湯 林 班興安 徐英俊 吳 浩 熊新強巴璽立 云 慶 苗新康 張 磊

1. 中國石油勘探與生產(chǎn)公司, 北京 100007;2. 中國石油規(guī)劃總院, 北京 100083

0 前言

源于制造業(yè)的精益生產(chǎn)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應用,體現(xiàn)了其科學性和先進性。國內(nèi)中車集團、沈鼓集團等企業(yè)也先后開展了精益生產(chǎn),取得了很好的效果。流程工業(yè)借鑒制造業(yè)由傳統(tǒng)生產(chǎn)向精益生產(chǎn)轉(zhuǎn)變已成為發(fā)展趨勢。中國石油天然氣集團公司提出了全面開展精益生產(chǎn),轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)和管理方式,致力打造低成本、高效率、高效益、綠色安全的一流企業(yè)。

1 精益生產(chǎn)的起源

精益生產(chǎn)是20世紀60年代由日本豐田汽車公司首創(chuàng)的一種先進的管理模式,其中“精”是精細、精準,“益”是不斷優(yōu)化和提高,追求效益最大化。精益生產(chǎn)的內(nèi)涵是一種以最大限度地減少生產(chǎn)所占用的資源、降低企業(yè)管理和運營成本為主要目標的生產(chǎn)方式[1-2]。其實質(zhì)是通過生產(chǎn)過程整體優(yōu)化,改進管理方式,有效利用資源,消除無效勞動與浪費,用最少的投入實現(xiàn)最大的效益,其框架見圖1。

圖1 日本豐田汽車公司精益生產(chǎn)框架圖Fig.1 The framework of “Toyota” lean production

精益生產(chǎn)要求持續(xù)改進,徹底消除浪費,盡善盡美,永無止境地追求七個“零”的終極目標:“零”切換——多品種混流生產(chǎn);“零”庫存——消減庫存;“零”浪費——全面成本控制;“零”不良——產(chǎn)品高品質(zhì);“零”故障——提高運轉(zhuǎn)率;“零”停滯——快速反應、短交期;“零”災害——安全第一。

2 油氣田面臨的形勢和存在的問題

2.1 面臨的形勢

2.1.1 能源保障任務重

按照中國石油天然氣集團公司加快石油和天然氣開發(fā)的總體部署,國內(nèi)油氣勘探開發(fā)業(yè)務進入新階段?！笆奈濉逼陂g每年要新建大量的各類站場和管道，產(chǎn)能建設(shè)工作量大，投資成本控制難度大。

2.1.2 新動用資源品位低

油氣田開發(fā)已經(jīng)進入非常規(guī)時代,動用資源品質(zhì)逐年降低,原油新增儲量和天然氣動用儲量90%為低滲—特低滲以及頁巖油氣,同時高含硫等高風險復雜介質(zhì)氣田不斷增多,效益建產(chǎn)難度大。低滲透產(chǎn)量增長趨勢與產(chǎn)量比例見圖2,新增探明石油地質(zhì)儲量構(gòu)成見圖3。

圖2 中國石油低滲透產(chǎn)量增長趨勢與產(chǎn)量比例圖Fig.2 Low permeability production growth trend and output ratio chart of PetroChina

圖3 中國石油新增探明石油地質(zhì)儲量構(gòu)成圖Fig.3 Composition chart of newly proven petroleum geological reserves of PetroChina

2.1.3 老油氣田穩(wěn)產(chǎn)難

老油田是中國石油產(chǎn)量的主體,開發(fā)10年以上的老油田占總產(chǎn)量的64%。老油田即將進入“雙特高”階段,綜合含水89.5%,可采儲量采出程度76.7%,剩余油高度分散,調(diào)整余地小,有效穩(wěn)產(chǎn)難度大。另外,單井日產(chǎn)量逐年減少,已開發(fā)氣田陸續(xù)進入增壓開采階段,產(chǎn)量逐年下降,開發(fā)成本逐年增加[3]。2011-2018年油田綜合含水變化和單井油、氣日產(chǎn)量變化分別見圖4～5。

圖4 2011-2018年油田綜合含水變化圖Fig.4 Comprehensive water cut map of oil fields from 2011 to 2018

圖5 2011-2018年平均單井日產(chǎn)油、日產(chǎn)氣量變化圖Fig.5 Changes in the average daily oil production and gas production of a single well from 2011 to 2018

2.1.4 安全環(huán)保責任大

16家油氣田共有各類生產(chǎn)井35.6×104口、站場1.6×104余座、管道32.4×104km,分布在17個省、市、自治區(qū),為數(shù)眾多的生產(chǎn)設(shè)施處于人口稠密區(qū)、工礦企業(yè)和環(huán)境敏感區(qū),部分井、管道處于環(huán)境敏感區(qū)內(nèi)同時“三高”氣井逐年增多,設(shè)備設(shè)施腐蝕老化嚴重,2018年管道平均失效率較高。

國家頒布的安全生產(chǎn)法和環(huán)境保護法等法律法規(guī)對上游業(yè)務的綠色安全生產(chǎn)提出了更高的要求[4]。

2.2 存在的問題

目前油氣田開發(fā)生產(chǎn)與精益生產(chǎn)的要求相比,主要存在四方面的問題。

2.2.1 方案編制前期準備不充分

部分開發(fā)方案前期準備不充分,專業(yè)之間銜接、協(xié)同性較差。目前,傳統(tǒng)開發(fā)理念和技術(shù)不能滿足低品位油氣藏效益建產(chǎn)及老油氣田穩(wěn)產(chǎn);低品位油氣田開發(fā)技術(shù),老油田轉(zhuǎn)換開發(fā)方式技術(shù)及低成本地面配套工藝技術(shù)尚不成熟;水平井、叢式井比例及叢式井轄井數(shù)量偏少,投資高,占地面積大[5]。

2.2.2 產(chǎn)能建設(shè)提質(zhì)、提速、提效空間大

鉆井、壓裂技術(shù)的標準化和自動化程度,與國際先進水平存在較大差距,提質(zhì)、提速、提效尚有較大空間。采油采氣和地面標準化設(shè)計還不滿足低品位油氣田開發(fā)和老油氣田轉(zhuǎn)換開發(fā)方式的需要,產(chǎn)能建設(shè)模塊化、一體化裝置大型化、智能化水平還有待進一步提高。地面建設(shè)設(shè)計與工廠化預制、模塊化施工銜接不夠順暢。

2.2.3 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式效率低、成本高

傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下中小型站場有人值守,大型站場分崗值守。生產(chǎn)趨勢與運行靠人工分析判斷,運行參數(shù)靠人工調(diào)節(jié),問題診斷與調(diào)整靠經(jīng)驗分析,生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施被動式檢修維修,大部分站場事故工況需人工判別和操作,導致生產(chǎn)效率低,安全環(huán)保水平較低,運行成本高，管理層級多,用工總量大。

2.2.4 智能化作用有待發(fā)揮

智能化應用剛剛起步,在生產(chǎn)過程中尚未達到實時優(yōu)化調(diào)整;生產(chǎn)運行和經(jīng)營情況不能智能化預測分析;對設(shè)備設(shè)施不能智能化預見性維修;對安全環(huán)保隱患不能預測預警。

3 油氣田精益生產(chǎn)

3.1 數(shù)字化油氣田精益生產(chǎn)內(nèi)涵及目標

通過全面實施標準化、數(shù)字化智能化建設(shè),大力推行生產(chǎn)方式、管理模式變革,做到油氣田生產(chǎn)全面感知、自動生產(chǎn)、實時優(yōu)化、預測預警、協(xié)同研究、一體運營、智能決策,達到最有效地利用資源、最大程度地消除浪費,優(yōu)化生產(chǎn)運行、持續(xù)提質(zhì)增效,實現(xiàn)油氣田開發(fā)綠色安全、高質(zhì)量發(fā)展。

通過開展研究,提出了數(shù)字化油氣田精益生產(chǎn)五個“零”的終極目標:工程、產(chǎn)品“零”不良;建設(shè)、運行“零”低效;生產(chǎn)設(shè)施“零”故障;生產(chǎn)經(jīng)營“零”浪費;安全環(huán)保“零”災害。

3.2 總體框架

為實現(xiàn)油氣田精益生產(chǎn)的終極目標,結(jié)合精益生產(chǎn)的內(nèi)涵,提出了油氣田精益生產(chǎn)的總體框架,見圖6。

圖6 油氣田精益生產(chǎn)的總體框架圖Fig.6 The overall framework of lean production in oil and gas fields

1)夯實兩個基礎(chǔ):精益產(chǎn)能建設(shè)和數(shù)字化智能化建設(shè)。

2)抓實五項核心工作:精益生產(chǎn)運行、精益設(shè)施管控、精益生產(chǎn)運營、數(shù)字化辦公和智能化決策。

3)打造兩個支撐:技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。

4 實現(xiàn)精益生產(chǎn)的對策

4.1 夯實兩個基礎(chǔ)

4.1.1 持續(xù)優(yōu)化、簡化、標準化

1)精益開發(fā)方案設(shè)計,抓好源頭控投降本。一是加強多專業(yè)協(xié)同。油氣田開發(fā)是一項系統(tǒng)工程,要發(fā)揮多學科一體化優(yōu)勢,抓好油氣藏、鉆井、采油采氣、地面、經(jīng)濟評價等專業(yè)一體化協(xié)同工作,突出方案設(shè)計優(yōu)化,實現(xiàn)整體效益最大化。二是要強化前期準備。優(yōu)化目標論證、產(chǎn)建結(jié)構(gòu)和方案設(shè)計,規(guī)范滾動開發(fā),提升方案質(zhì)量和負荷率,實現(xiàn)達標建產(chǎn)、效益建產(chǎn)。三是做好穩(wěn)產(chǎn)調(diào)整方案。精細油氣藏描述和剩余資源潛力評價,重構(gòu)地下認識、重建地質(zhì)模型、優(yōu)化部署、完善開發(fā)井網(wǎng);轉(zhuǎn)變開發(fā)方式,提高最終采收率,實現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn);地面系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化調(diào)整,由局部優(yōu)化向系統(tǒng)整體優(yōu)化轉(zhuǎn)變,科學有序推進“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、減”,提升老油氣田開發(fā)效益。

2)深入推進標準化建設(shè),提升建設(shè)效率和質(zhì)量。面對新的形勢要求和技術(shù)的不斷進步,應在地面工程成功實施標準化的基礎(chǔ)上,向鉆井和采油采氣工程等專業(yè)延伸,實現(xiàn)標準化設(shè)計、標準化流程、標準化建設(shè)、標準化生產(chǎn)、標準化管理,為精益生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。

通過鉆井標準化,提高鉆井速度,提升井深質(zhì)量,規(guī)范井場布置,減小占地面積;通過開展采油采氣標準化,提升方案設(shè)計質(zhì)量、機采效率、生產(chǎn)時率和注水合格率;不斷深入地面工程標準化,提高設(shè)計水平、工程建設(shè)效率和質(zhì)量,提升管理水平[6]。

4.1.2 強力推行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

1)持續(xù)推進油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),實現(xiàn)油氣田全覆蓋。中國石油天然氣集團公司推行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作以來,已實現(xiàn)了長慶、西南、大港等油氣田全覆蓋。物聯(lián)網(wǎng)的應用在優(yōu)化勞動組織架構(gòu)、轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、提質(zhì)增效等方面發(fā)揮了重要作用。目前各類井覆蓋率52%,各類站場覆蓋率43%[3]。下一步還要強力推進物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),實現(xiàn)數(shù)字化全覆蓋,積極推進無人值守站場建設(shè),促進智能化油氣田建設(shè),夯實精益生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。

2)持續(xù)提升夢想云平臺,推進數(shù)據(jù)共享?；诳茖W計算云項目提升高性能計算能力,集成認知計算分析能力,提升平臺智能化服務能力,同時增加移動應用支持等內(nèi)容,初步建成具有大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)應用的上游開放共享信息技術(shù)夢想云平臺。

3)豐富完善已有信息系統(tǒng),滿足油氣生產(chǎn)需要。通過提升常規(guī)業(yè)務、擴展新興業(yè)務、挖掘數(shù)據(jù)價值、深化業(yè)務應用和探索智能化服務來豐富完善已有勘探與生產(chǎn)信息系統(tǒng),逐步建成具有全面感知、自動操控、預測預警、持續(xù)優(yōu)化的智能化油氣田。

4.2 抓實五項核心工作

4.2.1 全面推進自動化生產(chǎn)

自動化生產(chǎn)是促進精益生產(chǎn)的一項核心內(nèi)容,是生產(chǎn)和管理方式變革的重要手段。

1)加強鉆井技術(shù)與裝備突破,實現(xiàn)鉆井自動化。近年來,鉆井自動化技術(shù)和設(shè)備快速發(fā)展,地質(zhì)導向鉆井、旋轉(zhuǎn)導向鉆井、自動垂直鉆井、隨鉆地震等技術(shù)取得重大突破。試驗定型了自動井架工、鐵鉆工等11項自動化設(shè)備,形成了“懸持式”和“推扶式”2套鉆機管柱自動化處理系統(tǒng),實現(xiàn)了鉆井提質(zhì)、提速和提效。

2)深化采油采氣自動化技術(shù)應用,實現(xiàn)高效生產(chǎn)運行。近年來,研發(fā)了適用于抽油機的恒功率運行、智能間抽技術(shù),實現(xiàn)抽油機井精細化運行、自動化調(diào)整。針對平臺井,研發(fā)了自動化程度更高的電潛柱塞泵、電潛螺桿泵等新型無桿舉升系統(tǒng),實現(xiàn)多井協(xié)同智能啟停、峰谷調(diào)節(jié)、錯峰運行。

3)加強油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應用,全面實現(xiàn)地面生產(chǎn)自動化。通過油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),支持油氣生產(chǎn)過程管理,實現(xiàn)油氣生產(chǎn)現(xiàn)場(井、間、站、處理廠)數(shù)據(jù)實時采集、傳輸及監(jiān)控,推動轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式,優(yōu)化生產(chǎn)流程、管理流程和組織機構(gòu),提高生產(chǎn)效率、提升管理水平[7-8]。

4.2.2 深化完整性管理

面對油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)逐年老化、安全風險日益增多的嚴峻形勢,完整性管理已成為確保上游業(yè)務設(shè)施本質(zhì)安全,實現(xiàn)由“事后被動搶險維修”到“事前主動檢測維護”轉(zhuǎn)變的有效手段,其對象為井筒、管道和站場。

1)加強井筒完整性管理,突出“三高”井管控。加強“三高”井從建井、生產(chǎn)到棄置全生命周期井完整性管理,實時監(jiān)測、分析、預警、井口抬升、環(huán)空壓力,對井進行屏障評價、風險評價、完整性等級劃分,同時制定措施方案、跟蹤實施效果,確?！叭摺本踩a(chǎn)。

2)加強管道完整性管理,突出“雙高”管道管控。油氣田“雙高”管道多,管道失效率高,風險管控難度大。要在管道分類基礎(chǔ)上,全面準確掌握“雙高”管道分布情況,編制“一線一案”“一區(qū)一案”,做好“雙高管道”的檢測、評價及風險管控工作[9-10]。

3)建立站場完整性管理體系,提升站場設(shè)備設(shè)施管理水平。站場完整性管理內(nèi)容包括工藝完整性、設(shè)備(動設(shè)備、靜設(shè)備)完整性、儀控系統(tǒng)完整性、配管完整性。應該做好風險分析、檢測評價;建立站場完整性管理體系文件,切實提升站場完整性管理水平[9]。

4)建立專業(yè)化檢測評價和運維體制,提高裝置運行可靠性。油氣田設(shè)施種類多,安全環(huán)保風險高,關(guān)鍵設(shè)備檢測評價和維修維護難度大且專業(yè)性強,應建立專業(yè)化、市場化的檢測評價和維修維護模式,提高檢測評價和維修維護質(zhì)量。

5)加快推進完整性管理信息系統(tǒng)建設(shè),提高完整性管理效率。依托A5系統(tǒng)開發(fā)井、站場、管道完整性管理模塊,實現(xiàn)自動分析評價,提高完整性管理效率,提升管理水平,保障生產(chǎn)設(shè)施安全環(huán)保高效運行[11]。

4.2.3 推行一體化經(jīng)營

以效益為中心,加強資產(chǎn)、儲量、產(chǎn)量、投資、成本一體化管理,確保油氣田開發(fā)效益最大化。

1)堅持產(chǎn)量和效益并重,推行“全生命周期”的項目管理。在項目整個生命周期內(nèi),從方案設(shè)計、項目建設(shè)、生產(chǎn)運營到項目廢置各個環(huán)節(jié)進行高效率的計劃、組織和控制,在過程中進行動態(tài)管理、協(xié)調(diào)與優(yōu)化。在加快發(fā)展過程中更應注重質(zhì)量效益,確保新建產(chǎn)能對效益的正向拉動。

2)建立“全要素分析”評價體系,加強油氣成本控制。一是要客觀分析油氣田投入產(chǎn)出情況,找準高成本投入的主要因素,以及產(chǎn)量與成本的變化規(guī)律,為油氣生產(chǎn)、投資決策提供關(guān)鍵依據(jù)。二是強化折舊折耗、人工成本、措施作業(yè)管控,加強不同油氣藏類型、不同開發(fā)方式的差別化成本管控,從成本入手,全方位細化措施、全要素挖掘潛力、全環(huán)節(jié)消除浪費。

3)完善并深化ERP系統(tǒng)的應用,實現(xiàn)上游經(jīng)營一體化管控。ERP系統(tǒng)集成應用推動了上游業(yè)務投資、項目、物資、設(shè)備、銷售等一體化管控,推進了上游項目全生命周期管理。應加強資源優(yōu)化應用、人財物精準管理,整合運營、統(tǒng)一調(diào)度各類資源,降低運營成本。

4)強化對標分析,促進精益生產(chǎn)。堅持問題導向,以對標管理推進精益管理。通過對標管理,對比標桿定目標,確定工作的努力方向;通過對策管理,提出對策消除差距,分析問題制定提升措施;通過對比管理,對比同行發(fā)現(xiàn)問題,找出差距。

4.2.4 強化信息系統(tǒng)應用

抓好信息系統(tǒng)建設(shè),實現(xiàn)辦公過程自動流轉(zhuǎn),生產(chǎn)運行在線調(diào)度,移動辦公,提高辦公效率和工作質(zhì)量,降低辦公成本。

1)辦公過程自動流轉(zhuǎn),提高工作效率。生產(chǎn)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計報表均應在線上報,要高度重視數(shù)據(jù)質(zhì)量。開展信息系統(tǒng)的完善升級,以實現(xiàn)業(yè)務在線流轉(zhuǎn),提高工作效率。

2)生產(chǎn)運行在線指揮,提升管控水平和應急能力。應基于已建生產(chǎn)運行調(diào)度指揮中心,開展多地、多專業(yè)協(xié)同工作,改變決策工作模式,優(yōu)化決策流程,提高生產(chǎn)運行指揮效率,保障生產(chǎn)安全受控運行。

3)強化移動應用開發(fā),實現(xiàn)移動辦公。借助移動應用,突破時間地域限制,實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)系統(tǒng)可視化、實時診斷決策、現(xiàn)場優(yōu)化、快速業(yè)務處理等功能,大幅提高生產(chǎn)效率與管理水平。

4.2.5 深化數(shù)據(jù)分析應用,實現(xiàn)智能化決策

在數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上,圍繞上游的開發(fā)生產(chǎn)業(yè)務活動,積極探索利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、可視化分析等技術(shù),充分挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)價值,實現(xiàn)由經(jīng)驗型管理向智能化決策的轉(zhuǎn)變。

1)深化夢想云平臺建設(shè)與推廣應用,實現(xiàn)生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化。在數(shù)字化模式下,實現(xiàn)不同層級、不同專業(yè)之間的信息同步、數(shù)據(jù)共享、平臺共用,形成“一體化技術(shù)研究環(huán)境”,推進專業(yè)融合及協(xié)同滲透,打破行政界限及專業(yè)劃分壁壘,提升協(xié)同優(yōu)化在開發(fā)、生產(chǎn)過程中的響應速度及精準程度。

2)開發(fā)智能化應用,推進智能輔助決策。對開發(fā)方案、井位部署、鉆井設(shè)計、工程建設(shè)、增產(chǎn)措施、生產(chǎn)運營等全領(lǐng)域的實時論證、智能優(yōu)化和精準科學決策,實現(xiàn)方案決策智能優(yōu)化、生產(chǎn)過程智能操控、安全環(huán)保智能管控、經(jīng)營管理精益高效,達到產(chǎn)量最大化、收益最大化的目標[12]。

4.3 打造兩個支撐

4.3.1 突出技術(shù)創(chuàng)新

面對勘探開發(fā)日益復雜的形勢,以及精益生產(chǎn)的需要,要積極推動科技創(chuàng)新,包括油氣田開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新、重大工程技術(shù)創(chuàng)新和地面工藝技術(shù)創(chuàng)新。同時,聚焦核心技術(shù)攻關(guān),成熟技術(shù)推廣,大型裝備國產(chǎn)化和A6夢想云平臺的深度開發(fā)[13]。

4.3.2 突出管理創(chuàng)新

管理創(chuàng)新是實現(xiàn)精益生產(chǎn)的重要保障,要在發(fā)揚傳統(tǒng)管理優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新管理理念,優(yōu)化管理流程,建立與精益生產(chǎn)相配套的管理體系。

1)推動流程優(yōu)化和管理變革,提升企業(yè)運行效率。首先要優(yōu)化管理流程,全面梳理現(xiàn)有業(yè)務流程、管理制度、技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程,形成精益生產(chǎn)管理的標準化體系文件,建立數(shù)字化條件下與管理流程相配套的組織機構(gòu),推動管理變革。

2)優(yōu)化隊伍結(jié)構(gòu),提升全員素質(zhì)。以優(yōu)化生產(chǎn)業(yè)務為主導,以信息化建設(shè)為支撐手段,按照“精簡管理、精干技術(shù)、減少操作、強化維護”的原則,優(yōu)化調(diào)整人員隊伍結(jié)構(gòu),并且積極開展全員技術(shù)和管理培訓,建設(shè)一支適應精益生產(chǎn)的高素質(zhì)人才隊伍,使全員能力得到提升[14-15]。

5 結(jié)論

精益生產(chǎn)源于制造業(yè),在流程工業(yè),特別是在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域開展精益生產(chǎn)對我們是個挑戰(zhàn),本文提出的關(guān)于精益生產(chǎn)的理念、內(nèi)涵和方法需進一步完善。各單位應發(fā)揮各自優(yōu)勢,積極探索實踐,認真梳理開發(fā)生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié),全員參與,不斷豐富和完善精益生產(chǎn)模式,把由傳統(tǒng)生產(chǎn)向精益生產(chǎn)轉(zhuǎn)變作為貫徹落實創(chuàng)新發(fā)展理念的一項重要舉措,推動精益生產(chǎn)向精益管理再到精益企業(yè)發(fā)展,最終成為上游業(yè)務的企業(yè)文化,為建成世界一流能源公司提供有力支撐。