原文發(fā)布于羅克韋爾自動化官網(wǎng)博客

石油和天然氣行業(yè)正處于十字路口：基礎設施老化、產(chǎn)量下降和成本上漲對盈利能力構(gòu)成了威脅，同時氣候壓力也促生了可持續(xù)創(chuàng)新需求。油田運營商如何實現(xiàn)這一目標？

萬億美元的升級措施勢在必行

在技術進步的推動下，石油和天然氣行業(yè)正在經(jīng)歷快速轉(zhuǎn)型。自動化、電力和數(shù)字系統(tǒng)處于此次升級的前沿，為提高效率、安全性和環(huán)境的可持續(xù)性創(chuàng)造了潛力。

然而，在陸上油田中實施這些關鍵任務系統(tǒng)會帶來一系列獨特的挑戰(zhàn)，并需參考相關建議。

研究顯示，全球陸上油田設施新舊不一，既有全新油廠，也有歷史逾 70 年的老舊基礎設施。許多運營設施的平均使用年限可能介于 30 年到 50 年之間。要對這些站點進行升級和產(chǎn)量優(yōu)化，必須解決的首要挑戰(zhàn)包括：

生產(chǎn)率下降：

油藏老化和固有的地質(zhì)復雜性導致開采效率持續(xù)下降。

基礎設施老化：

既有基礎設施通常會在超過使用壽命的情況下繼續(xù)運營，致使性能下降，且更容易發(fā)生故障和遭到網(wǎng)絡攻擊。

維護負擔高：

分散的平臺和老化資產(chǎn)需要頻繁且成本高昂的維護干預，影響了正常運營時間和盈利能力。

大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：

站點積累了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)集，且缺乏標準化格式，阻礙了有效分析和明智決策。

運營成本增加：

消耗品價格上漲、勞動力短缺和維護支出導致運營成本不斷增加。

安全和環(huán)境風險：

基礎設施老化會加劇開采時的相關固有危險，從而加重安全和環(huán)境問題。

數(shù)字化油田

數(shù)字油田采用開放式控制系統(tǒng)、電氣化、人工智能 (AI) 以及本地和云物聯(lián)網(wǎng) (IoT)等現(xiàn)代技術來增強運營，讓企業(yè)能夠?qū)崟r了解和分析數(shù)據(jù)，從而更輕松地監(jiān)控和管理油田活動。這有助于提升日常任務的自動化，并支持企業(yè)制定更好的決策來提高效率、降低成本，并盡可能減少停機時間。

雖然這些技術是實現(xiàn)可持續(xù)和可盈利生產(chǎn)的關鍵所在，但研究表明，盡管幾乎所有能源公司都在運營的不同領域擁有數(shù)字化項目，但“其中 70% 的項目仍未完成試點階段”。

實現(xiàn)油田升級：戰(zhàn)略框架

為了應對這些挑戰(zhàn)并支持長期可持續(xù)發(fā)展，系統(tǒng)化的升級策略至關重要。這一策略包括以下關鍵要素：

考慮既有基礎設施和集成

要成功在老化的基礎設施中集成現(xiàn)代自動化技術，就務必要實施明確的遷移策略。這包括評估當前的設備和流程、識別升級機會，以及制定無縫集成的路線圖。優(yōu)先改造或更換過時的系統(tǒng)，以及橋接既有系統(tǒng)與現(xiàn)代自動化平臺是兩大重點方向。利用價值驅(qū)動型遷移方法可實現(xiàn)分階段推進，有助于盡可能減少過渡期間的停產(chǎn)時間。

構(gòu)建可擴展性和靈活性

為了適應未來的擴展以及不斷發(fā)展的技術，采用模塊化的開放式系統(tǒng)方法十分關鍵。需要制定一種能夠縮短部署時間并使用標準組件來解鎖未來增長的策略。自動化解決方案可以利用開放式、可擴展的安全架構(gòu)來集成現(xiàn)有的成熟資產(chǎn)與升級叢式井平臺，包括用于各種強化采油技術的系統(tǒng)和設備。

融入電氣化

該行業(yè)認識到，當下和未來開展業(yè)務都需要減排。從以燃氣輪機和柴油機發(fā)電為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹С蛛娋W(wǎng)的電氣化需要資本投資，并以管道基礎設施的形式提高氣體回收能力。評估設備可用性也至關重要?；旌?a href="http://www.greenbey.cn/v/tag/4675/" target="_blank">電力系統(tǒng)、微電網(wǎng)、預制電氣房和變頻器(VFD)的發(fā)展可以有效支持這一轉(zhuǎn)變。

使用智能儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

要克服模擬式儀表的局限性并改用智能數(shù)字傳感器，評估現(xiàn)有基礎設施并確定實現(xiàn)升級的明確目標非常重要。關鍵步驟包括評估儀表性能診斷和規(guī)劃數(shù)字系統(tǒng)兼容性。需要采用振動監(jiān)測傳感器和現(xiàn)代測量解決方案，以及基于狀態(tài)的前沿監(jiān)測解決方案以提供數(shù)據(jù)就緒能力。

利用遠程操作和遙測技術

通過采用邊緣和邊緣到云系統(tǒng)，可以解決既有系統(tǒng)集成、連接不良和儀表受限的挑戰(zhàn)，助力實現(xiàn)遠程監(jiān)控。利用集成平臺進行監(jiān)控，并采用支持擴展塢的遠程終端(RTU)，可以提高運營效率。

實施高級分析

通過實施數(shù)字李生體和高級分析，可以深入了解過程指標、優(yōu)化運營績效并預測資產(chǎn)故障。對邊緣的現(xiàn)代閉環(huán)控制和優(yōu)化以及AI驅(qū)動的監(jiān)督平臺正在成熟領域中推動新價值產(chǎn)生。

數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能操作

實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)管理需要具備訪問相關場景化數(shù)據(jù)的能力和數(shù)據(jù)可訪問性，并實現(xiàn)多系統(tǒng)集成。在運營技術(OT)與信息技術(IT)之間建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流是重中之重。通過企業(yè)級IloT平臺、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和性能預測平臺建立強大的數(shù)據(jù)基礎層并實現(xiàn)互聯(lián)運營，可以增強數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策能力。

制定網(wǎng)絡安全策略

讓油田運營為應對網(wǎng)絡安全威脅做好準備是關鍵要務。要實現(xiàn)該目標，需要遵循NIST框架、維護全面的資產(chǎn)庫存，并實施可操作且優(yōu)先級別明確的風險和漏洞管理。利用內(nèi)嵌網(wǎng)絡安全功能的OT系統(tǒng)并采用行為分析和機器學習進行威脅檢測，可以強化安全措施。

團隊發(fā)展計劃

麥肯錫調(diào)研顯示“新技術要求員工培養(yǎng)新技能、采用新流程并改變長期以來的工作“實踐”。為了有效培訓現(xiàn)有團隊并吸引新的技術人才，要賦予現(xiàn)有員工權(quán)力，并通過全面的培訓計劃吸引新員工。利用以用戶為中心的人機界面設計、增強現(xiàn)實(AR)技術和遠程專家指導工具，可以提高學習和運營效率。

優(yōu)先考慮可持續(xù)發(fā)展

要盡可能減少環(huán)境影響并優(yōu)先考慮可持續(xù)發(fā)展，就需要有一個主動路線圖，來衡量績效、優(yōu)化流程和監(jiān)督運營。采用節(jié)能自動化解決方案、能源管理平臺、有效的碳計量和誤差測量系統(tǒng)以及碳核算平臺，將有助開展這些可持續(xù)發(fā)展工作。

支撐技術

利用羅克韋爾自動化和 Sensia 的技術及服務有助于實現(xiàn)卓越運營，推動油田升級。根據(jù)現(xiàn)有基礎設施或未來的井平臺要求安裝智能設備、AI 驅(qū)動模型和其他數(shù)字功能，有助于實現(xiàn)基于狀態(tài)的監(jiān)測、實時資產(chǎn)故障預測和更完善的資產(chǎn)監(jiān)控。

用戶可以使用羅克韋爾的 Allen Bradley控制系統(tǒng)來增強自動化功能，并強化既有系統(tǒng)或從中遷移。此外，羅克韋爾的 PlantPAx分布式控制系統(tǒng)可簡化操作并提高安全性，同時提供支持高級分析和網(wǎng)絡基礎設施優(yōu)化的平臺。網(wǎng)絡安全應用程序還可用于檢測和減輕網(wǎng)絡威脅。

與此同時，羅克韋爾的FactoryTalk軟件套件能夠提供強大的數(shù)據(jù)管理解決方案，促進數(shù)據(jù)無縫集成并提升數(shù)據(jù)可訪問性，在OT與IT之間建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流。在邊緣使用FactoryTalkLogixAI和FactoryTalkGuardianAI等 AI 數(shù)據(jù)解決方案，可在故障發(fā)生前進行預測，并讓操作員有效利用 AI 來更好地管理數(shù)據(jù)。在邊緣啟用這些平臺需要合適的邊緣設備。Sensia的QRATE HCC2超融合控制器可在極為嚴苛的環(huán)境下實現(xiàn)杰出的邊緣性能。

這些技術不僅可以解決行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，也符合升級的理想實踐建議。

為什么是現(xiàn)在？

實現(xiàn)陸上油田升級是一場需要運用全方位策略的變革之旅。鑒于石油和天然氣行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，例如基礎設施老化、生產(chǎn)率下降和運營成本上漲，需要創(chuàng)新和可操作的解決方案來支持油田達到現(xiàn)代標準和產(chǎn)量水平。采用自動化、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等先進技術可以顯著提高效率和安全性。

優(yōu)先進行數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化對于支持明智決策而言至關重要，可助力實現(xiàn)實時監(jiān)控和開展預見性維護，從而降低成本并延長資產(chǎn)壽命。升級工作也必須以可持續(xù)發(fā)展為核心，因為該行業(yè)面臨著降低排放水平和減少環(huán)境影響的壓力。采用可持續(xù)實踐、過渡到電氣化以及實施節(jié)能解決方案將提高企業(yè)聲譽和利益相關者信任度。

成功實現(xiàn)升級離不開持續(xù)改進和創(chuàng)新、培養(yǎng)適應能力以及投資團隊發(fā)展，從而在不斷變化的市場環(huán)境中長期生存。

依托羅克韋爾與 Sensia 的行業(yè)技術與經(jīng)驗，可助力油氣企業(yè)更快啟動商業(yè)生產(chǎn)，制定并執(zhí)行油田運營升級路線圖，從而取得成功。