2018 年第 3期·石油科技论坛 47
智慧油田建设与发展
李 斌 1 刘 伟 2 毕永斌 2 李 力 2
1. 中国石油冀东油田公司；2. 中国石油冀东油田公司勘探开发研究院
摘 要：智慧油田是油田可持续发展的必然趋势，存在数字化、智能化、智慧化 3 个发展阶段。文章探讨了智慧
油田的概念、原则以及分阶段的特征、任务和目标，指出智慧油田建设过程中需逐步解决数据、软件、投入、人才、
地域发展等方面的难点，智慧化阶段要实现综合、预测、评价、协同、预警、管控、因应、决策 8 项基本功能，体现
优化资源配置、精细管控开发进程，充分发挥人的主导作用的科学决策，促进开发效果最佳化、经济效益最大化。智
慧油田建设是一项系统工程，需要将石油专业、管理、IT 等多领域的专家组织起来，共同研发技术、体制与机制；并
注意规范相关概念和名称，统一制定标准，加强互通互联。
关键词：智慧油田；大数据；数字化；智能化；智慧化；油田开发；优化集成
DOI：
中图分类号：；TE3 文献标识码：Ａ
基金项目：中国石油冀东油田公司项目“冀东油田智慧油田建设顶层设计研究”（编号：2017B01）。
第一作者简介：李斌，1939 年生，1965 年毕业于北京石油学院油田开发专业，教授级高级工程师，曾任中国石油冀东油田公
司副总地质师，长期从事油藏工程管理与综合评价研究工作。E-mail：jdytlb@
近年不少油气生产企业提出了油田智慧化或智慧
油田建设的问题，有的油区基本完成了数字油藏、数
字井筒、数字地面为核心的数字化应用建设，覆盖了
油田开发生产各个业务领域，初步形成了资源共享、
优化集成的信息系统平台，打造了一系列核心业务应
用系统，实现了企业决策分析智能量化、生产运行实
时优化、生产管理高效协同、生产经营精细管控的一
体化运作模式 [1]。有的油区通过光缆、无线和卫星通道，
形成覆盖生产一线的计算机网络，所有办公场地、主
要生产站库、井场等数据源点均可连接上网，并建立
了一套相对完整的数字油田标准体系，对油田原有系
统、工艺流程、组织管理模式进行了改造，加快了新
技术的应用 [2]。
智慧油田是现代化油田的组成部分。现代化是个
动态的概念，在一定的时空范围内，有三维集合即系
统发展动力、系统质量水平和系统公平行为的表征集
合，可操作目标，实现时间表，实现步骤等。按照此
定义要求，油田现代化应该有其相应的表征集合、指
标体系、实现现代化的进程时间表、具体的可操作的
措施和步骤等 [3]。
油田现代化指标体系既要符合国家现代化指标体
系的基本要求，又要反映出油田自己的特点，各基础
指标均以油田大数据为基础，从大数据中获取、产生，
现代化基础指标“数字化油田程度”即指智慧油田的
3 个发展阶段。因此，油田大数据是油田现代化的基
础，智慧油田是油田现代化与时俱进的具体体现，也
在实现现代化的进程时间表、可操作的具体措施和步
骤之中。
何谓智慧油田，目前还没有统一定义或确切概念。
智慧油田与其他“智慧 **”一样，同样存在 3 个发展
阶段，即数字化阶段、智能化阶段、智慧化阶段。
1 数字油田
数字油田简单地讲就是将油田放在计算机里。仅
单井、井组、区块、油藏、油田等层次的一级采集数
据或称之为基础数据，合计就有近 200 类之多，如果
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再加上二级数据，数据量将会达到海量级 [4]，录入、
存储等工作量之大是难以想象的。数字油田是以数字
的形式再现的油田信息场，它包括油田各种信息，即
油田开发中的地下、井筒、地面的相关数据、信息、
图表及油田内外环境等，而且多为非结构数据。经采集、
获取、录入、解释、处理、传输、存储、管理、检索
等内容组合后，通过计算机、多媒体、可视化、遥感、
全球定位等技术，实现互联互通，形成虚拟仿真的立
体化（3D）油田，且最大限度地优化整合油田资源，
使“人”简洁方便、快速有效、实时准确地获取油田
信息，有力、有序、有效地服务和满足油田开发过程
中各种需求，这便初步构成数字油田。
2 智能油田
智能油田是在数字油田的基础上，利用互联网、
物联网、云计算和监控等技术加强信息管理，具备自
主采集、分析、判断、规划、协调、重组与扩充、自
我学习、自行维护等能力。通过整体可视技术进行推
理预测，利用仿真及多媒体技术，结合已开发过程实境，
扩增展示为设计的开发过程运行轨迹，实现油田开发
过程可控及生产计划排程合理，以及风险预警和趋利
避害的应因性反应。油田开发系统各部分也可自行组
成最佳系统结构。智能油田关注人与机器的协调合作，
减少人工干预，集初步智能手段和智能系统等新兴技
术于一体，实现油田的自我感知、自动预测、自主管控、
自行决策，构建高效、节能、绿色、环保、和谐的人
性化油田开发系统。
一口智能化油井应具备如下能力：
（1）自我感知能力。在相应部位安装传感器，采
集该井在油藏中的 3D 部位、地下与地面井位点坐标、
单井控制地质储量等 40 种数据及信息，通过有线或无
线传输至计算机，应用人机互动方法，建立数字油井。
（2）自动预测能力。对地层压力、井底流压等 22
种可变部分，结合相应软件预测其变化趋势，并据此
初步分析、判断可能发生的问题。
（3）自主管控能力。根据预测的变化趋势和可能
发生的问题，提供单项变化主因，提出趋利避害的管
控措施建议。
（4）自行决策能力。依据单项变化主因及趋利避
害的管控措施建议，结合油藏整体变化趋势，油井在
层内矛盾、层间矛盾、平面矛盾中所处状况，以及周
边连通油水井变化状况、该井综合变化因素等，利用
协议软件进行整体、系统地综合评价后，自行提出决
策意见，进而人机互动形成最佳决策，提供给现场操
作者实施。
3 智慧油田
当前业界对智慧油田的概念、特征、功能等亦是
仁者见仁、智者见智。智能为物之智，被动而短期，
是“人”赋予之智；智慧为“人”之智，主动而长期，
是“人”思维之智。智能是智慧的前提，智慧是智能
的终结，两者均处于不断变化之中 [5]。智慧油田是智
能油田更高级的发展，具备一定的思维特征。
何谓智慧油田？笔者认为：所谓油田智慧化，应
是在油田开发大数据的基础上，以高速网络技术、高
分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与
存储技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术、云
计算、物联网为手段，充分展示 3 个发展阶段，并在
智慧化阶段实现综合、预测、评价、协同、预警、管控、
因应、决策等功能，体现最佳优化资源配置，精细管
控开发进程，以人为本且充分发挥人的主导作用的科
学决策，使之达到开发效果最佳化、经济效益最大化、
安全环保科学化的目标。此时该油田可称之为智慧油
田。简言之就是“183833”，即 1 个基础、8 种主要技
术手段、3 个发展阶段、8 种基本功能、3 个体现、3
个目标，同样这些也在与时俱进、不断丰富和发展。
智慧油田需具备 8 种基本功能：
（1）综合功能。油田开发系统是自然与人工共筑
的动态系统 [6]，具有多类型、多个体、多属性、多层次、
多阶段、多变化的开发特征。智慧油田应善于将各部
分进行系统、全局、全面的整合，形成统一的整体，
充分发挥综合性能，体现总体优化功能。
（2）预测功能。油田开发整个生命周期充满了不
确定性，各种油田开发参数均处于动态变化之中，内
外因素均有可能影响各参数的变化趋势，最终影响油
田开发进程。智慧油田应在大数据的基础上，尽可能
精准预测各种开发参数的变化趋势，以便更好地掌控
发展态势，提高开发油田的主动性。
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（3）评价功能。针对油田开发过程中某方面或某
项目，按一定标准和原则对其进行分析、推理或演绎，
运用科学的方法从不同侧面对其进行整体评价，即运
用“人—机—评价对象—评价方法”一体化评价模式
的综合评价体系，按照优选排序、揭示问题、事项评估、
识别预警 4 项功能，多方面综合评价某方面或某项目
的价值或效果或可行性，为决策提供依据 [7]。
（4）协同功能。油田开发是一个涉及多部门、多
学科、多工种、多岗位及决策者、管理者、操作者等
众多人员协同工作的过程，亦是个系统工程。智慧油
田应通过协同软件和人机互动协调各方面工作，使之
和谐、平稳、科学地发展和运行。
（5）预警功能。油田开发是动态发展过程，其中
充满了不确定性与各种风险。各部门、各学科、各工
种、各岗位都具有风险，且风险具有复杂性、突发性、
未来性和可变性 [8]。何时何地发生何种风险受内外因
素影响，亦会有量变到质变的变化趋势。当变化趋势
发展到某风险阈值范围就应预警，以免达到或超过阈
值构成风险或事故。智慧油田的预警应比智能油田更
为精准和可靠。
（6）管控功能。油田管控涉及方方面面，最主要
体现在如下 3 类：
①一级数据或基础数据的采集、传输、处理、组
合。一级数据采集是否齐全准确、传输是否及时可靠、
处理是否合理科学、组合是否正确妥当，直接关系到
后续各环节。
②油气产量（含老井、新井和措施产量）平稳运行。
是否能按期按质按量完成规划中产量的安排，年、月、
日产量运行是否符合预设计态势等，关系到能否实现
油田开发目标、提高油田开发效果与经济效益。
③风险预警。油田开发涉及成百上千个岗位和众
多部门，针对其中存在的不同程度的各类安全隐患，
加强风险预警管控，确保安全环保，这关系到企业的
持续性发展和声誉。
（7）应因功能。应因性是指油田开发中预测主体
对预测客体或对象有意识应对行为，即趋利避害行为 [4]。
因应性实质是人对预测结果的能动反应。当发现运行
曲线有不良趋势时，油田开发工作者应主动采取相应
的趋利避害措施，避免不良趋势的发生。智慧油田需
具备人机共筑的应因功能，当综合、预测、评价、协同、
预警、管控等功能出现不协调、不和谐、不平衡等情
况，或出现偶发性、突发性事件以及其他不利因素时，
通过相应软件实施应因功能，自动提供针对性的调整
措施，使之趋于正常。
（8）决策功能。综合评价是决策的基础，预测是
决策的前提。只有综合评价结论可靠，预测趋势明朗，
决策才会英明。决策是人机共同行为与思维的结果，
尤其是“人”，即决策者或决策机构的综合素质高低
会直接影响决策结果。智慧油田应具备自动决策功能，
决策正确，才有可能实施包括协同、预警、管控等功
能在内的各种措施，以实现目标。
4 智慧油田分阶段特征、任务与建设
难点
基本原则、分阶段特征与任务
油田数字化、智能化、智慧化是智慧油田 3 个发
展阶段，不同阶段的特征、任务、目标、要求有所不同，
但建设的基本原则应是相同的（表 1）。
智慧油田建设难点
建设智慧油田是长期的系统工程，建设中必然会
遇到众多难点，主要表现为如下方面。
海量数据采集、传输、储存难
油田开发系统是自然和人工共筑的复合系统，也
是开放、动态的复杂巨系统 [9]，具有多类型、多单体、
多属性、多层次、多阶段、多变化、多部门、多学科、
多工种、多岗位等特征。采集的实时数据量多门类广，
且多为非结构数据。需从井下、井筒、井口、井场、
地面站等多部位安装自动采集装置（包含传感器、摄
像头及其他采集装置、仪表等），数据传送到远程中心，
构成地上地下 3D 可视的立体采集系统，并与油田互联
网、物联网相联，进行处理、组合、分析、归纳、演绎。
这些操作不仅涉及地域广、人员多，而且有众多的采
集装置需创新、攻关、研制。
应用软件多而复杂，需克服互联互通程度低的
弊端
要实现智慧油田的八大功能，需建立相应的数据
库和研制大量的协同软件。围绕数据采集、整理、分析、
发掘、展现、应用等环节，要研发大型通用海量数据
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存储与管理软件、大数据分析发掘软件、各级监控软件、
数据可视化软件等产品，对原始数据进行专业化处理、
加工、提升、增值。这必须依托云计算的分布式处理、
分布式数据库和云存储、虚拟化技术；必须依托人、
机联作且以人为主的集体智慧。
研制与开发这些软件必须与石油行业云相适应，
适应互联网 + 与物联网，适应运算能力、存储能力的
动态变化；满足大量用户的使用要求，包括数据存储
结构、处理能力；具有高度安全性，确保抗攻击、私
有信息安全；可适应移动终端、手机、网络计算机等
表 1 智慧油田分阶段综合表
阶段 阶段
名称 定位
基本原则 分阶段特征 分阶段任务 分阶段目标 分阶段要求
智
慧
化
智
能
化
数
字
化
基
础
阶
段
中
级
阶
段
高
级
阶
段
1．以大数据
为基础；
2. 以 油 田 开
发系统论为
理论指导；
3. 以 辩 证 思
维与创新思
维为思想路
线；
4. 以 唯 物 辩
证法为方法
论；
5. 以 消 化、
吸收、完善、
创 新 新 科
学、新技术、
新 工 艺、 新
方法为技术
路线；
6. 以“ 人 ”
为 主 导， 尽
可 能 发 挥
人、机智慧
1. 基础性为基本
特 征， 表 现 为：
建设油藏级大数
据、设备与仪表
的安装和应用；
研发各类协同软
件；运用新技术，
计算机联网互联
互通；
2. 无 自 主 性， 基
本由人工控制
1. 因应性为基本
特 征， 表 现 为：
能进行映射性对
应反应，并采取
初步应对措施；
进行风险预警；
油藏范围内油气
资源优化配置；
2. 具 有 自 主 性，
人机交互；
3. 体现被动而短
期的“物”之智
1. 半思维性为基
本特征，具备八
大自主功能；
2. 具 主 动 性， 即
主动确定油田开
发过程最佳化；
3．自主确定方案、
措施最佳化，实
施高效化；
4.“ 人” 即 时 干
预性低
1. 以油藏为基础单位进行一级数据的
采集、录入、存储及二级数据处理、
组合、演化；
2. 建立油藏宏观地质模型，含构造模
型、储层沉积与非均质模型、油气水
分布模型与微观地质模型；
3．建立油气集输模型、注水或注入
系统模型、水电通信道路桥涵消防模
型、其他地面工程模型等；
4．建立油藏操作者、管理者、研究者、
决策者团队系统
1. 完善、补充基础阶段数据与信息；
2. 构建能自我感知、自动预测、自主
管控、自行决策的高效、节能、绿色、
环保、和谐的人性化油田开发系统；
3. 构建风险预警和趋利避害的应因性
自动反应；
4. 油藏开发系统中各组成部分可自行
组成最佳系统结构；
5. 构建人与机器的相互协调合作，减
少人工干预，集初步智能手段和智能
系统等新兴技术于一体
1．构建综合、预测、评价、协同、预警、
管控、因应、决策等智慧油藏功能；
2. 智慧而精细管控油田开发进程；
3. 油藏生产、集输、初加工等自动管
理，基本无人工干预；
4. 促使资源配置极优化、开发效果最
佳化、经济效益最大化
1. 油藏信息时空 4D
动态演示；
2．油藏信息可视化；
3. 初 步 建 立 VR 虚
拟环境；
4. 实现油藏内部任
意点数据、模型、
人员系统等即时实
境演示；
5. 完成安全保障系
统（下同）
1．在数字化基础上，
实现智能化分阶段
任务；
2. 遇一般状况和突
发状况，能及时反
应，并采取应对措
施；
3. 能进行基本的资
源优化配置，保证
生产平稳运行
1. 全面实现油藏数
字化、智能化、智
慧化；
2. 应体现油田现代
化的最新表征；
3. 应实现智慧油田
阶段任务；
4. 实现油田内各油
藏智慧化且互联互
通
1. 各类数据齐全
准确；
2. 高质量完成数
据信息化基础建
设；
3. 物与人基本配
套；
4．阶段不能超越，
时段无级衔接；
5. 具 安 全 性， 抗
外部攻击（下同）
1. 智能油藏各部
分协同、统一；
2．运行操作方便、
反应灵活；
3.“人”机互动、
联网互通
1. 完善智慧油田
的基本功能；
2. 智慧油田基础
扎实、运用灵活
方便、人机互动
自如；
3. 运 用 VR 技 术
生成逼真的视、
听、触觉一体化
油藏的虚拟环境，
能观察任意点油、
气、水地下动态
及变化特征
2018 年第 3期·石油科技论坛 51
各种工作环境，既能服务又能应用，达到互联互通。
目前，各油田均不同程度在进行智慧油田建设，但基
本上是“各自为战”，并设计相应安全防卫，互联互
通程度低。因此，在保留油田各自特点的前提下，相
似部分应相通，交流经验、互相启发、互相促进，避
免重复劳动。
海量软件的发展必然带动芯片、操作系统等信息
技术核心基础产品的发展，推进打造健全、系统的大
数据信息化产品体系。
投入费用大，企业难以承担
建设智慧油田需投入大量费用，其中包括购置、
安装大量采集和传输装置、接收和存储装置、各类计
算机、控制平台、虚拟装置、信息交换装置、宽带网
络装置等的费用；研制、开发大量各类软件和研发相
应标准与阈值的费用；引进、培训油田开发专业和 IT
人才的费用；智慧油田基础建设费用等。这些费用数
额大且投入相对集中，一般油气生产企业难以承受，
低油价时期尤其如此。如要进行区域性联网，还需租
用空间设备甚至需发射专业卫星。这些费用的投入，
必然会引起开发成本的急剧上升。即使智慧油田建设
是个长期的工程，时间可分散投入比例，但对企业来
说投入仍十分可观。
需专业人员与 IT 人员无缝连接
建设智慧油田需配备大量油田开发专业人员和专
业性很强的 IT 人员，难点是这两类人才要紧密结合、
无缝连接。这需要相关人员专业水平高、综合素质高、
责任心强，具备较强的创新能力、较严格的执行能力、
较大的承载能力和独立的操作能力。然而油田这种综
合性人才不多，短期内难以满足大量的需求。
地域发展不平衡
建设智慧油田应有序进行。各油田由于油藏类型、
地质特征、开采特点、开发阶段等存在差异，建设智
慧油田的难易程度亦有不同，虽采用先易后难的建设
顺序，但发展的不平衡依然存在。若涉及区域性联网，
有可能还会受到各区域政治、经济、地理、治安等方
面的差异影响。
智慧油田建设过程中，还有可能出现新的困难和
问题，但油田智慧化是大势所趋，随着国家的发展、
政府的重视、企业的投入、技术人员的努力，这些
困难和问题都会逐步解决，油田智慧化将具有美好
的前景。
5 展望与建议
可以设想，当智慧油田建成时，将会出现钻井自
动化、修井自动化、设备操作自动化、现场管理无人
化、井站巡查无人机化、资料采集与信息无线传输等
令人振奋的局面，实现精心管理、精细操作、精准开
发。智慧油田是油田整个生命周期最为辉煌的时期，
这种辉煌表现在无论是油气产量上升期、稳产期还是
递减期，都会进行资源的优化配置、高效协调运转和
经济效益的最佳化。智慧油田是油田可持续发展的需
要，是油田高效开发和经济效益最佳化的需要，是油
田现代化与时俱进的生动体现。建设智慧油田是艰难
的系统工程，需要油田内外、行业内外、国内外的专
业技术人员和 IT 人员共同努力，充分运用先进的技术
手段与良好的政策环境，实现油田的数字化、智能化、
智慧化，达到油田开发的最高境界。
为此建议：（1）建设智慧油田是系统工程，需各
油田单位将涉及地质、油藏工程、采油工程、地面工
程、财务、管理、系统工程、人事、IT 等各领域专家
结合在一起，组成专项研究、开发与实施团队，围绕
智慧油田建设问题，各专业相互了解、融合贯通，共
同研究油田开发、运行、管理、技术高效与经济高效
等体制及相应机制，充分发挥各领域专家的理论、知
识、经验和智慧。（2）集团公司级需将各油田的专项
团队有机结合，形成高层次的研究、开发与实施团队；
国家级则应组织更高层次的专家团队，统一协调。（3）
注意应用系统科学的术语界定有关智慧油田中各种名
称、概念，制定相应统一标准，使油田单位有章可循、
按标准执行，也更利于相互交流促进、互通互联。
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（收稿日期：2018-04-15）
Construction and Development of Intelligent Oilfields
Li Bin1, Liu Wei2, Bi Yongbin2, Li Li2
( Jidong Oilfield Company, Tangshan 063000, China;
and Development Research Institute of PetroChina Jidong Oilfield Company, Tangshan 063000, China)
Abstract: Intelligent oilfield is the inevitable trend for sustainable development of oilfield and has three development stages --
digitalization, intellectualization and intelligentization. This paper elaborates the conception and principle of intelligent oilfield
as well as the characteristics, tasks and objectives of each stage. It points out that a series of bottlenecks should be solved in
construction of intelligent oilfields in the areas of data, software, investment, talents and regional development. A total of eight
basic functions should be completed at the stage of intelligentization, such as integration, prediction, evaluation, coordination,
early-warning, management and control, responsive actions, and decision-making. It should reflect optimization of resources
distribution, detailed management of development process, the dominant role of people in scientifically making decisions,
promotion of development efficiency, and maximization of economic performance. Construction of intelligent oilfield is a project
of system that calls for cross-disciplinary experts from petroleum, management and IT sectors to work together for common
development of technology, system and mechanism. Meanwhile, the related conceptions and names should be standardized and
the criteria should be unified in the efforts for mutual communication and mutual connection.
Key words: intelligent oilfield, big data, digitalization, intellectualization, intelligentization, oilfield development,
optimization of integration
