2017年国际及中国石油十大科技进展

原创 暗潮  2018-01-31 11:07:15  阅读 42 次 评论 0 条
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在由中国石油集团科技管理部主办、中国石油经济技术研究院承办的“第十八届中国石油与国际石油十大科技进展评选会”上,来自石油公司、研究机构、院校等的60位院士、教授及专家依据创新性、实用性、突破性、引领性四大原则,评选出2017年在石油石化领域取得的中国石油(CNPC)与国际石油各十项重大科技进展。

中国石油十大科技进展

1. 砾岩油区成藏理论和勘探技术创新助推玛湖凹陷大油气区发现

  中国石油立足玛湖凹陷开展砾岩油区成藏理论创新研究和勘探技术持续攻关,克服了砂砾岩勘探面临的巨大难题,推动了玛湖大油区的发现,为公司提供了一个新的现实的石油战略接替战场。

  主要科技创新:(1)首次发现下二叠统碱湖优质烃源岩,独特的绿藻门和蓝细菌母质有利于生成环烷基原油,具有两期生油高峰,资源量同比提高53%,奠定了大油区形成的资源基础;(2)建立了凹陷区大型退覆式河控季节性三角洲砾岩沉积新模式,突破了传统“冲积扇”认识,开辟了有效勘探面积4200平方千米;(3)创立了凹陷区源上砾岩大油区成藏模式,勘探部署由单个圈闭转向整个有利相带,探井成功率由35%提高到63%;(4)创新了砾岩储层甜点预测、旋转导向+个性化PDC钻头提速、粘土含量核磁测井定量表征、细分割体积压裂增产四项砾岩勘探技术,成本降低35%,为储量规模有效动用创造了条件。

  理论技术助玛湖地区新增10亿吨级规模三级石油地质储量,水平井建产效果好,能够有序规模动用;获授权发明专利17件、软件著作权18项;制定行业标准10项,出版专著6部,发表论文212篇;获省部级一等奖4项,中国石油重大发现特等奖1项、一等奖3项。

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2. 特低渗-致密砂岩气藏开发动态物理模拟系统研发取得重大进展

  针对特低渗-致密砂岩气气藏地层条件下微纳米孔喉气水渗流等世界级难题,中国石油自主设计研制了提高气藏储量动用程度及采收率的大型物理模拟实验系统。

  主要技术创新:(1)以“岩石物性、气水渗流和开采模拟”三大模块30台套设备为核心,首次建成一维最长8米、二维最大1米见方、三维最多8层的大规模、多序列模拟技术和实验装置;(2)首次攻克致密砂岩微纳米级孔喉定量评价、多维度压力场实时模拟检测、高压状态下气水饱和度场动态测试等关键技术难题,为揭示特低渗-致密砂岩气藏开发过程中动用边界变化特征、地层水可动性量化评价提供了核心技术支撑;(3)通过室内实验测试、基础理论研究、生产应用有机结合,建立了储量动用与可动水量化评价数学模型及理论方法,为提高产水层识别精度和控水开发、井网加密方案优化等奠定了理论基础;(4)制定了我国首项致密气评价国家标准。

  该系统是目前国际上同领域中性能指标最先进、模型体系最齐全的物理模拟系统,在鄂尔多斯盆地苏里格气田、四川盆地须家河组气藏开发调整方案优化中发挥了重要作用,大幅提升了我国复杂气藏开发基础理论与基础实验水平和创新能力。

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3. 中国石油创新勘探开发工程技术实现页岩气规模有效开发

  面对页岩气勘探开发一系列难题,中国石油通过十年科技攻关,创新勘探开发工程技术,单井综合成本大幅下降,加快了页岩气规模开发。

  主要技术创新:(1)建立了海相页岩气选区参数体系和储层分类评价标准,形成页岩气地质综合分析与产能概率性评价技术;(2)积极探索了“一趟钻”钻井新技术,优质储层钻遇率提高至90%以上,钻井周期缩短50%以上。(3)形成了长水平井分段分簇体积压裂改造技术及“工厂化”作业模式,单井测试产量达到30万立方米/天以上,工程作业效率提高30%,建井成本降低近30%;(4)建立了页岩气生产制度及井网井距优化技术,单井累计产量由7500万立方米提高至9000万立方米以上;(5)自动化地面采输技术,加快了自动化生产和智能化管理水平,平台建设周期缩短50天,数字化覆盖率超过90%,节约操作成本15%以上。

  中国石油应用创新的页岩气勘探开发工程技术,完成年产气从2亿立方米增至30亿立方米的跨越,将为“十三五”末公司页岩气上产到130亿立方米提供有力支撑,成为中国石油油气产量新的增长极。

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4. 国VI标准汽油生产技术工业化试验取得成功

  中国石油围绕汽油质量升级开展联合攻关,对催化剂和工艺路线进行了完善升级及脱砷配套技术开发,形成了满足国VI汽油标准的M-PHG、GARDES生产组合技术以及脱砷配套技术,成功破解了深度脱硫、降烯烃和保持辛烷值这一制约汽油清洁化的世界级难题,在宁夏石化等企业成功完成了工业试验,实现了中国石油国VI标准汽油生产成套技术的自主创新。

  主要创新突破:(1)基于定向堆积扩孔技术开发了氧化铝催化新材料,增强了加氢脱硫催化剂脱硫选择性;(2)深入揭示了催化汽油加氢脱硫、降烯烃反应行为,实现大幅降烯烃保持辛烷值的目标;(3)创新开发了具有介孔-微孔多级孔分布的孔道结构的吸附脱砷剂,大幅提高了脱砷剂的性能。中国石油国VI标准汽油生产成套技术整体达到国际先进,部分指标达到国际领先水平。

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5. 丁苯橡胶无磷(环保)聚合技术成功实现工业应用

  2017年6月,中国石油丁苯橡胶无磷聚合技术在抚顺石化20万吨/年装置完成首次工业试验,产品合格率100%,优等品率85.2%。该技术彻底消除了丁苯橡胶产业的环保瓶颈,填补了国内外空白。

  研发团队开发了以歧化松香酸皂/脂肪酸皂为主的二元复配乳化体系、铁钠盐为还原剂的活化相体系以及氯化钾为电解质的丁苯橡胶无磷(环保)聚合技术,突破了无磷电解质因不具有缓冲pH的能力而使胶乳凝聚过程稳定性变差的难题,创新开发了与原有激发剂匹配的无磷聚合配方,开发了全新的乳化体系、活化相体系以及电解质体系,解决了聚合胶乳稳定性差、凝聚工艺不稳定的难题,达到了聚合反应时间短、聚合转化率高、产品性能稳定、环保合格的目标。丁苯橡胶废水环保检测结果:总磷含量由原来的120mg/L降至0;COD由800mg/L降为600mg/L,氨氮含量由30mg/L降为10mg/L,污泥量降低了80%以上,并首次实现了过氧化氢对烷与无磷电解质-氯化钾匹配技术的工业化应用。

  中国石油无磷聚合技术从源头解决了污水中的磷含量超标问题,实现了磷的零排放。据测算,每年仅节约环保成本及药剂等费用可达4000多万元。此次工业化试验的成功,大幅度降低了装置的运行成本,同时为我国合成橡胶产业的转型升级进行了有益探索。

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6. 基于起伏地表的速度建模软件成功研发并实现商业化应用

  针对陆上复杂区地震勘探技术挑战,中国石油成功研发出具有自主知识产权的速度建模软件GeoEast-Diva,解决了国内探区复杂地表等一系列地震勘探难题,陆上复杂地表与地层速度建模技术达到了国际领先水平。

  GeoEast-Diva速度建模软件采用全交互式多方法协同建模模式,开发了等效深度速度分析、基于正交拓扑的多界面混合模型表示等方法,融合多种建模手段,形成了联动界面更新的网格层析成像、变映射角道集速度分析等技术,并在各向同性的基础上,重点开发了VTI/TTI介质的各向异性建模功能、Q反演功能以及OBN数据建模功能,丰富了PBM波束偏移功能,可广泛用于各种复杂地质构造和不同分辨率数据的叠前深度建模。软件具有高效、灵活、适应性强等特点,既适用于陆上起伏地表、复杂地层速度建模,又可实现海上OBN数据速度建模。

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7. 方位远探测声波反射波成像测井系统提高井旁储层判识能力

  中国石油研发成功了新型方位远探测声波反射波成像测井仪器,为获取精确的地质信息和复杂油气藏的发现提供了技术支持,同时为定向射孔、定向侧钻、后期酸化压裂等工程施工设计提供了技术参数,对准确开展地层评价工作具有重要意义。

  方位远探测声波反射波成像测井系统能够探测井筒周围40米范围内的裂缝孔洞储层,并能够探测方位信息,方位分辨率达22.5度;通过反射波的处理与成像,实现储层预测。该系统属于原创型技术,达到国际领先水平,主要技术创新:(1)发明了基于相控接收指向性的反射界面方位探测方法;(2)研制了直接承压式有源发射、接收声系;(3)设计了相控方位接收换能器的多站、多方位安装结构。

  该系统在塔里木、长庆、大港等油田现场试验和应用,在复杂缝洞储层勘探开发中具有独到的储层判识作用,为采用传统井筒探测方法难以发现的油气藏评价提供了新的技术手段。

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8. 固井密封性控制技术强力支撑深层及非常规天然气资源安全高效勘探开发

  针对“环空带压及井口窜气”这一世界性难题,中国石油形成以高强度低弹模水泥及密封完整性为核心的新型固井成套技术。

  主要创新点:(1)建立了水泥环密封完整性力学模型及分析软件,制定了油井水泥石力学评价方法及全过程管理规范,为复杂工况条件固井设计提供了科学指导;(2)抗温200摄氏度且适应温差100摄氏度的高强度低弹模水泥;(3)抗温180摄氏度的抗污染高效前置液;(4)以控压固井、预应力固井等为主体的10项工艺技术。

  技术成果在川渝和塔里木等地区的复杂深井、页岩气井和枯竭气藏储气库井应用1000多口井,大幅降低了环空带压率。其中,安岳气田磨溪-高石梯地区7吋尾管固井质量合格率提高117%,钻完井期间环空带压率由38%降至0;页岩气井环空带压率降至8%以内。

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9. 我国第三代大输量天然气管道工程关键技术取得重大突破

  中国石油历时5年技术攻关,研发形成了具有国际先进水平的第三代大输量天然气管道建设成套技术。

  主要技术进展:(1)在国内首次建立了基于风险评价的天然气管道目标可靠度确定方法,形成了天然气管道可靠性设计和评价方法;(2)在国际上首次建立了管道止裂韧性预测新方法,研究确定了X90管道延性断裂止裂韧性等关键技术指标,形成了X90天然气管道断裂控制技术;(3)在国际上首次系统研究揭示了X90管材成分、组织、性能、工艺之间的相关性,研究制定了X90螺旋管及板卷、直缝管及钢板、配套弯管及管件的系列技术条件和检测评价方法,并研发成功系列产品;研发了X90管材用相关焊接、焊缝材料及施工工艺和装备;研发了1219mm X90焊管、弯管及管件。(4)系统分析研究了我国输气管道在一类地区采用0.8设计系数的可行性,确定了0.8设计系数管材关键性能指标和质量控制要求,制定了西气东输三线0.8设计系数管道用X80螺旋缝埋弧焊管技术条件和管道现场焊接工艺规程及施工规范,在西气东输三线上实施了261公里的试验段工程。

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10. 工程技术突破助力南海水合物试采创造世界指标

  2017年5月,中国石油成功总承包实施了我国首次海域天然气水合物试采工程,实施过程中攻破了粉砂质储层水合物试采、储层埋藏浅、深水低温、地层出砂、水合物二次生成等技术难题,取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果,创造了产气时长和总量两项世界纪录,实现了勘查开发理论、技术、工程的自主创新。

  创新成果包括:(1)突破深水浅软地层钻完井关键技术,实现了深水作业能力的跨越;(2)创新运用深水水合物储层改造技术,扩大近井筒渗流面积,为增产稳产提供了重要技术支撑;(3)建立“防排结合、以排为主”的完井防砂理念,创新粉砂质储层防砂排砂方法理论和工艺技术;(4)集成人工举升核心关键技术,实现井筒气水稳定流动、降压开采精细控制,提高产量效果显著;(5)保障井壁和地层稳定,实现了安全持续开采。

  试采成功对推动天然气水合物关键技术突破及产业化、改善我国能源结构和保障能源安全具有重要战略意义。

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国际石油十大科技进展


1. 地质云数据助推地质综合研究提高勘探成功率

  “大数据”提供的高效数据管理、数据可视化以及分析手段为地质学家提供了一个全局性的视野,为各大石油公司提供了更加经济高效的勘探开发方式,通过公司间数据库的交换和结合,有效深化综合地质研究,提高勘探成功率。

  地质云技术利用基于岩相显微镜和高分辨地球化学分析技术,研究不同地理位置采集的岩心和岩屑样本,重点描述石油系统中不同要素特征,从而确定原油的生成、运移和成藏信息。在基础岩相分析的基础上将数据科学、物理学和数值方法结合在一起,创建出一套适用于研究区的基础地质描述方法,其原理是通过对岩石碎片进行3D-X射线扫描,在虚拟实验室中创造出用于能在线研究的“数字岩石”,能够更真实地分析孔隙度、渗透率以及岩石与其内部流体相互作用等信息,并通过地质云技术极大地缩短了样品分析对比周期,提高分析准确性。

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2. 大型复杂油气藏数值模拟技术取得新进展

  当今油气田开发需要更强大的精细建模技术来表征日益复杂的油气藏。大型复杂油气藏数值模拟技术能够高效实现精细油气藏模拟,有助于研究人员制定最有效的油气田开发方案,是实现地质工程一体化技术向精准开发预测技术发展的关键技术。

  主要技术创新包括:(1)数值模拟技术与压裂工程设计、微地震等技术无缝链接,用非结构网格模型描述人工压裂缝网的真实分布,进行精细的压裂井油藏数值模拟计算,得到精准量化的压裂井产能预测;(2)地质模型无需粗化,直接用精细的地质模型进行油藏数值模拟研究,突破了精细油藏描述与油气田开发之间的技术瓶颈,极大地提高了老油田剩余油分布规律研究的精度,大大降低油气田开发风险;(3)全新的线性解法器可以稳健、高效解决油藏数值模拟中的非线性问题,结合独特的并行算法,能在几十分钟到数小时内完成数千万甚至几亿有效网格模型的油藏数值模拟运算。

  精细建模新技术在油田应用中取得了良好效果,完成了全球规模最大的油藏数值模拟研究,更准确地刻画了水驱前缘、黏性指进和凝析油富集等复杂油藏流动特征。

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3. 大数据分析技术指导油气田开发成效显著

  大数据分析技术自动收集海量数据信息并用先进的计算机分析技术来实现这些数据的价值,可以长时间运行,降低维护需求,提高生产效率,降低成本,应用于油气田开发中成效显著。

  创新和应用包括:(1)将大数据技术应用于数据驱动型油田建设中,收集井中各种信息和大量数据。进行大数据分析和可视化,研究剩余油分布;通过虚拟云Hadoop框架,研究规划1万口井的应用规模;监测生产设备的性能和工况;优化油气集输和销售流程。(2)在页岩开发中利用大数据分析进行资源“甜点”分析,大大增加优质井位部署,在美国鹰滩、巴肯、特拉华盆地、DJ盆地和汾河盆地应用中,从1.25万口目标井位中优选出3200口优质井位,资源潜力达70亿桶油当量。(3)建立协同、集成工作流,利用综合储层信息和数据指导精确布井、高效钻井和压裂设计优化,实现地质科学、油藏研究、钻井和完井工程协作,为全油田建立一个可以互动的地质模型,通过模型进行甜点识别、油藏模拟和钻完井优化。

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4. STRONG沸腾床渣油加氢技术工业试验取得成功

  STRONG沸腾床渣油加氢成套技术具有较强的原料适应性、操作灵活性,转化率可达60%-75%;与同类技术相比,没有高温高压循环泵,消除了因循环泵引起的装置停工,提高了反应系统的可靠性。现已完成5万吨/年工业示范装置试验验证,并已具备百万吨级工业化应用的条件。

  该技术核心是STRONG沸腾床反应器。其工作原理是气液两相从反应器底部经分配器均匀分配后进入反应器,反应器内部的催化剂在气液两相的搅拌及携带下发生流化,气、液、固三相随之在反应器内部发生反应;反应产物通过反应器顶部的三相分离器进行气、液、固的分离,分离后的催化剂返回反应区,气体和液体产品则离开反应器进入到分离系统部分。该技术独有的优点:(1)取消了高温高压循环油泵,提高了系统的稳定性,取消了循环油泵,有利于反应区气液固混合均匀,提高了反应器的利用率;(2)使用微球催化剂,有利于流化沸腾,一方面提高了催化剂的利用率,另一方面也方便了催化剂的加排;(3)无需控制催化剂床层料面,省去了复杂的催化剂料面控制系统,减少了设备投资,简化了操作。

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5. 二氧化碳加氢制低碳烯烃取得突破

  大连化物所在CO2催化加氢制备低碳烯烃方面取得了新进展,采用串联式催化剂体系直接将CO2高选择性地转化为低碳烯烃。

  实现CO2高效转化为低碳烯烃的关键是串联催化剂体系的构建。研究团队构建的ZnZrO固溶体氧化物/Zn改性SAPO分子筛串联催化剂,在接近工业生产的反应条件下,烃类中低碳烯烃的选择性达到80%-90%,并具有较好的稳定性和抗硫中毒性能。研究发现,在ZnZrO固溶体氧化物上,CO2加氢可高选择性地合成甲醇,在此基础上将ZnZrO固溶体氧化物与SAPO催化剂串联,即可实现CO2直接加氢制备低碳烯烃。红外光谱和同位素实验表明,CO2和H2在ZnZrO固溶体氧化物上被活化生成CHxO中间物种,中间物种从ZnZrO表面迁移到分子筛孔道中,进而完成碳碳键的生成。串联催化剂之间的协同机制以及关键中间物种CHxO的表面迁移,实现了CO2加氢直接到低碳烯烃反应在热力学和动力学上的耦合。随着新能源的发展,氢源可以通过太阳能、风能、生物质能等清洁能源制得,具有良好的经济社会效益和发展前景。

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6. 压缩感知地震勘探技术降本增效成果显著

  近年来,针对地震采集成本高的难题,业内利用压缩感知技术对稀疏信号结构进行非规则采样,再对信号进行优化重建,实现高效低成本地震采集。国外公司及研究机构通过对压缩感知地震采集、处理和成像的多项研究,开发出一系列关键技术——非规则优化采样技术(NUOS)和压缩地震成像技术(CSI)。

  NUOS技术是在压缩传感采样理论的基础上提出来的,通过优化闭合循环设计而不是依靠随机方法建立最佳震源和检波器定位,减少震源和检波器的数量,并减少传感过程中的假频。CSI技术对非规则采样信号进行重建,在满足处理成像、AVO分析、时移地震分析的基础上, 改进了混采数据分离质量。和传统的地震勘探方法相比,采用NUOS技术和CSI技术进行地震勘探,能够大幅提高数据采集与处理的效率,缩短施工周期。此外,压缩感知地震勘探技术将促进同步混合震源采集的发展,将成为推动混采地震勘探的主要技术。

  目前,应用这套技术在北海、阿拉斯加和澳大利亚成功完成了地震勘探项目,克服了冬季可施工窗口小、项目规定施工期过短等难题,降本增效成果显著。

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7. 多功能脉冲中子测井仪实现高质量套管井储层监测

  2017年,一种新的多功能脉冲中子测井仪——Pulsae问世,首次实现了与裸眼井测井质量相当的套管井地层评价和储层饱和度监测。

  该仪器包括脉冲中子发生器、中子监测器、长源距深探测器、远近探测器等。高输出脉冲中子发生器和多个探测器,大大提高了数据采集精度、测量分辨率和测井速度;远、近探测器及长源距深探测器配置了耐高温的光电倍增管和集成的低噪声电源。新一代仪器外径4.37cm、长度5.58m,比上代仪器体积大幅缩减。仪器提供3种测井模式:非弹俘获模式、非弹气体-西格玛-含氢指数模式和西格玛岩性模式,测井速度分别为61m/h、1097 m/h 和305m/h;输出包括:西格玛、孔隙度、快中子截面(FNXS)、元素非弹和俘获产额、碳氧比(C/O)和总有机碳含量(TOC);孔隙度测量范围0~60pu,耐温175摄氏度、耐压103.4MPa。

  通过配套算法对钻井液和完井变化进行补偿,该仪器可完成复杂井眼条件下的储层监测服务,得出可靠的解释成果。该仪器的测井资料成功应用于北美各主要页岩油气田60多口井的开发决策,同时在全球近500口井中,提供了储层监测服务,识别出漏失的产层。

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8. 钻井参数优化助力实现油气井整体价值最大化

  为实现油气井整体价值最大化,国外多家公司实施钻井参数优化技术,钻井效率大幅提升,降本增效成果显著。

  钻井参数优化技术包括:(1)基础数据收集。主要借助MWD/LWD等工具采集井下数据;(2)更加主动的管理系统。收集井下和地面的数据,包括振动、扭矩、钻压等数据,实时改善和管理钻井参数,提高钻井效率;(3)更高水平的系统化方法。关注于整个钻井流程,包括邻井数据收集、主动的参数管理、钻前钻后分析、正钻井与待钻井优化等。公司根据所钻井的成本和复杂程度确定具体施工作业,成本越高的井,提高钻井效率带来的回报也越高。

  目前已有多家大型服务公司推出或升级了钻井优化系统,有公司还建立了一个全球钻井工程与参数优化中心。更加智能化的参数优化技术使北美页岩油气水平井钻井作业中的参数配置发生了革命性的变化。

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9. 示踪剂及监测系统有效提高储运设备泄漏防治水平

  随着服役年限增加,及时准确地对管道进行泄漏检测已成为亟待解决的问题,示踪剂产品及配套监测系统为近年管道泄漏监测提供了良好的解决方案。

  该技术基于气相色谱分析,在油气管道输送介质中加入示踪剂,通过检测土壤的气相色谱变化识别示踪剂的泄漏,再通过管道外部安置的监测探头或移动监测工具等一系列产品进行监测,泄漏检测精度为3.8升/天。其有两种监测方式,一是用于固定安装的Tracer Tight 监测探头,是与示踪剂配套使用的在线监测工具,适用于任何储运设备;二是移动监测Seeper Trace探头,是一种可移动泄漏监测完整性评估工具,可用于长输管线,实际应用过程中,可以携带该监测工具沿管线行走或将其安装于车辆上沿管线行驶。

  该示踪剂及泄漏监测系统已经成功应用于埃尼集团、卢克等公司的管道上,实际应用效果良好。未来将尝试把该系统集成到管道完整性管理系统中,利用卫星定位系统,将高危险地质环境、局部环境水文特征和风险后果区考虑到泄漏监测系统搭建中,加强管道泄漏防治管理水平。

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10. 工业互联网环境平台创造油气行业新纪元

  数字技术的快速发展促使油气行业发生了颠覆性的变革,近年来,国际油公司和油服公司已经将人工智能、数据分析和自动化等多个技术领域的优势集合在一起,构建形成工业互联网一体化平台。例如,斯伦贝谢推出了DELFI环境平台,BP公司正在打造数字能源平台,GE的Predix平台正在整合贝克休斯的上游数据。这些平台为油气从勘探到开发生产建立了全新的流程。这种基于海量数据和云计算,构建多专业可操作、数据共享的平台环境,可以为各专业、多流程数据、模型和解释建立公共工作空间,将团队、系统、软件、新旧数据输入到平台环境中,即可通过融合实现协作效果的最大化,规范、统一并整合勘探、开发、钻井等各个领域技术人员的业务。基于多学科专业知识储备,利用强大的数据库,使得建模、数值模拟、数据分析和预测等复杂的计算过程变得更加智能和快捷。

  油气工业互联网环境平台实现多学科交互融合和勘探开发一体化,节省了各环节衔接所造成的时间与成本损耗,促进了协同创新。

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