趙改善

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

當今世界已經(jīng)進入了數(shù)字時代和智能時代,大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、虛擬現(xiàn)實和區(qū)塊鏈等信息通信技術(shù)(ICT)已經(jīng)應(yīng)用于國防軍事、經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、醫(yī)療健康、文化娛樂及消費生活等各個領(lǐng)域,改變著我們的工作與生活方式。數(shù)字化轉(zhuǎn)型也成為各行各業(yè)的熱門話題,尤其是傳統(tǒng)行業(yè)希望通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型重塑行業(yè)面貌,全面推動產(chǎn)業(yè)升級與變革。

油氣工業(yè)面臨著長期發(fā)展和短期生存的雙重壓力。長期面臨著新能源替代、電動汽車導(dǎo)致油氣需求下降和綠色低碳制約等重大挑戰(zhàn),短期面臨著油氣資源供大于求、世界經(jīng)濟下行導(dǎo)致油氣需求增長乏力,導(dǎo)致近年來油氣價格一直處于低位震蕩、勘探開發(fā)投資減少、技術(shù)服務(wù)市場規(guī)模萎縮、企業(yè)倒閉裁員頻繁,2020年的新冠肺炎疫情更是雪上加霜,進一步加劇了油氣工業(yè)及其技術(shù)服務(wù)市場形勢的惡化。因此,數(shù)字化轉(zhuǎn)型是石油物探企業(yè)發(fā)展與生存的必然選擇。

本文著重探討石油物探走向?qū)崟r數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋時代的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路,介紹了石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標、內(nèi)容和特征,闡述石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展應(yīng)采取的關(guān)鍵行動。

1 油氣工業(yè)與石油物探行業(yè)面臨的形勢

據(jù)不完全統(tǒng)計[1],全球油氣勘探開發(fā)投資自2014年高位以后斷崖式下降至高位期的1/2,2020年又因為新冠肺炎疫情的暴發(fā)再次受創(chuàng),2020年全球油氣勘探開發(fā)支出預(yù)計降至3830×108美元左右,為近15年的最低點(圖1),與此直接對應(yīng)的是油氣技術(shù)服務(wù)市場規(guī)模的大幅度萎縮(圖2),地震勘探市場預(yù)計將由2019年的150×108美元下降到120×108美元。

當前世界石油工業(yè)面臨著低油價帶來的重大挑戰(zhàn),成本控制成為影響石油公司競爭力的重要因素,石油工業(yè)期望通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)降本增效迎接這一挑戰(zhàn),而數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容就是通過數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等數(shù)字驅(qū)動技術(shù)提升生產(chǎn)率和降低風險與成本。降本增效是近年來油氣行業(yè)的主基調(diào),全面擁抱信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)和智能技術(shù)是重要手段。石油工業(yè)的數(shù)字化變革,將通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型獲得競爭優(yōu)勢,并通過先進技術(shù)的應(yīng)用改變能源生產(chǎn)和消費方式。智能油田建設(shè)是當今油氣公司為實現(xiàn)數(shù)字化變革而開展的重點建設(shè)內(nèi)容之一,李劍峰等[2]編著的《智能油田》全面闡述了智能油田建設(shè)的業(yè)務(wù)目標、技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實踐,重點分析了油田數(shù)據(jù)治理、知識管理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型等議題。圖3展示了書中提出的智能油田總體架構(gòu),智能油田的建設(shè)定將推動油氣工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,加速油氣發(fā)現(xiàn),降低生產(chǎn)成本,提升安全水平,促進油田企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

圖1 2010年以來全球油氣勘探開發(fā)投資統(tǒng)計與預(yù)測(2010—2021)(2020年以后為預(yù)測)[1]

圖2 2014年以來全球油氣技術(shù)服務(wù)分類市場規(guī)模統(tǒng)計與需求預(yù)測(2020年以后為預(yù)測)[1]

圖3 智能油田總體架構(gòu)[2]

作為面向石油工業(yè)的技術(shù)服務(wù)與支持行業(yè),包括石油物探在內(nèi)的油服企業(yè)面臨著同樣的困境,包括產(chǎn)能過剩、工作量下降、價格下跌的市場壓力;高效競爭、低成本低風險運營、可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)部壓力,以及安全、環(huán)保、綠色發(fā)展的外部壓力。

與總體油服市場表現(xiàn)一樣,石油物探市場規(guī)模也隨著油氣價格的起伏發(fā)生劇烈變化,2020年又將有大幅度的降低(圖4)。石油物探市場的低迷,也導(dǎo)致研發(fā)投入的顯著下降,2020年地震勘探的研發(fā)費用預(yù)計不到高峰期的1/4[3](圖5)。2010年至2019年間地震勘探行業(yè)排名前五的企業(yè)累計投入研發(fā)費用約22×108美元,2019年的研發(fā)費用相對2013年的峰值期下降63%,預(yù)計2020年又將有35%的下降,為近十余年來的最低點。

面對這樣嚴峻的形勢,數(shù)字化轉(zhuǎn)型是石油物探企業(yè)迎接挑戰(zhàn)的不二選擇,既是滿足油氣勘探開發(fā)技術(shù)需求與成本要求、降低油氣勘探開發(fā)成本與風險的必然選擇,也是提升競爭力、贏得市場、擴大市場規(guī)模、提高效率、降低物探作業(yè)與企業(yè)運營成本的必然選擇。

圖4 全球石油物探市場規(guī)模變化(據(jù)多種公開資料統(tǒng)計)

圖5 2010年以來地震勘探領(lǐng)域研發(fā)費用變化[3]

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵與方法

開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型首先應(yīng)搞清為什么要數(shù)字化轉(zhuǎn)型。原因有以下3點:一是我們已經(jīng)進入數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展階段,數(shù)字化轉(zhuǎn)型是適應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展大環(huán)境的需要;二是數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為許多傳統(tǒng)行業(yè)或企業(yè)的選擇,因此企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是獲得市場競爭力的需要;三是數(shù)字化轉(zhuǎn)型是解決行業(yè)或企業(yè)發(fā)展內(nèi)在矛盾和困境,激發(fā)企業(yè)發(fā)展動力的需要。

數(shù)字經(jīng)濟作為經(jīng)濟發(fā)展的高級階段,是繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和工業(yè)經(jīng)濟后的新型經(jīng)濟形態(tài),數(shù)字經(jīng)濟成為當今世界經(jīng)濟發(fā)展的新增長引擎。按照《G20數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展與合作倡議》中的定義,數(shù)字經(jīng)濟是以使用數(shù)字化的知識和信息作為關(guān)鍵生產(chǎn)要素、以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)作為重要載體、以信息通信技術(shù)的有效使用作為效率提升及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要推動力的一系列經(jīng)濟活動。據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《中國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展白皮書(2020年)》[4],我國數(shù)字經(jīng)濟增加值規(guī)模由2005年的2.6×1012元增加到2019年的35.8×1012元,占GDP比重由2005年的14.2%提升到36.2%(圖6)。

圖6 中國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模統(tǒng)計[4]

數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的新要素包括[2]:①數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施成為新基礎(chǔ)設(shè)施;②連接、共享與平臺化成為數(shù)字經(jīng)濟的關(guān)鍵特征;③數(shù)字素養(yǎng)成為對勞動者和消費者的新要求;④數(shù)據(jù)成為驅(qū)動經(jīng)濟增長的關(guān)鍵生產(chǎn)要素;⑤數(shù)據(jù)治理和挖掘能力成為新的核心競爭力;⑥不斷創(chuàng)新的信息技術(shù)成為數(shù)字經(jīng)濟的持續(xù)推動力。

以上列出的數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新要素以及《G20數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展與合作倡議》對于數(shù)字經(jīng)濟定義中表述的關(guān)鍵因素,也是不同行業(yè)或企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中必須高度重視的核心要素。

企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的根本目的是提升企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的競爭力,讓企業(yè)獲得更大的競爭優(yōu)勢。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)是在新一代信息通信技術(shù)驅(qū)動下,實現(xiàn)業(yè)務(wù)、管理和商業(yè)模式的深度變革與重構(gòu),技術(shù)是支點,業(yè)務(wù)是內(nèi)核。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個長期的系統(tǒng)工程,不可能一蹴而就,大多數(shù)企業(yè)需要數(shù)年甚至更長時間的艱苦努力才能取得顯著成果。數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨諸多方面的挑戰(zhàn),從技術(shù)駕馭到業(yè)務(wù)創(chuàng)新,從組織變革到文化重塑,從數(shù)字化能力建設(shè)到人才培養(yǎng)。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是通過新一代數(shù)字技術(shù)的深入應(yīng)用,構(gòu)建一個全感知、全聯(lián)接、全場景、全流程、全智能的數(shù)字世界,進而優(yōu)化再造物理世界的業(yè)務(wù),對傳統(tǒng)管理模式、業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式進行創(chuàng)新和重塑,實現(xiàn)業(yè)務(wù)成功。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵主要包括以下兩點:

① 新一代信息通信技術(shù)成為新的生產(chǎn)要素,疊加融合到原有的生產(chǎn)要素中,推動企業(yè)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和重構(gòu),產(chǎn)生顯著的業(yè)務(wù)價值。因此,對新一代信息通信技術(shù)的駕馭能力是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要保障。石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型依賴于大量先進信息通信技術(shù)的應(yīng)用,包括:先進網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)、高性能計算技術(shù)、分布式存儲技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、邊緣計算技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、無人機與機器人技術(shù)、智能穿戴與移動設(shè)備等。

② 數(shù)字資產(chǎn)成為創(chuàng)造價值的新源泉,不斷形成與積累的數(shù)字資產(chǎn)將為企業(yè)不斷創(chuàng)造新價值,構(gòu)建企業(yè)新的競爭力。數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要遵循一套方法論,走一條動態(tài)演進的可持續(xù)發(fā)展道路,實現(xiàn)在數(shù)字化時代的自我進化(圖7)。按照《華為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論白皮書(2019)》[5],行業(yè)或企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方法論包括4個方面。

2.1 堅持1個企業(yè)級轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略

將數(shù)字化轉(zhuǎn)型定位為企業(yè)級戰(zhàn)略進行全局謀劃,制定企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景和使命,明確數(shù)字化轉(zhuǎn)型的定位和目標,設(shè)計新商業(yè)模式、新業(yè)務(wù)模型和新管理模式,制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略舉措,以全面指導(dǎo)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實施與落地。

2.2 創(chuàng)造2個數(shù)字化轉(zhuǎn)型的保障條件

圖7 華為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論[5]

企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要組織機制和文化氛圍兩個保障條件。組織機制保障主要是明確責任主體,建立數(shù)字化轉(zhuǎn)型組織,統(tǒng)籌推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型落地。創(chuàng)造文化氛圍包括培育轉(zhuǎn)型文化理念,激發(fā)個體活力,形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型動力源泉。重點要培育數(shù)字文化、變革文化和創(chuàng)新文化,數(shù)字文化建設(shè)重在積極擁抱數(shù)字化,通過數(shù)據(jù)來改變傳統(tǒng)的管理思路和模式,習慣用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理和用數(shù)據(jù)創(chuàng)新;變革文化重在倡導(dǎo)勇于探索、擁抱變化、自我顛覆、持續(xù)變革;創(chuàng)新文化重在倡導(dǎo)崇尚創(chuàng)新、寬容失敗、支持冒險,在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中更加積極和主動。

2.3 貫徹3個數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心原則

3個核心原則是戰(zhàn)略與統(tǒng)籌原則、業(yè)務(wù)與技術(shù)雙輪驅(qū)動原則、自主與合作并重原則。戰(zhàn)略與執(zhí)行統(tǒng)籌原則就是要處理好遠期與近期、總體與局部、宏觀與微觀等關(guān)系;業(yè)務(wù)與技術(shù)雙輪驅(qū)動原則就是要從業(yè)務(wù)視角思考轉(zhuǎn)型目標和路徑,找到技術(shù)對業(yè)務(wù)變化的支撐點;自主與合作并重原則就是要識別和聚焦核心能力,以開放心態(tài)充分利用外部力量補齊非核心能力。

2.4 推進4個數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵行動

數(shù)字化轉(zhuǎn)型要通過4個關(guān)鍵行動來實施,即頂層設(shè)計、平臺賦能、生態(tài)落地和持續(xù)迭代。

① 頂層設(shè)計。規(guī)劃設(shè)計要對企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景、目標、價值發(fā)現(xiàn)做好頂層設(shè)計,根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)特點開展包括業(yè)務(wù)架構(gòu)、組織架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)在內(nèi)的架構(gòu)治理設(shè)計,根據(jù)目標、資源和約束條件制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑規(guī)劃、里程碑設(shè)計和任務(wù)分解。

② 平臺賦能。平臺賦能強調(diào)數(shù)字技術(shù)平臺在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的核心作用,平臺賦能是數(shù)字化能力建設(shè)的根本保證。平臺賦能重點是建設(shè)支持數(shù)字化轉(zhuǎn)型的資源平臺、技術(shù)平臺、數(shù)據(jù)平臺和業(yè)務(wù)平臺,并配套運營體系和安全體系,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建場景化數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用,實現(xiàn)資源共享化、技術(shù)組件化、數(shù)據(jù)融合化、能力服務(wù)化和應(yīng)用場景化。

③ 生態(tài)落地。生態(tài)落地就是要充分利用內(nèi)、外部人才、技術(shù)、資金等資源開展咨詢設(shè)計、技術(shù)平臺建設(shè)、系統(tǒng)集成與維護、應(yīng)用開發(fā)與服務(wù)、運營與安全服務(wù),聚焦核心能力,加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實施進程。

④ 持續(xù)迭代。持續(xù)迭代體現(xiàn)在功能級的短周期迭代、平臺能力級的中周期迭代和規(guī)劃設(shè)計級的長周期迭代3個尺度,實現(xiàn)數(shù)字化能力的沉淀、技術(shù)平臺的升級和數(shù)字化業(yè)務(wù)的自我進化。

3 石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標、內(nèi)容與特征

相對一般傳統(tǒng)行業(yè)而言,石油物探行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型有其自身的特點:

1) 石油物探行業(yè)本質(zhì)上是信息產(chǎn)業(yè),其業(yè)務(wù)流程傳統(tǒng)上分為3個階段,即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析(解釋),數(shù)據(jù)是石油物探行業(yè)的產(chǎn)品也是重要資產(chǎn)。

2) 石油物探行業(yè)是最早應(yīng)用計算機的行業(yè),也是具有較高信息化和數(shù)字化程度的行業(yè)。在石油物探業(yè)務(wù)流程的3個階段中,采集獲得的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化處理后形成有用的信息(一般表現(xiàn)為地震成像和屬性等),再經(jīng)過分析解釋將信息轉(zhuǎn)化為對地質(zhì)目標、地層與儲層的認識和洞察(一般表現(xiàn)為地質(zhì)模型和油藏模型),這些認識和洞察成為油氣勘探開發(fā)的決策依據(jù),指導(dǎo)鉆井部署、工程設(shè)計和生產(chǎn)管理等。在這3個階段中,應(yīng)用了大量數(shù)字化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)、裝備與軟件。

3) 石油物探行業(yè)的作業(yè)場所千變?nèi)f化,尤其是數(shù)據(jù)采集,一般都是移動而非固定的野外環(huán)境,包括空中、陸地和海洋,地面與井中、海面和海底,地表條件也千差萬別,如平原、草地、沙漠、黃土塬、山地、沼澤、湖泊、河流等。

石油物探在油氣勘探開發(fā)的全生命周期中都發(fā)揮著重要作用,跨越了油氣藏勘探期、油藏描述期、油氣開發(fā)期和成熟期多個階段,關(guān)鍵功能包括發(fā)現(xiàn)定位、靜態(tài)描述與動態(tài)監(jiān)測,其核心作用可以概括為油氣發(fā)現(xiàn)和開發(fā)決策的決策依據(jù)與指導(dǎo)(圖8)。石油物探業(yè)務(wù)本質(zhì)是為油氣工業(yè)提供信息服務(wù),使其以較低的風險和成本發(fā)現(xiàn)并開采石油天然氣,獲取較高的收益和投資回報。因此,石油物探技術(shù)進步一直就是圍繞著提高油氣勘探成功率,降低勘探開發(fā)成本,發(fā)現(xiàn)并開采更多的油氣資源這3個目標開展的。這3個目標也正是石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標,當前還需加上安全生產(chǎn)與綠色環(huán)保即更高的HSSE目標。

圖8 石油物探在油氣勘探開發(fā)全生命周期中的作用

石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的業(yè)務(wù)目標可以概括為“4E”,即功能有效(Effective)、性能高效(Efficient)、經(jīng)濟低成本(Economical)和安全環(huán)保(Environmental)。

作為石油天然氣等礦產(chǎn)資源勘探中廣泛應(yīng)用的重要技術(shù)之一,地球物理勘探特別是地震勘探長期以來一直是高性能計算、三維可視化、計算機網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域,是較早實現(xiàn)數(shù)字化采集、處理和分析的行業(yè)。從某種程度上來說,地球物理勘探早就是一個完全的數(shù)字化信息產(chǎn)業(yè),它的業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)完全基于數(shù)字化采集、數(shù)字化處理和可視化分析流程。數(shù)據(jù)采集基于大型傳感器儀器裝備和網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)處理基于大規(guī)模高性能計算機系統(tǒng)和并行計算技術(shù)。數(shù)據(jù)分析基于海量數(shù)據(jù)分析和三維可視化解釋計算機系統(tǒng)與軟件技術(shù)。油氣勘探中的地球物理數(shù)據(jù)處理和分析解釋的任務(wù)是有效提高采集獲得數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率,提高地質(zhì)構(gòu)造的成像精度,有效挖掘數(shù)據(jù)中的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、儲層物性和油氣信息,建立準確的儲層或油氣藏模型。

從技術(shù)層面看,石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵目標特征可以概括為“全感知、全聯(lián)接、全智能、全場景、全流程、平臺化”,簡述如下。

1) 全感知。包括目標的感知、場景的感知、環(huán)境的感知、系統(tǒng)的感知、人的感知和市場的感知等。全感知是多參數(shù)、多尺度、多層次、全場景和全流程的數(shù)字化感知。感知既是地球物理探測數(shù)據(jù)采集的基本技術(shù)要求,通過感知獲得地球物理數(shù)據(jù);也是業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)模型、管理模式、HSSE等數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基本需求。全感知是一切用數(shù)據(jù)說話,實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)和決策的基礎(chǔ)。

2) 全聯(lián)接。包括萬物互聯(lián)、人機互聯(lián)、人人互聯(lián)、內(nèi)外互聯(lián),業(yè)務(wù)流程所涉及的所有資源要實現(xiàn)互聯(lián)、互通與共享。全感知和全聯(lián)接預(yù)示著我們將用物聯(lián)網(wǎng)的思路重構(gòu)石油物探系統(tǒng),重構(gòu)石油物探數(shù)據(jù)采集、處理和解釋全流程,實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、資源和價值的暢通連接和流轉(zhuǎn),也為石油物探數(shù)據(jù)的實時采集和自動化處理奠定基礎(chǔ)。

3) 全智能。人工智能將廣泛應(yīng)用于石油物探的全業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)場景中,實現(xiàn)采集智能化(智能感知)、處理智能化(自動化處理)、分析智能化(智能化解釋),要通過裝備智能化(智能機器人)和系統(tǒng)智能化支持流程的自動化和智能化。

4) 全場景。全場景指對石油物探的所有業(yè)務(wù)場景都要開展數(shù)字化改造,實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通、智能化和資源共享。無論是野外工作場景還是室內(nèi)工作場景,無論是技術(shù)研究還是生產(chǎn)應(yīng)用,無論是技術(shù)業(yè)務(wù)還是產(chǎn)品服務(wù),都要體現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的變革。

5) 全流程。數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)貫穿于石油物探全業(yè)務(wù)流程中,保障數(shù)據(jù)與信息暢通無阻,實現(xiàn)流程自動化。全流程既包括地球物理數(shù)據(jù)采集、處理、解釋3個階段的業(yè)務(wù)流程,也包括在油氣勘探、開發(fā)和油藏管理等油氣全生命周期中的應(yīng)用流程。

6) 平臺化。平臺賦能是行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵行動,平臺化是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要特征,數(shù)字技術(shù)平臺是支撐行業(yè)或企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。平臺化也可能體現(xiàn)為多種形態(tài),既可以是企業(yè)內(nèi)部構(gòu)建私有技術(shù)平臺,也可以構(gòu)建行業(yè)垂直技術(shù)平臺,或以公有云方式面向多個行業(yè)的開放性綜合技術(shù)平臺,或由以上多種類型平臺構(gòu)成的混合技術(shù)平臺。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要內(nèi)容包括:

① 基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化?；A(chǔ)設(shè)施全面數(shù)字化、平臺化、云化、服務(wù)化、插件化,實現(xiàn)萬物互聯(lián)、系統(tǒng)互通,提供支撐石油物探業(yè)務(wù)發(fā)展的數(shù)據(jù)管理能力和計算能力,實現(xiàn)資源共享化、技術(shù)組件化、數(shù)據(jù)融合化和能力服務(wù)化。

② 裝備工具數(shù)字化。地球物理數(shù)據(jù)采集、處理、分析裝備以及作業(yè)輔助裝備的全面數(shù)字化將進一步實現(xiàn)智能感知、處理與分析,提高業(yè)務(wù)效益與工作效率。

③ 技術(shù)平臺數(shù)字化。石油物探技術(shù)平臺的數(shù)字化實際上是顯而易見的,包括云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(VR)、5G通信等新一代數(shù)字技術(shù)的全面應(yīng)用。

④ 業(yè)務(wù)流程數(shù)字化?；跀?shù)字化技術(shù)平臺創(chuàng)新業(yè)務(wù)流程,實現(xiàn)石油物探業(yè)務(wù)流程的自動化、智能化(數(shù)據(jù)+算法)和實時化。

⑤ 資產(chǎn)數(shù)字化。地球物理行業(yè)的核心資產(chǎn)包括了其數(shù)字化技術(shù)平臺和數(shù)據(jù)資產(chǎn),數(shù)據(jù)資產(chǎn)的全生命周期數(shù)字化管理有利于資產(chǎn)的價值挖掘和共享服務(wù)。

⑥ 產(chǎn)品數(shù)字化。石油物探產(chǎn)品形態(tài)多樣,也基本實現(xiàn)了數(shù)字化,既包括傳統(tǒng)的地球物理數(shù)據(jù),也包括圍繞地球物理數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品,更可以創(chuàng)新產(chǎn)品形態(tài),如智能化分析模型、勘探開發(fā)數(shù)據(jù)分析報告和智能機器人等。

⑦ 服務(wù)數(shù)字化。通過數(shù)字化創(chuàng)新服務(wù)模式,構(gòu)建石油物探技術(shù)服務(wù)生態(tài)系統(tǒng),提升用戶體驗,實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化施工、數(shù)字化交付、數(shù)字化交易、數(shù)字化協(xié)同工作和知識共享。

⑧ 運營數(shù)字化。通過市場感知實時掌握市場動態(tài),通過數(shù)據(jù)驅(qū)動決策提高決策的科學性和時效性,實現(xiàn)運營系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、自動化和智能化。

⑨ 生態(tài)數(shù)字化。基于石油物探數(shù)字技術(shù)平臺構(gòu)建石油物探開放生態(tài)系統(tǒng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺,通過資源共享化、技術(shù)組件化、數(shù)據(jù)融合化、能力服務(wù)化實現(xiàn)平臺、客戶、技術(shù)與服務(wù)提供者、創(chuàng)業(yè)者的有機融合和多贏生態(tài)。

4 石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路

石油物探行業(yè)或企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項系統(tǒng)工程,不可能一蹴而就,也不會完全脫離現(xiàn)有基礎(chǔ)而另起爐灶,而是在現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程和設(shè)施基礎(chǔ)上通過一系列的關(guān)鍵行動實現(xiàn)系統(tǒng)的升級、改造、整合與創(chuàng)新,在頂層設(shè)計的基礎(chǔ)上由點到線、由線到面,逐步實現(xiàn)業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)走一條動態(tài)演進的可持續(xù)發(fā)展道路,實現(xiàn)在數(shù)字化時代的自我進化。

石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)采取的關(guān)鍵行動包括以下5個方面。

4.1 關(guān)鍵行動一:構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

地球物理數(shù)據(jù)采集是地球物理或石油物探行業(yè)的關(guān)鍵和核心業(yè)務(wù),也是數(shù)據(jù)處理和解釋的基礎(chǔ)和前提。石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵行動之一就是要用物聯(lián)網(wǎng)理念與技術(shù)重構(gòu)地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其中主要以地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為核心。

建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),就是借助物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信和邊緣計算等技術(shù)構(gòu)建標準化地球物理數(shù)據(jù)采集平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端(傳感層)與數(shù)據(jù)存儲管理和處理分析系統(tǒng)的互聯(lián)互通,實現(xiàn)地球物理數(shù)據(jù)的實時采集和實時傳輸,為后續(xù)的實時數(shù)據(jù)處理和分析解釋奠定基礎(chǔ)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下主要特征:

① 智能感知節(jié)點。地球物理數(shù)據(jù)采集端普遍用智能感知節(jié)點替代有纜采集裝備,具有自主數(shù)據(jù)采集和存儲、自主空間定位、自主時間同步、遠程控制和狀態(tài)感知等功能。

② 無線高速網(wǎng)絡(luò)。完全基于無線通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能感知節(jié)點與云端的互聯(lián)互通,支持窄帶與寬帶(NB-IOT、LoRa、藍牙、WiFi、4G/5G等多模式)融合通訊功能,支持無線遠程監(jiān)控、遠程控制和數(shù)據(jù)實時回傳等功能。

③ 多種感知模式。支持傳統(tǒng)檢波器和基于MEMS、DAS等新型振動傳感的地震數(shù)據(jù)采集,也支持重電磁與狀態(tài)環(huán)境等多參數(shù)傳感;支持地面、地下(井中)、空中、海底觀測,支持瞬間觀測、重復(fù)觀測和永久觀測。

④ 實時監(jiān)控與控制。通過無線通信實時遠程監(jiān)控節(jié)點狀態(tài)和資源使用情況,同步設(shè)備信息管理;實時進行節(jié)點采集參數(shù)設(shè)置與遠程控制。

⑤ 實時采集質(zhì)控?；跓o線寬帶通信數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)回傳,并在此基礎(chǔ)上進行采集數(shù)據(jù)的實時分析與質(zhì)量控制,并且可以在云端構(gòu)建自動化質(zhì)控分析與預(yù)處理工作流程,實現(xiàn)地球物理數(shù)據(jù)的實時采集與自動化處理。

⑥ 數(shù)字化作業(yè)管理。基于寬帶無線通信和智能化節(jié)點、手持設(shè)備或可穿戴設(shè)備,可實現(xiàn)人員—設(shè)備—環(huán)境—平臺的互聯(lián)互通和協(xié)同工作,對采集隊伍和作業(yè)過程進行數(shù)字化管理,有效提高作業(yè)效率和管理水平。

⑦ 數(shù)字化安全監(jiān)控。通過智能終端、可穿戴設(shè)備等工具的應(yīng)用,實現(xiàn)有效的人員和設(shè)備位置跟蹤和路徑規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、風險評估、安全預(yù)警、應(yīng)急處置管理,顯著降低HSSE風險和損失。

⑧ 無人機與機器人應(yīng)用。針對不同的地理環(huán)境和應(yīng)用場景,大力發(fā)展面向地球物數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的無人機和機器人,如具有自動駕駛和自動控制功能的可控震源,采集裝備運輸車輛和無人機,移動通信基站無人機和飛艇,節(jié)點部署與維護輔助設(shè)備等。

⑨ 邊緣計算。在數(shù)據(jù)采集終端或移動通信基站(中繼站)端部署邊緣計算系統(tǒng),進行采集數(shù)據(jù)質(zhì)量控制分析、數(shù)據(jù)預(yù)處理和自動化分析。

4.2 關(guān)鍵行動二:構(gòu)建地學(石油物探)應(yīng)用數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施

石油物探數(shù)據(jù)采集、處理、解釋業(yè)務(wù)歷來對于信息基礎(chǔ)設(shè)施具有高度依賴性,尤其是地震數(shù)據(jù)處理與解釋技術(shù)的進步高度依賴于高性能計算與三維可視化技術(shù)的發(fā)展。對于當今石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型而言,需要建設(shè)強大的數(shù)字信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施,主要包括:高速網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)、云計算中心、可視化與虛擬現(xiàn)實中心,它們分別主要支撐地震采集、處理和解釋3個階段的業(yè)務(wù)需求。

4.2.1 高速網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)

高速網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)是構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、連接采集—處理—解釋應(yīng)用、實現(xiàn)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)包括無線與有線兩種形式,以無線為主。石油物探物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也要融合窄帶(NB-IoT、LoRa、藍牙)和寬帶(WiFi、4G/5G)通信,以滿足不同場景、不同環(huán)境、不同距離等條件下的通信需求,支撐石油物探數(shù)據(jù)采集感知端與云計算中心、人與物、系統(tǒng)—系統(tǒng)之間的萬物互聯(lián),實現(xiàn)遠程狀態(tài)監(jiān)控與采集控制、實時數(shù)據(jù)傳輸與遠程協(xié)同工作、資源共享與遠程服務(wù)等功能。

4.2.2 (高性能)云計算中心

高性能計算中心或云計算中心歷來是石油物探特別是地震數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)設(shè)施,尤其是隨著地震采集技術(shù)的進步與油氣勘探目標與條件的日趨復(fù)雜化,地震數(shù)據(jù)量和處理計算量呈指數(shù)級增長,對數(shù)據(jù)存儲管理能力和數(shù)據(jù)處理計算能力提出了更高的要求。當前的海量數(shù)據(jù)存儲與管理需求已經(jīng)超過100PB-EB級,計算能力需求已經(jīng)超過10-100Petaflops級。為此,大規(guī)模分布式存儲與并行計算技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,基于CPU和GPU的異構(gòu)計算技術(shù)成為當今地震成像處理的主流。高性能計算中心或云計算中心主要支撐石油物探數(shù)據(jù)的存儲與處理。隨著智能化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,對計算能力的需求將進一步攀升,需要發(fā)展基于NPU、DSP、FPGA等新的異構(gòu)并行計算技術(shù)來提供算力支撐。

4.2.3 可視化與虛擬現(xiàn)實中心

可視化與虛擬現(xiàn)實中心主要支撐石油物探數(shù)據(jù)的分析與解釋業(yè)務(wù)。在過去三十多年中,三維可視化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地球物理數(shù)據(jù)的人機交互分析解釋,近年來發(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術(shù)又進一步提升了三維可視化技術(shù)的應(yīng)用體驗和應(yīng)用模式。可視化與虛擬現(xiàn)實中心主要應(yīng)包括高分辨率圖形展示系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實交互環(huán)境和分布式協(xié)同工作環(huán)境3個部分,以高效支撐石油物探與相關(guān)地質(zhì)信息的綜合解釋和團隊決策。

數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)可采用開放和靈活的方式,可以充分利用通信公網(wǎng)與公有云資源,也可綜合利用通信公網(wǎng)與公有云、企業(yè)專網(wǎng)與私有云構(gòu)建混合通信網(wǎng)與混合云系統(tǒng),或利用多種資源構(gòu)建移動云計算服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。

4.3 關(guān)鍵行動三:構(gòu)建石油物探數(shù)字化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用平臺

構(gòu)建石油物探數(shù)字化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用平臺實際上是構(gòu)建基于數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施之上的石油物探軟件開發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)平臺,包括物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、人工智能平臺、可視化平臺和場景化應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺5個部分。

4.3.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺

物聯(lián)網(wǎng)平臺支撐石油物探相關(guān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲管理、質(zhì)量控制、設(shè)備管理和作業(yè)管理等業(yè)務(wù)功能的應(yīng)用軟件開發(fā)與部署應(yīng)用,支持智能地震節(jié)點等各類數(shù)據(jù)采集傳感終端的接入,支持邊緣計算等技術(shù)應(yīng)用。

4.3.2 大數(shù)據(jù)平臺

大數(shù)據(jù)平臺支撐石油物探海量數(shù)據(jù)的高效存儲與管理、高性能計算處理與分析等功能的應(yīng)用軟件開發(fā),支持地球物理數(shù)據(jù)批處理流程和交互式應(yīng)用,支持大規(guī)模分布式存儲與并行計算,支持大數(shù)據(jù)分析和流程自動化。

4.3.3 人工智能平臺

人工智能平臺支撐人工智能特別是機器學習(深度學習)技術(shù)在石油物探中應(yīng)用功能的軟件開發(fā),實現(xiàn)人工智能軟件開發(fā)框架與大數(shù)據(jù)平臺的有機集成,包含豐富的機器學習算法,支持深度學習模型的訓練、部署與推理應(yīng)用,支持自動化數(shù)據(jù)處理與智能化數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)功能和流程開發(fā)。

4.3.4 可視化平臺

可視化平臺支撐石油物探數(shù)據(jù)的可視化分析與人機交互等功能的應(yīng)用軟件開發(fā),支持各類地學圖形和三維場景的繪制、多模態(tài)實時人機交互,支持高分辨率三維可視化和360度全場景虛擬現(xiàn)實設(shè)備應(yīng)用,滿足成果與模型展示、人機交互、團隊協(xié)同工作等應(yīng)用功能需求。

4.3.5 場景化應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺

場景化應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺是基于上述物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、人工智能平臺和可視化平臺構(gòu)建的面向場景化應(yīng)用環(huán)境的業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用環(huán)境,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合化、技術(shù)組件化、資源共享化、能力服務(wù)化與應(yīng)用場景化,以支持數(shù)字化技術(shù)流程、數(shù)字化作業(yè)管理、數(shù)字化業(yè)務(wù)運營、數(shù)字化產(chǎn)品管理、數(shù)字化資產(chǎn)管理、數(shù)字化服務(wù)的快速應(yīng)用開發(fā)與部署應(yīng)用。

數(shù)字化技術(shù)平臺建設(shè)是石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型最核心的關(guān)鍵行動,是實現(xiàn)平臺賦能的基礎(chǔ)。圖9為石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)平臺架構(gòu)示意,圖中清楚地呈現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)平臺的主要組成部分和層次關(guān)系。

圖9 石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)平臺架構(gòu)

4.4 關(guān)鍵行動四:構(gòu)建數(shù)據(jù)資源共享與數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)

石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型不但要實現(xiàn)技術(shù)層面的升級與轉(zhuǎn)型,也要實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營與管理模式的轉(zhuǎn)型,以適應(yīng)數(shù)字化經(jīng)濟的發(fā)展和客戶需求,提高勞動生產(chǎn)力,降低風險與成本,擴大市場規(guī)模和服務(wù)領(lǐng)域,提高行業(yè)和企業(yè)的競爭力。要實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營與管理模式的轉(zhuǎn)型,構(gòu)建數(shù)據(jù)資源共享與數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)是一項重要內(nèi)容,也是石油行業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。

構(gòu)建數(shù)據(jù)資源共享與數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)行動主要包括以下主要內(nèi)容:

① 建設(shè)油氣勘探開發(fā)或石油物探數(shù)據(jù)湖系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)資源的集中管理與互聯(lián)互通,實現(xiàn)從數(shù)據(jù)孤島到數(shù)據(jù)共享,實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用中數(shù)據(jù)流的順暢訪問,保障數(shù)據(jù)質(zhì)量。

② 對企業(yè)各類數(shù)據(jù)資源進行數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用。充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)對業(yè)務(wù)運行、客戶服務(wù)、企業(yè)經(jīng)營和管理決策的價值作用。

③ 建設(shè)行業(yè)或企業(yè)知識圖譜。深度挖掘人員、設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)、流程、工藝、模型、報告等不同形態(tài)產(chǎn)品與資產(chǎn)中的隱形知識,實現(xiàn)知識共享,降低新員工業(yè)務(wù)熟悉過程的門檻和周期,提高企業(yè)知識的積累、沉淀、分享與應(yīng)用水平。

④ 豐富數(shù)據(jù)產(chǎn)品與數(shù)據(jù)服務(wù)模式。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和承包項目、多客戶數(shù)據(jù)模式基礎(chǔ)上,進一步豐富數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型和服務(wù)模式,提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值。

⑤ 構(gòu)建開放式協(xié)同創(chuàng)新和數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。基于統(tǒng)一的數(shù)字技術(shù)平臺,構(gòu)建客戶—創(chuàng)新者—平臺—供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)[6],采用靈活多樣的業(yè)務(wù)運行模式,提供豐富多彩的產(chǎn)品與服務(wù)類型,構(gòu)建新型客戶-生產(chǎn)者-消費者模式,在技術(shù)組件化、資源共享化、能力服務(wù)化的支撐下形成數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng),加速行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與業(yè)務(wù)創(chuàng)新,推進行業(yè)的高質(zhì)量健康發(fā)展(圖10)。

圖10 開放式協(xié)同創(chuàng)新與數(shù)字化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)示意

4.5 關(guān)鍵行動五:發(fā)展石油物探業(yè)務(wù)應(yīng)用的無人機與機器人

當前,無人機與機器人已經(jīng)在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療健康業(yè)、服務(wù)業(yè)、娛樂與消費等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,無人機也在石油物探領(lǐng)域的地形地貌測量、現(xiàn)場踏勘、地震采集現(xiàn)場輔助等方面得到了一定的應(yīng)用。

發(fā)展面向石油物探業(yè)務(wù)應(yīng)用的無人機與機器人,是石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容之一。發(fā)展的途徑包括:一是對石油物探野外數(shù)據(jù)采集裝備進行智能化改造,使其具有智能感知、決策和行動功能;二是基于通用工業(yè)無人機和機器人平臺加載石油物探作業(yè)功能;三是研發(fā)具有豐富功能的數(shù)字化輔助工具。面向石油物探業(yè)務(wù)的無人機與機器人研發(fā),既要滿足裝備功能上的通用性,又要適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境、不同應(yīng)用場景、不同業(yè)務(wù)用途、不同應(yīng)用條件的特殊性。

預(yù)期需要重點發(fā)展的面向石油物探業(yè)務(wù)的無人機與機器人產(chǎn)品包括:具有自動駕駛與自動控制功能的可控震源,地形與地貌測量無人機,無線通信中繼無人機,現(xiàn)場巡視無人機,節(jié)點部署與回收無人機,海底節(jié)點部署與回收ROV,自動駕駛運輸車(機器人),山地等復(fù)雜地表地區(qū)石油物探施工輔助工具等。

5 業(yè)務(wù)流程變革:實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋

筆者曾重點討論了石油物探數(shù)據(jù)處理和解釋的智能化發(fā)展問題[7],提出地球物理勘探的智能化發(fā)展應(yīng)走從自動化處理到智能化解釋的發(fā)展道路,重點發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動型、增量式、自動化處理技術(shù)和可視化、全信息、智能化解釋技術(shù)。其智能化發(fā)展路線分3步走,即功能自動化、流程自動化和系統(tǒng)智能化,最終建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的完整功能與業(yè)務(wù)流程、自我進化的智能化系統(tǒng)、可視化與虛擬現(xiàn)實實時協(xié)同工作環(huán)境,實現(xiàn)知識積累與共享。文中還展望了未來地球物理數(shù)據(jù)處理分析的工作場景,即后端并行化、前端可視化、流程自動化、系統(tǒng)智能化。

石油物探智能化發(fā)展的目標是自動化處理與智能化解釋,根本目的是:①通過自動化與智能化技術(shù)的應(yīng)用,地球物理勘探資料處理解釋人員徹底從繁雜的重復(fù)性、機械性操作中解放出來,而將其主要精力集中在流程制定、過程監(jiān)控、里程碑決策方面,大幅度提高工作效率,降低人工成本,縮短工作周期。②通過智能化技術(shù)的應(yīng)用,最大限度挖掘地球物理勘探資料中的有用信息,并通過多源信息的融合應(yīng)用提升信息的價值,實現(xiàn)專業(yè)知識的深度挖掘、有效積累和共享應(yīng)用,有效降低勘探開發(fā)的風險和成本。③通過智能化技術(shù)的應(yīng)用,形成規(guī)范的智能化處理與分析流程與標準化系統(tǒng),有效降低對人工經(jīng)驗的高度依賴性和分析結(jié)果的主觀性,克服人工處理與分析因人而異、效率低下、知識與經(jīng)驗無法積累和推廣等弊端。

筆者認為,石油物探智能化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展要經(jīng)過以下3種形態(tài),其發(fā)展路線或逐次推進、或部分同步推進.

5.1 第一形態(tài):功能自動化

重點對當前地球物理數(shù)據(jù)處理解釋過程中人工交互操作功能環(huán)節(jié)進行自動化改造,處理解釋過程中關(guān)鍵步驟功能基本實現(xiàn)自動化,中間結(jié)果以可視化形式呈現(xiàn),處理解釋監(jiān)控人員履行質(zhì)量控制職責,確定是否進入下一步驟或需要繼續(xù)迭代處理。自動化處理中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是質(zhì)量控制,只有徹底消除耗時費力的人工檢查環(huán)節(jié)才能實現(xiàn)完全的自動化處理。

5.2 第二形態(tài):流程自動化

在功能自動化基礎(chǔ)上,實現(xiàn)地球物理處理解釋流程或局部子流程的自動化,過程可視化操控,綜合解釋過程基于三維可視化或虛擬現(xiàn)實工作場景進行,基于知識系統(tǒng)進行預(yù)定流程或功能清單的處理與分析,對結(jié)果進行實時可視化分析和決策。這一過程依賴于高性能計算、大數(shù)據(jù)處理和可視化分析技術(shù)的支撐。流程自動化是未來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和自動化處理的基礎(chǔ)與前提。

5.3 第三形態(tài):系統(tǒng)智能化

隨著功能自動化與流程自動化的推進,以及機器學習技術(shù)的深度應(yīng)用,智能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大,智能化分析水平不斷提升,從而逐步構(gòu)建起智能化系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)既包含組成處理解釋流程全過程的數(shù)據(jù)驅(qū)動型智能化應(yīng)用功能,又通過大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用與訓練逐步實現(xiàn)專業(yè)知識的不斷積累,知識的積累使得智能化系統(tǒng)自我進化變得越來越聰明,而智能化系統(tǒng)的進化和知識積累又很容易地被分享應(yīng)用。

上述分析僅涉及到石油物探3個業(yè)務(wù)階段的后兩個,當我們將地球物理數(shù)據(jù)采集納入思考的范圍,數(shù)字化轉(zhuǎn)型將促進石油物探技術(shù)業(yè)務(wù)流程發(fā)生根本性變革。石油物探數(shù)據(jù)采集、處理與解釋3個階段將更進一步融合,基于物聯(lián)網(wǎng)理念和新一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重構(gòu)的石油物探數(shù)據(jù)采集將呈現(xiàn)出實時化特征,云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能驅(qū)動下的石油物探數(shù)據(jù)處理解釋將呈現(xiàn)出自動化和智能化特征,由此融合形成以實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋為特征的技術(shù)業(yè)務(wù)流程變革,大大提升石油物探業(yè)務(wù)流程效率。變革后的業(yè)務(wù)流程,數(shù)據(jù)采集、處理、解釋在時間上的階段性將逐漸淡化,而代之以工作內(nèi)容上的區(qū)分和時間上的交叉重疊與循環(huán)迭代,用一個個小循環(huán)迭代流程來形成大循環(huán)迭代,小循環(huán)迭代形成增量式處理流程,而大循環(huán)迭代形成迭代式地質(zhì)建模和油藏建模流程,由此可見需要新的技術(shù)創(chuàng)新來支撐這個目標的實現(xiàn)。

圖11給出了地球物理實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋場景示意。它實際上是一個云網(wǎng)端一體化平臺系統(tǒng),在高速通信網(wǎng)絡(luò)、云計算中心、可視化中心等基礎(chǔ)設(shè)施支撐下,地球物理智能節(jié)點將傳感數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫?在邊緣計算技術(shù)和設(shè)施支撐下實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的分布式實時監(jiān)控與質(zhì)量控制,在云計算中心和自動化處理流程支撐下實現(xiàn)增量式處理,在可視化中心和自動化智能化分析解釋流程支撐下實現(xiàn)迭代式建模,不斷更新地震成像、油藏描述和動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。這種應(yīng)用場景實際上在天然地震監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)中已經(jīng)實現(xiàn),地震臺網(wǎng)構(gòu)成了實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則實現(xiàn)了地震事件的快速定位和震級估算,只不過石油物探中采集的數(shù)據(jù)量更大、處理和解釋更加復(fù)雜、實現(xiàn)實時性處理解釋難度更大。

要實現(xiàn)上述應(yīng)用場景,需要突破一系列技術(shù)難題。

1) 石油物探數(shù)據(jù)特別是海量地震數(shù)據(jù)的實時匯聚?；谖锫?lián)網(wǎng)理念和新一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重構(gòu)的石油物探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可以實現(xiàn)石油物探數(shù)據(jù)的實時傳輸,但數(shù)十萬甚至上百萬地震節(jié)點采集的海量地震數(shù)據(jù)實時傳輸匯聚到云端仍具有較大的挑戰(zhàn)性,以5G為代表的新一代通信技術(shù)為實現(xiàn)上述目標提供了可能?；谖锫?lián)網(wǎng)-云計算架構(gòu)構(gòu)建的石油物探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),如圖12所示。

5G是集無線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)于一體的新一代通信技術(shù)。5G通信有三大核心優(yōu)勢或三大技術(shù)特征,即高帶寬、低延遲和大連接,也就是被3GPP定義的三大應(yīng)用場景:增強移動帶寬(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、海量機器通信(massive Machine Type Communications,mMTC)、超可靠性低時延通信(Ultra-Reliable Low Latency Communications,uRLLC)。首先是高寬帶(eMBB),以往每代通信技術(shù)更迭速率提升10倍,而理論上5G比4G速率提升100倍達到10G左右(下行20G,上行10G),現(xiàn)在部署的5G網(wǎng)絡(luò)一般實測速度可以達到千兆級。其次是低時延(uRLLC),5G僅有1～10ms的時延,而4G網(wǎng)絡(luò)時延一般大于100ms。再是大連接(mMTC),大連接是指每平方公里的連接數(shù)量能達到上百萬級。5G的低時延與高可靠性,可以滿足對可靠性和響應(yīng)速度要求高的控制類操作應(yīng)用場景。5G的大連接和低時延都是面向新型應(yīng)用的,為車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供聯(lián)接基礎(chǔ)。5G解決了大連接的容量能力,實現(xiàn)萬物互聯(lián),連接的不僅僅是人的手機等移動終端,還有各種各樣的智能設(shè)備,如車輛、攝像機、無人機、機器人、路燈和井蓋等各種設(shè)施。5G將帶來無所不達的連接、無所不在的計算和無所不及的智能。5G的到來,其應(yīng)用不局限于消費互聯(lián)網(wǎng),更包含萬物互聯(lián)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

圖12 物聯(lián)網(wǎng)-云計算架構(gòu)

5G通信技術(shù)的三大核心優(yōu)勢與具體應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)合都可能引爆諸多5G應(yīng)用場景,石油物探數(shù)據(jù)采集就是這樣一個應(yīng)用場景。基于5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建無線地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可以實現(xiàn)復(fù)雜地表條件下的高效數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)回收。5G通信具有高帶寬、低延遲、大連接三大技術(shù)優(yōu)勢,具有廣闊的應(yīng)用前景,5G通信將成為石油工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)設(shè)施。但是5G通信也有不足,這種不足如果遭遇到油氣工業(yè)中的某些特殊應(yīng)用場景和條件,就會成為一種障礙而制約應(yīng)用。不足之一是5G基站的信號覆蓋范圍小,不足之二是企業(yè)不能采用5G獨立自主組網(wǎng),這些問題的制約需要技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新才能有效解決。國內(nèi)電信運營商也正在積極探索通過5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)催生新動能和產(chǎn)業(yè)新模式,重點是探索新的網(wǎng)絡(luò)模式(公眾網(wǎng)絡(luò)+行業(yè)專網(wǎng),實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)產(chǎn)品化”)以及新的運營模式(運營商自營通信網(wǎng)絡(luò)+融入客戶生產(chǎn)系統(tǒng))以及新的商業(yè)模式(單量綱計費模式+多量綱多維度計費模式)。

中國石化石油物探技術(shù)研究院研發(fā)的5G智能地震節(jié)點支持實時地震數(shù)據(jù)采集、實時無線傳輸、實時遠程分析,支持實時遠程狀態(tài)監(jiān)控、實時遠程采集和傳輸模式控制、實時數(shù)據(jù)回收,是利用5G通信技術(shù)實現(xiàn)實時無線地震數(shù)據(jù)采集的有益嘗試。

2) 增量式自動化處理流程的實現(xiàn)。智能地震節(jié)點的廣泛應(yīng)用,必將促進實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋場景應(yīng)用的發(fā)展,如何構(gòu)建針對實時匯聚的地球物理數(shù)據(jù)尤其是地震數(shù)據(jù)增量式自動化處理流程尚有許多挑戰(zhàn)性技術(shù)有待攻克。主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括:①面向節(jié)點實時數(shù)據(jù)采集的高效海量數(shù)據(jù)管理:連續(xù)采集和匯聚數(shù)據(jù)的快速傳輸、存儲、抽取、組織和訪問;②地球物理數(shù)據(jù)處理流程中人機交互功能自動化、質(zhì)控自動化、模塊選擇與參數(shù)優(yōu)化智能化、質(zhì)量控制智能化的實現(xiàn);③增量數(shù)據(jù)處理結(jié)果與全局性處理結(jié)果的融合,以及增量數(shù)據(jù)處理對全局性處理關(guān)聯(lián)性與依賴性的解耦,這里既要充分利用地球物理線性系統(tǒng)的可疊加性簡化處理流程的實現(xiàn),又要充分考慮非線性所帶來的挑戰(zhàn);④無觀測系統(tǒng)非規(guī)則隨機分布節(jié)點采集數(shù)據(jù)處理或預(yù)處理技術(shù);⑤基于海量節(jié)點長周期連續(xù)觀測的被動源背景噪聲干涉成像技術(shù);⑥針對實時采集數(shù)據(jù)自動化處理超強計算能力的需求。

3) 迭代式智能化地質(zhì)地球物理建模流程的實現(xiàn)?；谠隽渴阶詣踊幚淼玫降牡卣鸪上瘛⒎囱莺蛯傩苑治龅忍幚斫Y(jié)果,需要一個迭代式智能化地質(zhì)地球物理建模流程來支撐地質(zhì)構(gòu)造解釋、儲層預(yù)測和油藏描述等解釋業(yè)務(wù)。隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加,信息越來越豐富,地震成像、反演和屬性分析結(jié)果越來越全面、準確和精確,因此這個迭代式智能化建模流程需要體現(xiàn)迭代、遞進、升維等特征。迭代和遞進意味著隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加,模型迭代是在以前結(jié)果的基礎(chǔ)上逐步趨真、趨精、趨全。升維則要充分考慮數(shù)據(jù)量增加所帶來信息的豐富,以升維方式細化數(shù)據(jù)處理和分析方法、充分挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的信息。典型的升維分析包括:空間升維(一維、二維、三維模型分析)、偏移距升維(AVO分析)、方位角升維(各向異性分析)、頻率升維(分頻處理與分析)、時間升維(多次疊加分析)和屬性升維(單屬性到多屬性、多源數(shù)據(jù)融合分析)等。

同時,迭代式智能化地質(zhì)地球物理建模流程還需包括地質(zhì)構(gòu)造幾何建模與屬性建模、物性建模與巖性流體建模、靜態(tài)建模與動態(tài)建模等內(nèi)容,形成由無到有、由少到多、由粗到細、由細到精、由局部到整體的遞進式建模技術(shù)體系。

6 模式變革與生態(tài)系統(tǒng)

前文討論了數(shù)字化轉(zhuǎn)型給石油物探技術(shù)業(yè)務(wù)流程帶來的根本性變革,即實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋應(yīng)用場景。那么,除此以外數(shù)字化轉(zhuǎn)型還會帶來哪些變革呢？

6.1 業(yè)務(wù)模式變革

數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來石油物探技術(shù)業(yè)務(wù)流程的變革,其實時化特征推動了采集—處理—解釋業(yè)務(wù)的一體化,體現(xiàn)在業(yè)務(wù)模式上可能將有更多的業(yè)務(wù)以一體化項目或工程的形式承攬。特別是在油藏動態(tài)監(jiān)測場景下,整個工程將采用一體化外包服務(wù)的形式,又由于自動化處理與智能化解釋技術(shù)的成熟應(yīng)用,工程運行將體現(xiàn)某種意義上的無人工廠模式,一切采集、處理、解釋業(yè)務(wù)皆以約定的標準化、規(guī)范化和自動化方式開展。

6.2 服務(wù)與管理模式變革

石油物探技術(shù)業(yè)務(wù)流程的變革將使得業(yè)務(wù)團隊更加精簡,組織模式更加敏捷,業(yè)務(wù)開展更加依賴網(wǎng)絡(luò)化、云化(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),公有云+私有云)的技術(shù)平臺環(huán)境,產(chǎn)品與服務(wù)體驗更佳,客戶支持響應(yīng)更快,決策向數(shù)字化、智能化、科學化、協(xié)同化、實時化方向發(fā)展,數(shù)據(jù)驅(qū)動成為業(yè)務(wù)運行和管理決策最重要的管理模式。

為提高業(yè)務(wù)運行效率,針對一些應(yīng)用場景將催生出一系列定制化應(yīng)用場景解決方案,包括相應(yīng)的數(shù)字技術(shù)平臺環(huán)境、采集處理解釋軟硬件產(chǎn)品和服務(wù)內(nèi)容,形成特色化服務(wù),如頁巖油氣生產(chǎn)環(huán)境的微震監(jiān)測服務(wù)。

6.3 業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)變革

數(shù)字化轉(zhuǎn)型對數(shù)字技術(shù)平臺的高度依賴,基于數(shù)字技術(shù)平臺將形成業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng),創(chuàng)業(yè)者或第三方服務(wù)商可以圍繞數(shù)據(jù)采集、處理、解釋等業(yè)務(wù)內(nèi)容提供創(chuàng)新技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù),在平臺支撐下為客戶提供集成式服務(wù)。基于生態(tài)平臺化、技術(shù)組件化和能力服務(wù)化,可以提高創(chuàng)新成果的共享效益。平臺成為連接市場、連接未來、連接目標、連接客戶、連接合作伙伴和連接集成商的紐帶,形成協(xié)同開放、共建、共享的石油物探生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè),還將提升石油物探產(chǎn)品與服務(wù)的標準化和規(guī)范化,發(fā)揮規(guī)?；б?甚至可能催生出石油物探行業(yè)開放數(shù)字平臺架構(gòu)、開放互聯(lián)互通規(guī)范、開源節(jié)點架構(gòu)設(shè)計(含硬件架構(gòu)與軟件架構(gòu)),增強不同場景采集裝備、處理解釋算法與工具的兼容性和互操作性,降低石油物探行業(yè)的作業(yè)成本。

7 石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)主要有:

1) 轉(zhuǎn)型頂層設(shè)計層面的挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和目標、建設(shè)內(nèi)容和實施路線圖制定的質(zhì)量直接關(guān)系到數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施的成敗和效果,而這些內(nèi)容的制定既要兼顧行業(yè)和企業(yè)的實際情況和特點,又要兼顧長遠發(fā)展和普遍性,更要考慮多方面發(fā)展目標的統(tǒng)籌與制約因素的協(xié)調(diào)。

2) 轉(zhuǎn)型實施保障措施層面的挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)型發(fā)展的實施需要與之相適應(yīng)的組織架構(gòu)、人才隊伍和文化的保障,組織架構(gòu)要與轉(zhuǎn)型發(fā)展的業(yè)務(wù)模式相匹配,開放性數(shù)字化人才、復(fù)合型人才、學習型組織、創(chuàng)新型團隊是實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型的人才保障,以數(shù)字化文化和創(chuàng)新文化為核心的文化建設(shè)則可以營造良好的數(shù)字化轉(zhuǎn)型文化氛圍,促進數(shù)字化轉(zhuǎn)型認知的統(tǒng)一,形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的合力。

3) 技術(shù)平臺系統(tǒng)建設(shè)層面的挑戰(zhàn)。石油物探行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項技術(shù)密集型工程,能否有效把握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)、構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)平臺與系統(tǒng),是數(shù)字化轉(zhuǎn)型成敗的關(guān)鍵。我們應(yīng)以開放的心態(tài)統(tǒng)籌利用內(nèi)外部資源和生態(tài)系統(tǒng)各方資源,采用自建系統(tǒng)或外購服務(wù)、自主研發(fā)或外購產(chǎn)品、自主運維或服務(wù)外包、私有云/公有云/混合云等多種靈活多樣的形式與機制,構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字技術(shù)平臺,成功實現(xiàn)石油物探業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

4) 核心技術(shù)與關(guān)鍵零部件組件自主可控層面的挑戰(zhàn)。在中美沖突升級的大背景下,數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字技術(shù)平臺建設(shè)所涉及的核心技術(shù)與關(guān)鍵零部件、組件是否自主可控,直接關(guān)系到數(shù)字化轉(zhuǎn)型是否會遇到“卡脖子”的關(guān)鍵,是實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中必須認真對待的問題。在數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面,我國在云計算、高性能計算、網(wǎng)絡(luò)與通信、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)方面都取得了巨大的成果,但仍存在操作系統(tǒng)、高端芯片、關(guān)鍵元器件、人工智能底層技術(shù)等方面的自主可控風險,尤其是這些領(lǐng)域使用了大量開源軟件,都可能成為西方控制的領(lǐng)域。在石油物探采集裝備方面,目前大量使用引進的地震采集裝備,但國內(nèi)正在加大地震節(jié)點儀和可控震源等產(chǎn)品的研發(fā)力度,有望降低自主可控風險,但在海底地震節(jié)點、機器人研制方面較為薄弱,模數(shù)轉(zhuǎn)換等核心元器件尚難以實現(xiàn)完全替代。在石油物探專業(yè)軟件方面,關(guān)鍵的地震數(shù)據(jù)處理和綜合解釋軟件仍然由國外主流產(chǎn)品主導(dǎo)生產(chǎn)應(yīng)用,雖然國內(nèi)軟件產(chǎn)品發(fā)展進步不小,但在產(chǎn)品成熟度和系統(tǒng)性方面仍有較大差距,盡管難以完全替代國外產(chǎn)品,但在完全封鎖的情況下,不至于嚴重影響實際生產(chǎn)應(yīng)用。

8 結(jié)束語

石油工業(yè)正處于動蕩時期,短期面臨著世界經(jīng)濟低迷、油氣需求增長乏力和油價低位震蕩的壓力,長期發(fā)展則面臨著綠色低碳要求、新能源替代、電動汽車發(fā)展對石油需求減少等眾多壓力,如何降低風險與成本、提高效益與回報是石油工業(yè)很長一段時間發(fā)展的主題。

作為面向石油工業(yè)的服務(wù)行業(yè)之一,石油物探行業(yè)也面臨著生存與發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn),而數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我們迎接這些挑戰(zhàn)的重要手段。數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為當今世界眾多行業(yè)和企業(yè)提升競爭力的戰(zhàn)略選擇,石油物探行業(yè)也應(yīng)通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型迎接長期發(fā)展和短期生存所面臨的雙重壓力。現(xiàn)在是我們積極準備、迅捷行動、迎接數(shù)字化轉(zhuǎn)型和變革的最佳時機,當然數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實施也會遇到眾多的挑戰(zhàn)。

石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項系統(tǒng)工程,需要做好頂層設(shè)計,明確石油物探數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展路徑,重點要抓好五項關(guān)鍵行動,推進石油物探技術(shù)業(yè)務(wù)流程變革和業(yè)務(wù)模式、服務(wù)模式變革,迎接實時數(shù)據(jù)采集與自動化處理智能化解釋時代的到來。