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“数智”赋能油气梦 钻坚仰高赤子心

来源:  发布时间:2023-04-11

——记中国石油勘探开发研究院信息技术首席专家龚仁彬

蔡巧玉 吕腾波

 

“我这一辈子就干了三件事:第一件事是从事勘探应用软件研发22年,为西部油气勘探提供特色技术支撑;第二件事是主持完成油气生产物联网系统(A11)的建设,实现了中国石油油气生产的大规模数字化;第三件事是搭建认知计算平台,推动新一代人工智能在油气领域的应用。”龚仁彬所说的三件事,不只是他30余年科研经历的真实写照,也是中国石油天然气集团有限公司由“地下”到“云端”,践行信息化、数字化、智能化转型的重要里程碑。“能够在产业转型的每一个重要节点,参与到影响集团内部乃至整个中国油气行业发展的工作中,我感到十分荣幸。”龚仁彬说,“这是时代的机遇,更是我的幸运。我能做的,便是铆足‘钻’和‘专’的劲头,将全部精力投入其中,坚定不移地干下去。”正是凭借这股拼劲儿,龚仁彬和他的同事们谱写了一曲“‘数智’赋能油气梦,钻坚仰高赤子心”的赞歌。

 

 

20224月,国家能源局、科学技术部印发的《“十四五”能源领域科技创新规划》提出,“十四五”时期能源领域现存的主要短板技术装备要基本实现突破。推动传统行业与数字化、智能化技术深度融合,将是我国能源产业转型升级的重要助力。

作为中国石油信息化、数字化从分散建设到集中建设再到整体迈入共享智能新阶段历程的亲历者和重要推动者,在中国石油勘探开发研究院信息技术首席技术专家龚仁彬看来,以建设新一代数字油田为代表,强调感知、互联、协同和共享,以实现从油气勘探、开发、生产、经营管理到决策各环节数据的实时获取、充分共享和深度应用,并达到协同研发、优化生产、精细管理与高效决策为目的,从而显著提升运营效率和创新能力、增强企业综合竞争力,不仅是石油企业发展的必由之路,更是他追寻不辍的科研愿景。

从研36年来,龚仁彬以时不我待的紧迫感、协同作战的责任感,走出了一条求新求变、脚踏实地的创新路;也是在这条推动中国石油信息化转变、加速数字油田建设、布局智慧油田的道路上,步履不停的龚仁彬同样写就了一阕精彩纷呈、“油智同行”的人生篇章。

 

十年磨一剑

——写就油田数字化佳话

 

“新疆风城油田作为A11项目的一个稠油示范工程,从稠油生产、安全需求出发,优选171SAGD井、364座计量管汇、127台注汽锅炉、8座大中型站场等生产关键环节作为实施主体,建立厂级中控室,构建了统一监控、集中管理的稠油油气生产物联网系统,实现了采油、集输、处理、供汽生产过程关键节点全部纳入物联网集中管理,构建了与信息化建设相适应的生产管理组织架构,将传统的‘劳动密集、驻点值守、每日巡检’生产运行体制,转变为‘无人值守、远程监控、按需巡检’的物联网管理新模式,实现了大型稠油油田扁平化管理。物联网应用直接节省人员1251人,年均节约人员成本超过1亿元。”提起油气生产物联网系统(A11)为油气生产带来的变化,龚仁彬有说不完的案例。

油气生产物联网系统是中国石油天然气集团公司(以下简称“中国石油”)信息化建设三大标志性工程之一,龚仁彬是项目负责人。为了搭好这张“网”,龚仁彬带领团队先后走遍了中国石油下辖的16个油气田、130多个作业区,充分掌握油气生产实际需求。向上要随时对集团总部的领导进行汇报;向下要把握项目方向架构,管理项目团队;平行还要与16个油气田各个单位进行具体沟通——投身项目之中,“连轴转”几乎成了龚仁彬的日常。很多时候,龚仁彬的办公室在凌晨两点仍亮着灯光。而在言谈间,他却很少提及工作的辛苦,他反复思考的,都是如何实现油气生产物联网系统的创新研发,如何促进油气生产的管理变革。

十年磨砺,创造辉煌。通过油气生产物联网系统实施,中国石油累计建成各类数字化井17.39万口、数字化站2.6万座,其中长庆、塔里木等10个油气田基本实现全覆盖,初步实现了中国石油油气生产的数字化、可视化和自动化,在优化生产流程、优化组织结构、提高生产效率、提升管理水平、降低安全风险等方面取得了较好的效果,减少现场新增用工3万多人,取得显著的经济和社会效益。回溯这10年经历,龚仁彬曾多次感慨地将中国石油油气生产物联网系统称为自己从研以来“最念念不忘的项目”,而此间“十年磨一剑”的经历,正是这番心境的最佳注解。

2008年,凭借长期从事信息化实践的丰富经验,龚仁彬积极参与到油气生产物联网系统(A11)的规划和调研过程中,并带动自己所在的西北分院信息化团队加强学习锻炼,储备知识和能力,积极“跟上”集团信息化建设的需求。4年后由西北分院主导建设的油气生产物联网系统(A11)正式启动,龚仁彬以项目长的身份主持承担这一系统的建设和规模推广,为推动集团油气生产数字化作出了重要贡献。龚仁彬团队大胆创新,自主研发了国内外油气行业首个基于云计算架构的可扩展的物联网PaaS平台,解决了油气生产领域多源数据实时接入、生产数据分析处理、生产数据开放共享、生产应用全生命周期管理、相关系统快速集成等难题,为油气田提供油气生产过程监测、生产分析、预警预测、设备管理、数据管理等业务服务,实现了34套油田相关系统的集成应用,极大地节省数字化研发在软硬件上的实际成本,让分散的各级油气单位之间合作开展数字化成为可能。

A11是一个庞大的系统工程,龚仁彬提出了“总部技术团队+油田实施团队”的联合项目组的创新建设模型,总部团队负责技术研发、平台搭建、标准制定,油田团队负责现场实施。这种合作形式一经推出,即激发了各级油田单位参与数字化建设的积极性,并在业务主导、现场建设、设备采购等环节中,极大地发挥了油田团队的主观能动性。

在此基础上,龚仁彬及其团队完成了中国石油油气生产领域物联网系列标准制定,包括1项行业标准、4项企业标准,其中部分内容已经上升为国家标准。系列标准规范的发布,既规范指导了油气生产物联网项目的设计、建设、测试、验收和运维工作,又支撑了新油气田产能建设和老油气田调整改造数字化建设。在这一系列起点高、准确实用、接地气的标准指导下,各个油田有效地避免了低水平的重复投资,油田数字化专业性和实践水平明显提升,标准化设计、标准化产品和标准化施工逐步落到实处。随后,“眼见为实”的力量让更多油田单位看到了油田数字化带来的奇妙改变。如雨后春笋般,越来越多的单位投入中国石油油气生产领域物联网的实践过程中。依照龚仁彬团队提供的数据采集、数据录入、具体应用和效益计算等内容,各级油田单位可将现场生产由传统的经验型管理、人工巡检转变为智能管理、电子巡检,油气田现场也实现了由分散管理向集中管控转变、由劳动密集型向知识密集型转变的“新局面”,极大地促进了油田生产管理组织机构按“纵向扁平,横向压缩”的方式优化。目前,井场中小站场无人值守、大型站场少人集中监控的目标正在逐步实现,类似风城作业区那样从多人到少人、从有人到无人的变化正在更多的油田上演。

中国石油油气生产物联网系统的建成和推广应用带来了生产效率的提升。龚仁彬为记者讲述了“计量间消失”的故事——“过去对油田生产的计量主要靠计量间。这种计量间建设成本高、占地面积大、管线复杂,建设难度颇高。现在我们可以通过功图技术,为传统油气生产管理方式带来重大变革。通过功图分析,结合井口压力、温度等参数,可以快速地掌握油井的工作状态,分析并判断油井参数是否合理,从而及时地调整油井参数,快速修复油井故障,甚至可以进行提前养护,以达到减少损耗、提高产量的目的。另一种方法是对产液量连续实时计量。通过对采集的功图数据进行计算,我们可以快速得出产量值。这项技术成本低廉,极大地有利于快速指导油田开发方案的制订,大面积应用可代替传统计量站沉降计量法,从而使地面工程得到优化和简化,并最终实现提高产量的目的。”

与此同时,由于油气田生产现场传感设备建设时间不同,在油田各采油厂之间、采油厂内部各作业区之间所用的接口协议不一致,无法实现采集的数据支撑上层的应用,更为系统整合、集成、运维管理增加了难度。龚仁彬团队在研究单井通信模式、多井集联通信模式、站场通信协议的基础上,创新研发了传感器及远程终端单元标准化接口协议A11-GRM,实现了100多家厂商仪表之间的互联、互通、互换,为数据接入、系统集成、后期运维以及系统应用奠定坚实的基础。这一发明不仅有效打破了国外厂商的产品垄断,更有效地降低了油田建设成本、极大地提升了数据的流通速度和应用效率。

中国石油油气生产物联网系统于2022年成功通过竣工验收,累计获得发明专利21项、软件著作权6项,发表相关学术论文85篇、出版专著3部。“中国石油油气生产物联网示范工程”获得2016年度中国石油和化工自动化行业协会科技进步奖特等奖,“中国石油油气生产物联网系统研发与应用”于2018年获集团公司科技进步奖一等奖,“基于物联网的数字油田关键技术研究与应用”获得中国石油工程建设协会2018年科技进步奖特等奖。此外,相关成果于2017年入选第四届世界互联网大会先进科技成果,2019年获得世界物联网博览会新技术新产品金奖,并入选国家发展改革委《中国“互联网+”行动百佳实践》和《20112015中国石油重大信息化成果》。

关关难过关关过,龚仁彬用10年时间,逐一攻克信息化的技术障碍、打通数字化通路、以“求同存异”的方式为集团总部和各级油田的协同提供了高质量物联网平台,书写了一段以信息化、数字化促进生产方式的转变,促进管理的变革,实现降本增效的精彩篇章。

 

蹚险滩越山巅

——开启智能化新征程

 

2018年,作别工作生活了30余年的西北分院,龚仁彬接受组织安排赴任中国石油勘探开发研究院(北京)计算技术研究所所长。从分院来到总院工作,龚仁彬深感担子沉重且责任重大。在他看来,我国油气领域信息化、数字化、智能化还有很长的路要走,作为深耕其间数十年的科研工作者,现在绝不是满足现状、停滞不前的时候。怀揣“绝不掉队”的信念,龚仁彬迅速投入新的工作中,他决心在这个过程中持续地发挥新的光和热。

在国际油气行业人工智能应用方兴未艾之时,中国石油即在“十三五”期间规划设立了人工智能基础建设项目——认知计算平台(E8)试点项目,用以促进勘探开发的智能化。但龚仁彬敏锐地意识到,认知计算平台的潜力远不止于此。为此,即使管理工作极为忙碌,他仍选择再一次主动请缨,以项目长的身份带领团队开启了人工智能在勘探开发领域的应用实践。

万事开头难,在平台建设之初,龚仁彬及其团队面对的最大技术障碍即是勘探开发“小样本”问题。“油气深埋地下数千米,地下构造复杂,地质数据获取成本很高。同时勘探开发数据量虽然很大,但数据量大并不等于大数据,勘探开发领域属于典型的‘小样本’。此外,人工智能应用需要同时具备数据、算法、信息、业务等多方面的知识,相对勘探开发业务人员来说有一定技术门槛,勘探开发领域人工智能人才严重短缺,既懂业务又懂人工智能的人才凤毛麟角,这是制约勘探开发人工智能应用的主观障碍。此时,寻求与具备成熟技术背景、具有丰富人才储备的相关技术公司合作,就成为解决技术门槛和人才短缺问题的不二之选。”龚仁彬解释道。

然而当时,世界大国纷纷将人工智能核心技术列入对华禁售清单,基于能源安全性的充分考量和对国内技术企业的坚定信心,龚仁彬团队通过公开招标,最终与华为技术公司达成技术合作。以搭建为勘探开发业务人员提供人工智能服务、降低人工智能门槛的平台为目标,龚仁彬团队与华为技术团队在数据集成、数据处理、数据标注、特征工程、自然语言处理与知识图谱构建、智能算法与机器学习、模型调优、模型发布、软件封装与软件部署等方面展开攻关研究,同时利用知识、数据、算法、算力和场景5个关键要素,成功搭建起国际先进、开放、可扩展的人工智能计算平台。

说起认知计算平台的强大功能,龚仁彬如数家珍。认知计算平台从数据集成、数据标注、机器学习、模型发布到推理应用,提供一站式AI开发环境。它具体包括数据处理与特征分析、自然语言处理与知识图谱构建、120个智能算法与可视化机器学习流水线、对外开放的智能服务超市等5个模块;平台更为使用者提供了智能问答、知识搜索、知识推荐、文本生成等35个常用智能服务和高性能算力。

龚仁彬团队还依据相关研究成果制定并发布了油气行业中第一项人工智能企业标准——《勘探开发知识图谱与人工智能平台技术规范》(Q/SY 105522022),针对人工智能平台的架构、功能、数据等内容制定了技术规范,为中国石油建立人工智能发展生态打下了基础。此外,他还对油气勘探开发知识体系进行了全面梳理,对勘探开发知识图开发流程、命名规则、本体、实体等内容进行了全面规范,为中国石油知识图谱发展、融合与共享打下基础。

为了促进认知计算平台的推广应用,龚仁彬带领团队,积极开展了新一代人工智能技术在勘探院、大庆、长庆、新疆、大港、西南等油气田的示范应用。“从实践中来,到实践中去”,是龚仁彬团队始终坚持的研发主张。在规模应用的过程中,认知计算平台在地震资料处理、地震资料解释、测井油气层识别、抽油机井工况诊断等方面取得较好的应用效果。在大庆油田,他们利用机器学习方法对老井、新井和措施井分别开展了原油产量和含水预测研究,预测模型准确度达到90.74%,预测效率比传统方法提升了10倍,目前已成为大庆研究院和采油厂进行开发部署和动态分析的常备工具;在新疆油田,采用物联网和神经网络技术,实现了油井工况的定量诊断和远程实时在线管理,异常工况诊断准确率达到93.8%,油田管理实现了从事后诊断升级为事前预警,减少作业维护费用20%

此外,基于融合知识图谱与深度学习的认知智能技术,团队在测井油气层识别应用中取得重要突破,已成为中国石油老井评价重点推广的关键技术。“数据+知识”双驱动的新一代人工智能技术,有效解决了“小样本”问题,并成为中国石油“查漏补缺”、进行老井评价的利器。在长庆姬塬油田的应用过程中,认知计算平台油气层智能识别的准确度已达到94%,工作效率提高70%。在大庆、西南、大港等油田的规模应用中,认知计算平台同样贡献了强大的智能化力量。据龚仁彬介绍,截至目前,认知计算平台注册用户达到1000人,已建立AI工程357个。它不仅已成为中国石油勘探工作中的强大助力,更是我国人工智能在勘探开发应用领域实现弯道超车的一个明证。

从单纯的管理系统到生产+管理系统,从引进海外技术到走通国产化技术道路,龚仁彬为认知计算平台带来的转变远不止于此。被质疑过、被批驳过,蹚过科研的险滩、越过技术的山巅,龚仁彬依旧坚定、沉默、充实而忙碌。他深知,这并不是结束,而是新征程的开始。面向中国石油全力推进数字化转型、智能化发展的重要部署,以及“十四五”期间数字底座的发展规划,龚仁彬毅然接下新一代人工智能平台的建设任务,于20226月出任中国石油人工智能平台的项目负责人。在这一脱胎于认知计算平台的新型人工智能平台上,龚仁彬及其团队将继续开拓人工智能示范应用场景,为中国石油勘探开发、炼油与化工、成品油销售、天然气销售、油田技术服务、工程建设、装备制造及共享运营服务等全流程业务领域数字化转型提供平台服务和技术支撑。搭建包括地震大规模预训练模型、神经网络可视化建模、自动机器学习、智能样本标注等在内的七大新功能,构建中国石油油气AI开放社区,完成9个智能场景的示范研发和应用,编制一系列人工智能企业技术规范……这些都是龚仁彬及其团队接下来要做的事情。“越接近退休,觉得自己越要抓紧时间干活。”壮心不已的龚仁彬,仍在油田智能化的路上上下求索。

 

承前启后薪火相传

——全力赋能行业发展

 

说起自己与石油行业的渊源,龚仁彬用“殊途同归”来概括:“高考填报志愿时,我在老师的建议下选择了中国石油大学(原华东石油学院)的勘探专业,后来又因为数学成绩好被调剂到了数学专业。不过等我毕业之后,还是进入西北分院开展油气勘探应用软件研发工作,这一干就是几十年。”

尽管曾经对油气行业特别是勘探工作“一无所知”,“干一行、爱一行”的人生信条还是让龚仁彬在这个岗位上深深地扎下根来。在西北的漫天黄沙和荒漠之中,龚仁彬长成了一株厚积薄发的常绿植物,充分地汲取养分,坚定地承担责任。醉心科研、建设团队,几乎成了龚仁彬“西北时光”的全部内容。在这里,龚仁彬与勘探开发软件研发工作结下了不解之缘,并在日常工作和与当地企业合作的过程中,敏锐地看到了信息化工作广阔的发展前景。就此,他下定决心,带领西北分院团队走出了一条独特的、投身信息化研发和转化的新路。

得见技术的力量、胸怀为行业做点事的愿望,在进入中国石油勘探开发研究院后,龚仁彬依旧专注于技术变革及相关应用转化,在科研赋能产业升级方向持续发力。2020年,龚仁彬通过考核,成为中国石油勘探开发研究院首席技术专家。面向油气行业数字化转型、智能化发展的大趋势,龚仁彬觉得自己还有很多事情要做。

随着集团公司数字化转型、智能化发展的逐步深入,龚仁彬对油气生产的数字化有了自己的新思考:“油气生产数字化下一步发展目标是充分利用新一代数字化技术(云计算、大数据、物联网、移动技术、人工智能、机器人、无人机、数字孪生等)和能力来驱动业务模式重构、管理模式变革、商业模式创新与核心能力提升,实现企业业务的转型、创新和价值增长。目前,全球经济正处于深度调整期,市场不确定性加大。国际油价持续在中低位徘徊,油气勘探和开采难度加大,开采成本变高,油气地面运行维护成本逐年攀升,油气生产的安全环保和双碳目标面临的挑战也越来越大。为解决勘探难题和开采成本等问题,国际石油公司纷纷与互联网技术巨头联手,推出智能油田建设规划,通过新一代信息技术的应用,实现油气田生产的全面感知、智能操控、预测预警和优化决策的目标,促进勘探开发业务的数字化转型。与国际领先油公司相比,中国石油油气生产领域数字化、智能化仍存在较大差距,主要体现在数字化覆盖率、数据共享及标准化程度、物联网平台的功能和服务能力、信息系统应用深度和广度、智能化应用水平及信息化对生产作业一线的支撑能力等方面。我国油气行业数字化还远未达到改造整个行业、改变业务形态的程度,数字化转型还有很长的路要走。”

龚仁彬基于对于中国石油油气生产数字化转型、智能化发展的理解和思考,提出了六方面的建议。第一,要正确理解油气生产数字化智能化发展的意义、发展目标和发展方向。大力推进数字化转型、智能化发展,可以有效激发企业创新活力,降低创新门槛和成本,不断催生新产业新业态新模式,形成适应新时期数字经济发展需要的核心竞争力,持续增强企业发展内生动力,推动质量变革、效率变革和动力变革,为产业转型升级和企业高质量发展提供强大支撑。第二,按照业务发展、管理变革、技术赋能三大主线做好顶层设计,坚持试点先行,强化协同推进,打造支撑当前、引领未来的新型数字化能力。第三,要遵循集团公司统一平台原则,促进信息系统的互联互通、集成应用和高水平发展,缩短建设周期,节约建设成本,为逐步实现集团公司大规模集成应用打下基础。第四,要加强全面感知建设,持续加强油气生产物联网系统在16个油气田的扩展实施,以实现油气生产物联网全覆盖,提升生产数据的感知范围和采集质量。第五,要充分利用人工智能、数字孪生等新一代信息技术,实现油气生产物联网系统的升级,为油气生产数字化智能化赋能。第六,围绕业务模式重构、管理模式变革、商业模式创新与核心能力提升4个方面,逐步开展数字化智能化升级应用,为油气生产业务高质量发展提供支撑。

龚仁彬所主持的“中国石油油气生产物联网系统”得到了原勘探开发研究院院长赵文智院士的大力支持,赵院士曾为龚仁彬提出了“修高速、定规则、播火种、助发展”的建议,这也成了龚仁彬日后工作的重要准则。如今,平台纷纷建成、标准逐一制定,年近耳顺之年的龚仁彬又承担起培养人才的重要职责,“用两年时间培养500名油气人工智能复合人才,让更多优秀的人才参与到智能油田建设中去”是他的愿望。在日常工作中,龚仁彬给予团队年轻人充分的发展空间,他坚信科研梦想和行业使命的火种都将成为日后数字化建设的重要力量。面向未来、笃行不辍,龚仁彬怀揣赤子之心,始终在路上。

(责编:唐一白)

 

专家简介

 

龚仁彬,湖北京山人,1986年毕业于华东石油学院应用数学专业,博士学历,教授级高工,中国石油集团公司高级技术专家,现任中国石油勘探开发研究院首席专家。自参加工作以来,一直致力于勘探开发软件研发及集团公司信息化工作,先后担任中国石油勘探开发研究院西北分院(原西北地质研究所)软件中心主任、计算机研究所所长、西北分院副总工程师、中国石油勘探开发研究院(北京)计算所所长等职务;主持完成了中国石油油气生产物联网系统(A11)、中国石油认知计算平台(E8)、国家油气供应物联网应用示范工程等多个大型信息化项目的建设;目前担任中国石油人工智能平台的项目负责人。他在物联网、人工智能、油气勘探开发信息技术等方面有多项创新成果,获省部级科技进步奖特等奖2项、一等奖3项,获授权发明专利11项,发表学术论文54篇,编写《油气人工智能》专著1部,发布行业标准1部、企业标准5部。


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