物联网技术助力大型油田资产管理

随着油气行业适应了“新常态”的油价环境，它必须面临在资源有限的情况下管理大型油田资产的挑战。

一些大型油田拥有成百上千口人工举升采油井，却只有较少的工程师来监查这些井。目前拥有数十年有杆泵抽油经验的工程师人数比五年前还要少，这是专业知识的损失，又无法迅速得到补充的原因。那些还在现场作业的人员只能“能者多劳”，但也无法有效地管理数千口井。由于井况条件也会不断改变，捉襟见肘的作业人员更是无法对每口井的举升系统做出快速、明智的更改。

连接采油系统

制造业正处于由物联网，智能传感器，云计算与机器学习概念所驱动的转型期。这种发展趋势表现为，制造业将实现更大程度的自动化与数据交换，通常被称为工业4.0，这为作业效率、安全与生产优化带来了巨大的进步。

油气行业已经开始引入工业4.0的概念，在价值链的各个部分更有效地利用其资源。在这个基础上，Weatherford公司将工业4.0概念与生产系统相结合，创建了ForeSite优化生产软件平台。开发该平台的目的在于帮助油气行业利用工业4.0概念，将现场作业效率提升至新的高度。该平台将物理学模型、历史趋势以及机器学习数据分析相结合，帮助作业者提高开采不同类型油气藏的作业效率，包括非常规、常规、陆地与海上的油气藏。

图1. ForeSite平台利用物理学模型与先进的分析方法，分析油田资产各方面的数据，从而加强决策制定。

ForeSite平台于2017年推出，旨在成为业内首个往复式抽油杆举升系统的优化支持与预测分析系统。最近该平台业务范围已扩展，可为气举、电潜泵(ESP)系统以及自喷井提供支持。

在过去15年中，工程计算与建模软件已经对全世界15万口油井进行了精确的性能调整。

ForeSite平台将这些技术与工业4.0原理相结合，可提供优化各油井性能的方法。利用从油藏到地面设施的整个生产系统的数据，作业者可以做出更明智的决策，以最大限度地提高采收率，降低桶油成本。

远程优化

ForeSite平台可实现生产数据的实时访问，并能够做出详细的分析，以帮助作业者针对多样化的人工举升类型，做出更明智的优化决策。该平台通过直观、可视化的界面以及实时诊断功能，可在线跟踪油井产量，以识别出任何影响产量的反常工况。例如，该平台可以根据大范围的示功图库，对比单井抽油杆举升示功图的特征，以帮助作业者诊断影响油井产量的因素。

当它检测到产量趋势或作业参数偏离设定值时，平台会向用户的电脑桌面或移动设备端发送智能警报。此外，由于所有的ForeSite软件都可与Weatherford公司的CygNet SCADA平台相集成，因此作业者可以创建一个闭环的端对端优化循环。比如，如果数据分析表明需要改变现场作业参数(例如：节流器位置，压缩机设置或泵速)以改善井的性能，那么利用SCADA平台则可以远程发出指令并安全的实施作业。

由于人工举升需要随时间进行调整，因此该平台还可帮助作业者，为油井的每个阶段选择合适的举升方式。利用当前与预计的数据，该平台能够预测问题并提供见解，这些数据包括流入井中的油气流建模、完井建模、流体性质、压力分析、体积分析、温度分析以及流体动力学。

降低故障频率

为了在更长的时间范围内确保资产的优化与可靠性，该平台的预测分析功能可以主动识别出较小的性能问题，防止其逐渐发展为更严重、更昂贵的问题。该功能将现场数据与高级分析工具相结合，以评估每口井的性能。

该平台以设备故障的历史记录为指导，结合举升组件，利用人工智能来预测地下故障。通过定期跟踪设备各个组件的性能，作业者能够实施主动的矫正措施，以降低发生故障的频率。作业者可以调整作业设置，以延长设备的运行寿命。还可以根据预测情况，提前派出修井机与维修人员，以减少停机时间与相关的产量损失。

图2. 故障预测与预警功能管理

当需要进行修井作业时，该平台的现场服务管理模块可以使不同业务领域的用户，包括第三方钻井队、工程师、生产计划制定者以及管理人员，就修井计划进行协作。该模块包括一个经济分析应用程序，使工程师能够评估队列中的所有作业，并能根据哪些作业将获得最高的投资回报，来确定钻机计划的优先顺序。它还可以将历史数据进行可视化，以帮助用户分析作业问题，了解成本动因并确定最佳作业方式。

ForeSite平台的故障预测与早期预警功能使作业者能够通过监测异常来管理他们的油井。这让已经开展的现场作业与工作人员能够将更多的时间用于优化油井性能，而不是花费在寻找问题上。该平台的一项关键优势，就是将预测故障分析嵌入到生产作业流程中，使用户能够在同一平台上执行物理学分析与先进的数据分析。

未来发展

除了该平台目前的能力之外，Weatherford公司正在进一步开发新的应用程序。目前正在研发的一项功能为：电潜泵的故障管理预测分析。众所周知，电潜泵可以提高产量，但其修理费用极其昂贵。电潜泵的高级分析模型旨在最大限度地减少因高修井率以及延期生产，而导致作业者耗费的停机时间。

该平台的建模与预测分析功能会进一步转向云端，从而简化安装并最大限度地减少维护问题。对于经济低迷时期出现的小型探勘开发公司而言，这是一个很好的选择，因为这些公司只拥有有限的内部IT基础架构，并缺乏优化生产所需的现场专业知识。这些公司需要软件平台提供的优化功能，可他们又没有人力或IT预算来自行管理它。

通过基于云计算的解决方案，公司可以从Weatherford的官网上访问该平台。然后，他们就能分析现场所有的生产与人工举升系统数据，以便自行决定如何提高每口井或整个油田的性能。对于同时需要软件与工程咨询的作业者，Weatherford公司的生产顾问团队会与他们一起审核数据，并提供见解与建议，使他们更深入的了解每口井的状况，帮助他们做出最佳的优化决策。

随着油气行业走出低谷，它将会进入一个自动化与数字化的新时代。诸如ForeSite平台之类的技术可以帮助作业者利用其现场数据，提高他们的分析与预测能力，维持长期生产，并且也大大降低了运营成本。