原文發布于羅克韋爾自動化官網博客

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

萬億美元的升級措施勢在必行

在技術進步的推動下，石油和天然氣行業正在經歷快速轉型。自動化、電力和數字系統處于此次升級的前沿，為提高效率、安全性和環境的可持續性創造了潛力。

然而，在陸上油田中實施這些關鍵任務系統會帶來一系列獨特的挑戰，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量優化，必須解決的首要挑戰包括：

生產率下降：

油藏老化和固有的地質復雜性導致開采效率持續下降。

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運營，致使性能下降，且更容易發生故障和遭到網絡攻擊。

維護負擔高：

分散的平臺和老化資產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。

大量非結構化數據：

站點積累了大量異構數據集，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，從而加重安全和環境問題。

數字化油田

數字油田采用開放式控制系統、電氣化、人工智能 (AI) 以及本地和云物聯網 (IoT)等現代技術來增強運營，讓企業能夠實時了解和分析數據，從而更輕松地監控和管理油田活動。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可持續和可盈利生產的關鍵所在，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字化項目，但“其中 70% 的項目仍未完成試點階段”。

實現油田升級：戰略框架

為了應對這些挑戰并支持長期可持續發展，系統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。優先改造或更換過時的系統，以及橋接既有系統與現代自動化平臺是兩大重點方向。利用價值驅動型遷移方法可實現分階段推進，有助于盡可能減少過渡期間的停產時間。

構建可擴展性和靈活性

為了適應未來的擴展以及不斷發展的技術，采用模塊化的開放式系統方法十分關鍵。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、可擴展的安全架構來集成現有的成熟資產與升級叢式井平臺，包括用于各種強化采油技術的系統和設備。

融入電氣化

該行業認識到，當下和未來開展業務都需要減排。從以燃氣輪機和柴油機發電為主轉變為支持電網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。混合電力系統、微電網、預制電氣房和變頻器(VFD)的發展可以有效支持這一轉變。

使用智能儀表和數據采集系統

要克服模擬式儀表的局限性并改用智能數字傳感器，評估現有基礎設施并確定實現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劃數字系統兼容性。需要采用振動監測傳感器和現代測量解決方案，以及基于狀態的前沿監測解決方案以提供數據就緒能力。

利用遠程操作和遙測技術

通過采用邊緣和邊緣到云系統，可以解決既有系統集成、連接不良和儀表受限的挑戰，助力實現遠程監控。利用集成平臺進行監控，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

通過實施數字李生體和高級分析，可以深入了解過程指標、優化運營績效并預測資產故障。對邊緣的現代閉環控制和優化以及AI驅動的監督平臺正在成熟領域中推動新價值產生。

數據管理和數據驅動的智能操作

實現有效的數據管理需要具備訪問相關場景化數據的能力和數據可訪問性，并實現多系統集成。在運營技術(OT)與信息技術(IT)之間建立統一的數據流是重中之重。通過企業級IloT平臺、生產數據管理系統和性能預測平臺建立強大的數據基礎層并實現互聯運營，可以增強數據驅動型決策能力。

制定網絡安全策略

讓油田運營為應對網絡安全威脅做好準備是關鍵要務。要實現該目標，需要遵循NIST框架、維護全面的資產庫存，并實施可操作且優先級別明確的風險和漏洞管理。利用內嵌網絡安全功能的OT系統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。

團隊發展計劃

麥肯錫調研顯示“新技術要求員工培養新技能、采用新流程并改變長期以來的工作“實踐”。為了有效培訓現有團隊并吸引新的技術人才，要賦予現有員工權力，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。

優先考慮可持續發展

要盡可能減少環境影響并優先考慮可持續發展，就需要有一個主動路線圖，來衡量績效、優化流程和監督運營。采用節能自動化解決方案、能源管理平臺、有效的碳計量和誤差測量系統以及碳核算平臺，將有助開展這些可持續發展工作。

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卓越運營，推動油田升級。根據現有基礎設施或未來的井平臺要求安裝智能設備、AI 驅動模型和其他數字功能，有助于實現基于狀態的監測、實時資產故障預測和更完善的資產監控。

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

與此同時，羅克韋爾的FactoryTalk軟件套件能夠提供強大的數據管理解決方案，促進數據無縫集成并提升數據可訪問性，在OT與IT之間建立了統一的數據流。在邊緣使用FactoryTalkLogixAI和FactoryTalkGuardianAI等 AI 數據解決方案，可在故障發生前進行預測，并讓操作員有效利用 AI 來更好地管理數據。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境下實現杰出的邊緣性能。

這些技術不僅可以解決行業面臨的挑戰，也符合升級的理想實踐建議。

為什么是現在？

實現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面臨的挑戰，例如基礎設施老化、生產率下降和運營成本上漲，需要創新和可操作的解決方案來支持油田達到現代標準和產量水平。采用自動化、人工智能和物聯網等先進技術可以顯著提高效率和安全性。

優先進行數據驅動的優化對于支持明智決策而言至關重要，可助力實現實時監控和開展預見性維護，從而降低成本并延長資產壽命。升級工作也必須以可持續發展為核心，因為該行業面臨著降低排放水平和減少環境影響的壓力。采用可持續實踐、過渡到電氣化以及實施節能解決方案將提高企業聲譽和利益相關者信任度。

成功實現升級離不開持續改進和創新、培養適應能力以及投資團隊發展，從而在不斷變化的市場環境中長期生存。

依托羅克韋爾與 Sensia 的行業技術與經驗，可助力油氣企業更快啟動商業生產，制定并執行油田運營升級路線圖，從而取得成功。