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智能化技术赋能智慧气田建设: 实践路径、成效分析与未来展望

作者:汪波 张帆 石磊 薛毅 | 作者单位:中国石油长庆油田公司 第三采气厂

智慧气田作为油气行业数字化转型的重要实践,正在通过智能化技术的深度应用推动生产管理模式的革新。苏里格气田作为国内典型的示范项目,其建设路径体现了从传统数字化向智慧化演进的典型特征。

智慧气田的核心在于构建“数据—知识—决策”的闭环管理体系,通过融合人工智能、物联网、云计算等新一代信息技术,实现对气田生产运行状态的实时感知、智能分析与自主决策。这一转型不仅提升了生产效率和管理水平,更推动了能源行业向绿色化、低碳化方向的可持续发展。

在技术架构层面,智慧气田的建设依托于多维度的技术集成。智能巡检机器人作为关键装备,集成了激光雷达导航、红外热成像、气体检测等多种传感器,能够在复杂环境中实现自主巡检。通过厘米级定位技术和高精度仪表识别算法,机器人可完成设备状态监测、泄漏检测、异常声音诊断等多项任务,其仪表读数自动识别准确率超过95%,气体泄漏响应时间缩短至分钟级。这类智能设备的应用减少了人工巡检频次,单井巡检成本下降约30%,同时将设备故障预警效率提升30%以上。例如,在苏里格气田的某无人值守站点,巡检机器人通过红外热成像技术及时发现了一处法兰接口的微小泄漏,避免了潜在的安全隐患。

云数据中心的建设则是智慧气田数据处理能力的核心支撑。通过采用模块化设计、虚拟化技术及网络融合方案,传统数据中心的“烟囱式结构”被打破,资源利用率大幅度提升。云平台的搭建不仅优化了数据处理效能,更通过数字孪生模型支持生产参数的动态优化,使采收率提高10%以上。在实际运行中,某气田区块通过云平台对注采比的实时调整,使单井产量波动幅度降低15%,稳产周期延长10个月。

智能视频监控系统的引入,进一步强化了气田的安全防护能力。通过行为分析、事件识别等技术,系统可实时监测异常闯入、设备位移等风险,误报率控制在5%以内。火焰与烟雾的快速识别功能将火灾预警响应时间压缩至10秒内,而与消防系统的联动处置则实现了全流程自动化应急响应。这类智能监控技术的应用使安全事故发生率下降40%,提升了生产安全水平。例如,在冬季极端天气条件下,视频监控系统曾多次通过异常振动检测功能,提前发现管线冻堵风险,避免了因冰堵导致的供气中断。

智慧气田的建设成效在多个维度得到体现。生产效率方面,自动化巡检与智能决策的结合使生产参数调整周期大幅缩短,设备维护成本降低30%。经济效益方面,通过物联网预测性维护和资源优化配置,年节约运维费用超百万元,碳排放强度下降30%。更为重要的是,智慧气田的实践推动了行业标准的制定,其自主可控的物联网平台国产化率达80%,为能源行业数字化转型提供了可复制的解决方案。例如,苏里格气田研发的智能巡检机器人标准作业流程,已被多家油气田企业借鉴应用,推动了行业整体智能化水平的提升。

从技术细节来看,智能巡检机器人的多模态感知能力是其核心优势所在。激光雷达导航系统通过发射激光束并接收反射信号,构建出厘米级精度的三维环境地图,即使在沙尘暴等恶劣天气下仍能保持稳定运行。红外热成像仪采用碲镉汞探测器,可在–20℃至60℃的环境中持续工作,其温度分辨率可达0.05℃,能够精准识别设备局部过热等早期故障征兆。气体检测模块集成电化学传感器与PID光离子化检测器,可同时监测甲烷、硫化氢等8种有害气体,检测下限低至ppb级别。这些技术的集成应用,使得机器人能够在无人值守站点实现全天候、全参数的自动化巡检。

云数据中心的能效优化同样值得关注。通过采用冷热通道隔离设计和液冷散热技术,机房PUE值从传统设计的2.0降至1.2以下,年节约用电量相当于减少二氧化碳排放1.2万吨。在数据存储方面,基于分布式存储架构和纠删码技术,数据可靠性达到99.99%,同时存储成本降低45%。在计算资源调度方面,通过引入AI驱动的负载预测模型,CPU和内存资源的利用率分别提升至75%和82%,较传统架构提高了3倍以上。

智能视频监控系统的算法优化是其性能提升的关键。采用深度学习框架训练的异常行为识别模型,经过百万级样本数据的迭代训练,对人员跌倒、设备抛洒等异常事件的识别准确率达到98%。在光照条件复杂的夜间场景,系统通过红外补光与低照度增强算法的结合,仍能保持90%以上的识别率。此外,系统还具备多目标跟踪能力,在同时监测20个以上目标时,跟踪准确率仍能维持在85%以上,满足了复杂生产场景的需求。

在安全防护层面,智慧气田构建了多层联动的立体防御体系。智能视频监控系统与周界安防设备形成闭环,当检测到非法入侵时,系统可在10秒内触发声光报警并锁定目标轨迹。气体泄漏检测系统与应急指挥平台联动,可在5分钟内完成从泄漏定位到处置方案生成的应急响应流程。此外,通过部署量子保密通信设备,关键生产数据的传输安全性达到金融级防护标准,有效防范了网络攻击风险。

智慧气田的社会效益同样显著。在人员结构优化方面,通过智能化改造,气田一线操作岗位减少40%,同时新增了数据分析、系统运维等高技能岗位,员工队伍结构得到优化。在企地关系方面,通过减少生产活动对周边环境的影响,气田连续三年获得省级“绿色矿山”称号,实现了企业发展与生态保护的和谐共生。在行业引领方面,苏里格气田的智慧化实践已形成12项企业标准和5项专利成果,推动了油气行业整体技术水平的提升。

展望未来,智慧气田的发展将呈现三大趋势。一是技术融合的深化,人工智能与数字孪生技术的结合将实现生产系统的实时仿真优化;二是边缘计算的普及,通过在井场部署边缘节点,数据响应延迟将进一步降低至毫秒级;三是自主决策能力的提升,基于强化学习的智能系统将具备更强的异常工况自适应能力。这些技术进步将推动智慧气田向更高层次的自主化、协同化方向发展,为能源行业的数字化转型提供持续动力。

在设备管理领域,智慧气田通过建立设备全生命周期数据库,实现了故障预测与健康管理(PHM)。基于振动、温度、电流等多维度监测数据,系统可提前3—7天预警压缩机轴承磨损、阀门卡涩等潜在故障,故障诊断准确率达89%。某压气站通过该系统成功避免了一次压缩机轴瓦烧损事故。

在能源管理方面,智慧气田深度融合了风光互补发电系统与天然气生产流程。通过智能调度算法,将间歇性可再生能源与气田负荷需求精准匹配,某示范区可再生能源占比已达35%,单位产气能耗下降28%。这种“源网荷储”一体化模式,不仅降低了碳排放强度,还为能源企业参与碳交易市场奠定了基础。

人才培养体系的建设同样是智慧气田可持续发展的关键。苏里格气田与高校联合开设“油气智能装备”“工业互联网”等交叉学科课程,累计培养复合型技术人才70余人。通过建立“专家库+实训基地”培养模式,一线员工数字化技能达标率从不足30%提升至82%,形成了支撑智能化转型的核心人才梯队。

在标准化建设方面,智慧气田主导编制了《油气田物联网系统接口规范》《智能巡检机器人技术要求》等8项行业标准。其中,自主开发的物联网通信协议兼容主流工业总线,设备接入效率提升60%,为行业快速复制智慧气田模式提供了技术底座。某新建气田通过直接采用该标准体系,建设周期缩短了40%,投资成本降

低25%。

面对未来,智慧气田将持续深化与前沿技术的融合创新。在人工智能领域,正在研发基于Transformer架构的多模态融合模型,可同时处理视频、音频、传感器信号等多源数据。在区块链领域,试点建设能源数据溯源平台,实现生产数据从采集、传输到应用的不可篡改记录,为ESG信息披露提供可信依据。在量子计算领域,联合科研机构攻关量子退火算法在油藏模拟中的应用,初步测试显示复杂地质模型的求解速度提升近百倍。

这些创新实践表明,智慧气田不仅是技术迭代的产物,更是生产关系重构和管理范式变革的载体。它通过打破传统层级化管理体系,建立起以数据为核心、以算法为驱动、以人为中心的新型运营模式。在这个模式下,每个生产单元都成为可感知、可交互、可优化的智能节点,推动着油气行业向全域感知、全程智能、全链协同的智慧化时代加速迈进。


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2025年, 第8期
刊出日期:2025.08
单月刊,1984年创刊
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主办单位:中国石油企业协会 中国石油企业协会海洋石油分会
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