智慧油田建设的思考与设计原则

 AI-TECHNOLOGY

智慧油田的建设思考

与设计原则

刘合 姚尚林 李欣 苏健

在全球能源转型与生态保护需求日益突出的背景下，智慧油田建设成为石油行业突破传统开发模式瓶颈的必然选择。本文采用系统论、唯物辩证法和实践论相结合的方法，分析了智慧油田建设在数据管理、平台技术、智能应用、组织管理与安全保障等方面的主要挑战，并提出了以“聚能-赋能-释能”为主线的智慧油田生态系统设计原则。研究指出，智慧油田建设需通过数据治理、模型构建、数字孪生融合和智能决策支持等多维度协同，推动油田生产、管理与运营的全方位智能化升级。通过构建“三横、四纵、一门户”的生态系统架构，本文系统性地提出了“天+地+人+物+事+运营”的智慧油田生态系统构想，旨在实现从数据汇聚到智能决策的全链条贯通，为石油行业的数字化转型提供理论框架与实践路径。研究还结合国内外智慧油田建设案例，验证了“聚能-赋能-释能”框架的可行性，为企业制定智慧油田建设战略提供了科学依据，同时为学术界相关研究提供了新的视角与方法。

01

智慧油田生态系统总体设计原则

基于智慧油田面临的主要挑战及对策分析，提出智慧油田生态系统总体设计原则：以数据聚能构建“数字孪生体”的物质基础，依托AI赋能激活“智慧中枢”的认知革命，最终通过价值释能实现“人-技术-自然”的生态共生。该发展路径既契合黑格尔（Georg Wilhelm Friedrich Hegel）“正题-反题-合题”的辩证逻辑，又体现怀特海（Alfred North Whitehead）过程哲学中“现实缘现”的动态演化特征，为传统能源产业数字化转型提供了哲学范式。生态系统以“聚能-赋能-释能”为主线，按照“三横、四纵、一门户”基本架构，横向融合、纵向贯通，有机统一。“三横”分别是智能数据汇聚——聚能层，智能运行中枢——赋能层、智慧应用——释能层。“四纵”分别是政策制度体系、技术创新与标准体系、组织与运营管理体系和安全保障体系。“一门户”是智慧油田统一用户访问门户。

一

“聚能-赋能-释能”主线

智慧油田建设以“聚能-赋能-释能”为主线，聚焦“数据汇聚、运行中枢、应用创效”和AI赋能，通过多源异构数据的汇聚、构建地上地下一体化数字孪生，形成智慧油气大脑中枢，支撑八大智慧油田应用，逐步实现对智慧油田的全面赋能与价值释放。这是智慧油田建设的核心逻辑，新型智慧油田生态系统整体架构可参见图1。

图1智慧油田生态系统整体架构

二

“三横”体系设计

智能数据汇聚——聚能层聚能层负责汇聚来自油田各个业务环节的多源异构数据，包括地下油藏数据、地面生产数据、设备运行数据、环境数据等。通过物联网技术实现数据的实时采集与传输，为智慧油田建设提供数据基础。同时对数据进行清洗、转换和存储，为智慧大脑中枢赋能层提供高质量的数据支持。

智能运行中枢——赋能层赋能层作为智慧油田的核心，利用大数据分析、人工智能等技术，对多源异构数据进行深度挖掘与分析，构建智能模型和优化算法，融合专业模型成果一体化耦合和智能装备，构建地上地下一体化数字孪生，逐步形成智慧大脑中枢，为智慧油田全业务链智能决策和优化控制提供技术支撑，推动油田业务的智能化升级。

智慧应用——释能层释能层依托智慧大脑中枢赋能层提供的智能服务，开发了智慧勘探、智慧开发、智慧生产运行、智慧工程技术及智慧经营决策等各类智慧油田应用系统。这些系统的实施可对油田生产过程进行全面智能化管理与实时优化，从而提升生产效率、降低运营成本、增强安全性，助力智慧油田建设目标的实现。

三

“四纵”体系设计

政策制度体系完善智慧油田建设的配套管理制度，优化智慧油田政策环境。强化人才和资金保障，探索智慧油田建设运营和激励模式，建立健全智慧油田改革创效评价体系。

组织与运营管理体系建立适应智慧油田生态系统的组织架构和运营管理模式，明确各部门和岗位的职责与权限，确保智慧油田建设的顺利推进。通过加强对智慧油田建设项目的管理和协调，制定科学合理的项目计划和实施步骤，确保项目按时、按质、按量完成。

技术创新与标准规范体系加大对智慧油田相关技术的研发投入，鼓励创新，推动技术不断发展与进步。强化业务、技术和运行管理的标准规范，在企业内部制定统一的技术标准和规范，如：数据标准、业务标准、服务标准、应用规范、运维规范、安全规范等，提高系统的规范性、标准性、兼容性和扩展性。

安全保障体系建立健全网络安全防护体系，强化安全管控、态势预警和应急机制，提高网络与信息系统的威胁感知与应急处置能力，加强重要数据安全保护，防范关键数据和敏感信息泄露，确保系统安全高效有序运行。

四

 “一门户”体系设计

智慧油田应用统一门户，为各类用户提供了一个便捷的入口，通过这个入口，领导决策者可以实时获取生产数据和决策支持，生产管理者可以监控和优化生产流程，科学研究者可以进行数据分析和研究，现场操作者可以获取实时操作指导和反馈，矿区居民可以享受智慧社区服务。这个统一门户整合了智慧勘探、智慧开发等多个智能应用，实现了数据的整合和业务的协同，提升了油田的整体运营效率和管理水平。

02

智慧油田建设愿景

在数字化与能源转型的浪潮中，智慧油田建设锚定构建“天+地+人+物+事+运营”的新型生态系统这一宏伟愿景，全方位重塑智慧油田的生产、管理与运营模式，为油田企业高质量发展注入强劲动力。新型智慧油田愿景可参见图2。

图2   “天+地+人+物+事+运营”的智慧油田愿景

一

天：千姿百态的云，赋能智慧决策

“天”代表云基础设施、湖仓一体数据环境支撑智慧油田大脑中枢，是智慧油田的“数据生态”。云基础设施为智慧油田提供海量数据存储管理与强大的计算能力，确保数据能快速处理与分析。湖仓一体数据环境则汇聚多源异构数据和敏捷分析环境，为管理决策提供精准可靠的数据基础。

二

地：地上地下一体化数字孪生，构建智慧油气大脑

“地”聚焦地下油藏与地上设施的一体化智能管理，利用先进的人工智能与机器学习算法，融合传统专业模型，构建智能盆地、智能油藏、智能井筒、智能管网及智能场站等地上地下一体化的数字孪生，形成智慧油气大脑，为油气勘探开发生产过程中的风险评价、实时诊断、智能预测、方案优化等全链业务提供科学决策依据，提升油田整体运营效率与效益。

三

人：多样的参与者，协同共创价值

“人”涵盖油田领导决策者、生产管理者、科学研究者、现场操作者与矿区居民等多样的参与者。智慧油田为他们搭建协同工作的数智化平台，打破信息孤岛，实现无缝沟通与协作。领导决策者可基于实时数据与智能分析做出战略决策；生产管理者能远程监控生产过程，通过专家交互系统和智能决策模型，及时优化作业调度和指挥决策；科学研究者利用大数据与人工智能技术，融合专业模型与智能工作流程，实现多学科协同研究，推动技术创新和价值增值；现场操作者借助智能设备与系统提高工作效率与安全性；矿区居民则通过智慧社区建设享受便捷生活，实现油区和谐发展。

四

物：感知与设备层，打造智能物联

“物”代表物联网、智能终端与边缘计算（EDGE），是智慧油田的“神经末梢”。基于物联网技术实时自动采集海量数据，实现对油田设备、生产过程的全面感知。智能终端如智能传感器、智能控制器等，具备数据采集、处理与传输功能，为设备装上“智能芯”。边缘计算则在靠近现场数据源的边缘节点直接进行数据预处理与预测分析，减少数据传输延迟，提高响应速度。通过“物”的智能化升级，智慧油田实现对生产过程的精准控制与智能优化，提升设备可靠性与运行效率。

五

事：全域的智慧业务，驱动产业升级

“事”涵盖智慧勘探、智慧开发、智慧生产运行、智慧协同研究、智慧工程技术、智慧经营决策和智慧安全环保等全域智慧业务。智慧勘探利用智能地震/测井资料处理解释等技术，打造智慧勘探应用场景，提高勘探成功率；智慧开发通过智能油藏模拟与开发方案优选、智能配产配注与精准分类治理、智能动态监测与优化分析，助力油田精益高效开发；智慧地面实现地面设施的智能运维与高效管理；智慧工程技术推动钻井、压裂等工程作业的自动化、智能化；智慧经营决策则从市场分析、成本控制到效益评估，全方位提升油田经营水平，为油田生产经营一体化管理决策提供科学依据。各智慧业务板块协同发力，推动油田生产方式与管理模式变革，驱动油田全域业务创新发展和智能升级。

六

运营：统一的运营管控体系，保障稳健运行

“运营”涵盖了政策制度体系、组织与运营管理、技术创新与标准、安全保障四大体系，为智慧油田稳健运行保驾护航。政策制度体系完善智慧油田建设的配套管理制度，优化智慧油田政策环境；组织与运营管理体系明确了各部门与岗位职责，优化了流程，提高了协同效率；技术创新与标准规范体系鼓励技术研发与创新，制定统一标准，确保系统兼容性与可扩展性；安全保障体系建立网络安全防护、数据加密与访问控制等机制，防范安全风险。构建统一的运营管控体系，智慧油田生态系统将实现高效、安全、可持续的运营管理，为智能油田建设、油气企业的数智化转型和高质量发展树立行业标杆。

智慧油田建设作为石油行业数字化转型的重要方向，其核心在于通过数据驱动与智能技术的深度融合，推动油田生产、管理与运营的全面智能化升级。本文基于系统论、唯物辩证法和实践论的多维融合方法，结合工程生态新思维方式，对智慧油田建设的现状、挑战与对策进行了系统性分析，并提出了以“聚能-赋能-释能”为主线的智慧油田生态系统设计原则。研究指出，当前智慧油田建设面临多方面的挑战，包括数据孤岛、多源异构数据融合困难、数据治理机制不完善；云计算资源分散、算力不足以及多模态数据训练算法不成熟；行业知识与AI模型融合不足、智慧应用场景落地难；以及复合型人才短缺、数据隐私保护与网络安全风险高等问题。为应对这些挑战，本文提出了“三横、四纵、一门户”的生态系统架构，通过智能数据汇聚、智能运行中枢与智慧应用的分层设计，实现从数据采集到智能决策的全链条贯通。同时，通过政策制度、组织管理、技术创新与安全保障体系的协同优化，为智慧油田建设提供全方位支撑。本文系统性地提出了“天+地+人+物+事+运营”的智慧油田生态系统构想，旨在通过多维度协同与技术创新，推动油田生产方式与管理模式的全面变革。研究结合壳牌、BP、中国石油、中国石化等国内外智慧油田建设的典型案例，验证了“聚能-赋能-释能”框架的可行性和有效性，为企业制定智慧油田建设战略提供了科学依据，同时为学术界相关研究提供了新的视角与方法。综上所述，智慧油田建设不仅是石油行业突破传统开发模式瓶颈的必然选择，更是实现绿色、高效与可持续发展的关键路径。目前智慧油田建设的研究尚处于初级阶段，但作为数字经济时代的重要研究课题，智慧油田建设体系的研究与创建迫在眉睫，希望本文的探索性研究起到抛砖引玉的作用。

该文发表于《工程研究——跨学科视野中的工程》2025年第2期