2020油气行业数字化转型研究报告.pdf

北京中油瑞飞信息技术有限责任公司北京大学光华管理学院董小英教授研究团队中国信息通信研究院云计算与大数据研究所安永（中国）企业咨询有限公司中国石油大学（北京）人工智能学院北京石油化工学院人工智能研究院走 向 油 气 数 字 世 界联合发布研究报告（ 简版 ）油气行业数字化转型1 目录 一、油气行业数字化转型 研究报告 背景 . 3 二、油气行业数字化转型的价值 . 4 三、油气行业数字化转型现状 . 6 四、油气行业数字化价值链分析 . 7 五、油气行业数字化技术应用 . 10 五、油气行业数字化转型的战略架构 . 19 六、油气行业数字化转型的业务架构 . 20 业务数字化 . 21 服务数字化 . 21 管理数字化 . 22 价值链的数字化 . 23 运营数字化 . 23 七、油气行业数字化转型案例 . 24 7.1 勘探智能云平台（大数据与云计算） . 24 7.2 油气生产物联网系统（物联网） . 25 7.3 数字油田（物联网与云计算） . 27 7.4 油气探测机器人（机器人） . 28 7.5iPad 操控的虚拟现实采油工作流程（虚拟现实 /增强现实） . 28 7.6 数字化抽油机 . 29 7.7 油气领域无人机 . 30 2 7.8 输油管线的数字化 . 30 7.9 仓储管理数字化 . 31 7.10 基于云视频的会议系统 . 32 八、油气行业数字化转型的基本能力构建 . 34 八、企业数字化转型的路径 . 37 九、油气行业数字化转型成熟度评估分级标准框架 . 41 3 一、油气行业数字化转型 研究报告 背景 全球疫情对油气行业的影响。 2020 年， 全球新冠疫情目前已在全球呈现大流行状态，波及约 200 个国家和地区，确诊人数、死亡人数在全球范围内持续增长。 由于世界各国采取大规模封城措施，全球 经济受到巨大冲击。 因为疫情影响，强制社会隔离导致全球石油需求锐减，又因为油价短期内缺乏弹性难以调整的特征，使得需求端一个极小的的波动都会被放大为巨大的市场价格变化。由于需求萎缩 和其他多种因素影响 ，石油需求下滑为 1810 万桶 /天 ，并出现 油价为负 的罕见局面。 石油价格低，产油国雪上加霜。石油生产者陷入亏损，并无能力投资于石油挖掘的长期能力建设，甚至被迫破坏性地关闭油井 ，因此当全球经济重回轨道，石油生产能力可能出现不足，石油价格非正常的窜高则无疑会伤害经济复苏。低油价将进一步增加未来中东地区爆发地缘政治事件的风险 。 低油价使得消费者或下游产业短期内略受益，但会使供给者或上游受损，从而影响整个经济运行。石油价格下跌会对新兴市场国家的产业调整弹性和管理水平造成冲击，与此同时，当某些环节的企业因为低油价受损，会传染到其他行业甚至银行体系，例如避险需求推动了黄金的上涨。为市场押注全球货币刺激措施增加，提醒着人们未来市场波动尚存。 国家新基建发展提速。 中共中央政治局常务委员会 于 2020 年 3 月 4 日召开会议，会议指出，要加快 5G 网络、数据中心等新型基础设施建设进度。 “ 新基建 ” 最可能集中于 7 大领域：一是 5G 基站建设（ 5G 板块），二是特高压，三是城际高速铁路和城市轨道交通（基建和高铁），四是新能源汽车充电桩，五是大数据中心，六是人工智能，七是工业互联网。新基建是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。内容集中在包括 5G 基站4 建设、大数据中心、人工智能、工业互联网、新能源汽车充电桩、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通的七大领域。主要内容包括三方面，一是 5G、物联网等新一代信息技术演化的通信、新技术、算力等基础设施，二是应用大数据、 AI 等新技术的融合基础设施，三是具有公益支撑属性的创新基础设施。 油气行业数字化转型势在必行。 面对国际油价大幅波动所带来的挑战和生存压力，以及国家发展战略所带来的战略机遇，油气行业的数字化转型已经迫在眉睫、势在必行。企业的技术创新、核心技术研发，已经与数字化技术深度融入管理业务体系密切相关，科技赋能业务和管理对企业提高对市场波动的快速响应能力、敏捷调整能力、降低成本能力、提高价值能力、科学决策能力和满足客户需求能力都至关重要。正是在这个大背景下，我们中油瑞飞联合北京大学光华管理学院董小英教授研究团队、中国信息通信研究院云计算与大数据研究所、安永（中国）企业咨询有限公司、中国石油大学（北京）人工智能学院、北京石油化工学院人工智能研究所联合撰写了油气行业数字化转型 研究报告 。 二、油气行业数字化转型的价值 数字化技术带来的收益是递增的。创新过程一般都经历初始规模较小，再突破，然后被广泛采用阶段。油气行业新技术的应用也要经历该过程。目前仍处于采用数字化技术的初始小规模阶段，收益虽低但在递增。下一步这些行业的不同领域的不同部分将在不同的时间到达收益大幅增加的突破拐点，最后是数字技术在行业内各个公司都有应用，收益的增加与成本投入同速发展直至减缓。 油气行业数字化转型的价值主要包括以下几个方面： 提高数据资产利用率。 上世纪 90 年代 和本世纪初，一波数字油田的浪潮席卷了石油行业的大部分领域， 特别是 近几年低油价背景下， 实现 了 常规油气 资源的 改革与转型，并 突破了非常规油气资源的技术瓶颈。 然而 ，在这十年的大部分时间里， 油气行业 并没有充分利用5 数据和技术所带来的机会，油气行业在数字化革新方面仍存在一定的差异。 根据 德勤 对 全球不同行业数字化成熟度 的调研 结果，油气行业平均数字化成熟度低于 电信、媒体和科技（ TMT） 行业、消费品与国防行业、金融服务行业、健康与生命科学行业 1。 油气行业虽然拥有海量数据，但由于数字化程度较低，对数据资产的利用率也很低。但同时，这也为其进行数字化创新提供了更多的可能性。 降本增效。 受油价低位震荡、市场竞争激烈等因素影响 ，油气行业面临较大的挑战，而不断发展的数字化技术能为油气行业创新与转型提供新动力 。油气行业正在经历一段痛苦的变革时期，追求的目标不 仅仅 是大产量， 更重要的 是 更高的 利用率。 数字化 技术能够提供远程作业和生产监控， 优化 油田生产， 提高 生产效率， 降低 生产成本等。 2017 年 1 月 ， 世界经济论坛和埃森哲联合发布的数字化转型倡议：油气行业 研究报告 预计， 2016 2025年间 , 油气行业数字化将为油气企业带来 1 万亿美元左右的新增价值 2。数字化 技术 还 能够 对大量数据进行 收集 、 分析 和利用， 可以 通过使用传感器、 分析学 、 机器人 技术和控制系统，为 该领域带来实质性的操作改进。国际能源机构 曾 估测，数字技术可能将油气生产成本削减20%。 有效应对市场波动。 过去几年， 原油 和天然气价格一度大幅下跌。 墨西哥湾灾难性的漏油事件也 引发了 重大的环境责任。 随着产量 远超 需求，过剩的库存 不断 增加，也 对 储油 能力持续施加巨大压力。可预见的是，面对主要产油国产量 的 快速增长和疲软的经济前景，低油价预计还将持续一段时间，除非供应增速放缓、 需求追赶 供给， 油价 不大可能出现强劲复苏， 并且 禁 运 、 政治 动荡和 财政 要求等不确定因素可能会进一步影响这种局面。为应对油价的变动，需要利用系统工程和数学、经济等理论， 建立 企业价值预测和评价模型， 实时测算 、 分析 、 决策 ，及时调整生产经营策略， 寻找 新的业务增长点， 创造 新的价值。 1 皮 光林 等 油气行业数字化 创新 模式与启示 中国矿业 2019 年第 10 期 117-121 6 提高运营和生产效率 。 在油气勘探开发领域，数字化技术能够整合分析勘探、 开发 和生产领域的数据信息， 帮助 油气企业从杂乱无章的资料中发现潜在规律，夯实分析基础。在油气化工领域， 数字化 技术有助于把握消费者信息与需求， 提供 更完善的产品与服务 7。此外，数字化技术有助于优化管理流程， 提升 油气企业管理水平， 还能够有效 提升 企业的资产管理水平。 三、油气行业数字化转型现状 油气行业数字化基础。 油气行业 的 数字化 进程 与其他行业相比落后好几年。 在转型中 需要的技术既可以直接从其他行业获得的经验中迅速获益，还可以向大型 IT 公司寻求帮助和支援，获得更安全、更精简和更高效生产的数字化路线 。 油气行业实际上也拥有数量巨大的数据，但没有统一的数据标准，数据来源和类型复杂多样，就连公司内部一般都会有大量重叠的数据集和孤岛数据，结构化数据仅占全体数据的 20%， 这使得跨团队和公司共享数据变得困难。 行 业观念的转变 。 油气行业的观念较为保守， 抵制 风险 。 随着 数字化的转型，油气 企业经营方式 会变化 变化，员工总数会更少。简单的和手工操作的业务将被自动化，员工将有更多的时间集中在更安全和高价值的工作上，从而需要具有相应的新技能。员工会对这些新变化抵制，对新程序和做事方式产生不信任。雇主必须在疏导员工的担忧的同时，对企业环境要求和股东期望的数字技术进行实施和扩展，这一转变将是实现持久效益的关键。 油气行业数字化调研发现。 根据对能源行业数字化水平的行业对标数据进行分析后发现：包括油气行业在内的我国 能源行业比其他行业数字化转型起步较晚，在行业中转型定位较低， 时间较晚，战略定 位较低，相比 其他行业系统互联 数据 互通程度低 ，在数据管理层面， 能源行业企业在数字化资产的整合能力、分析能力和预测能力得分都明显低于其他行业7 的企业。能源行业比其他行业更以改进业务流程为转型目标，对客户服务数字化的关注较低。 四、油气行业数字化价值链分析 油气行业价值链 。 油气行业价值链 是指围绕油气资源的转化和利用，利用技术和服务相联系，由所有具有连续追加价值关系的相关产业所形成的系统而复杂的链条。 石油 价值链可以分为上、中、下游分段。 上游发现与生产环节主要包括勘探业务、生产业务、钻井业务和油气服务；中游运输环节主要是集输与储运业务；下游精炼和市场销售环节主要包含炼化与化工业务和市场营销业务 ，如图 1 所示 。 图 1 原油价值链示意图 天然气价值链 与原油价值链类似。 天然气生产建设的主要流程是 : 地质勘探 、 钻井 、 场站管线建设 、 采气 、 脱硫 、 输气 、 中间用户 、 终端用户。 上游发现、生产以及辅助性的天然气服务环节 包括勘探业务、生产业务和天然气服务；中游则主要包括 加工、储存和运输环节 ；下游以精炼和销售环节为主 ，如图 2 所示 。 8 图 2 天然气价值链示意图 经过大量调研我们发现：油气行业是高度波动性行业，受油价价位震荡、市场竞争激烈等因素影响，油气行业面临的挑战很大，而不断发展的数字化技术能为油气行业创新与转型提供新动力 。油气行业正在经历一段痛苦的变革时期，追求的目标不 仅仅 是大产量， 更重要的 是 更高的 利用率。 上游增储生产领域 。 在勘探环节， 通过 大数据分析技术优化勘探 选区 ，能够克服现有技术条件下数据 采集 不完备的弱点，数字化勘探能从杂乱无规律的勘探数据中发现潜在规律，快速对钻井数据进行分析与辅助决策，提高钻井作业速度，降低健康、安全及环境安全风险等提高作业效率，降低 成本，或者，利用数据分析帮助油气工程师发现新油气田，自动生成备选的开发方案，使用高度专业化的算法大幅提升上游特定和复杂问题的解决能力。 在钻井环节， 利用 计算机成像技术实现地震数据学习， 并 利用自然语言处理技术自动分析数据， 从而提升钻井 作业效率。 斯伦贝谢 公司则有 依托 DELFI 环境的 DrillPlan 数字化建井计划解决方案 和全新的作业控制系统 DrillOps。 在 生产开发环节，数字化技术将地震成像技术与虚拟现实、 增强 现实等新技术相结合，9 将油井连接互联网， 通过 建立油藏优化模型调整油气生产， 实现 对油藏的精确描绘和油田 全生命周期产出最大化。除了油藏模拟，数字化技术还可以应用于抽油。 数字化抽油机具有数据采集功能，在井下作业时，可以收集抽油机工作参数数据，对机械运行状态进行监控，综合整理和分析数据，并且传输至显示界面，让作业监管人员可以实时了解作业的实际情况，保证作业质量和效率 。 在监测预警领域，数字化技术也可以应用在生产安全预警系统的建设。 图 3 生产安全预警系统架构图 如图 3 所示，为 生产安全预警系统的架构图，可以清楚地看 到，该系统可以分为四个层次，主要包括计算机网络层，这一层包括计算机网络、工作中、微机等，而下一层为数据管理层，在这一层负责的是基本数据的采集与分析，包括人员信息、安全检查信息、事故事件信息、应急数据等等，接下来就是对采集的数据进行分析的数据应用层，包括数据的查询和统计分析以及后续的报表生成，接下来就是最后一个层次即安全预警层，这一层是根据相应的风险模型，对安全值进行评估后发出安全预警。 在办公环节，数字化可以应用在远程办公。中石油的 RDC 是由钻完井相关专业技术、工作流程和 IT 功能平台组成的协同工作系统，借助 该系统可同时对多个钻完井现场进行作业实