油價暴跌摧毀了能源市場，許多石油公司或運營商的資產(chǎn)流動性被削弱，流動資金銳減，這讓以往可行的項目面臨關閉的困境。利潤的夢想遭到了擱置，因為項目經(jīng)理們都在爭相尋找各種方法，讓他們的冒險和投機行為保持在黑暗中。當然，這其中的主要挑戰(zhàn)是以更少的資金和更少的員工做更多的事情。
隨著該行業(yè)鎖定資本支出，利益相關者必須充分利用他們的資源才能保持企業(yè)的活力。然而，由于運營商們迫于更精明和更快的工作，該答案就是技術。行業(yè)發(fā)現(xiàn)它正處于生產(chǎn)績效新閾值的尖端。
答案就是技術。但不是任何代價的技術。雖然石油天然氣行業(yè)擁有諸多快速而廣泛的接受技術的例子——想想過去十年非常規(guī)鉆完井技術的突破——該行業(yè)為采用新的創(chuàng)新技術仍在頑強而緩慢地抗爭。
如果曾經(jīng)有一段時間可以超越對投資的恐懼，那么這個時間段就是現(xiàn)在。如果說曾經(jīng)有一段時間可以接受突破性技術的話，那么這個時間段也是現(xiàn)在。擁抱工業(yè)4.0的潛在能力和數(shù)字化技術不再是一個簡單的效率問題，它是在經(jīng)濟低迷甚至衰退時期能否保持經(jīng)濟活力和生存下去的答案。這是我們作為一個行業(yè)能夠獲得盈利的唯一途徑，這將對今天和未來產(chǎn)生重要影響。
數(shù)字化為投資回報帶來了確定性
利用工業(yè)4.0的潛在能力，如今通過整合開放式體系架構，幾乎任何人都能訪問以往無法想象的效率和控制的閾值。工業(yè)4.0包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣連通性和先進的數(shù)據(jù)分析。物聯(lián)網(wǎng)由數(shù)字連接的物理設備組成，通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)和遠程控制提供系統(tǒng)支持和運作效率。
云計算允許這些設備通過互聯(lián)網(wǎng)托管的服務器實現(xiàn)網(wǎng)絡連接，這些服務器存取和管理數(shù)據(jù)，同時也減少了基礎設施和復雜性。然后，邊緣計算提升了智能設備的連通性，智能設備可根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)和歷史模型做出實時、自主的決策。
作為一家領先的井筒生產(chǎn)解決方案的企業(yè)，威德福公司設立了一門在許多行業(yè)（如制造、物流和娛樂）得到驗證的采用工業(yè)4.0概念的課程，并將其運用于生產(chǎn)階段。擁抱數(shù)字化不再是一個簡單的效率問題，它是在經(jīng)濟低迷甚至衰退時期保持經(jīng)濟活力和生存下去的答案。威德福稱之為生產(chǎn)的4.0階段。它代表著近乎完美的資產(chǎn)效率，具有超快速的回報和豐厚的長期利潤。
生產(chǎn)4.0解決方案對運營商投資的快速回報給予一種溢價形式，隨后是隨著時間推移的顯著值，見圖1（生產(chǎn)4.0解決方案通過優(yōu)化從井下到銷售點的資產(chǎn)設施的生產(chǎn)率，可立刻形成更多的現(xiàn)金流）。在平均僅有三個月的時間，運營商們正在收回他們的投資，同時還將增加數(shù)百萬的增量收益，即使在當前的市場低迷時期也能實現(xiàn)。
這些收益的基石是ForeSite生產(chǎn)優(yōu)化平臺。這個軟件平臺利用設備每個角落的數(shù)據(jù)來共同提高一個儲層、相關油井和地表設施的績效水平。這個獨特的單一平臺集成了基于物理學模型和先進的數(shù)據(jù)分析，以增加設備的正常運行時間，并最終延長設備的使用壽命，見圖2（ForeSite生態(tài)系統(tǒng)利用物理學模型來提高生產(chǎn)力、降低成本和提高員工工作效率）。這個安全且易于維護的平臺為整個生產(chǎn)創(chuàng)建了一個生態(tài)系統(tǒng)，使石油公司擁有實現(xiàn)其最大化產(chǎn)量和降低運營成本的前瞻性手段。
利用ForeSite生產(chǎn)優(yōu)化的優(yōu)勢，威德福公司現(xiàn)在提出了一種無資本支出的方法，通過使用這種方法，投資者可以立刻形成更多的現(xiàn)金流，優(yōu)化其設備的生產(chǎn)力和減少總的支出，見圖1。此外，經(jīng)過驗證該平臺已具有降低設備故障率和嚴重度的功效，這將使現(xiàn)場工作人員需求減少，從而節(jié)省更多成本。就中期目標來看，這些戰(zhàn)略通過數(shù)字化方案保持和提升企業(yè)資產(chǎn)的價值，方法是建立基準數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)精準操作，使精準控制關鍵業(yè)績指標向前發(fā)展。反過來，這些數(shù)據(jù)還能快速實現(xiàn)人們渴望的收益，增加現(xiàn)金流、平滑生產(chǎn)曲線、以及減少失誤或失敗。
即時投資收益率
范例一，哥倫比亞石油公司在幾個月內(nèi)將產(chǎn)量提高了6%，因疫情導致的封鎖期間，井的重新啟用率增加了36%。生產(chǎn)4.0解決方案提升了即時運營價值。在ForeSite第一階段推出后的幾周內(nèi)，管理著近3000口油井的一家大的哥倫比亞石油公司提高了產(chǎn)量和效益。第一階段實施覆蓋了600多口井，這些井被確定為一個積極生產(chǎn)的電潛泵采油的子集，以供進一步分析。使用ForeSite平臺的油井趨勢布局，對每口井的生產(chǎn)歷史和運行狀況進行分析，以確定增產(chǎn)潛力。
這一發(fā)現(xiàn)過程提出了對幾口井的增產(chǎn)策略進行細微修改的一些建議，這將促進增產(chǎn)，而無需額外資本支出。然后，該運營商選擇了這些井中的一口作為樣本井來測試舉升策略，并修改了每口井的電潛泵電機的頻率，以匹配ForeSite軟件提出的建議。在實施這一舉升策略后的頭幾周，該運營商取得了一項經(jīng)認證的6%的產(chǎn)量增長，還預測了額外的收益。對舉升策略的這些修改使年收益額外增加了325萬美元。
ForeSite平臺使該運營商能夠推出他們企業(yè)范圍的數(shù)字化戰(zhàn)略。威德福公司提供平臺安裝、技術支持及應用培訓的全程服務，包括各種增產(chǎn)方式、地面設施及輸油管道的優(yōu)化服務。隨著工作的繼續(xù)，據(jù)報道，未經(jīng)認證的額外增產(chǎn)達8%，預計這些設備總的增產(chǎn)建議將使該運營商獲得更高的產(chǎn)量。
隨著哥倫比亞進入一年一度春季到來的雨季，該國石油公司的即時節(jié)約和收益仍在繼續(xù)。在ForeSite平臺安裝后，這家常規(guī)油藏的運營商在新冠病毒全球封城期間經(jīng)歷了電力斷供。多日大雨造成的洪水導致了輪番停電，影響了其中的三個油田，其中包括1000多口采用電潛泵舉升采油的井。經(jīng)歷了三天的降雨，該石油公司面臨近850口電潛泵采油的井失去電力供給，每天的石油產(chǎn)量損失高達14500桶。
ForeSite平臺讓控制室的操作人員能在不到一分鐘內(nèi)就識別出斷電事件?；謴凸╇姾螅晃徊僮鲉T利用ForeSite發(fā)出一條遠程重啟指令，該指令恢復所有油井正常工作的速度比以前快了36%。依從新冠病毒的規(guī)則，立刻重啟油井的過程僅耽擱了3分鐘的停機時間。由于停電持續(xù)到第二天，一位操作人員在70秒內(nèi)就恢復了28口油井的作業(yè)。之后，到了第三天，三個油田的近850口油井也恢復了作業(yè)。此外，F(xiàn)oreSite平臺還能讓每個控制室的操作人員識別故障，并在恢復供電時立即使用重啟指令。三個控制室的操作人員僅用了56秒時間就使850口油井中的95%恢復了生產(chǎn)。
ForeSite平臺能讓操作人員最大限度地減少因多日輪番停電給油井生產(chǎn)造成的影響，以及以日產(chǎn)14500桶產(chǎn)油率累積帶來的損失。ForeSite平臺支持快速遠程管理，而不是人工重啟的做法，人工重啟油井會造成巨大的產(chǎn)量損失和停機時間，按每桶原油40美元計算，這會導致高達170萬美元的收入損失。再者，通過最大限度地減少停機時間和生產(chǎn)延誤，采用ForeSite平臺進行投資可讓投資者即刻獲得收益。
范例二，
二疊紀盆地的運營商創(chuàng)造出了1770萬美元的年度增量收益。一家財富500強的生產(chǎn)商在美國及世界各地擁有著廣泛的設備資產(chǎn)，成功地實施了ForeSite優(yōu)化，推動了一項企業(yè)范圍的生產(chǎn)優(yōu)化方案。該方案的授權要求為多種方式的增產(chǎn)提供便利，包括自噴、抽油桿舉升、氣舉、柱塞舉升和電潛泵采油。數(shù)據(jù)無關的優(yōu)化平臺需具備整合多個系統(tǒng)的能力，包括第三方的軟件系統(tǒng)，以及利用歷史數(shù)據(jù)，同時整合來自現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)平臺的實時數(shù)據(jù)源，以及其它現(xiàn)場分配和油井設計的軟件系統(tǒng)。
ForeSite生產(chǎn)優(yōu)化團隊與該生產(chǎn)商合作，以評估4000多口井的生產(chǎn)戰(zhàn)略和數(shù)據(jù)需求。雙方團隊共同商定了一個分階段推出ForeSite平臺的方案，該方案從80口井開始先導性試點，以建立關鍵業(yè)績指標要求來管理整個企業(yè)采用的計劃。ForeSite平臺被安裝在包括自噴、抽油桿舉升、氣舉、柱塞舉升和電潛泵采油的井上。該平臺無縫隙地將所有數(shù)據(jù)管理和規(guī)劃系統(tǒng)整合于一體，使操作人員能例外地管理這批試點井。
這種方法確定了許多增產(chǎn)機會，包括建議增加表現(xiàn)不佳的井的正常運行時間和產(chǎn)量。這次ForeSite平臺的試點井超出了所有的關鍵業(yè)績指標，而且立即得到了擴大，包括第一階段期間推出的近1000口井，最終將在未來兩年全企業(yè)范圍內(nèi)推廣應用。
ForeSite平臺支持所有增產(chǎn)方式的生產(chǎn)優(yōu)化，同時還能提高員工工作效率以及增加設備的正常運行時間。全面推出后，該運營商預計每年至少可節(jié)省1770萬美元。這些節(jié)省包括580萬美元員工的效率提高、650萬美元設備運行壽命的增加、以及使用ForeSite平臺的這些井獲得的額外540萬美元的收益，這些井能夠更快地從自噴采油過渡到人工舉升采油。
ForeSite平臺提供了監(jiān)控業(yè)績且具有識別所有儲層、油井、地面設備以及管道設施改進機會的能力。這是通過將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)與實時數(shù)據(jù)源、基于物理學的建模引擎、以及指令和控制功能整合到一個單一的生產(chǎn)優(yōu)化平臺中所實現(xiàn)的。試點井的成功促使了該運營商在整個企業(yè)范圍內(nèi)推廣使用ForeSite平臺。最重要的是，最初的快速通道投資讓投資者能即刻獲得收益而再為自己付費，這讓該運營商能更積極地繼續(xù)走向未來，為生產(chǎn)收益和成本節(jié)省帶來更廣闊的前景。
這些數(shù)字化方案和策略的亮點是它們?yōu)檫\營商們提供了即時的現(xiàn)金流和巨大的長期投資盈利的能力。作為一家生產(chǎn)解決方案的全球領導者，威德福公司的任務是降低所擁有設備資產(chǎn)的總成本（無論是30口還是30000口井），以及在全球范圍內(nèi)為各種規(guī)模的設備資產(chǎn)提供生產(chǎn)解決方案。這些策略已證明了自己是可靠的，并取得了令人驚訝的長期成果。
范例三，自主舉升策略可提高產(chǎn)量25%，減少25%的回購氣體。一家二疊紀盆地的運營商通過采用ForeSite Edge（一種具有自主能力的下一代控制器），完美地維持了最佳的井底液流壓力。在采用這項技術之前，井上的設備依靠技術人員前往井場執(zhí)行手動壓力調(diào)整來控制采油生產(chǎn)。這種人工動手操作的過程通常需要一周八次單獨前往現(xiàn)場進行操作，每口井這項費用的支出就超過了1000美元。
安裝ForeSite Edge后，該運營商在渴望獲得的井底液流壓力的設定點上實現(xiàn)了100%的成功率，即使出現(xiàn)氣體注入中斷的問題時也不會有影響。該運營商可遠程調(diào)控井底液流壓力的范圍，其范圍由設備自主維護?？傊@種方法可顯著提高員工工作效率，以及新冠病毒疫情期間操作安全的合規(guī)性。
采用ForeSite Edge技術，每口井平均增產(chǎn)了25%，其中的5%歸因于自主控制技術。此外，持續(xù)優(yōu)化通過減少25%的回購氣體量，降低了運營支出。
范例四，邊緣技術（Edge technology）為Power River盆地的石油公司減少了80%的井場巡查量。一家石油公司試圖延長其容易發(fā)生故障的往復式抽油桿舉升采油井的正常運行時間，這些采油井只能通過目視檢查來發(fā)現(xiàn)故障。每口井都配備了一個變頻器，而且處于高速運行狀態(tài)。每次往復抽吸還容易出現(xiàn)間歇性的低泵填充。
威德福公司的生產(chǎn)優(yōu)化團隊為其在井場處理高頻率數(shù)據(jù)和獲取建模能力推薦使用ForeSite Edge控制器，控制器安裝在每口井變頻器的旁邊，以增強油井的可見距離和數(shù)據(jù)的可用性。這些設備使工程師們能夠遠程監(jiān)控關鍵參數(shù)和性能指標，包括：舉升次數(shù)/每分鐘、泵填充、有效運行時間、舉升次數(shù)/每天、以及估算產(chǎn)量。這些數(shù)據(jù)和功率計記錄卡有助于發(fā)現(xiàn)每口井的優(yōu)化機會。
高頻率數(shù)據(jù)和自動功率計記錄卡模式匹配一旦到位，可幫助工程師們確定泵填充趨勢，檢測是否存有循環(huán)氣體，這種循環(huán)氣體可導致氣體沖擊、增加設備磨損、甚至使設備停止運轉(zhuǎn)。利用系統(tǒng)推薦，該運營商使用ForeSite Edge遠程管理功能更改變頻器參數(shù)，將每分鐘舉升行程數(shù)減至最小、泵關閉行程數(shù)減至最小、以及每分鐘舉升行程縮減設置。這些參數(shù)的調(diào)整使產(chǎn)量平均提高了2%，井場巡查次數(shù)減少了80%，每年每口井設備的舉升次數(shù)減少了50多萬次，從而使設備的故障率降低了15%。
通過提出推薦的ForeSite Edge的變化值，故障減少了15%，折合每年1.5個泵損壞，每個泵損壞的成本為2.5萬美元。遠程管理功能提高了員工的工作效率，減少了現(xiàn)場巡查次數(shù)80%。ForeSite Edge還揭示了一些增產(chǎn)機會，這些機會就是產(chǎn)量增加了2%?；诔跏及惭b的成功，該客戶現(xiàn)在計劃將ForeSite Edge解決方案推廣應用于其它油井設備。
可觀的長期收益
中東石油公司在三年內(nèi)增加了1.56億美元的收益。威德福公司的生產(chǎn)優(yōu)化平臺使中東石油公司能主動管控設備故障，實時發(fā)現(xiàn)新的增產(chǎn)機會，從而在一個三年期以及更長時間實現(xiàn)增產(chǎn)。該石油公司需要對1500多口采用電潛泵采油的井進行自動產(chǎn)量監(jiān)測、分析和資產(chǎn)范圍的優(yōu)化，以及未來適應其它增產(chǎn)方式的選擇。該方案還需要進行模式識別，以實現(xiàn)預測故障的管理，以及整合來自六個不同系統(tǒng)和數(shù)十個自定義模型的數(shù)據(jù)，其中90%具有潛在的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。
作為有能力管理所有增產(chǎn)方式的唯一系統(tǒng)，威德福公司的方法建立并實現(xiàn)了這一生產(chǎn)優(yōu)化平臺。該生產(chǎn)優(yōu)化平臺使1500多口電潛泵采油的井實現(xiàn)了自動產(chǎn)量監(jiān)測、分析與優(yōu)化。這一方法可推廣應用于更多的油井和各種方式的增產(chǎn)，從而能實時、主動地管控故障和把握增產(chǎn)機會。這種無資本支出的方法使原油日產(chǎn)增加了5000多桶，這意味著增產(chǎn)收入平均每年增加5200萬美元，三年可增加1.53億美元。
目前，油氣行業(yè)最大的挑戰(zhàn)就是用更少的資源做更多的工作。為了實現(xiàn)這一目標，運營商們現(xiàn)在大都關注短期收益。生產(chǎn)4.0解決方案通過優(yōu)化設備資產(chǎn)的生產(chǎn)力，能讓運營商立刻形成更多的現(xiàn)金流。通過減輕設備故障的數(shù)量和嚴重度，支出會即刻得到減少，現(xiàn)場巡查人員也能相應地減少。通過維持和提高設備資產(chǎn)的可用性，這些方法還能為企業(yè)的中長期發(fā)展提供更高價值。（文獻作者：Manoj Nimbalkar，威德福公司。2020年11月發(fā)布在世界石油網(wǎng)站）
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