油田企业实验室数字化转型认识与实践.pdf

2023 年第 3 期7 9油田企业实验室数字化转型认识与实践王斌杨建何轶果谈锦锋闵建（中国石油西南油气田公司工程技术研究院）摘要：实验室是油田企业决策支撑中心，直接参与油气勘探开发全过程。随着信息技术飞速发展，传统的实验室运行模式凸显工作效率低、数据价值开发不足、质量管控难度大等问题。为全面提升实验数据开发应用水平，提高检测业务、科学研究、决策管理协作能力，按照 CMA 和 CNAS 质量认证认可管理要求，围绕实验室人员、设备、物料、检测等全过程管理，运用物联网、移动应用和大数据等信息技术，开展业务流程再造、数据集成整合和数据分析工具应用，建成了以实验室数据应用为主线的数字化管理平台，建立了一套业务流程优化、资源配置科学、质量控制可靠、风险管控精准、数据利用高效的数字化管理新模式。实验室通过“线下业务管理”向“线上流程管理”转变，实验检测运行效率提升 30%，质量管理人员工作量降低 70%以上，节约管理成本 20%以上，实现质量、效益双提升。关键词：油田企业；实验室；信息化；数字化；数据库；数据分析中图分类号：TE19；TP39；F426.22文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-302x.2023.03.010Understanding and Practice from Laboratory Digital Transformation at Oilfield EnterprisesWang Bin,Yang Jian,He Yiguo,Tan Jinfeng,Min Jian(Engineering Technology Research Institute,PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company,Chengdu 610017,China)Abstract:Laboratory is the support center for the oilfield enterprise to make decisions and directly involved in the whole process of oil and gas exploration and development.Thanks to rapid development of information technology,some problems cropped up in traditional operation of a laboratory,such as low work efficiency,inadequate development of data value,and difficult quality control.To raise the development and application level of experiment data,it is necessary to improve the abilities for business testing,scientific research,and decision-making management and coordination.Based on the requirements for CMA and CNAS quality certificates,the efforts are focused on management of laboratory personnel,equipment,materials and inspecting.Information technology like Internet of Things,mobile application and big data is used for reconstruction of the business process,data integration and data analysis.The digitalized management platform is established on the basis of laboratory data application while a complete set of new digital management models is put in place for optimization of business process,scientific arrangement of resources,reliable quality control,precise risks control,and high-efficiency application of data.The laboratory is in transition to“online process management”from“offline business management”.The operational efficiency of experiment inspection is improved by 30 percent,the workload of quality management personnel lowered by more than 70 percent,and the 基金项目：中国石油西南油气田公司科技项目“重点实验室/试验基地十四五实验新方法研究、推广应用及运行管理”（编号：20210305-22）。第一作者简介：王斌，1981 年生，2005 年本科毕业于西南石油学院石油工程专业，高级工程师，主要从事井工程信息化建设与管理工作。E-mail：收稿日期：2021-08-05改回日期：2023-05-242023年第42卷第3期石 油科技论坛8 0 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地。实验室运转涉及人员、设备、样品、计量器具、标准物、药品等一系列资源的联动，是一项系统管理工程。检测的样品项目较多，数据统计反馈繁杂，需要精细工作1。特别是油田企业实验室，各类岩石、油、气、水样品分析检测等实验数据信息在此生成、处理、流转和输出2，数据量巨大，充分挖掘数据资源价值可为生产决策提供数据支撑和理论指导。1油田企业实验室业务管理现状及问题中国石油西南油气田公司工程技术研究院（简称工程院）是一所综合性科研机构，拥有储层改造、采气工艺、固井 3 个专业实验室，各类成套设备 156 台（套），共 108 项实验检测项目。其中，5大类 95 项检测参数获得国家计量认证（CMA）或国家实验室认可（CNAS）资质，年度实验检测工作量 3000 套次以上。实验室按照业务类别分为检测管理、资源管理、质量安全管理三大业务，共 11类 47 项业务活动（表 1）。“十四五”以来，西南油气田 500108m3战略大气区建设全面铺开，实验基础研究工作量大幅提升，而传统实验数据传输是基于纸质文件和数据的重复转录，存在信息无法共享、报告存储局限、工作效率低等诸多弊端，导致数据无法得到快速、准确、科学分析。无论是在数据的完整性、可溯源性方面，还是在质量体系管理方面，都无法满足新形势下油田公司高质量发展要求。management cost saved by more than 20 percent,thus raising both quality and performance.Key words:oilfield enterprises,laboratory,informatization,digitalization,databank,data analysis 表 1实验室主要业务活动业务领域业务类型主要业务检测管理委托管理委托申请/委托评审/客户管理实验方案审核审批检测管理任务分派/检测实施/进度管理/报告审核/报告签章发布样品管理样品接收/样品标识/样品加工/样品流转/样品储存/样品回收资源管理设备管理设备档案（台账、验收资料）/日常运行/计量器具/维修/保养/设备停用管理特种设备注册登记/检验/报废物料管理备品备件/耗材/药品/危险化学品/标准物质人员管理人员档案/人员状态管理/培训/资质/绩效质量安全管理文件管理体系文件/标准规范/标准查新/操作规程/规章制度质量活动内审/管理评审/能力验证/质量监督安全管理风险识别/风险告知/应急管理/事故事件（1）实验检测流程节点多、运转效率低。一项检测实验从发起到结束需要多角色人员配合，原有流程复杂、节点流转慢，特别是实验准备、数据处理、检测报告编写和报告审核审批等环节耗时长，严重影响业务运转效率3-6。（2）数据分散储存，分析应用水平低。传统实验室虽然积累了大量纸质实验结果数据和实验过程数据，但由于数据分析工具缺乏，存档文件调阅不便，数据查询繁琐，人工统计工作量大，存在重复统计或统计不完全等问题，实验检测数据并没有得到有效利用7-8。数据储存在计算机单机上不能共享，无法有效关联，难以实现成果溯源；数据缺少2023 年第 3 期8 1综合分析利用，数据资产价值得不到充分发挥，对现场技术决策支撑不力9-11。（3）实验室资源配置效率低。科研实验设备和实验研究人员是实验室的重要资源，传统管理模式无法实时准确掌握资源状态，实验任务安排不尽合理，常常出现等设备、等人员的情况，资源效能没有充分发挥。实验药品、备品备件等消耗品库存无法及时掌握，常常由于配备不及时影响实验检测、过量配备造成资源浪费12。（4）实验室监管手段缺乏。特别是重要科研实验活动、重要风险点及危险化学品等风险源的管理存在潜在风险。检测实验的任务安排、业务流转和报告审核审批等，需要业务人员频繁往返成都、广汉两地之间办理，不仅业务流转效率低，且存在安全风险。鉴于上述问题，迫切需要建设实验室数字化管理体系，建立适合工程院两地办院模式的实验室安全管理系统和质量控制系统，提升实验室的检测效率及管理能力、实验数据的开发与利用水平，以及科研协同创新能力和现场技术支持能力。2实验室数字化转型策略实验室数字化转型是以实验数据为核心，提升数据的生产效率，提高数据质量，开发数据价值，为解决科研生产问题服务。为此，需建设适合工程院 3 个不同类型实验室的管理平台，形成业务流程优化、资源配置科学、质量控制可靠、风险管控精准、数据利用高效的实验室“五位一体”数字化管理体系（图 1）；运用物联网、移动应用和大数据等信息技术，建成实验检测、资源管理和过程控制为核心的实验室标准化质量控制体系（图 2）；建立实验室数字化管理流程（图 3），制定统一的任务接收、分配和完成流程，集成检测业务、资源管理、质量管理、安全管理和数据中心五大业务应用，整合检测、资源、标准、人力四大基础数据库，建设以结构化数据为主体、可动态关联的井工程实验数据中心，构建委托办理、方案审查、任务分派、检测实施、数据处理、报告生成、报告审核、报告输出 8 个业务场景。将实验室管理由“线下业务管理”向“线上流程管理”转变，实现从实验任务接收到实验检测报告出具全过程全面数字化管理。实验室“五位一体”数字化管理体系数字化标准体系网络安全体系业务管理重构数据平台区域湖实验检测基础数据 过程数据结果数据统一数据平台检测数据库检测流程自动流转检测数据快速录入检测报告自动生成检测结果自动提取井工程实验数据中心资源管理人员动态分配设备状态跟踪器具检定预警药品动态追踪质量控制质量监督能力验证纠正预防管理评审风险管控风险作业特种设备应急演练危化品数据利用数据采集数据提取数据分析数据加工设备数据 计量器具数据样品数据 药品数据标准物数据 耗材数据资源数据库检测标准 设备操作卡管理制度 质量控制文件报告模板标准数据库人员履历 培训记录人员状态 人员资质人力数据库能力提升基础管理能力资源配置能力质量控制能力安全管控能力数据分析能力业务协同（实验室检测科学研究决策支持）业务流程优化资源配置科学质量控制可靠风险管控精准数据利用高效图 1实验室“五位一体”数字化管理体系架构2.1业务流程再造 针对实验室检测业务流程不统一、业务流转效率低等问题，运用工作流引擎、网络技术、模板技术和移动应用技术，实现系统的自动配置，简化业务流程（图 4），加快节点流转，大幅减少“等停靠”无效时间，提高检测业务工作效率和质量，实现实验准备流程化、实验操作标准化、实验过程可视化、报告生成自动化。王斌等：油田企业实验室数字化转型认识与实践8 2 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT标准库数据应用设备人员物料样品危化品委托办理方案审查检测实施检测数据处理报告生成报告审核工程需求压裂酸化设计采气工艺设计入井工具检测入井材料检测固井工程设计钻井工程设计报告输出质量控制安全控制物联网应用移动应用资源控制体系任务分派图 2实验室标准化质量控制体系用户管理权限管理系统监控设备管理人员管理委托申请任务管理报告管理数据建模数据展示数据分析物料管理系统管理资源管理检测业务数据可视化设备台账样品接收风险识别统计分析问题整改数据采集物料管理标准方法报告编制设备维护药品管理质量监督数据处理能力验证实验班组实验室工程院安全监控数据应用方案审核任务下达监督检查任务监督检查体系优化执行反馈执行任务分解计划管理评审内部审核资源管理任务执行质量安全管理数据应用设备运行实验检测设备检定样品加工特种设备管理应急处置能力比对图 3实验室数字化管理流程原有流程委托办理任务分派检测实施数据处理报告生成业务人员再造流程开始开始报告发放报告盖章报告编制数据对标数据整理数据调入样品申请任务建立委托评审系统完成业务人员委托申请委托受理委托下达样品收样任务审核任务下达样品发放实验检测报告审核报告发放报告盖章报告审核报告编制数据对标数据整理数据调入实验检测样品发放样品申请任务下达任务审核任务建立样品收样委托下达委托评审委托受理委托申请图 4实验室检测业务流程再造对比2023 年第 3 期8 3（1）借助工作流引擎实现检测流程标准化自动推送。通过工作流引擎的引入，加快节点流转，检测流程自动跳转，检测数据快速采集，业务数据标准化录入，检测结果自动提取，检测报告自动生成，大幅缩短检测报告出具时间。（2）利用网络技术实现实验设备互联及数据自动采集。对分布在不同地域实验室的网络进行改造，实验设备接入办公网络，改造实验设备采集端口，搭建数据自动采集系统，在各个实验设备的电脑终端部署数据自动采集程序，实验结果一旦产生，可自动抓取结果文件上传到服务器，并进行自动化数据分析，实现实验数据采集自动化和数据质量标准化。（3）利用模板技术实现检测报告自主配置。3 个实验室涉及两套实验室管理体系（CMA/CNAS），针对其业务差异及个性化需求，利用 web excel 模板技术，实现各种检测报告的模板配置固化及自主化配置与管理。（4）利用移动应用技术实现业务高效流转。基于移动互联网技术，开发了集成于中国石油移动应用大厅的移动应用客户端，实现了“任务指派、数据采集、审核审批及异地动态进度跟进”为一体的移动应用，数据采集和业务流转效率大幅提高。2.2数据集成整合针对实验室数据存储分散、重复等问题，应用 ETL 工具，从不同数据源中抽取数据、转换、加载，建立数据表与数据项之间的关联关系，建成以结构化数据为主体、可动态关联的井工程实验数据中心，通过检测、资源、标准、人力四大基础数据库，实现数据集中化存储和管理（表 2）。检测数据库主要用于同类检测项目间的数据比对分析，为工艺参数优化、工艺措施制定提供基础实验数据，支撑井工程现场技术决策和质量把控。资源数据库通过数据的自动化采集，减轻业务人员手工填报工作量，数据动态预警可为实验室资源的配置和调控提供基础数据支撑，最大化发挥实验室资源潜力。标准数据库通过动态提醒，指导实验操作者实施标准化操作，满足实验室质量控制要求，提升实验室质量控制水平。人力数据库通过人力资源数据可实时掌控实验室人员工作动态，方便人员工作安排和考核。表 2井工程实验数据中心数据库分类实验数据检测数据库基础数据、检测过程数据、检测结果数据资源数据库设备数据、计量器具数据、样品数据、药品数据、标准物数据、耗材数据标准数据库检测标准、设备操作卡、管理制度、质量 控制文件、报告模板人力数据库人员履历、培训记录、人员状态、人员资质为了提高实验检测数据的共享应用水平，打通相关系统之间的数据壁垒，基于公司 SOA 技术平台，对井工程实验数据按业务进行逻辑划分，将整合转换后的数据存储管理，为各类应用提供统一数据访问接口，建立相关管理平台之间的通信连接，保证服务信息的可靠传送及不同数据库或平台的数据一致性。通过与设备管理系统、工程技术管控平台对接，实现数据的自动同步共享和跨专业集成，提升数据综合应用水平。2.3数据分析工具应用针对数据分析效率低、数据利用有限等问题，基于 EPDM 的实验室数据模型字典，通过可视化报表开发、自助式 BI 数据分析，实现数据自助查询和多维分析应用，提升数据应用水平。基于 web excel 技术，实现数据的快捷自主分析，对实验室检测、样品、设备、人员及质量数据等多个指标建立用户自定义分析模型与可视化报表，技术人员可提取数据库中任何数据，利用图形化、可视化的编辑工具，完成数据分析页面自主定制，满足实验室数据多维度分析、综合应用的要求。利用数据联动王斌等：油田企业实验室数字化转型认识与实践8 4 数字化智能化专刊SPECIAL FOR DIGITALIZED AND INTELLIGENT技术，实现数据多维分析与应用，开展数据实时趋势分析、环比趋势分析、历史数据趋势分析等，将原来的单点测试数据分析转变为区域多组数据综合分析，有效支撑井工程技术科学决策。针对实验室运行状态无法实时掌控、展示方式单一等问题，利用大屏互动技术，开发了集实验室成果展示、实验室运行状态展示和安全互动为一体的可视化互助平台，形成高度集成、功能完备、实用性强的大数据看板，展示实验室的运行状态、工作量及资源分布利用情况。实验室管理人员可以直观了解实验室整体运行状态及实时运转情况，快速查询实验室资源库存及状态，辅助实验室工作安排、考核和工作决策，提高实验室数字化和可视化管理水平。3实验室数字化转型实践与成效工程院创新数字化管理模式，实现实验室由“线下业务管理”向“线上流程管理”转变。通过检测业务的智能关联、自动预警、系统管控，实验室基础管理能力、资源配置能力、质量控制能力、风险管控能力和数据分析应用能力显著提升。（1）检测资源配置优化。将人员、设备、消耗品、样品、药品等 10 个类别的实验室资源与检测业务智能关联，实现物资库存自动预警、实验资源动态追踪，为实验室资源的科学配备、动态调配和实验人员实时调度及量化考核奠定了基础。设备状态、设备保养、检定周期自动提醒，通过实验设备科学分配，设备效能得到充分发挥，设备利用率显著提升，且未发生超检等情况。物料库存量实时更新、动态提醒，实验检测必备物资得到有效保障。实验检测人员状态实时掌控，工作量科学分配和量化，人员工作积极性进一步提高。（2）实验数据质量提升。构建了以 CMA/CNAS质量控制逻辑为核心的实验室数字化质量管理体系，建立质量监督、能力验证、纠正预防等 8 个类别的实验室质量管理模块，内部评审、管理评审等4 个标准化业务流程，动态采集质量关联数据，实现管理评审、能力验证等质量活动全面线上开展，检测数据快速溯源，进一步强化了实验数据质量的管控力度。实验检测流程平台强制约束，与实验标准动态关联，实现“检测有步骤，步步有标准，一步一确认”，最大限度减少人为因素对实验数据质量的影响，实验过程数据和操作过程可追溯，实验检测更加规范和标准。（3）安全风险管控加强。围绕实验室风险区域和风险点，将实验检测流程与风险提示动态关联，建立了风险作业控制、应急演练等 5 个类别的安全管理模块，固化“危险化学品使用、特种设备检查”两个业务流程，构建了以安全监督、安全控制和应急管理为主的数字化安全管理体系，提升实验室远程安全管控水平。针对两地办院带来的安全监控手段缺失和运行成本增加问题，搭建实验区域监控网络和监控平台，对实验室主要设备及风险操作区进行全覆盖的视频监控，并可进行 30 天的回放追溯，满足异地办公模式下的实验室远程安全监控要求，实现操作过程的可视化管控。数字化管理成为提高管理效益的一种有效手段。目前，实验室共管理设备总数 157 台、计量器具 1695 台、危险化学品 42 类。通过一年多的运行推广，完成委托订单 1251 笔，下达任务 5296 次，检测样品 10662 个，出具检测报告 5085 份。实现实验室业务全面线上流转，数据质量进一步提高，提升实验检测运行效率 30%以上，提高资源利用率 20%以上，质量管理人员工作量降低 70%以上，节约管理成本 20%以上。利用实验室数字化平台，基础管理层级、界面流程和责任更加明确，数据填报、审核责任落实全程留痕。将实验室日常工作中好的经验、好的工作模式固化下来，通过信息系统应用考核工作，强化了执行力、决策力，杜绝懒散作风、依赖思想，变2023 年第 3 期8 5被动工作为主动工作。4结束语实验室数字化管理平台建设提高了企业实验检测、科学研究、决策管理工作协作水平，推动了实验室的数字化转型。实验室管理体系也通过信息技术手段得到固化，进一步增强了企业实验室软实力。信息化是持续迭代、不断改进的过程，需要不断优化平台功能，扩充数据应用，将实验基础数据、成果数据和过程数据形成实验知识库，建立可持续利用的数据资产，并与各专业应用系统对接，实现数据共享和跨专业集成，提升数据综合应用水平，推动实验研究创新由“业务驱动”向“数字驱动”转变。【参考文献】1 赵晓翠,邵峰,徐珂.大数据背景下检测实验室信息化管理系统的应用研究 J.山东工业技术,2018(6):178-179.Zhao Xiaocui,Shao Feng,Xu Ke.Application research on information management system of testing laboratory under the background of big dataJ.Shandong Industrial 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