西南油气田勘探开发协同研究模式探索与实践.pdf

5 6 西南油气田勘探开发协同研究模式探索与实践张恩莉康强（中国石油西南油气田公司勘探开发研究院）摘要：西南油气田矿区内油气资源丰富，随着油气勘探开发的深入，更多高山等复杂地表环境的油气资源被发现，传统的勘探开发业务形态已经不能满足其高强度和深合作的要求。结合西南油气田的业务现状、协同痛点、科研需求，明确勘探开发科研协同新型业务模式要以“提质增效”为核心，以物理油气资产（气藏井筒地面）为对象，建立标准化研究流程，探索智能化辅助研究，支撑多学科多专业联合攻关。通过 3 年技术攻关与实践，在梦想云和区域湖的基础上，搭建勘探开发协同研究平台，为科研人员提供了一套一体化协同共享的研究工作环境、盆地级一体化的研究模型、全业务链智能化的研究流程，促使勘探开发研究实现油气藏研究数据、软件、成果之间有效共享与协同工作，全面支撑油气田勘探开发业务，提升科研工作质量和效率。目前应用于区带目标评价取得成效，推动了西南油气田业务模式的发展，助力中国石油集团数字化转型。关键词：数字化转型；勘探开发；协同研究；协同工作流；研究模型中图分类号：TE319；TP319；F426.22文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-302x.2023.03.007Study and Application of Collaborative Research Model for Exploration and Development of Southwest Oil and Gas FieldZhang Enli,Kang Qiang(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company,Chengdu 610041,China)Abstract:The mineral area of Southwest Oil and Gas Field is rich in oil and gas resources.With oil and gas exploration and development unfolded extensively,more and more oil and gas resources were found in the environment with the complicated surface like high mountains.The traditional conditions of exploration and development business were unable to satisfy the demand for high-intensity and in-depth cooperation.Based on the current business conditions bottlenecks of collaboration and technological research demand of Southwest Oil and Gas Field,this article clarifies that the new-type business model for exploration and development research collaboration should be focused on“improvement of quality and efficiency”and targeted at the physical oil and gas assets(gas reservoir-wellbore-surface)to establish the standardized research process,pursue the intelligent auxiliary research and support cross-disciplinary joint research.With the three-year efforts for technological research and application,the collaborative research platform for exploration and development was established on the basis of Dream Cloud and regional lakes.It provides the researchers with a set of the integrated collaborative and sharing research work environment,the integrated research model at the level of basins and the full business chain intelligent research process to help exploration 基金项目：中国石油西南油气田公司项目“西南油气田分公司勘探开发协同研究平台建设工程”（编号：西油勘研课勘综2023-4 号）。第一作者简介：张恩莉，1980 年生，2005 年本科毕业于成都理工大学信息工程专业，高级工程师，现主要从事信息化规划和建设工作。E-mail：收稿日期：2023-06-022023年第 42卷第3期石 油科技论坛2023 年第 3 期5 7中国石油西南油气田公司肩负着四川盆地油气勘探开发、天然气输配、储气库及川渝地区天然气销售和终端业务服务的责任，具有天然气上、中、下游一体化完整业务链的鲜明特色，是中国西南地区最大的天然气生产供应企业，拥有国内首个百亿立方米气区和首个以生产天然气为主的千万吨级大油气田1。随着油气勘探开发不断深入，油气新资源发现越来越多地集中在高山等复杂地表条件地区，勘探对象隐蔽，地下地质条件复杂，同时，资源品位下降，低渗透超低渗透储层占比高，资源发现成本及勘探开发难度加大。已开发油气藏整体处于高含水、高采出程度的“双高”阶段，单井产量低，后续开发面临诸多技术瓶颈2-4。西南油气田已发现致密油气、页岩油气、煤层气、天然气水合物等非常规油气资源，尚处于局部领域探索阶段，大规模商业开采有待技术与管理等水平的提升5-7。西南油气田近年积极开展勘探开发研究业务转型升级系统研究，构建了高效协同研究模式，强化科技成果与知识共享，有效催生了新技术、新成果与新发现，为企业高质量效益发展提供有力支撑。1勘探开发研究业务现状与问题在油气勘探开发科研过程中，研究人员需要利用大量计算资源、专业软件和油气藏相关数据进行综合研究与分析，多专业协同，以全面准确掌握油气藏勘探开发现状，指导油气藏勘探、开发及生产。中国石油西南油气田公司勘探开发业务总体上划分为勘探规划、区带目标评价、储量计算、开发（调整）方案、开发井部署、动态跟踪 6 个阶段（图 1）。各项业务之间具有不可分割的关联关系，每一个研究阶段形成的成果与认识都是后续研究活动开展的基础，研究成果与认识不断迭代与提高。在缺乏信息化手段的勘探开发传统研究模式下，没有正规的管理流程，数据质量无法保障，数据确认与加载需花费大量人工，同时研究数据存储分散，尤其是在综合地质研究中，需要多学科、多专业、跨部门收集，数据完整性、准确性和可靠性难以保障。由于整个研究流程需不同专业软件协同，软件间的数据流转需处理和改造数据格式，且不同研究人员、不同时期、同一类成果会形成多个版本，为成果应用与共享增加了质量控制和甄别负担。另外，由于各单位及部门使用的应用软件运行环境不同，应用软件和科研成果共享困难。2新型协同研究模式的业务形态与应用场景西南油气田勘探开发研究新型业务模式为协同研究，即以提质增效为核心，以物理油气资产（气藏井筒地面）为对象，建立标准化研究流程，探索智能化辅助研究，支撑多学科多专业联合攻关，为油田实现增储上产、高效开发提供决策支撑（图 2）。2.1新型勘探开发研究的业务形态设计油气勘探开发科研业务智力密集，协同科研环境具有智能化、自动化特征。西南油气田现有的勘探开发信息化成果已具备建设协同研究应用系统的基础6-9，但在整体勘探、评价、开发、储量、规and development research bring about effective sharing and coordination of oil and gas reservoir data,software and research achievements,fully support exploration and development business of oil and gas fields,and improve research work quality and efficiency.Currently,the achievements were made in application of the platform for evaluation of the zone and belt targets,thus promoting development of the business model of Southwest Oil and Gas Field and helping CNPC with digital transformation.Key words:digital transformation,exploration and development,collaborative research,collaborative work process,research model张恩莉等：西南油气田勘探开发协同研究模式探索与实践5 8 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT目标：增储稳产挑战：新区勘探突破，老区精益开发目标：单井上产挑战：以单井产能为核心的工程设计与储层改造目标：效益建产挑战：高质量地面集输系统建设与运行保障地面井地下油气物理资产价值目标与挑战协同研究模式开发方案产量预测构造分析描述属性分析描述储层评价数值模拟井位设计钻井工程生产工程经济评价地球物理地质分析油藏工程生产勘探开发评价地层对比及成图地震资料解释风险评估经济评价投资优化图 2勘探开发协同研究模式划等综合研究方面，支撑能力还有不足，主要是在协同研究环境、流程自动化和智能创新应用等方面，仍处于研究试验阶段。研究分析国内外相关实践案例10-11，针对西南油气田现状、目标与业务需求12-13，基于中国石油上游业务数字化转型规划和勘探开发梦想云总体架构13-16，借鉴国际著名 TOGAF（The Open Group Architecture Framework）企业架构开发方法，提出了新型勘探开发协同研究环境设计及建设方案（图 3）。首先，将协同研究环境定义为具有“可视化与交互、智能工作流、大数据与人工智能、基于全局的优化决策、在线的协同生产环境、知识积累与检索系统”六大通用能力，可装配、可定制的协同工作环境。其次，构建支撑“地质与地球物理、工程技术、油气生产”三大领域科学研究与生产的数据基础环境。再次，构建安全、稳健、可靠、开放、储量核算动态跟踪区带目标评价储量计算开发（调整）方案开发井部署构造研究井位论证圈闭库井位设计随钻研究钻后总结井位库资料整理储量参数区块特征研究构造特征地层储层特征气藏特征储量计算储量审查预可研可研钻前井位优化放弃随钻调整构造调整储层调整储量调整流体调整方案调整实施后总结构造储层储量流体方案对比开发（开发）方案可动用储量开发方式、层系、井网地质建模及数值模拟构造沉积储层流体气藏工程设计采收率确定钻井工程设计采气工程设计地面工程设计储量变化及数据录入储量变化跟踪更新数据录入地质研究油藏研究动态分析开发指标分析与预测年度配产调整井方案开发现状与特征分析上市储量评价气藏动态特征剩余可采储量趋势预测SEC储量计算评估开发井位储量复算构造特征地层储层特征储量参数储量计算复算前后对比剩余经济可采储量参数储量计算复算前后对比剩余经济可采储量库开发方案库地震处理 构造解释速度建模 构造成图规划库勘探规划资料整理勘探潜力分析科技发展规划勘探成果统计勘探工作量年度勘探成果储量分布情况圈闭钻探情况勘探程度分析年度勘探部署构造特征地层储层特征地层沉积地层对比单井相连井相平面相储层研究微观特征 井震响应储层预测 烃类检测综合评价烃源研究 盖层研究运聚成藏 目标优选方案审查图 1勘探开发全生命周期研究业务流程2023 年第 3 期5 9共享的云平台环境，支撑组件化、服务化和云化的专业应用软件、统计分析、算法工具、项目管理、流程引擎等的共享应用，平台运行由云化的系统硬件和网络环境提供算力支撑。打造一个勘探开发协同研究平台的总体目标是构建由基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、数据即服务（DaaS）和软件即服务（SaaS）4 层架构协同运行的应用服务生态，实现支持综合研究、辅助决策、优化管理和支撑创新四大目标。通过协同研究环境六大通用能力，可快速装配具有可视化、智能化、协同化、自动化能力的工作流，以满足复杂业务环境的综合研究与决策场景的构建需求。2.2勘探开发研究新模式的场景设计为落实四川盆地勘探开发精细化研究，助力实现增储上产目标，新模式应用场景设计应具备如下支撑条件。（1）完善健全的研究数据环境。充分利用已建的天然气产业链区域数据湖，开展天然气勘探、开发、工程等专业数据治理与完善，全面整合勘探开发数据资产，实现勘探开发数据的统一管理、全面共享和深化应用。（2）多学科一体化的协同研究环境。勘探开发研究业务涉及学科、专业繁多，需要围绕盆地、构造带等地质单元开展油气资源评价，形成一体化数字盆地研究环境；形成数字油气田和数字油气藏研究环境，支撑面向目标的勘探与开发、地质与工程、地下与地上一体化协同研究。一方面，满足软/硬件、数据、知识与成果等资源的共享需求；另一方面，促进油气田的精准勘探、高效开发和精益生产。（3）科学实用的一体化协同管理环境。围绕勘探开发方案设计、方案智能推荐、经济效益评价与优化等典型智能应用场景，引入智能工作流技术，打破勘探与开发、地质与工程、地下与地上等一体化协同研究之间的障碍，全面提升一体化业务协同管理和智能决策支撑能力。应用生态云计算生态平台生态数据生态知识积累与检索系统基于全局的优化决策工程领域研究生产地质与地球物理研究生产生产领域研究生产在线的协同生产环境IaaSPaaSDaaSSaaS硬件/网络环境软件应用环境数据基础环境协同工作环境智能工作流可视化与交互大数据与人工智能图 3新型勘探开发协同研究环境设计及建设方案张恩莉等：西南油气田勘探开发协同研究模式探索与实践6 0 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT3勘探开发协同研究平台总体设计与实现基于勘探开发梦想云数据湖和云平台17-18建设成果，协同研究平台支持基于数字盆地多尺度模型（即盆地、区域、油藏、井筒、地面等勘探静态与开发动态模型）的协同研究场景建设，可开展沉积微相智能识别、气藏人工智能模拟，支撑协同应用场景建设，如：区带目标评价、开发（调整）方案制定、矿权储量研究、储气库建设、基础理论与关键技术创新等。同时，开展项目任务管理、文档模板管理、知识管理、成果管理与协同办公管理等，形成研究与管理一体化的工作环境（图 5）。通过基础设施资源云化、区域数据湖数据集成、专业应用云化集成、运行管理 4 个层面的服务建设和一体化模型、一体化流程两方面的协同建设，以及面向应用场景的定制化开发建设，支撑勘探开发综合研究、辅助勘探开发研究决策、优化科研生产管理和科研模式创新四大目标 实现。3.1基础设施资源云化服务（IaaS）为满足油田各种业务、管理、决策辅助和专业分析系统的数据服务需求，协同研究平台必须具有大容量的数据存储能力、较高的数据加工处理与服务能力、可靠的数据存储安全保障条件。因此，以油田基础设施资源为主，考虑昌平中心资源及西南区域湖的资源，或以租赁的方式，确保硬件资源条件。3.2区域数据湖数据集成服务（Data Lake+DaaS）通过设计协同研究数据库来管理基础数据及研究成果，实现数据统一管理，同时设计数据集成共管理决策研究人原支持服务在线统计分析在线分配任务在线成果/进展查看在线论证在线成果汇交研究流程定制在线数据/资料获取在线研究/协作大数据/人工智能应用开发任务模板与流程优化数据管理/优化软/硬件管理/优化图 4勘探开发协同研究新模式场景设计（4）所需即所得的大数据、人工智能辅助研究和智能创新环境。引进人工智能、大数据等技术辅助研究人员开展数据分析、数据挖掘、数据建模和知识发现，将油气知识体系、专家经验等与机器学习、深度学习等智能算法深度融合，全面提升科研形态和智能创新水平。基于上述分析，提出面向支持服务、研究人员工作、管理决策三大业务领域的核心通用场景设计（图 4），具体业务应用场景可基于此三类场景进行细化和扩展。2023 年第 3 期6 1享系统，将协同研究数据库、专业应用软件数据、统建自建系统数据、西南区域湖集成并形成有机整体，便于研究人员获取各种软件、区域湖和协同研究数据库中的数据，解决了数据分散、缺乏统一建设标准、数据时效性与完整性无法保证等问题。3.3专业应用云化集成服务（PaaS+SaaS）基于成熟云平台发布专业应用软件，并在丰富的数据资源基础上开发一系列智能创新应用，以补充专业软件应用。随着智能创新应用不断发展，将逐步替代部分专业软件功能，实现研究应用智能化及微服务化19-20。通过可视化交互界面，提供基于岗位的数据应用及研究应用，包括专业软件、模型工具、项目研究等，有效支撑油气藏综合研究与在线分析21-23。3.4运行管理服务（MaaS）管理运行是协同研究平台的支撑系统，包括研究任务管理、流程引擎、成果管理、知识库、协同办公及项目模板，实现研究过程规范、透明、协同、高效。作为平台的应用系统部分，按主题业务定制研究环境，按照勘探开发各业务环节，针对每一项目的研究内容、工作流程、专业软件及研究成果，梳理业务岗位及从事岗位研究涉及的各类数据集，建立岗位、业务和数据之间的关系，实现研究成果跨岗位传递、继承与共享。3.5一体化模型通过一体化模型，将各专业软件里的片段认识集成整合，形成对物理研究对象在数字空间的整体表征，并随着研究认识不断深入及时更新。基于模型开展研究分析，实现多学科协同办公。模型建设根据现实条件可分为勘探静态研究模型和开发动态研究模型，随着模型不断发展，实现盆地、区带、油藏、井筒到地面的一体化，形成数字 盆地。3.6一体化流程一体化流程是构成协同研究场景的基础单元，针对研究对象、任务节点、应用软件、数据输入、成果输出等形成工作流程。研究人员可研究业务应用梦想云平台平台服务容器平台微服务框架软件开发流水线中间件上游业务中台基础设施计算平台信息采集与监控现场动态数据区域湖数据主湖数据油田物联网、工控网系统存储网络协同研究协同研究通用应用创新应用功能专业软件、创新应用集成共享管理运行项目任务管理研究流程引擎项目文档模板研究成果管理知识管理协同办公研究专业应用盆地区域油藏油藏井筒地面ResformSeisWorks石文PetrelProsperEclipseCEDI协同研究场景区带目标评价矿权储量开发（调整）方案基础理论和关键技术储气库人工智能气藏模拟一体化模型全局优化拟合沉积微相智能识别井震一体化协同成图数字盆地勘探静态研究模型开发动态研究模型勘探部署区带圈闭研究评价井部署气藏评价储量核算风险探井部署开发井部署生产动态分析储气库运行优化开发（调整）方案图 5勘探开发协同研究平台总体设计张恩莉等：西南油气田勘探开发协同研究模式探索与实践6 2 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT地质工程师物探工程师决策人员项目经理测井工程师2.地层沉积研究2.1 层序地层2.2 地层对比2.3 4.地层沉积研究4.2 测井解释4.3 研究任务创建任务分配研究流程定义；各节点软件工具、数据、研究模型选择井分层研究模型测井曲线单井区带二维测线岩性时深关系三维工区 层位断层地震体研究流程定义与编辑软件工具石文GeoEastOpenworksPetrel成果审核、决策与提交关键井综合柱状图层序剖面井分层层序识别标志综合柱状图连井层序剖面典型地震剖面111项目经理成果审核疑难问题通过交流社区，集中讨论决策成果提交、保存，同步更新层序地层地层对比沉积相沉积模式勘探概况地震处理构造解释速度建模构造演化变速成图构造研究储集空间测井评价地震响应储层预测储层展布储层特征研究烃源条件成藏分析地层沉积研究保存条件运聚分析成藏匹配资源量风险分析综合评价区带目标评价协同场景目标综合评价3.地层沉积研究3.1 地震处理3.2 构造解释3.3 综合柱状图绘制顶超、上超等层序界面识别井震结合体系域划分海泛面识别层序界面识别图 6区带目标评价协同研究工作模式示意图依据具体需求进行配置，基于研究工作台，打通数据与软件，软件与软件的通道，实现数据自动流转，成果统一管理，摆脱繁琐的数据收集梳理、格式转换、成果查找、软件间导入导出等工作，从而提高勘探开发研究效率、协同能力和决策 水平。3.7应用场景定制化开发（APPs）协同研究应用场景是在研究工作台上按照不同研究主题，定制一系列研究任务、流程和成果提交模板。通过建立研究场景，实现对油藏和生产过程的监测、分析、预警、优化与管控，全面感知油田生产动态，持续优化油田管理。4区带目标评价应用实践在区带目标评价研究协同工作模式下24-26，项目经理可依据区带目标评价标准流程，快速创建可视化的项目研究内容流程；进行研究任务拆解，按照子任务内容、员工岗位或特长进行分配，向相关负责人推送任务分配消息；自动监控任务进度，自动推送阶段成果与反馈，实现对项目研究过程的监控、跟踪、审核、管理；通过用户分级权限控制，项目成果资料可在一定范围内共享，确保信息安全（图 6）。项目成员可以按照协同平台中的子任务标准模板进行操作，也可根据区域资料情况、软件偏好、研究思路及已有的地质认识，快速自定义子任务研究流程。具体子任务研究过程中，利用协同研究场景可链接各种意向井井位部署工具，选择各类地质研究成果，通过多图联动功能，在井位论证过程中开展多因素关联分析，精准部署意向井；在平面矢量图件上叠加地震测网，切取地震剖面，进行平面/剖面联动分析，检验井位部署的合理性（图 7）。协同研究模板实现平面地质图件与地震剖面联动，可为勘探开发研究提供综合性新视角，更方便研究人员分析决策。2023 年第 3 期6 35结束语西南油气田勘探开发应用研究与管理决策，基于“平台+项目（任务）+业务”的创新型模式，构建了基础环境+信息系统+专业数据+专业软件的协同工作环境。通过建立统一的业务流与数据流，支撑勘探部署、区带目标评价、风险探井部署等研究，形成勘探开发项目管理与协同研究的一体化新形态。通过平台实现内外部资源和生产要素的聚合、集成、配置与优化，将复杂、条块分割的勘探开发业务深度融合，改变“单兵作战”的工作模式，突破了条块分割的管理思维，促进了科研组织方式变革，为油气田可持续发展注入了新动力。【参考文献】1 天工.中国石油西南油气田公司建成年产 300 亿立方米大气区 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