罗克韦尔携手Sensia推动油田运营升级

原文发布于罗克韦尔自动化官网博客

石油和天然气行业正处于十字路口：基础设施老化、产量下降和成本上涨对盈利能力构成了威胁，同时气候压力也促生了可持续创新需求。油田运营商如何实现这一目标？

万亿美元的升级措施势在必行

在技术进步的推动下，石油和天然气行业正在经历快速转型。自动化、电力和数字系统处于此次升级的前沿，为提高效率、安全性和环境的可持续性创造了潜力。

然而，在陆上油田中实施这些关键任务系统会带来一系列独特的挑战，并需参考相关建议。

研究显示，全球陆上油田设施新旧不一，既有全新油厂，也有历史逾 70 年的老旧基础设施。许多运营设施的平均使用年限可能介于 30 年到 50 年之间。要对这些站点进行升级和产量优化，必须解决的首要挑战包括：

生产率下降：

油藏老化和固有的地质复杂性导致开采效率持续下降。

基础设施老化：

既有基础设施通常会在超过使用寿命的情况下继续运营，致使性能下降，且更容易发生故障和遭到网络攻击。

维护负担高：

分散的平台和老化资产需要频繁且成本高昂的维护干预，影响了正常运营时间和盈利能力。

大量非结构化数据：

站点积累了大量异构数据集，且缺乏标准化格式，阻碍了有效分析和明智决策。

运营成本增加：

消耗品价格上涨、劳动力短缺和维护支出导致运营成本不断增加。

安全和环境风险：

基础设施老化会加剧开采时的相关固有危险，从而加重安全和环境问题。

数字化油田

数字油田采用开放式控制系统、电气化、人工智能 (AI) 以及本地和云物联网 (IoT)等现代技术来增强运营，让企业能够实时了解和分析数据，从而更轻松地监控和管理油田活动。这有助于提升日常任务的自动化，并支持企业制定更好的决策来提高效率、降低成本，并尽可能减少停机时间。

虽然这些技术是实现可持续和可盈利生产的关键所在，但研究表明，尽管几乎所有能源公司都在运营的不同领域拥有数字化项目，但“其中 70% 的项目仍未完成试点阶段”。

实现油田升级：战略框架

为了应对这些挑战并支持长期可持续发展，系统化的升级策略至关重要。这一策略包括以下关键要素：

考虑既有基础设施和集成

要成功在老化的基础设施中集成现代自动化技术，就务必要实施明确的迁移策略。这包括评估当前的设备和流程、识别升级机会，以及制定无缝集成的路线图。优先改造或更换过时的系统，以及桥接既有系统与现代自动化平台是两大重点方向。利用价值驱动型迁移方法可实现分阶段推进，有助于尽可能减少过渡期间的停产时间。

构建可扩展性和灵活性

为了适应未来的扩展以及不断发展的技术，采用模块化的开放式系统方法十分关键。需要制定一种能够缩短部署时间并使用标准组件来解锁未来增长的策略。自动化解决方案可以利用开放式、可扩展的安全架构来集成现有的成熟资产与升级丛式井平台，包括用于各种强化采油技术的系统和设备。

融入电气化

该行业认识到，当下和未来开展业务都需要减排。从以燃气轮机和柴油机发电为主转变为支持电网的电气化需要资本投资，并以管道基础设施的形式提高气体回收能力。评估设备可用性也至关重要。混合电力系统、微电网、预制电气房和变频器(VFD)的发展可以有效支持这一转变。

使用智能仪表和数据采集系统

要克服模拟式仪表的局限性并改用智能数字传感器，评估现有基础设施并确定实现升级的明确目标非常重要。关键步骤包括评估仪表性能诊断和规划数字系统兼容性。需要采用振动监测传感器和现代测量解决方案，以及基于状态的前沿监测解决方案以提供数据就绪能力。

利用远程操作和遥测技术

通过采用边缘和边缘到云系统，可以解决既有系统集成、连接不良和仪表受限的挑战，助力实现远程监控。利用集成平台进行监控，并采用支持扩展坞的远程终端(RTU)，可以提高运营效率。

实施高级分析

通过实施数字李生体和高级分析，可以深入了解过程指标、优化运营绩效并预测资产故障。对边缘的现代闭环控制和优化以及AI驱动的监督平台正在成熟领域中推动新价值产生。

数据管理和数据驱动的智能操作

实现有效的数据管理需要具备访问相关场景化数据的能力和数据可访问性，并实现多系统集成。在运营技术(OT)与信息技术(IT)之间建立统一的数据流是重中之重。通过企业级IloT平台、生产数据管理系统和性能预测平台建立强大的数据基础层并实现互联运营，可以增强数据驱动型决策能力。

制定网络安全策略

让油田运营为应对网络安全威胁做好准备是关键要务。要实现该目标，需要遵循NIST框架、维护全面的资产库存，并实施可操作且优先级别明确的风险和漏洞管理。利用内嵌网络安全功能的OT系统并采用行为分析和机器学习进行威胁检测，可以强化安全措施。

团队发展计划

麦肯锡调研显示“新技术要求员工培养新技能、采用新流程并改变长期以来的工作“实践”。为了有效培训现有团队并吸引新的技术人才，要赋予现有员工权力，并通过全面的培训计划吸引新员工。利用以用户为中心的人机界面设计、增强现实(AR)技术和远程专家指导工具，可以提高学习和运营效率。

优先考虑可持续发展

要尽可能减少环境影响并优先考虑可持续发展，就需要有一个主动路线图，来衡量绩效、优化流程和监督运营。采用节能自动化解决方案、能源管理平台、有效的碳计量和误差测量系统以及碳核算平台，将有助开展这些可持续发展工作。

支撑技术

利用罗克韦尔自动化和 Sensia 的技术及服务有助于实现卓越运营，推动油田升级。根据现有基础设施或未来的井平台要求安装智能设备、AI 驱动模型和其他数字功能，有助于实现基于状态的监测、实时资产故障预测和更完善的资产监控。

用户可以使用罗克韦尔的 Allen Bradley控制系统来增强自动化功能，并强化既有系统或从中迁移。此外，罗克韦尔的 PlantPAx分布式控制系统可简化操作并提高安全性，同时提供支持高级分析和网络基础设施优化的平台。网络安全应用程序还可用于检测和减轻网络威胁。

与此同时，罗克韦尔的FactoryTalk软件套件能够提供强大的数据管理解决方案，促进数据无缝集成并提升数据可访问性，在OT与IT之间建立了统一的数据流。在边缘使用FactoryTalkLogixAI和FactoryTalkGuardianAI等 AI 数据解决方案，可在故障发生前进行预测，并让操作员有效利用 AI 来更好地管理数据。在边缘启用这些平台需要合适的边缘设备。Sensia的QRATE HCC2超融合控制器可在极为严苛的环境下实现杰出的边缘性能。

这些技术不仅可以解决行业面临的挑战，也符合升级的理想实践建议。

为什么是现在？

实现陆上油田升级是一场需要运用全方位策略的变革之旅。鉴于石油和天然气行业面临的挑战，例如基础设施老化、生产率下降和运营成本上涨，需要创新和可操作的解决方案来支持油田达到现代标准和产量水平。采用自动化、人工智能和物联网等先进技术可以显著提高效率和安全性。

优先进行数据驱动的优化对于支持明智决策而言至关重要，可助力实现实时监控和开展预见性维护，从而降低成本并延长资产寿命。升级工作也必须以可持续发展为核心，因为该行业面临着降低排放水平和减少环境影响的压力。采用可持续实践、过渡到电气化以及实施节能解决方案将提高企业声誉和利益相关者信任度。

成功实现升级离不开持续改进和创新、培养适应能力以及投资团队发展，从而在不断变化的市场环境中长期生存。

依托罗克韦尔与 Sensia 的行业技术与经验，可助力油气企业更快启动商业生产，制定并执行油田运营升级路线图，从而取得成功。