智慧油田建設的思考與設計原則

 AI-TECHNOLOGY

智慧油田的建設思考

與設計原則

劉合 姚尚林 李欣 蘇健

在全球能源轉型與生態保護需求日益突出的背景下，智慧油田建設成為石油行業突破傳統開發模式瓶頸的必然選擇。本文采用系統論、唯物辯證法和實踐論相結合的方法，分析了智慧油田建設在數據管理、平臺技術、智能應用、組織管理與安全保障等方面的主要挑戰，并提出了以“聚能-賦能-釋能”為主線的智慧油田生態系統設計原則。研究指出，智慧油田建設需通過數據治理、模型構建、數字孿生融合和智能決策支持等多維度協同，推動油田生產、管理與運營的全方位智能化升級。通過構建“三橫、四縱、一門戶”的生態系統架構，本文系統性地提出了“天+地+人+物+事+運營”的智慧油田生態系統構想，旨在實現從數據匯聚到智能決策的全鏈條貫通，為石油行業的數字化轉型提供理論框架與實踐路徑。研究還結合國內外智慧油田建設案例，驗證了“聚能-賦能-釋能”框架的可行性，為企業制定智慧油田建設戰略提供了科學依據，同時為學術界相關研究提供了新的視角與方法。

01

智慧油田生態系統總體設計原則

基于智慧油田面臨的主要挑戰及對策分析，提出智慧油田生態系統總體設計原則：以數據聚能構建“數字孿生體”的物質基礎，依托AI賦能激活“智慧中樞”的認知革命，最終通過價值釋能實現“人-技術-自然”的生態共生。該發展路徑既契合黑格爾（Georg Wilhelm Friedrich Hegel）“正題-反題-合題”的辯證邏輯，又體現懷特海（Alfred North Whitehead）過程哲學中“現實緣現”的動態演化特征，為傳統能源產業數字化轉型提供了哲學范式。生態系統以“聚能-賦能-釋能”為主線，按照“三橫、四縱、一門戶”基本架構，橫向融合、縱向貫通，有機統一?！叭龣M”分別是智能數據匯聚——聚能層，智能運行中樞——賦能層、智慧應用——釋能層?！八目v”分別是政策制度體系、技術創新與標準體系、組織與運營管理體系和安全保障體系?！耙婚T戶”是智慧油田統一用戶訪問門戶。

一

“聚能-賦能-釋能”主線

智慧油田建設以“聚能-賦能-釋能”為主線，聚焦“數據匯聚、運行中樞、應用創效”和AI賦能，通過多源異構數據的匯聚、構建地上地下一體化數字孿生，形成智慧油氣大腦中樞，支撐八大智慧油田應用，逐步實現對智慧油田的全面賦能與價值釋放。這是智慧油田建設的核心邏輯，新型智慧油田生態系統整體架構可參見圖1。

圖1智慧油田生態系統整體架構

二

“三橫”體系設計

智能數據匯聚——聚能層聚能層負責匯聚來自油田各個業務環節的多源異構數據，包括地下油藏數據、地面生產數據、設備運行數據、環境數據等。通過物聯網技術實現數據的實時采集與傳輸，為智慧油田建設提供數據基礎。同時對數據進行清洗、轉換和存儲，為智慧大腦中樞賦能層提供高質量的數據支持。

智能運行中樞——賦能層賦能層作為智慧油田的核心，利用大數據分析、人工智能等技術，對多源異構數據進行深度挖掘與分析，構建智能模型和優化算法，融合專業模型成果一體化耦合和智能裝備，構建地上地下一體化數字孿生，逐步形成智慧大腦中樞，為智慧油田全業務鏈智能決策和優化控制提供技術支撐，推動油田業務的智能化升級。

智慧應用——釋能層釋能層依托智慧大腦中樞賦能層提供的智能服務，開發了智慧勘探、智慧開發、智慧生產運行、智慧工程技術及智慧經營決策等各類智慧油田應用系統。這些系統的實施可對油田生產過程進行全面智能化管理與實時優化，從而提升生產效率、降低運營成本、增強安全性，助力智慧油田建設目標的實現。

三

“四縱”體系設計

政策制度體系完善智慧油田建設的配套管理制度，優化智慧油田政策環境。強化人才和資金保障，探索智慧油田建設運營和激勵模式，建立健全智慧油田改革創效評價體系。

組織與運營管理體系建立適應智慧油田生態系統的組織架構和運營管理模式，明確各部門和崗位的職責與權限，確保智慧油田建設的順利推進。通過加強對智慧油田建設項目的管理和協調，制定科學合理的項目計劃和實施步驟，確保項目按時、按質、按量完成。

技術創新與標準規范體系加大對智慧油田相關技術的研發投入，鼓勵創新，推動技術不斷發展與進步。強化業務、技術和運行管理的標準規范，在企業內部制定統一的技術標準和規范，如：數據標準、業務標準、服務標準、應用規范、運維規范、安全規范等，提高系統的規范性、標準性、兼容性和擴展性。

安全保障體系建立健全網絡安全防護體系，強化安全管控、態勢預警和應急機制，提高網絡與信息系統的威脅感知與應急處置能力，加強重要數據安全保護，防范關鍵數據和敏感信息泄露，確保系統安全高效有序運行。

四

 “一門戶”體系設計

智慧油田應用統一門戶，為各類用戶提供了一個便捷的入口，通過這個入口，領導決策者可以實時獲取生產數據和決策支持，生產管理者可以監控和優化生產流程，科學研究者可以進行數據分析和研究，現場操作者可以獲取實時操作指導和反饋，礦區居民可以享受智慧社區服務。這個統一門戶整合了智慧勘探、智慧開發等多個智能應用，實現了數據的整合和業務的協同，提升了油田的整體運營效率和管理水平。

02

智慧油田建設愿景

在數字化與能源轉型的浪潮中，智慧油田建設錨定構建“天+地+人+物+事+運營”的新型生態系統這一宏偉愿景，全方位重塑智慧油田的生產、管理與運營模式，為油田企業高質量發展注入強勁動力。新型智慧油田愿景可參見圖2。

圖2   “天+地+人+物+事+運營”的智慧油田愿景

一

天：千姿百態的云，賦能智慧決策

“天”代表云基礎設施、湖倉一體數據環境支撐智慧油田大腦中樞，是智慧油田的“數據生態”。云基礎設施為智慧油田提供海量數據存儲管理與強大的計算能力，確保數據能快速處理與分析。湖倉一體數據環境則匯聚多源異構數據和敏捷分析環境，為管理決策提供精準可靠的數據基礎。

二

地：地上地下一體化數字孿生，構建智慧油氣大腦

“地”聚焦地下油藏與地上設施的一體化智能管理，利用先進的人工智能與機器學習算法，融合傳統專業模型，構建智能盆地、智能油藏、智能井筒、智能管網及智能場站等地上地下一體化的數字孿生，形成智慧油氣大腦，為油氣勘探開發生產過程中的風險評價、實時診斷、智能預測、方案優化等全鏈業務提供科學決策依據，提升油田整體運營效率與效益。

三

人：多樣的參與者，協同共創價值

“人”涵蓋油田領導決策者、生產管理者、科學研究者、現場操作者與礦區居民等多樣的參與者。智慧油田為他們搭建協同工作的數智化平臺，打破信息孤島，實現無縫溝通與協作。領導決策者可基于實時數據與智能分析做出戰略決策；生產管理者能遠程監控生產過程，通過專家交互系統和智能決策模型，及時優化作業調度和指揮決策；科學研究者利用大數據與人工智能技術，融合專業模型與智能工作流程，實現多學科協同研究，推動技術創新和價值增值；現場操作者借助智能設備與系統提高工作效率與安全性；礦區居民則通過智慧社區建設享受便捷生活，實現油區和諧發展。

四

物：感知與設備層，打造智能物聯

“物”代表物聯網、智能終端與邊緣計算（EDGE），是智慧油田的“神經末梢”?；谖锫摼W技術實時自動采集海量數據，實現對油田設備、生產過程的全面感知。智能終端如智能傳感器、智能控制器等，具備數據采集、處理與傳輸功能，為設備裝上“智能芯”。邊緣計算則在靠近現場數據源的邊緣節點直接進行數據預處理與預測分析，減少數據傳輸延遲，提高響應速度。通過“物”的智能化升級，智慧油田實現對生產過程的精準控制與智能優化，提升設備可靠性與運行效率。

五

事：全域的智慧業務，驅動產業升級

“事”涵蓋智慧勘探、智慧開發、智慧生產運行、智慧協同研究、智慧工程技術、智慧經營決策和智慧安全環保等全域智慧業務。智慧勘探利用智能地震/測井資料處理解釋等技術，打造智慧勘探應用場景，提高勘探成功率；智慧開發通過智能油藏模擬與開發方案優選、智能配產配注與精準分類治理、智能動態監測與優化分析，助力油田精益高效開發；智慧地面實現地面設施的智能運維與高效管理；智慧工程技術推動鉆井、壓裂等工程作業的自動化、智能化；智慧經營決策則從市場分析、成本控制到效益評估，全方位提升油田經營水平，為油田生產經營一體化管理決策提供科學依據。各智慧業務板塊協同發力，推動油田生產方式與管理模式變革，驅動油田全域業務創新發展和智能升級。

六

運營：統一的運營管控體系，保障穩健運行

“運營”涵蓋了政策制度體系、組織與運營管理、技術創新與標準、安全保障四大體系，為智慧油田穩健運行保駕護航。政策制度體系完善智慧油田建設的配套管理制度，優化智慧油田政策環境；組織與運營管理體系明確了各部門與崗位職責，優化了流程，提高了協同效率；技術創新與標準規范體系鼓勵技術研發與創新，制定統一標準，確保系統兼容性與可擴展性；安全保障體系建立網絡安全防護、數據加密與訪問控制等機制，防范安全風險。構建統一的運營管控體系，智慧油田生態系統將實現高效、安全、可持續的運營管理，為智能油田建設、油氣企業的數智化轉型和高質量發展樹立行業標桿。

智慧油田建設作為石油行業數字化轉型的重要方向，其核心在于通過數據驅動與智能技術的深度融合，推動油田生產、管理與運營的全面智能化升級。本文基于系統論、唯物辯證法和實踐論的多維融合方法，結合工程生態新思維方式，對智慧油田建設的現狀、挑戰與對策進行了系統性分析，并提出了以“聚能-賦能-釋能”為主線的智慧油田生態系統設計原則。研究指出，當前智慧油田建設面臨多方面的挑戰，包括數據孤島、多源異構數據融合困難、數據治理機制不完善；云計算資源分散、算力不足以及多模態數據訓練算法不成熟；行業知識與AI模型融合不足、智慧應用場景落地難；以及復合型人才短缺、數據隱私保護與網絡安全風險高等問題。為應對這些挑戰，本文提出了“三橫、四縱、一門戶”的生態系統架構，通過智能數據匯聚、智能運行中樞與智慧應用的分層設計，實現從數據采集到智能決策的全鏈條貫通。同時，通過政策制度、組織管理、技術創新與安全保障體系的協同優化，為智慧油田建設提供全方位支撐。本文系統性地提出了“天+地+人+物+事+運營”的智慧油田生態系統構想，旨在通過多維度協同與技術創新，推動油田生產方式與管理模式的全面變革。研究結合殼牌、BP、中國石油、中國石化等國內外智慧油田建設的典型案例，驗證了“聚能-賦能-釋能”框架的可行性和有效性，為企業制定智慧油田建設戰略提供了科學依據，同時為學術界相關研究提供了新的視角與方法。綜上所述，智慧油田建設不僅是石油行業突破傳統開發模式瓶頸的必然選擇，更是實現綠色、高效與可持續發展的關鍵路徑。目前智慧油田建設的研究尚處于初級階段，但作為數字經濟時代的重要研究課題，智慧油田建設體系的研究與創建迫在眉睫，希望本文的探索性研究起到拋磚引玉的作用。

該文發表于《工程研究——跨學科視野中的工程》2025年第2期