數(shù)據(jù)是世界經(jīng)濟(jì)論壇創(chuàng)始人兼執(zhí)行主席克勞斯·施瓦布所說的第四次工業(yè)革命的支柱。這場(chǎng)21世紀(jì)的革命是一場(chǎng)連接、高級(jí)分析、自動(dòng)化和制造技術(shù)的革命。
雖然這場(chǎng)高科技革命的道路在很久以前就開始了，當(dāng)時(shí)使用水和蒸汽為機(jī)械化生產(chǎn)提供動(dòng)力，但正是電力為大規(guī)模生產(chǎn)提供動(dòng)力的能力將我們從第一次工業(yè)革命帶到了第二次工業(yè)革命。
自動(dòng)化生產(chǎn)所必需的電子和信息系統(tǒng)引領(lǐng)了第三次革命。這些數(shù)據(jù)以及我們從這些看似隨機(jī)和不同的數(shù)字和字母模式中破譯和提取價(jià)值的能力，以創(chuàng)建可操作的情報(bào)，正在迅速改變商業(yè)運(yùn)作的方式。
數(shù)據(jù)無處不在，無處不在。但從時(shí)間的大尺度來看，數(shù)據(jù)的收集、分析和應(yīng)用相對(duì)較年輕。
如Billy Bean和美國(guó)職業(yè)棒球大聯(lián)盟奧克蘭運(yùn)動(dòng)家隊(duì)在21世紀(jì)初就展示了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策的重要性，他們利用數(shù)據(jù)分析的力量，從最后一名競(jìng)爭(zhēng)者到爭(zhēng)奪冠軍，這就是著名的《點(diǎn)球成金》。
大約20年后，數(shù)據(jù)和數(shù)字化的力量繼續(xù)發(fā)展，例如，卡塔爾盧塞爾體育場(chǎng)的明亮燈光照亮了國(guó)際足聯(lián)世界杯的最后一場(chǎng)足球比賽;艾爾·里赫拉的每一個(gè)動(dòng)作都被捕捉、儲(chǔ)存和分析。
但是阿爾·里赫拉不是一個(gè)運(yùn)動(dòng)員,這是阿迪達(dá)斯創(chuàng)造的足球，在整個(gè)錦標(biāo)賽期間舉行的60多場(chǎng)比賽中，每場(chǎng)比賽都使用了內(nèi)置傳感器實(shí)時(shí)球跟蹤功能。足球場(chǎng)周圍的高速攝像機(jī)和天線提供了額外的支持，將數(shù)據(jù)輸入國(guó)際足聯(lián)增強(qiáng)的足球情報(bào)服務(wù)。
在比賽中收集的數(shù)據(jù)根據(jù)各種指標(biāo)進(jìn)行分析，如控球時(shí)間、線斷、對(duì)球的壓力和被迫失誤，然后與球隊(duì)分享，目的是提高比賽和球員的水平。
贏得這場(chǎng)“漂亮的比賽”并不像看起來那么簡(jiǎn)單，要想在90分鐘內(nèi)盡可能多地把球踢進(jìn)對(duì)方的球門，還需要更多的時(shí)間。這些數(shù)據(jù)讓我們得以深入了解成功或失敗的過程。
在紙上解釋石油和天然氣的生產(chǎn)也很簡(jiǎn)單：在地下鉆一個(gè)洞，將流向地面的石油輸送到管道中，然后在價(jià)格合適的時(shí)候，為將資源輸送到市場(chǎng)上所付出的努力獲得報(bào)酬。
實(shí)際情況遠(yuǎn)比這復(fù)雜，數(shù)據(jù)在提高產(chǎn)量等方面發(fā)揮著重要作用。
數(shù)據(jù)推動(dòng)了席卷美國(guó)油氣行業(yè)的頁(yè)巖風(fēng)暴。Patterson-UTI鉆井公司鉆井性能副總裁大衛(wèi)·米爾維認(rèn)為，鉆井?dāng)?shù)據(jù)有助于實(shí)現(xiàn)水平段進(jìn)尺的年度增長(zhǎng)。
“2014年，在新墨西哥州的Delaware盆地，一臺(tái)鉆機(jī)平均可以為作業(yè)者提供43,000~ 45,000英尺進(jìn)尺。2016年，該鉆井平臺(tái)的橫向鉆井面積為63,000英尺/年?；旧显趦赡陜?nèi)增長(zhǎng)了50%，”在市場(chǎng)崩盤之前的2019年，該鉆井平臺(tái)的橫向鉆井深度為9.3萬~ 9.5萬英尺。
“當(dāng)我們查看2021年底的數(shù)字時(shí)，該鉆機(jī)在2021年提供了大約150,000橫向英尺。從2014年的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)時(shí)美國(guó)在43,000英尺的水平方向上運(yùn)行了1,800臺(tái)鉆機(jī)，而今天我們的鉆機(jī)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了700多臺(tái)，幾乎是當(dāng)時(shí)的四倍?？梢哉f，與2014年相比，我們今天的鉆機(jī)數(shù)量約為2800臺(tái)。”
米爾維說，通過訪問這些數(shù)據(jù)，公司可以確定哪些方面存在限制或效率低下，阻礙了最佳表現(xiàn)。
“然后，我們能夠回到我們的客戶身邊，與他們合作，不斷推動(dòng)改進(jìn)，”他說:“訪問數(shù)據(jù)，并確保我們看到的是正確的信息，有助于確定正確的攻擊目標(biāo)，然后衡量結(jié)果并重復(fù)這一過程。這是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的循環(huán)，永遠(yuǎn)不會(huì)停止。”
挑戰(zhàn)持續(xù)存在，對(duì)手和組件疲憊不堪，勝利屬于比對(duì)方更持久或在市場(chǎng)上獲得最高價(jià)格的團(tuán)隊(duì)。
之前的每一次工業(yè)革命都是由石油和天然氣取代煤炭作為發(fā)電的主要燃料來源而實(shí)現(xiàn)的。將北美的棒球、世界杯足球賽以及石油和天然氣行業(yè)聯(lián)系在一起的一個(gè)共同點(diǎn)是，它們各自捕獲和存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)。
油氣行業(yè)在各個(gè)領(lǐng)域都采取了一些重大措施，其中一些措施是由超級(jí)巨頭采取的，并且更為人所知，但無論公司規(guī)模大小，油氣行業(yè)在數(shù)據(jù)方面的進(jìn)步都有空間。
小運(yùn)營(yíng)商簡(jiǎn)化復(fù)雜
把勘探開發(fā)公司想象成一支職業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)，它的隊(duì)員就是油井。從準(zhǔn)備鉆完井的新手，到生產(chǎn)中的活躍參與者，再到第二輪或第三輪人工舉升的經(jīng)驗(yàn)豐富的老手，每口井都有大量的數(shù)據(jù)，需要一個(gè)家和一個(gè)計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)回報(bào)。
如何利用來自全球油氣田的海量數(shù)據(jù)，是油氣行業(yè)正在應(yīng)對(duì)的重大挑戰(zhàn)。
即使對(duì)最大的運(yùn)營(yíng)商來說，這也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程，它也代表著公司經(jīng)營(yíng)方式的根本變化，Datagration董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官彼得·伯納德表示，如果一家公司想要發(fā)展，這是必要的。
PetroVisor是Datagration的專利軟件，可以從多個(gè)來源復(fù)制數(shù)據(jù)，并將其整合到一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型下，幫助公司做出經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)決策。PetroVisor公司表示，用戶在組織數(shù)據(jù)上花費(fèi)的時(shí)間減少了70%。
伯納德說:“這大大縮短了整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間，提高了資本和運(yùn)營(yíng)效率，提高了單位成本的產(chǎn)量。”“公司必須靈活，能夠用最少的資源來創(chuàng)造卓越的財(cái)務(wù)業(yè)績(jī)。數(shù)字化是關(guān)鍵。”
德克薩斯州的兩家私營(yíng)運(yùn)營(yíng)商——steward Energy和Texas American Resources公司——目前正在將PetroVisor應(yīng)用到他們的運(yùn)營(yíng)中，并在整個(gè)過程中取得了早期的成功。
Steward Energy是一家獨(dú)立的勘探開發(fā)公司，在德克薩斯州和新墨西哥州的二疊紀(jì)盆地?fù)碛谐^7萬英畝的土地，尤其專注于西北大陸架的常規(guī)油田。
該公司于2022年1月開始與Datagration合作實(shí)施。Steward Energy目前擁有199口生產(chǎn)水平井、1口生產(chǎn)直井和20口鹽水處理井。
Steward Energy的首席開發(fā)官斯科特·斯特德曼表示，該公司的領(lǐng)導(dǎo)人意識(shí)到它非常擅長(zhǎng)收集數(shù)據(jù)，但在分析數(shù)據(jù)以使公司受益方面還有改進(jìn)的空間。
“我們?cè)趶耐昃當(dāng)?shù)據(jù)中得出結(jié)論方面做了一些努力，但這些努力都是基本的，沒有產(chǎn)生任何結(jié)果。關(guān)于人工舉升，電潛泵轉(zhuǎn)換為桿式泵的時(shí)間對(duì)我們來說至關(guān)重要，因?yàn)檫@將大幅降低費(fèi)用，并降低未來拉動(dòng)的成本。迄今為止，這是由工程監(jiān)督?jīng)Q定的，”斯特德曼說，并補(bǔ)充說，他們正在與Datagration合作，使這一過程自動(dòng)化。
“我們還將完成一個(gè)公司績(jī)效儀表盤，在一個(gè)地方顯示公司層面的生產(chǎn)費(fèi)用等。在使用不同的方法之前，這項(xiàng)工作沒有完成，我們只是不得不在數(shù)據(jù)集之間來回切換，”他說。
據(jù)伯納德稱，該公司正在完成PetroVisor的實(shí)施，但他們已經(jīng)在特別項(xiàng)目上取得了早期成功。
“該平臺(tái)使用了我們自己無法復(fù)制的技術(shù)，非常有幫助。值得注意的是，我們必須向我們的第三方中游合作伙伴提供天然氣預(yù)測(cè)估計(jì)，以獲得大型天然氣廠擴(kuò)建的批準(zhǔn)。”
“PetroVisor能夠收集我們所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建特定區(qū)域的天然氣預(yù)測(cè)。這比以前使用估計(jì)的油氣比和油型曲線體積進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法要精確得多。由于我們是一個(gè)溶解氣驅(qū)油藏解決方案，因?yàn)椴煌愋偷木?補(bǔ)償井或非補(bǔ)償井)以非常不同的速度生產(chǎn)天然氣，天然氣預(yù)測(cè)可能非常困難。”
總部位于德克薩斯州奧斯汀的獨(dú)立E&P公司德克薩斯美國(guó)資源公司在Eagle Ford Shale和Austin Chalk產(chǎn)區(qū)擁有大片土地，在Atascosa、Frio和La Salle縣擁有219口油井和1口氣井。
該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官大衛(wèi)·霍尼卡特表示，PetroVisor的實(shí)施將于2023年第一季度完成。推出之際，德州美國(guó)公司也一直在升級(jí)其生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施和電氣化的業(yè)務(wù)。
霍尼卡特表示:“PetroVisor將在ESG方面為我們提供真正的幫助，切實(shí)展示我們大規(guī)模電氣化項(xiàng)目的前后效益。”“環(huán)境足跡將會(huì)更好，功能也會(huì)更好。”
霍尼卡特表示，該公司使用多個(gè)軟件包，團(tuán)隊(duì)在他們的學(xué)科平臺(tái)上進(jìn)行工作。有了PetroVisor，將不再有豎井。
“所有的數(shù)據(jù)都將被收集起來，我們將能夠從中得出結(jié)論。以前，在我們看到工作產(chǎn)品之前，我們依賴于該領(lǐng)域的人員來完成他們的工作?，F(xiàn)在，我們可以從這些其他平臺(tái)的數(shù)據(jù)中挑選一個(gè)集成的工作流。您可以看到生產(chǎn)的整體性能，并可以實(shí)時(shí)運(yùn)行診斷，以減少運(yùn)營(yíng)中的停機(jī)時(shí)間。”
數(shù)字孿生提供內(nèi)部視圖
數(shù)據(jù)分析可以幫助勘探開發(fā)公司更好地了解其所追求的儲(chǔ)層，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化。數(shù)據(jù)也是監(jiān)測(cè)設(shè)施和設(shè)備性能的關(guān)鍵，可以標(biāo)記可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的異常情況。
Hess Corp.是最早使用數(shù)據(jù)分析來加強(qiáng)其勘探開發(fā)工作的公司。根據(jù)2017年的一份報(bào)告，從2014年到2016年，該公司通過使用專有算法、預(yù)測(cè)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化，顯著優(yōu)化了巴肯頁(yè)巖的鉆井計(jì)劃，提高了運(yùn)營(yíng)效率，并將現(xiàn)金運(yùn)營(yíng)成本降低了32%。
Hess應(yīng)用數(shù)據(jù)分析高級(jí)顧問德萊奧尼斯·佩爾圖索表示，該公司致力于使用數(shù)字技術(shù)來增強(qiáng)和改善其開展業(yè)務(wù)的方式。他認(rèn)為，使用數(shù)字孿生(一種精確反映物理對(duì)象的虛擬模型)是公司在數(shù)字化之旅中走向未來狀態(tài)的關(guān)鍵推動(dòng)因素。
Hess的工藝工程顧問保羅·克萊爾和來自康士伯?dāng)?shù)字的團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了該公司位于墨西哥灣的Stampede設(shè)施的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生，并作為試點(diǎn)項(xiàng)目的一部分實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵海上設(shè)備的工藝設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
Stampede設(shè)施位于墨西哥灣，位于路易斯安那州Fourchon以南115英里處，總上部處理能力為8萬桶/天，注水能力為10萬桶/天。
圖2 Stampede狀態(tài)監(jiān)控架構(gòu)圖
他說:“我們認(rèn)為，從高水平上講，我們?cè)诒O(jiān)控、運(yùn)營(yíng)和優(yōu)化運(yùn)營(yíng)方面有很大的潛力。”“我們選擇資產(chǎn)進(jìn)行試點(diǎn)的方式是雙向的。我們與愿意與我們合作的團(tuán)隊(duì)合作。保羅和團(tuán)隊(duì)對(duì)這個(gè)項(xiàng)目持開放態(tài)度，因?yàn)樗麄冎罃?shù)字孿生能為他們做什么。”
佩爾圖索等人在2022年SPE年度技術(shù)會(huì)議和展覽會(huì)上的演講中指出，現(xiàn)有的兩個(gè)Stampede多用途動(dòng)態(tài)仿真模型被重新用作實(shí)時(shí)性能監(jiān)控模型。
“這些模型用于操作員培訓(xùn)，并與真實(shí)的控制室系統(tǒng)相連，”克萊爾解釋道。“我們非常有信心，這些動(dòng)態(tài)模擬很好地代表了我們現(xiàn)在得到的實(shí)際計(jì)劃。這個(gè)數(shù)字雙胞胎的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。它從現(xiàn)場(chǎng)接收數(shù)據(jù)，并不斷更新模型以反映實(shí)時(shí)情況。”
克萊爾補(bǔ)充說：“數(shù)字孿生的美妙之處在于它可以作為一個(gè)基準(zhǔn)。
如果你正在觀察你的設(shè)施中的壓力和溫度速率，可能會(huì)質(zhì)疑它們是否好？數(shù)字雙孿生提供了一個(gè)基準(zhǔn)，可以看到它的樣子，如果在現(xiàn)實(shí)生活中，你看不到這些東西，可能有一個(gè)問題需要檢查。”
克萊爾將狀態(tài)監(jiān)控描述為一個(gè)具有預(yù)防性和反應(yīng)性維護(hù)需求的持續(xù)過程。
“如果有東西壞了，我們就修理它。例如，通過預(yù)防性維護(hù)，如果我每12個(gè)月更換一次過濾器，那么從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，我會(huì)減少故障，”克萊爾說：“我們希望實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，所有來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)讓我們了解設(shè)備的健康狀況。我們?cè)噲D做的是在故障變得太糟糕之前預(yù)測(cè)故障，所以我們發(fā)現(xiàn)的是小的維護(hù)需求，而不是完全更換一件設(shè)備。”
克萊爾說:“現(xiàn)在所做的一切都來自外部。我們正在檢查潤(rùn)滑油液位，檢查溫度，檢查震動(dòng)。數(shù)字雙胞胎使我們能夠看到流程內(nèi)部，并從流程的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)查看泵或壓縮機(jī)是如何運(yùn)行的。”
該試點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)安裝在Stampede設(shè)施上的增壓氣體壓縮機(jī)(BGC)實(shí)施了數(shù)據(jù)分析方法。佩爾圖索表示，他們利用該設(shè)施兩年的歷史數(shù)據(jù)來估計(jì)剩余使用壽命，并檢測(cè)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的異常操作條件，最終需要更換或?qū)е玛P(guān)閉。
該團(tuán)隊(duì)通過回到過去，使數(shù)字孿生能夠在已知的計(jì)劃外故障發(fā)生前幾個(gè)月開始消耗過程傳感器數(shù)據(jù)來測(cè)試動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生。然后，他們?cè)u(píng)估了他們可以在多早的時(shí)候通過數(shù)字孿生發(fā)現(xiàn)故障跡象，并評(píng)估了是否可以采取一些措施來避免這些問題。
佩爾圖索表示，該小組能夠在維修人員在排放冷卻器上檢測(cè)到缺陷之前大約6天檢測(cè)到BGC的異常操作條件，并補(bǔ)充說，“如果我們能夠檢測(cè)到BGC何時(shí)在異常操作條件下運(yùn)行，并防止早期更換昂貴的設(shè)備，就有可能避免對(duì)氣體壓縮系統(tǒng)的損壞。”
該項(xiàng)目的目標(biāo)是將實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)性維護(hù)和可靠性工作擴(kuò)展到整個(gè)公司。
“數(shù)字孿生對(duì)我們來說是一次旅程。我們?cè)噲D建立一個(gè)參與系統(tǒng)，為我們的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)提供更好的工具，更好地了解情況，并做出更好的決策。“這需要時(shí)間，其他資產(chǎn)會(huì)在這個(gè)過程中學(xué)習(xí)，然后開始犯自己的錯(cuò)誤，而不是重復(fù)我們犯過的錯(cuò)誤。”
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