數(shù)據(jù)是世界經(jīng)濟論壇創(chuàng)始人兼執(zhí)行主席克勞斯·施瓦布所說的第四次工業(yè)革命的支柱。這場21世紀的革命是一場連接、高級分析、自動化和制造技術的革命。
雖然這場高科技革命的道路在很久以前就開始了，當時使用水和蒸汽為機械化生產(chǎn)提供動力，但正是電力為大規(guī)模生產(chǎn)提供動力的能力將我們從第一次工業(yè)革命帶到了第二次工業(yè)革命。
自動化生產(chǎn)所必需的電子和信息系統(tǒng)引領了第三次革命。這些數(shù)據(jù)以及我們從這些看似隨機和不同的數(shù)字和字母模式中破譯和提取價值的能力，以創(chuàng)建可操作的情報，正在迅速改變商業(yè)運作的方式。
數(shù)據(jù)無處不在，無處不在。但從時間的大尺度來看，數(shù)據(jù)的收集、分析和應用相對較年輕。
如Billy Bean和美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟奧克蘭運動家隊在21世紀初就展示了數(shù)據(jù)驅動決策的重要性，他們利用數(shù)據(jù)分析的力量，從最后一名競爭者到爭奪冠軍，這就是著名的《點球成金》。
大約20年后，數(shù)據(jù)和數(shù)字化的力量繼續(xù)發(fā)展，例如，卡塔爾盧塞爾體育場的明亮燈光照亮了國際足聯(lián)世界杯的最后一場足球比賽;艾爾·里赫拉的每一個動作都被捕捉、儲存和分析。
但是阿爾·里赫拉不是一個運動員,這是阿迪達斯創(chuàng)造的足球，在整個錦標賽期間舉行的60多場比賽中，每場比賽都使用了內置傳感器實時球跟蹤功能。足球場周圍的高速攝像機和天線提供了額外的支持，將數(shù)據(jù)輸入國際足聯(lián)增強的足球情報服務。
在比賽中收集的數(shù)據(jù)根據(jù)各種指標進行分析，如控球時間、線斷、對球的壓力和被迫失誤，然后與球隊分享，目的是提高比賽和球員的水平。
贏得這場“漂亮的比賽”并不像看起來那么簡單，要想在90分鐘內盡可能多地把球踢進對方的球門，還需要更多的時間。這些數(shù)據(jù)讓我們得以深入了解成功或失敗的過程。
在紙上解釋石油和天然氣的生產(chǎn)也很簡單：在地下鉆一個洞，將流向地面的石油輸送到管道中，然后在價格合適的時候，為將資源輸送到市場上所付出的努力獲得報酬。
實際情況遠比這復雜，數(shù)據(jù)在提高產(chǎn)量等方面發(fā)揮著重要作用。
數(shù)據(jù)推動了席卷美國油氣行業(yè)的頁巖風暴。Patterson-UTI鉆井公司鉆井性能副總裁大衛(wèi)·米爾維認為，鉆井數(shù)據(jù)有助于實現(xiàn)水平段進尺的年度增長。
“2014年，在新墨西哥州的Delaware盆地，一臺鉆機平均可以為作業(yè)者提供43,000~ 45,000英尺進尺。2016年，該鉆井平臺的橫向鉆井面積為63,000英尺/年。基本上在兩年內增長了50%，”在市場崩盤之前的2019年，該鉆井平臺的橫向鉆井深度為9.3萬~ 9.5萬英尺。
“當我們查看2021年底的數(shù)字時，該鉆機在2021年提供了大約150,000橫向英尺。從2014年的數(shù)據(jù)來看，當時美國在43,000英尺的水平方向上運行了1,800臺鉆機，而今天我們的鉆機數(shù)量已經(jīng)達到了700多臺，幾乎是當時的四倍。可以說，與2014年相比，我們今天的鉆機數(shù)量約為2800臺。”
米爾維說，通過訪問這些數(shù)據(jù)，公司可以確定哪些方面存在限制或效率低下，阻礙了最佳表現(xiàn)。
“然后，我們能夠回到我們的客戶身邊，與他們合作，不斷推動改進，”他說:“訪問數(shù)據(jù)，并確保我們看到的是正確的信息，有助于確定正確的攻擊目標，然后衡量結果并重復這一過程。這是一個持續(xù)改進的循環(huán)，永遠不會停止。”
挑戰(zhàn)持續(xù)存在，對手和組件疲憊不堪，勝利屬于比對方更持久或在市場上獲得最高價格的團隊。
之前的每一次工業(yè)革命都是由石油和天然氣取代煤炭作為發(fā)電的主要燃料來源而實現(xiàn)的。將北美的棒球、世界杯足球賽以及石油和天然氣行業(yè)聯(lián)系在一起的一個共同點是，它們各自捕獲和存儲了大量數(shù)據(jù)。
油氣行業(yè)在各個領域都采取了一些重大措施，其中一些措施是由超級巨頭采取的，并且更為人所知，但無論公司規(guī)模大小，油氣行業(yè)在數(shù)據(jù)方面的進步都有空間。
小運營商簡化復雜
把勘探開發(fā)公司想象成一支職業(yè)運動隊，它的隊員就是油井。從準備鉆完井的新手，到生產(chǎn)中的活躍參與者，再到第二輪或第三輪人工舉升的經(jīng)驗豐富的老手，每口井都有大量的數(shù)據(jù)，需要一個家和一個計劃來實現(xiàn)回報。
如何利用來自全球油氣田的海量數(shù)據(jù)，是油氣行業(yè)正在應對的重大挑戰(zhàn)。
即使對最大的運營商來說，這也不是一個簡單的過程，它也代表著公司經(jīng)營方式的根本變化，Datagration董事長兼首席執(zhí)行官彼得·伯納德表示，如果一家公司想要發(fā)展，這是必要的。
PetroVisor是Datagration的專利軟件，可以從多個來源復制數(shù)據(jù)，并將其整合到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型下，幫助公司做出經(jīng)濟和運營決策。PetroVisor公司表示，用戶在組織數(shù)據(jù)上花費的時間減少了70%。
伯納德說:“這大大縮短了整個項目的時間，提高了資本和運營效率，提高了單位成本的產(chǎn)量。”“公司必須靈活，能夠用最少的資源來創(chuàng)造卓越的財務業(yè)績。數(shù)字化是關鍵。”
德克薩斯州的兩家私營運營商——steward Energy和Texas American Resources公司——目前正在將PetroVisor應用到他們的運營中，并在整個過程中取得了早期的成功。
Steward Energy是一家獨立的勘探開發(fā)公司，在德克薩斯州和新墨西哥州的二疊紀盆地擁有超過7萬英畝的土地，尤其專注于西北大陸架的常規(guī)油田。
該公司于2022年1月開始與Datagration合作實施。Steward Energy目前擁有199口生產(chǎn)水平井、1口生產(chǎn)直井和20口鹽水處理井。
Steward Energy的首席開發(fā)官斯科特·斯特德曼表示，該公司的領導人意識到它非常擅長收集數(shù)據(jù)，但在分析數(shù)據(jù)以使公司受益方面還有改進的空間。
“我們在從完井數(shù)據(jù)中得出結論方面做了一些努力，但這些努力都是基本的，沒有產(chǎn)生任何結果。關于人工舉升，電潛泵轉換為桿式泵的時間對我們來說至關重要，因為這將大幅降低費用，并降低未來拉動的成本。迄今為止，這是由工程監(jiān)督?jīng)Q定的，”斯特德曼說，并補充說，他們正在與Datagration合作，使這一過程自動化。
“我們還將完成一個公司績效儀表盤，在一個地方顯示公司層面的生產(chǎn)費用等。在使用不同的方法之前，這項工作沒有完成，我們只是不得不在數(shù)據(jù)集之間來回切換，”他說。
據(jù)伯納德稱，該公司正在完成PetroVisor的實施，但他們已經(jīng)在特別項目上取得了早期成功。
“該平臺使用了我們自己無法復制的技術，非常有幫助。值得注意的是，我們必須向我們的第三方中游合作伙伴提供天然氣預測估計，以獲得大型天然氣廠擴建的批準。”
“PetroVisor能夠收集我們所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建特定區(qū)域的天然氣預測。這比以前使用估計的油氣比和油型曲線體積進行預測的方法要精確得多。由于我們是一個溶解氣驅油藏解決方案，因為不同類型的井(補償井或非補償井)以非常不同的速度生產(chǎn)天然氣，天然氣預測可能非常困難。”
總部位于德克薩斯州奧斯汀的獨立E&P公司德克薩斯美國資源公司在Eagle Ford Shale和Austin Chalk產(chǎn)區(qū)擁有大片土地，在Atascosa、Frio和La Salle縣擁有219口油井和1口氣井。
該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官大衛(wèi)·霍尼卡特表示，PetroVisor的實施將于2023年第一季度完成。推出之際，德州美國公司也一直在升級其生產(chǎn)基礎設施和電氣化的業(yè)務。
霍尼卡特表示:“PetroVisor將在ESG方面為我們提供真正的幫助，切實展示我們大規(guī)模電氣化項目的前后效益。”“環(huán)境足跡將會更好，功能也會更好。”
霍尼卡特表示，該公司使用多個軟件包，團隊在他們的學科平臺上進行工作。有了PetroVisor，將不再有豎井。
“所有的數(shù)據(jù)都將被收集起來，我們將能夠從中得出結論。以前，在我們看到工作產(chǎn)品之前，我們依賴于該領域的人員來完成他們的工作。現(xiàn)在，我們可以從這些其他平臺的數(shù)據(jù)中挑選一個集成的工作流。您可以看到生產(chǎn)的整體性能，并可以實時運行診斷，以減少運營中的停機時間。”
數(shù)字孿生提供內部視圖
數(shù)據(jù)分析可以幫助勘探開發(fā)公司更好地了解其所追求的儲層，同時實現(xiàn)產(chǎn)量最大化。數(shù)據(jù)也是監(jiān)測設施和設備性能的關鍵，可以標記可能導致系統(tǒng)損壞的異常情況。
Hess Corp.是最早使用數(shù)據(jù)分析來加強其勘探開發(fā)工作的公司。根據(jù)2017年的一份報告，從2014年到2016年，該公司通過使用專有算法、預測分析、機器學習和自動化，顯著優(yōu)化了巴肯頁巖的鉆井計劃，提高了運營效率，并將現(xiàn)金運營成本降低了32%。
Hess應用數(shù)據(jù)分析高級顧問德萊奧尼斯·佩爾圖索表示，該公司致力于使用數(shù)字技術來增強和改善其開展業(yè)務的方式。他認為，使用數(shù)字孿生(一種精確反映物理對象的虛擬模型)是公司在數(shù)字化之旅中走向未來狀態(tài)的關鍵推動因素。
Hess的工藝工程顧問保羅·克萊爾和來自康士伯數(shù)字的團隊合作，開發(fā)了該公司位于墨西哥灣的Stampede設施的動態(tài)數(shù)字孿生，并作為試點項目的一部分實施，以實現(xiàn)對關鍵海上設備的工藝設備狀態(tài)監(jiān)測。
Stampede設施位于墨西哥灣，位于路易斯安那州Fourchon以南115英里處，總上部處理能力為8萬桶/天，注水能力為10萬桶/天。
圖2 Stampede狀態(tài)監(jiān)控架構圖
他說:“我們認為，從高水平上講，我們在監(jiān)控、運營和優(yōu)化運營方面有很大的潛力。”“我們選擇資產(chǎn)進行試點的方式是雙向的。我們與愿意與我們合作的團隊合作。保羅和團隊對這個項目持開放態(tài)度，因為他們知道數(shù)字孿生能為他們做什么。”
佩爾圖索等人在2022年SPE年度技術會議和展覽會上的演講中指出，現(xiàn)有的兩個Stampede多用途動態(tài)仿真模型被重新用作實時性能監(jiān)控模型。
“這些模型用于操作員培訓，并與真實的控制室系統(tǒng)相連，”克萊爾解釋道。“我們非常有信心，這些動態(tài)模擬很好地代表了我們現(xiàn)在得到的實際計劃。這個數(shù)字雙胞胎的關鍵是實時進行動態(tài)模擬。它從現(xiàn)場接收數(shù)據(jù)，并不斷更新模型以反映實時情況。”
克萊爾補充說：“數(shù)字孿生的美妙之處在于它可以作為一個基準。
如果你正在觀察你的設施中的壓力和溫度速率，可能會質疑它們是否好？數(shù)字雙孿生提供了一個基準，可以看到它的樣子，如果在現(xiàn)實生活中，你看不到這些東西，可能有一個問題需要檢查。”
克萊爾將狀態(tài)監(jiān)控描述為一個具有預防性和反應性維護需求的持續(xù)過程。
“如果有東西壞了，我們就修理它。例如，通過預防性維護，如果我每12個月更換一次過濾器，那么從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我會減少故障，”克萊爾說：“我們希望實現(xiàn)預測性維護，所有來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)讓我們了解設備的健康狀況。我們試圖做的是在故障變得太糟糕之前預測故障，所以我們發(fā)現(xiàn)的是小的維護需求，而不是完全更換一件設備。”
克萊爾說:“現(xiàn)在所做的一切都來自外部。我們正在檢查潤滑油液位，檢查溫度，檢查震動。數(shù)字雙胞胎使我們能夠看到流程內部，并從流程的基礎上實時查看泵或壓縮機是如何運行的。”
該試點項目對安裝在Stampede設施上的增壓氣體壓縮機(BGC)實施了數(shù)據(jù)分析方法。佩爾圖索表示，他們利用該設施兩年的歷史數(shù)據(jù)來估計剩余使用壽命，并檢測導致系統(tǒng)損壞的異常操作條件，最終需要更換或導致關閉。
該團隊通過回到過去，使數(shù)字孿生能夠在已知的計劃外故障發(fā)生前幾個月開始消耗過程傳感器數(shù)據(jù)來測試動態(tài)數(shù)字孿生。然后，他們評估了他們可以在多早的時候通過數(shù)字孿生發(fā)現(xiàn)故障跡象，并評估了是否可以采取一些措施來避免這些問題。
佩爾圖索表示，該小組能夠在維修人員在排放冷卻器上檢測到缺陷之前大約6天檢測到BGC的異常操作條件，并補充說，“如果我們能夠檢測到BGC何時在異常操作條件下運行，并防止早期更換昂貴的設備，就有可能避免對氣體壓縮系統(tǒng)的損壞。”
該項目的目標是將實時預測性維護和可靠性工作擴展到整個公司。
“數(shù)字孿生對我們來說是一次旅程。我們試圖建立一個參與系統(tǒng)，為我們的運營團隊提供更好的工具，更好地了解情況，并做出更好的決策。“這需要時間，其他資產(chǎn)會在這個過程中學習，然后開始犯自己的錯誤，而不是重復我們犯過的錯誤。”
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