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能源行业正经历一场变革性的革命，这是由优化性能、降低成本以及最大限度减少环境影响的持续压力所推动的。在过去五年里，修井作业和增产技术所经历的根本性创新比过去几十年的总和还要多。例如，水力压裂技术已经有了显著改进，压裂车队的线性英尺完井率几乎翻了一番，从平均每季度 63,470 英尺提高到了 125,217 英尺。
先进技术正在重新定义井场作业，从用于应对复杂井况的精密连续油管技术，到像国民油井华高的 DXtra™智能电缆这样的新型电缆技术（它能够实现实时作业反馈）。这些技术飞跃不仅仅是渐进式的改进，它们标志着对能源开采过程的根本性重新构想，有望带来更高的效率、更小的环境足迹以及更强的作业能力。
标准作业程序
这种变化不仅体现在复杂性上，还体现在多样性方面，每一口井都在进行优化，设备部署也经过精心设计以实现效率最大化。这些演变导致需要越来越灵活的控制系统，以支持当今多样化的作业实践，同时也为尚未实现的未来计划提供支持。
“滑流”作业法 就是这样一种作业实践，这是一种降低成本的方法，即部分压裂设备使用清洁流体作业，而其余设备使用高浓度的携砂液作业，最终在井口汇合以达到所需的浓度。“同步压裂” 也是一种先进的压裂作业实践，在这种作业中，两口井通过一个共享的压裂车队同时进行压裂。其复杂性在于，每口井都必须根据其特定的处理方案进行处理，而且服务公司必须能够通过数据证明其已按照油井方案的要求进行了作业。
对于一个压裂作业团队来说，从在单个井场作业，到在采用滑流作业的复杂多井场作业，再到在进行同步压裂作业的多井场作业，这种情况并不少见。从数据和控制系统的角度来看，这就导致了需要处理、梳理、可视化并最终管理的数据量大幅增加。
工业设备的演变
现代油井作业的复杂性反映在用于执行关键功能的设备日益多样化上。如今的压裂设备涵盖了多个技术类别，包括二级/四级柴油设备、双燃料设备、直驱涡轮设备以及电动压裂设备（eFrac，见图1），每种设备都提供独特的功能和能源来源。
值得注意的是，运营商经常部署混合动力车队，战略性地结合不同的设备技术，利用它们各自优势，同时减轻各自的局限性。其中一种最先进的操作方法涉及双燃料技术，在这种技术中，发动机动态地用天然气替代柴油，替代比例与发动机负载直接相关。
在双燃料作业中，随着油井对增产措施的反应，替代率会发生波动，这就需要操作人员持续监控，以最大限度地提高燃油效率。鉴于压裂车队每月的燃料成本可能超过100万美元，即使燃料替代方面的微小改进也能带来显著的经济效益。
这种技术多样化不仅体现在压裂。连续油管和电缆作业也在探索替代能源和操作方法，以提高效率并降低成本。它们的主要重点是提高井下作业效率，这需要复杂的数据汇编和情境化处理，以便创建准确的地下条件数字模型（见图 2）。
数据本身无法付诸行动，信息却可以
新技术的迅速发展极大地增加了井场的数据生成量。例如，国民油井华高的一个普通压裂车队每秒大约会产生3600个数据点，对于任何运营商来说，如此庞大的数据量靠人工处理是难以承受的。关键的挑战不在于收集数据，而在于将这些原始信息转化为易于理解、可付诸行动且具有实际情境意义的见解。
这种数据爆炸现象不仅局限于压裂作业。连续油管和电缆作业服务领域的数据集也在经历类似的增长，越来越复杂的设备要求更精密的数据管理。如果管理不当，如此庞大的数据量非但无法阐明作业情况，反而可能会掩盖重要的运营见解。
此外，该行业还面临着重大的人力资本挑战。长期以来，石油和天然气行业一直依赖 “传统经验知识”—— 即通过几代经验丰富的工人传承下来的专业知识，这使得该行业面临着失去关键机构智慧的风险。虽然先进的控制系统无法完全取代经验丰富的操作人员所具备的细致入微的理解能力，但它们可以帮助降低这种风险。
通过先进的控制系统制定最佳实践方案并实现工作流程标准化，公司可以降低操作人员出错的可能性，提高运营效率，保存并传承关键的操作知识，并为复杂的井场作业创建更有条理的作业方法。其目标不是取代人类的专业知识，而是通过智能的、具备情境感知能力的技术解决方案来增强和保护这种专业知识。
为现代井场作业重新构想控制系统
井场作业日益增加的复杂性已经暴露出传统控制系统的显著局限性。从历史上看，这些系统在专用产品类别内的离散设备控制方面是有效的，比如在特定井口管理常规压裂设备的多个泵。它们的简易性使得能够采用通用语言以及标准化的输入和输出，从而实现可扩展且能在全球范围内部署的解决方案。
然而，这些传统系统在简易性方面的优势，是以牺牲灵活性为代价的。国民油井华高（NOV）的理想操作系统（Ideal OS）的问世代表了一种变革性的方法，它利用基于井场的服务器和基于网络的用户界面，提供了一种使井场作业现代化的新数据架构，如图3所示。
这种创新架构通过将所有信息整合到一个通用存储库中，简化了数据管理，使多个用户都能访问这些数据。这是推动和实现下一代控制系统的关键一步。通过打破传统的数据孤岛，理想操作系统（Ideal OS）为管理日益复杂的石油和天然气开采技术环境，创造了一种更具集成性、响应性和智能性的方法。
新系统突破了以往控制机制的局限，为更具适应性、效率和全面性的作业管理提供了基础。它标志着从僵化、孤立的控制系统向更具动态性、互联性的井场技术应用方式的根本性转变。
可访问性：改变数据共享和操作效率
数据是信息和有意义行动的根本基础。传统系统在数据共享方面一直存在问题，这需要在设备之间进行广泛的协调，并造成了严重的操作效率低下。基于服务器的体系结构代表了一种革命性的方法，支持无缝的数据流，进出于多个应用程序可以访问和利用的公共存储库。
考虑到实际影响：以前，电缆工作人员和压裂工作人员将在自己的系统中监控每个钻机，根据重复的数据进行操作，通常需要复杂的时间戳来报告。这种数据重复带来了不必要的成本和工作，最终破坏了运营效率。Ideal OS提供了一个平台，允许电缆和压裂人员查看相同的数据，减少了支持每次操作所需的设备，并为各方提供了更多的访问其他数据的机会，这些数据可以改善他们自己的流程。
新的体系结构允许在每次操作中进行复杂的访问级控制，使操作人员和技术人员能够从同一数据集同时工作。例如，在压裂阶段，一家作业者可以管理整个作业团队，而另一家作业者可以同时分析特定作业单元的数据，以便进行故障排除和潜在的维修准备。这在现代作业中尤为重要，由于红区限制，压裂团队现在需要在设备有限的情况下泵送21个小时或更长时间。
通过创建一个统一且易于访问的数据环境，该行业能够大幅减少数据冗余，加强实时协作，并构建一个响应更及时、效率更高的作业框架。
灵活性：实现数据标准化以促进技术融合
数据标准化成为了一种强大的工具，可使多种技术并行或同步运行。基于服务器的数据架构有助于实现这种标准化，打破了以往将服务公司与不同设备技术或供应商隔离开来的技术壁垒。
传统压裂设备与电动压裂设备之间存在着显著的细微差别，但它们的基本目标却极为相似。通过实施标准化的数据集，一个多泵作业程序现在可以从不同技术中提取数据，为操作人员将数据可视化并赋予其实际情境意义，还能跨不同类型的设备发送指令。这与以往的专用控制系统有着显著不同，在过去，即使是实现基本的系统间协调，也需要复杂且特意设置的通信协议。
这种数据标准化的方法不仅能立即带来作业上的益处，同时还为未来的技术发展奠定了坚实基础。通过建立一个通用的数据基础设施，该行业能够更轻松地利用井场各处现有的传感器网络，将各种不同的数据点整合为有意义且可付诸行动的信息，从而加强并实现各种作业流程之间的互联互通。
其结果是形成了一个更加灵活、适应性更强的技术生态系统，它能够迅速吸纳新的创新成果，并更灵活地应对能源开采领域不断变化的挑战。
自动化的作用：提升作业专业技能和效率
要想有效、高效且安全地操作设备，专业技能仍然至关重要。传统上，这种知识是通过制定最佳实践方案和标准作业程序来进行分享的。自动化已成为实施这些实践的最强大工具之一，并且变得越来越关键，因为操作人员现在需要处理和解读比以往更多的信息。
自动化的应用在不同的使用场景中会有所不同，但一个共同的要求是要有一个稳定的数据平台，能够全面获取高级别的作业信息。井场是复杂的环境，多种服务和活动相互交织，而且一项作业可能会对另一项作业产生重大影响。一个共享的数据存储库可确保那些可能需要依据相关信息采取行动的系统能够获取到这些信息，从而避免潜在风险、不必要的成本以及作业效率低下的问题。
在短期内，NOV的自动化路径包括几个有前途的应用，如图4所示。对于压裂作业，这包括实时数据处理，可以在关键方面为作业者提供即时反馈，例如燃料管理和自动化压力测试的车队优化。在连续油管作业中，自动化可以辅助复杂的过程，如桥塞钻铣或起下钻作业。
尽管具体的应用场景将不断发展变化，但基本需求始终保持一致：需要一个稳定、全面的数据平台，能够支持智能、响应迅速的作业决策制定。
先进的机器学习和人工智能：作业智能的下一个前沿领域
人工智能并非遥不可及的未来概念，而是一场即将到来的技术革命，它具备切实可行的能力来提升设备操作水平。机器学习已经在流程改进和智能设备监测方面展现出了巨大的潜力。然而，人工智能的成功取决于其能否得到有效训练，这就需要一个标准化、可索引的数据基础。
理想操作系统（Ideal OS）架构恰恰提供了这样一个基础，它以一种既能支持模型训练又能实现实时部署的方式对数据进行分类和组织。随着新的应用场景被构思和开发出来，这些数据存储库能够持续收集信息，从而创建出越来越复杂的数据集，用于训练和开发先进的人工智能模型。
通过建立一种结构化的数据收集和分析方法，公司可以大幅减少开发有实际意义的人工智能应用程序所花费的时间和成本。其目标不是取代人类的专业知识，而是创建能够辅助人类决策的智能系统，识别出人类感知范围之外的模式，并提供能够优化作业效率的预测性见解。
这种方法不仅仅代表着一次技术升级，它是对如何将数据转化为可付诸行动的智能的根本性重新构想，推动着整个石油和天然气行业的创新与效率提升。
业务变革的未来
石油和天然气行业正处于关键的技术转折点，在这一阶段，创新、效率和适应性已不再是可有可无的，而是关乎行业生存的必要条件。从像理想操作系统（Ideal OS）这样的先进控制系统到新兴的人工智能能力等先进技术的融合，正从根本上重塑着井场作业的构思、执行和优化方式。
这种变革是由多个相互关联的紧迫需求所驱动的：降低成本、实现环境可持续性、应对作业复杂性以及迫切需要实现资源开采的最大化。依赖传统系统和传统经验知识的传统方法正在让位于数据驱动的、智能的作业框架，这些框架能够实时处理数千个数据点，适应动态变化的条件，并持续学习和改进。
石油和天然气行业的未来不在于取代人类的专业知识，而在于创建能够增强人类能力的技术生态系统。通过实现数据标准化、实施灵活的控制系统以及利用机器学习，公司可以降低作业风险、提高效率，并创建出更具响应性、更智能的开采流程。
数字化转型 | NOV：下一代灵活控制系统赋能井场作业现代化
原文作者: oilgas装备
原文日期: 2025-02-26
关键词: 完井, 密度, 电缆, 桥塞, 压力, 钻机, 泵
学科分类: 完井
本文约需18~27分钟阅读时间
石油和天然气行业正处于关键的技术转折点，在这个阶段，创新、效率和适应性已不再是可有可无的，而是关乎生存的必要条件。其中一项技术是一个先进的平台，它能够提供一个统一且易于访问的数据环境，以加强协作并提高效率。—— 特拉维斯・博尔特 | 国民油井华高公司（NOV）的全球压裂技术总监
图1. 国民油井华高（NOV）开发了理想电动压裂（Ideal eFrac）系列，这是一个5000制动马力平台，它将智能电气架构与强大的传动系统相结合，以提高功率密度和灵活性。
图2. 国民油井华高（NOV）的连续油管控制操作间配备了监测设备、数据采集系统以及建模软件，以提高作业效率和安全性。
图3. 理想操作系统（Ideal OS）的井场数据车为作业管理提供了一种更加动态、互连的方法。
图4. 国民油井华高（NOV）的理想操作系统（Ideal OS）多泵视图可让用户全面获取高级别的作业信息，以优化决策制定。
原文出处:oilgas装备 (http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5MDQ3MTEwMQ==&mid=2650908049&i...)
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