及改善整個(gè)價(jià)值鏈的監(jiān)測(cè)和控制。然而，要想利用這些好處，必須付出巨大的努力。對(duì)于那些在遺留系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施上投入大量資金的公司來(lái)說(shuō)，采用新技術(shù)并適當(dāng)?shù)丶伤鼈兪呛苤匾模撔袠I(yè)的復(fù)雜性、運(yùn)營(yíng)規(guī)模和生產(chǎn)成本可能會(huì)導(dǎo)致一些悲觀情緒。為了改善行業(yè)功能、提高效率和利用上游領(lǐng)域的新技術(shù)，需要致力于資源、協(xié)作、團(tuán)隊(duì)合作和領(lǐng)導(dǎo)力。
長(zhǎng)期和歷史性的行業(yè)挑戰(zhàn)
雖然油氣行業(yè)的每個(gè)部門(mén)都有自己獨(dú)特的挑戰(zhàn)，但如何根據(jù)工作流程需求來(lái)緩解這些挑戰(zhàn)，將有助于確定技術(shù)突破在哪些方面最有利。在上游領(lǐng)域，隨著運(yùn)營(yíng)成本的不斷上升，需要加強(qiáng)安全措施和更好的風(fēng)險(xiǎn)管理。與燃燒、排放、溫室效應(yīng)、氣候變化和保護(hù)世界資源有關(guān)的環(huán)境和保健問(wèn)題也很重要。所有這些都是為了提高油氣使用的可持續(xù)性而共同承擔(dān)的責(zé)任。
預(yù)計(jì)，全球已探明的石油總儲(chǔ)量為1.65萬(wàn)億桶，47年后將耗盡這一儲(chǔ)量。在全球范圍內(nèi)，石油發(fā)現(xiàn)率處于上世紀(jì)50年代以來(lái)的最低水平。與此同時(shí)，據(jù)美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)稱(chēng)，行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士面臨著越來(lái)越多的安全風(fēng)險(xiǎn)，包括車(chē)輛碰撞、墜落、人體工程學(xué)危害以及電氣和其他有害能源。盡管美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心的國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)石油和天然氣開(kāi)采計(jì)劃等項(xiàng)目旨在減少這些問(wèn)題，但這些問(wèn)題仍然存在。
通過(guò)尖端技術(shù)解決問(wèn)題
有許多現(xiàn)有的和正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)服務(wù)于該行業(yè)的上游部分，如勘探、地質(zhì)調(diào)查、獲得土地權(quán)利、陸上和海上鉆井以及生產(chǎn)。這些技術(shù)的例子包括自動(dòng)化、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、云和大數(shù)據(jù)管理工具、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、連接到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的傳感器和第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(更廣為人知的是5G)，如圖1所示。新技術(shù)可以產(chǎn)生潛在價(jià)值，將采收率提高3%至4%。實(shí)際金額可能更高，也可能更低，這取決于轉(zhuǎn)型的成功程度、石油價(jià)格和其他變量。
圖1所示，工業(yè)4.0技術(shù)理念。
基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器在提高生產(chǎn)力的預(yù)測(cè)和自我學(xué)習(xí)系統(tǒng)中最為有效，使用人工智能(AI)來(lái)解決由于熟練勞動(dòng)力員工短缺而導(dǎo)致的生產(chǎn)差距也是如此同樣，物聯(lián)網(wǎng)傳感器可用于檢測(cè)每個(gè)環(huán)境中的變化并從該環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。它們是連接數(shù)字世界和物理世界的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的組成部分。根據(jù)對(duì)行業(yè)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，直到2030年，傳感器在這個(gè)市場(chǎng)的主要市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力將是現(xiàn)代化、翻新和升級(jí)的需求。
石油會(huì)計(jì)師協(xié)會(huì)理事會(huì)(COPAS)將機(jī)器人技術(shù)用于重復(fù)性和危險(xiǎn)任務(wù)的自動(dòng)化，例如使用空中無(wú)人機(jī)和水下機(jī)器進(jìn)行焊接、鉆井和危險(xiǎn)區(qū)域的勘探，在生產(chǎn)的大多數(shù)階段減少了受傷的幾率，同時(shí)提高了利潤(rùn)率，圖2.3總體而言，自動(dòng)化有望提高效率，并為投資者帶來(lái)利益自動(dòng)化帶來(lái)的其他與業(yè)務(wù)相關(guān)的好處包括降低勞動(dòng)力成本、更好的可擴(kuò)展性和改進(jìn)的時(shí)間管理，同時(shí)通過(guò)將機(jī)器應(yīng)用于人工類(lèi)型的手動(dòng)任務(wù)(如管道處理)，提高鉆井過(guò)程中的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全性。
圖2所示，帶攝像頭的無(wú)人機(jī)在煉油廠現(xiàn)場(chǎng)飛行。
當(dāng)上游活動(dòng)安排在偏遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)，無(wú)人機(jī)的自動(dòng)化可以幫助監(jiān)控檢查過(guò)程并收集壓力和流量的測(cè)量值一個(gè)有趣的例子包括監(jiān)控儀表讀數(shù);智能攝像頭可以不斷地進(jìn)行這些審查，并實(shí)時(shí)向所有必要的利益相關(guān)者發(fā)送警報(bào)。這些智能攝像頭可以幫助確保員工的健康和安全，如果有人越過(guò)邊界進(jìn)入未經(jīng)授權(quán)的區(qū)域，如果有人沒(méi)有戴頭盔，或者如果員工從事任何可能使他們或他們的同事處于危險(xiǎn)之中的危險(xiǎn)或非法活動(dòng)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。無(wú)人機(jī)還可以用于監(jiān)視、監(jiān)視和幾乎任何形式的檢查。
COPAS官員還稱(chēng)贊先進(jìn)的云解決方案激勵(lì)了更好的存儲(chǔ)和管理流程，用于收集信息，可以以更經(jīng)濟(jì)高效的方式進(jìn)行大量實(shí)時(shí)分析與勘探、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)的敏感材料更有可能在私有云平臺(tái)中保持機(jī)密。
同樣，今天的數(shù)據(jù)管理軟件包括高級(jí)分析服務(wù)，可以對(duì)收集到的信息產(chǎn)生更明智的觀點(diǎn)。例如，分析軟件可以通過(guò)評(píng)估油井的設(shè)計(jì)、鉆井和投產(chǎn)情況來(lái)優(yōu)化整個(gè)油田的產(chǎn)量根據(jù)COPAS，專(zhuān)家預(yù)測(cè)，這種數(shù)據(jù)管理方法將在未來(lái)10年內(nèi)顯著降低美國(guó)頁(yè)巖油田的運(yùn)營(yíng)成本。
通過(guò)越來(lái)越多地使用5G技術(shù)，這些過(guò)程得到了最有效的支持。這種連接使網(wǎng)絡(luò)能夠更好地裝備和設(shè)計(jì)，將人與機(jī)器和其他設(shè)備連接起來(lái)。這為上游部門(mén)提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括:
· 更快、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)上游操作之間更好的通信。這種能力還可以提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
· 改進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，支持更多的連接設(shè)備，允許公司在遠(yuǎn)程位置部署更多的傳感器和監(jiān)控設(shè)備。這可以改善對(duì)設(shè)備和流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)能夠更早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并在需要時(shí)更有效地進(jìn)行維護(hù)。
· 通過(guò)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控位于危險(xiǎn)地點(diǎn)的設(shè)備，提高了安全性。此外，先進(jìn)的分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流上，以識(shí)別潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)并提供早期預(yù)警。
· 由于更好的設(shè)備監(jiān)控，減少了維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。
· 改進(jìn)協(xié)作，使用高質(zhì)量的視頻會(huì)議和其他協(xié)作工具，使地理分散的團(tuán)隊(duì)能夠更有效地協(xié)同工作。這可以導(dǎo)致更好的決策和更有效的操作。
數(shù)字化創(chuàng)新也被用于煉油廠資源的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，其安全性和有效性更加突出。估計(jì)80%的植物損失是可以預(yù)防的。數(shù)字解決方案可以通過(guò)采用先進(jìn)的勞動(dòng)力支持安排、更具預(yù)測(cè)性的資源連接、分析以及創(chuàng)建虛擬、遠(yuǎn)程監(jiān)督的“數(shù)字孿生”精細(xì)化器來(lái)幫助捕獲這些損失，這些精細(xì)化器可以識(shí)別生產(chǎn)損失的根本原因，并賦予更安全的工作環(huán)境。
克服誤解和恐懼
盡管有證據(jù)表明先進(jìn)技術(shù)的好處，但石油和天然氣行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人士仍然不確定技術(shù)在這種環(huán)境中應(yīng)該發(fā)揮的廣泛作用。他們擔(dān)心的例子包括對(duì)工作中斷的恐懼——由于潛在的網(wǎng)絡(luò)安全黑客——以及完成向新技術(shù)的遷移所需的時(shí)間。由于盜竊或恐怖襲擊而導(dǎo)致石油或天然氣從管道泄漏的故障威脅是合理的，并且需要建立嚴(yán)格的實(shí)施和安全協(xié)議。然而，面向未來(lái)的數(shù)字管道解決方案將為客戶(hù)提供更安全、可靠和不間斷的服務(wù)，不僅用于監(jiān)控和維護(hù)，還用于入侵檢測(cè)和防御。（見(jiàn)圖3）
圖3所示，網(wǎng)絡(luò)安全和保護(hù)私人信息和數(shù)據(jù)的概念。
這些解決方案由五個(gè)關(guān)鍵部分組成:
1.主干傳輸，包括沿管道長(zhǎng)度運(yùn)行的光纖電纜。
2.遠(yuǎn)程站點(diǎn)供電一體化解決方案。
3.通信和物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備智能。
4.這是一個(gè)機(jī)器視覺(jué)安全監(jiān)控系統(tǒng)，配備了針對(duì)不同類(lèi)型問(wèn)題的智能攝像頭，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)告。
5.機(jī)器學(xué)習(xí)軟件，訓(xùn)練各種類(lèi)型的入侵和泄漏，也將能夠立即報(bào)告問(wèn)題。
總的來(lái)說(shuō)，這些元素滿(mǎn)足了管道的所有通信和生產(chǎn)要求，并為操作引入了智能，有助于削減成本并提高整體效率。
據(jù)報(bào)道，在全球各行業(yè)發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)攻擊事件總數(shù)中，石油和天然氣行業(yè)并不在最易受攻擊的前三名之列。根據(jù)一份涵蓋2022年事件的報(bào)告，金融服務(wù)、醫(yī)療保健和教育行業(yè)最有可能遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。能源/公用事業(yè)行業(yè)排在第四位，當(dāng)然是一個(gè)受歡迎的大宗商品，2021年最大的勒索軟件攻擊之一發(fā)生在Colonial pipeline上。
盡管如此，人們相信依靠先進(jìn)的技術(shù)是更安全的方法，因?yàn)榭梢岳妙~外的安全層，如加密算法，以確保只有授權(quán)人員才能訪問(wèn)文件、文件和系統(tǒng)控制。然而，這一概念的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是公司必須雇用和培訓(xùn)具有必要教育和背景的專(zhuān)業(yè)人員。
根據(jù)mojotech(一家專(zhuān)門(mén)從事數(shù)字化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的軟件開(kāi)發(fā)公司)的官員的說(shuō)法，如果組織內(nèi)部缺乏技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)于這個(gè)行業(yè)的人來(lái)說(shuō)將很難完成缺乏技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)還可能導(dǎo)致技術(shù)概念和挑戰(zhàn)的溝通不暢，同時(shí)推高成本。專(zhuān)家說(shuō)，不懂技術(shù)或不懂技術(shù)的利益相關(guān)者或主題專(zhuān)家可能會(huì)阻礙事實(shí)調(diào)查和更好地采用技術(shù)的批準(zhǔn)過(guò)程。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)未來(lái)的影響
盡管目前對(duì)先進(jìn)技術(shù)存在一些猶豫，但人們預(yù)計(jì)，在不久的將來(lái)，石油和天然氣行業(yè)將變得更加數(shù)字化。一份新的報(bào)告指出，人工智能將主導(dǎo)行業(yè)未來(lái)的技術(shù)議程未來(lái)數(shù)字化轉(zhuǎn)型專(zhuān)家Alaa Elshimy認(rèn)為，對(duì)技術(shù)使用的其他短期影響可能包括:
· 為人工舉升和機(jī)械系統(tǒng)尋找更多的決策支持、故障預(yù)測(cè)和診斷系統(tǒng)。
· 利用機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和配備邊緣計(jì)算的智能攝像頭進(jìn)行安全、管道檢查和一般檢查，實(shí)時(shí)生成情報(bào)并向團(tuán)隊(duì)或部門(mén)傳遞信息。
· 智能輔助和虛擬代理。
· 井、管道、設(shè)施、移動(dòng)無(wú)人機(jī)和機(jī)器視覺(jué)的智能檢測(cè)。
· 用于地震數(shù)據(jù)處理的圖像分析。
· 針對(duì)井和設(shè)施設(shè)備，使用ML進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，檢測(cè)系統(tǒng)故障，發(fā)出警報(bào)，并盡早發(fā)送通知，以便采取糾正措施。
· 數(shù)字孿生，為氣舉、電潛泵和管道流動(dòng)保證的生產(chǎn)優(yōu)化創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型和專(zhuān)家系統(tǒng)。
· 資產(chǎn)管理和跟蹤，利用智能連接實(shí)時(shí)管理和跟蹤整個(gè)油田和設(shè)施的資產(chǎn)。
從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，業(yè)內(nèi)人士還可以預(yù)測(cè):
· 機(jī)器人將在許多設(shè)施中完成大部分的檢查功能。
· 使用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛將與傳統(tǒng)的機(jī)電儀表相比，對(duì)流量、溫度、壓力等進(jìn)行虛擬計(jì)量。
· 機(jī)器將變得足夠智能，能夠自主做出決定，例如關(guān)閉或重新啟動(dòng)油井。
· 全自主鉆井計(jì)劃系統(tǒng)將變得更加標(biāo)準(zhǔn)化。
· 設(shè)施和井將相互通信。
· 自主、自導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和資產(chǎn)規(guī)劃將有助于促進(jìn)無(wú)人設(shè)施和海上平臺(tái)的發(fā)展。
· 自主鉆井系統(tǒng)將提高精度、井位和姿態(tài)，特別是在致密儲(chǔ)層中。這就需要在鉆井井底鉆具組合中進(jìn)行邊緣計(jì)算。
· 使用基于人工智能的代理模型和高級(jí)分析，更高保真度的油藏模型和模擬器將減少不確定性。
董事會(huì)和管理層需要作出承諾，以平衡短期、中期和長(zhǎng)期計(jì)劃和投資。現(xiàn)在是組織任命專(zhuān)門(mén)的首席數(shù)字官的時(shí)候了，他們被授權(quán)貫徹執(zhí)行技術(shù)變革。專(zhuān)門(mén)的預(yù)算對(duì)于研究和開(kāi)發(fā)以及利用轉(zhuǎn)型也是必不可少的。
油氣行業(yè)的復(fù)雜性、運(yùn)營(yíng)規(guī)模和高生產(chǎn)成本可能會(huì)導(dǎo)致一些公司忽視采用一些已經(jīng)或即將可用的新工具所帶來(lái)的好處。那些進(jìn)行了轉(zhuǎn)型的公司有望實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)提供的更高效率，以及對(duì)員工的健康和安全以及環(huán)境的好處。通過(guò)實(shí)施深思熟慮的策略，該行業(yè)可以更快、更有效地實(shí)現(xiàn)所需的遷移。
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