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100刀時代恍如隔世,數字化入選油氣“致富經”

100刀時代恍如隔世,數字化入選油氣“致富經”

如今,開發商即將迎來的是油氣開采更加高效的新時代。

來自 | World oil
編譯 | 張德凱 影子

2014年6月13日,WTI桶油價格達到107.49$。根據當時的數據,全球油氣行業的資本支出預算達到創紀錄的520億美元,這些數字曾讓很多人以為,油氣行業從此再無蕭條。

然而,僅僅在八個月內,油氣行業就掉入了深淵。WTI桶油價格以自由落體般的速度驟降至44$,這種趨勢一直持續到2016年2月,最終跌至29.04$/桶。

油價斷崖式下跌背后的主要原因有三。首先,中國和其他發展中經濟體的發展放緩,減緩了全球石油需求的增長;其次,美國頁巖開采技術革命,增加了全球油氣供應量;由于眾多經濟及行業專家都預測“哈波特頂點”即將到來,即由于全球石油供應逐漸枯竭而帶來的最大石油產量,美國意外地將產量由2007年的不足500萬桶/天增加到2015的年940萬桶/天。

根據歷史經驗來看,作為全球領先的產油國,沙特往往會通過減產來保持油價穩定,但這一次,沙特卻選擇保持市場份額,拒絕減產。這一決定所導致的直接后果就是石油價格繼續飛降,油氣上游行業被強行“推”入到了一個全新時代。

若想提高作業效率和產能,開發商就必須要解決雙重挑戰:既要在低油價環境下保持盈利,同時又不能犧牲作業安全和環保標準;不僅要考慮市場因素,還要提防來自替代能源的外部競爭和日益嚴苛的環保法規。

面對如此高難度的威脅和挑戰,引入數字化和數據分析技術似乎是最佳答案。這些技術不僅可以促生新的工作方式,降本增效,優化工作流程,其帶來的附加值還包括提高運營安全性、低價值鏈內風險等。

100刀時代恍如隔世,數字化入選油氣“致富經”

數字化與數據分析技術

一般來講,數字化是指通過過程自動化或引入新技術來提高生產力,而事實上,這只是這種新興技術的一部分。數字化本身就是一種為常規流程帶來持續變革的技術。商務流程正在逐漸演變為一種持續改進的文化,執行效率和交付效率都得到了顯著提高。從單純的人工操作到運用數據和數字工具,工作人員可以更專注于給定工作流的最關鍵元素。

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圖2. 數字化轉型以戰略性和系統化的方式,整合各種數字技術方案的能力和可能性,對業務產生深遠影響。

數據分析是數字化發展的產物,是指提取和分析信息以提高生產力的技術。,一般用于揭示數據之間的模型和關聯性,從而帶來更全面的信息和更高效的決策制定。在很多情況下,生產數據已經存在于某個組織中,只需用某種工具對其識別和關聯,揭示未知數據的關系。數據分析不僅可以深入了解當前的業務關系,還可以通過預測建模更輕松的對未來發展進行預測。

數字化奠定了分析基礎。如果將數字化比喻為頭腦中進行的分析,各種來源(儀表、數據庫、云等)的數據就是分析機器的動力。通過引入成本節約技術以及提高生產力和收入的方法,數據和分析可以共同發揮價值。

功能強大的技術

數字化技術熱度不減,核心話題主要集中在以下幾個典型新技術。

云計算是一種通過互聯網提供的計算服務,包括服務器、存儲、數據庫、網絡和軟件等,一般由特定服務商提供。云計算消除了采集和維護自身數據中心的必要性,讓作業成本顯著降低;同時具有業務資源(如存儲或帶寬)可擴展性,可根據應用需求適當增加或減小規模。

大數據是指管理和分析無法存儲于傳統服務器、數據庫中大量數據的概念。 以前,大量的商業信息都存儲于文檔或結構化數據庫中。隨著時間的延長,這些數據逐漸演變為無數繁瑣的、非結構化數據源,包括音頻、視頻、照片、模擬、3D模型和實時操作數據等等。大數據將大型、可擴展和可靠的分布式計算平臺整合,可以在短的時間內解析、分析大量數據。

移動設備讓用戶可以隨時隨地查看數據并與之進行互動。以前,數據只能在特定地點進行分析,一般是在臺式計算機上。隨著智能手機和平板電腦的出現,只要有互聯網連接,任何地方都可以與數據互動。這種訪問方式取代了以往有限的數據處理方式,實現了數據的遠程互動。

物聯網(IoT)技術通過嵌入式傳感器連接對象和設備,經由網絡生成數據,傳輸到中央控制器或其他設備。IoT能夠向數據消費者提供相關信息,深入了解任何有傳感器連接的系統狀況。

機器人技術利用專門設計的機器替代人工,自動執行指定任務。機器人通常能夠完成復雜的任務,一般由外部控制器或內部軟件引導,它們善于以極快的速率和準確性完成重復性工作,并且應用于危險環境中。

人工智能(AI)是指機器或計算機的虛擬學習能力,目前在油氣行業已經廣泛普及,并極有可能產生巨大影響。通常,軟件是通過算法設計的,將數據輸入到算法就可以得到結果,最終用于執行某項任務或具有某種功能。AI改變了這一模式:只需對輸入和輸出內容進行學習,即可構建算法。

在訓練和設計中,AI系統向機器提供符合(好)和不符合(壞)數據集,這樣AI的機器學習程序就能夠確定數據是否合格,并自動開發算法,對新數據進行評估。這種工作方式在推理和決策技術、語言/語音/視覺識別和處理技術、人機界面技術、新的計算結構和設備等領域具有廣闊的前景。

這些技術的融合共同推動了數字化分析在當今油氣行業中的實用。此外,應用程序和IoT傳感器已經累積了大量數據,成本效益已經得到大幅提高。大數據管理系統和AI已被用于挖掘和分析數據的未知關聯,從而幫助優化業務流程。同時,機器人技術使得產能大幅提高,并有效降低作業安全性,移動技術使作業人員能夠隨時隨地與數據進行交互。

數字化和分析技術促進了常規工作方式的轉型。數字化不僅僅是采用新技術, 它從根本上改變了常規的工作方式。如前所述,工作人員重點正逐漸從框架內的工作執行轉向分析、嵌入和推進持續改進。顯而易見,通過變個常規組織方式,工作效率和準確性顯著提高。

以下兩個案例顯示了變化是如何發生的。

隨著“自助服務”這一概念的引入,IT和其它業務流程的融合得到了迅速發展。以前,如果某個企業想要進行技術升級,IT部門將主要負責執行。首先要收集不同部門對于新技術的要求,隨后IT部門制定解決方案,并在升級完成后測試結果。如果解決方案存在問題,將會生成故障報告,進而對新技術應用是否滿足要求進行討論??梢哉f,這是一個非常古板而繁瑣的過程,并且不能保證每次技術革新都能取得成功。

隨著圖形編碼等新技術的出現,IT以外的其他部門都已具有開發解決方案的能力,能夠單獨解決各種問題。在構建和測試解決方案之前,熟練使用技術技能也不再是必要條件。因此,對于那些與數據和流程最為接近的人來說,快速建立模型并制定解決方案已經不再是難題。IT與其他部門之間的隔閡正逐漸縮小, IT技術已嵌入企業的各個領域。

實現數字化的另一個組織變革領域是“Agile流程改進”和系統開發?!癆gile”來源于軟件開發部門,但也可用于推動其他領域技術的持續改進。Agile的核心優勢在于通過持續反饋達獲得更好的產品或項目實施效果。項目經理這一常規職位被“Scrum Masters”取代,推動團隊實現自我引導,確保每天都高效工作。在需求不斷發展、項目開始時問題無法有效解決的前提下,Agile的性能得到了優化,提高流程的靈活性,確保企業獲得滿足當前實際需求的結果。

數字化與分析實例

為了更好地展示數字化和分析在提高安全性、提高運營效率和降低風險等方面的作用,我們來看幾個例子。

完整性管理和更智能的檢測技術

機器人、大數據及分析技術的引入為海底/陸上管道和生產設施檢測新方法的提出奠定了基礎,可大幅降低生產成本,提高檢測速率,改善工作環境安全性,以革命性的方式提高了油氣行業工作的可靠性。

通過提高工作可靠性,設備檢測不必再根據特定時間間隔進行,而是通過數據分析和決策,制定以風險系數為標準的檢測方案??梢哉f這完全顛覆了油氣行業從前的工作認知。利用新型檢測系統,檢測工作針對性更強,避免了多余和不必要的工作。新型檢測方案以系統內每個組件的基本信息和缺陷數據為基礎。這些數據體量巨大,通常由傳感器和機器人提供,一般存儲于大數據平臺,通過分析而確定系統或設備的檢測類型和頻率,輔助維持運營的完整性。

相對于人工操作,機器人優勢明顯,它可以在危險環境或某些工作人員無法觸及的地點進行數據收集。在管道、立管、水下采油樹等設備的檢測中,水下機器人不僅可以使用傳統的視覺記錄,還可以使用激光、聲納和先進的成像技術,從而更深入地了解關鍵組件的狀況,甚至包括那些難以檢測的設備(如地下或水下)。

地面設施的檢測可以由遙控無人機完成,它可以進入工作人員無法檢測的組件,還可以替代直升機的監控,檢測過程更安全快速。

工作管理,優化員工表現

利用分析技術對計算機維護管理系統(CMMS)中的數據進行分析后,設施維護人員的工作可得到最大程度的優化。即使只做相對簡單的分析,也可以得到最佳維護工作計劃,減少工作量,降低工作負荷,提高工作效率。

關鍵設備安全百分數,是判斷設備是否處于需要維護或過度維護狀態的一個指標。對于大型設施來說,關鍵設備的影響是最為關鍵的,要求也更為嚴格。而對于相似的設施來說,關鍵設備安全百分數在整個使用周期內都是大致相同的。如果該百分數低(高)于某個閾值,就表明工作人員需要進行周詳的調查,確定適當的維護工作規模:關鍵設備的安全百分數低,意味著設備需要維修,繼續使用會影響整體安全性;如果安全百分百較高,則表示該設備的維護工作過度,設備的工作效率受到了影響,成本增加。

另一個用于確定設施是否需要維護的指標,是CMMS中需要維護項目的數量。隨著設備運營時間延長,某些設施外的設備也會逐步計入CMMS,其顯示的設備數量就會相應增加,造成不必要的維護時間,增加工作量。

通過分析維護計劃,可以對工作量進行調整,確保維護工作在一年中平均分配。如果工作集中在某個特定的時間段內,那就需要在短時間內配備大量的工作人員,而在剩余時間工作人員則處于閑置狀態。

通過工作管理數據分析,能夠大幅提高工作效率和設備產能。

狀態監測和預測分析的可靠性

旋轉設備對發電、氣體壓縮、注水、注氣以及油氣出口至關重要,鑒于此,工作人員必須掌握旋轉設備關鍵部件的狀態。這與IoT類似,傳感器將數據發送到大數據中心,隨后進行數據分析,確保旋轉設備正常運行。

一旦旋轉設備完成安裝,實時監測數據就會傳輸到中央控制中心,達到監測設備性能的目的。隨著運行時間延長,監測系統會對設備的運轉數據進行分析,預測可能出現的故障。實時監測系統具有主動干預和維護功能,能夠及時修復設備,保證其工作性能,防止生產損失或重大事故發生。

此外,通過對大量旋轉設備的監測和分析,可以更好地了解不同廠家、設備的性能及其在不同氣候、操作環境下可靠性,保持其處于最佳工作狀態。在數據分析的基礎上,就能判斷某供應商或設備性能是否一致:如某品牌或某型號的設備在炎熱干燥氣候中運行良好,但不能在寒冷環境中運行;或者在運行條件相似的情況下,某型號設備在一個地區表現良好,而在另一個地區卻相反。所有這些結果都對設備采購和維護決策的制定影響巨大,直接關系到最終的盈利狀況。

開采動態管理和生產設施優化

通過實時監控和運營參數顯示,開采動態管理可降低運營風險、縮短停機時間、提高運營效率并降低維護成本,讓工程團隊在問題發生時可以快速響應,甚至有可能通過預測性分析提前避免問題發生。

這些系統集成了云、大數據和分析等技術,為開發商提供實時作業反饋和可視化數據,工程師能夠及時檢測作業性能和問題,此外,案例管理工具也可作為輔助,借助過去的經驗更好地解決當前問題。

當發生設備運行超過閾值等運營問題時,上述系統還可以快速識別并修復,防止生產設施中其他設備受到波及;另外,利用這些數字化系統,還能夠進行生產管理,對生產異常進行故障排除。

這種系統還支持不同功能之間的交互,例如機械工程師和工藝工程師可以通過協作,確定故障發生的根本原因。以前,某一領域的作業團隊只能提出單一問題的解決方案,但由于不同功能(或部門)之間的交互模糊,這種孤立的解決方案只會推遲整體問題的解決。如今,新的工作方式催生了跨部門之間合作,基于常規數據就可以及時發現并修復生產設施問題。

總結與展望

當前是油氣行業歷史上最獨特的時期,隨著競爭日益激烈以及低油價下監管力度的加強,油氣行業需要尋找新的方法來改進工作流程,并提高效率。

100刀時代恍如隔世,數字化入選油氣“致富經”

圖3. 油氣行業的數字化轉型有可能在未來十年為公司、行業和全社會節約數萬億美元的成本。

油氣行業的運營以設備設施為基礎,因此開發商是否能夠分析和預測生產/開發設施及其組件的性能就顯得非常重要,并且隨著時間的推移,這種能力會變得越來越重要。利用數字化和分析技術提供的功能和信息,開發商可以做出更好的決策,最終達到優化流程、提高產量、可靠性和安全性的目的。

100刀時代恍如隔世,數字化入選油氣“致富經”

圖4. 油氣公司還沒有完全意識到數字化技術的潛力。

以云、大數據、移動設備、物聯網(IoT)、機器人和AI等技術為基礎,數字化和分析得以實現。然而,將這些技術引入油氣行業或公司,并不代表他們就已經實現了成功實施。只有引入新概念(如自助服務及Agile 程序),充分利用新技術,并通過一系列持續改進過程降低人員工作量,油氣行業才能實現真正的轉型??梢灶A見,在接下來的數年甚至數十年中,數字化和分析技術將成為驅動油氣行業轉型的核心動力源。

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