新一代油气智能操作系统白皮书:大模型+知识图谱+Agent驱动行业范式变革
前言:油气行业的数智化拐点
与深层困境
当前,全球油气行业正处在一个深刻变革的十字路口,面临着能源转型与数字化转型的双重压力。一方面,随着易开采资源的逐渐枯竭,勘探开发对象正快速转向深水、深层、非常规等更为复杂的领域,地质条件与工程作业的风险与不确定性剧增。另一方面,低油价周期的常态化与降本增效的刚性需求,迫使行业必须借助数字化手段实现全要素生产率的根本性提升。
然而,过去二十余年的信息化建设虽有成果,却也让行业普遍陷入了三大深层困境,成为数智化转型的“陷阱”:
烟囱林立 (Silos Effect):专业系统独立建设,导致业务流程在跨专业节点断裂,协同效率低下。例如,地质专家在 Petrel 软件中建立的精细三维地质模型,在传递给钻井工程师的 Landmark 软件进行井身结构设计时,往往需要经历降维或简化处理。这种信息损耗直接导致了工程设计与地质认识的脱节,无形中增加了实钻的风险与成本。
数据孤岛 (Data Islands):由于缺乏全企业统一的数据标准,海量的测井、地震、生产日报等核心数据被封锁在各个软件的私有格式中。这些数据无法被有效索引、关联和查询,沦为了“沉睡资产”,使得高质量的企业数据——这一人工智能时代最关键的 “Fuel for AI”(AI燃料) ——成为一种遥不可及的奢侈品。
系统僵化 (Rigidity):传统的单体式(Monolithic)IT架构响应迟缓,其建设速度远落后于业务变化速度。例如,一个一线作业区希望开发一个简单的移动端应用来便捷地录入压裂数据,但在现有系统封闭性的制约下,IT部门往往需要经历立项、招标、开发等长达数月的流程,严重滞后于一线需求,导致技术与业务“两张皮”。
这些并非单纯的技术债务,它们是阻止行业驾驭能源转型与数字颠覆双重风暴的架构性桎梏。
面对这些挑战,本白皮书提出一个核心愿景:我们必须彻底重构油气行业的数智化底座,构建一个新一代的智能平台。这个平台将不再是传统工具的简单堆砌,而是一个能够系统性解决上述困境的全新操作系统。它将引领行业跨越鸿沟,迈向一个真正由数据与智能驱动的新时代。
核心理念:构建数据与智能“双引擎”操作系统
从根本上破解行业困境需要一种全新的架构范式:一个真正的企业级操作系统。我们提出的战略核心是“双引擎”驱动,即同时构建“数据操作系统”与“智能操作系统”,二者协同工作,形成从数据基础到智能应用的完整闭环。
引擎 | 定义与核心价值 |
数据操作 系统 | 这是一个统一的数字基础,其核心任务是通过 业务本体(Business Ontology) 这一“通用语言”,将企业所有非结构化和半结构化的原始数据(如报告、图件、曲线)转化为标准化的、可计算的数据资产。它从根本上解决了数据孤岛问题,为上层智能应用奠定了坚实、可靠的数据基石。 |
智能操作 系统 | 这是一个先进的认知层,其核心价值在于通过将大型语言模型(LLMs)的通用推理能力与企业专有的业务本体进行桥接,实现真正的业务智能。它能够驱动AI从简单的报表自动生成,跃升至能够自主理解、分析乃至解决复杂的业务问题,赋能全业务流程。 |
“双引擎”战略的协同机制,确保了数据不再是沉睡的负担,而是流动的、可增值的资产;智能不再是悬浮的空中楼阁,而是能深入业务肌理、创造实际价值的核心驱动力。而实现这一切的方法论基础,在于我们对油气业务的原子化解构——五维业务本体建模。
奠基方法论:五维业务本体建模(5D Business Ontology)
五维业务本体建模是我们区别于传统数据平台的核心创新,是连接人工智能与油气专业业务的“通用语言”和“翻译器”。它通过在最细粒度上对业务活动进行“全息画像”,从根本上解决了AI“看不懂”专业数据和流程的难题,为实现平台智能化奠定了结构化蓝图。
01
核心创新:业务坐标模型
为了在庞杂的业务体系中精确定位和描述任何一份数据、一个工具或一项活动,我们创新性地提出了“4+1”维业务坐标模型。该模型如同一个GPS系统,为企业的所有数字资源赋予了唯一的、可计算的业务“地址”。
维度 | 定义 | 示例值 |
对象域 (Object) | 业务活动作用的实体对象,是数据的物理或逻辑载体。 | 单井、井场、断块、油气藏、圈闭、盆地、项目、合同等。 |
业务域 (Business) | 所属的宏观业务板块,用于定义业务边界 | 勘探评价、油气开发、钻完井工程、采油气生产、经营管理等。 |
工作域 (Work) | 工作的性质与类型,用于定义操作属性。 | 科学研究、生产运行、规划设计、监测监督、统计分析等。 |
过程域 (Process) | 具体的业务流程阶段或工序,具有明确的时间属性。 | 勘探:地震采集 -> 处理 -> 解释 -> 井位部署钻井:一开 -> 二开 -> 固井 -> 测井 -> 完井 |
专业域 (Discipline) | 涉及的学科知识与专业技术分类。 | 地质学、地球物理、油藏工程、钻井工程、采油工程、经济评价等。 |
02
最小业务单元:原子化描述
业务活动
基于业务坐标,我们将复杂的业务流程拆解为一系列标准的、可管理的 “最小业务单元”(Minimal Business Unit, MBU) ,也称为“业务节点”。这些节点是平台进行资源调度和知识挂载的“原子”。截至目前,我们已成功梳理并定义了超过16,000个油气勘探开发业务节点。
为了给每一个业务节点提供“全息画像”,我们采用 IPOMSQ 框架进行标准化描述:
以 “单井综合柱状图绘制” 这一常见的业务节点为例,其IPOMSQ画像如下:
Input (输入):分层数据、岩性数据、测井曲线、地层描述等。
Process (过程):绘图工具、综合制图软件。
Output (输出):最终定稿的单井综合柱状图(PDF或图片格式)。
Management (管理):地层界线需要由地质专家最终审核确认。
Standard (标准):岩性符号、曲线颜色、线型等必须符合行业制图规范。
Question (问题):可能面临测井曲线拼接异常、深度匹配错误等问题。
通过在原子级的IPOMSQ层面定义每一项业务活动,我们创造了整个企业业务的可计算表示。这是让AI(而不仅仅是人类)能够理解、编排并最终实现复杂油气工作流自动化的根本性突破。
总体技术架构:OiO一体化智能平台
基于五维业务本体方法论,我们构建了OiO(Oil in One)一体化智能平台。这并非对现有IT的演进,而是对企业数字神经系统的彻底重塑。其总体架构遵循“数据向上汇聚,智能向下赋能”的设计理念,通过将底层数据资源与上层智能应用紧密耦合,形成一个高效协同的有机整体。
01
架构核心:双知识图谱驱动
体系
平台架构的核心创新在于采用“双知识图谱”体系,从根本上解决了数据治理与知识应用的协同问题。
KG0:业务本体图谱 (Ontology Graph):这是整个行业的“字典”和“规则蓝图”。它基于梳理出的16,000+个业务节点,固化了油气业务应有的规则、流程和内在连接关系。KG0由行业专家定义,相对稳定,构成了平台的“静态骨架”。
KG1:实例资源图谱 (Instance Graph):这是企业自身的“数字孪生”和“动态账本”。它以KG0为本体(Schema),将企业实际拥有的“数据、工具、算法、标准、案例”等所有数字资源进行实例化,并精准地挂载到对应的业务节点上。如果说KG0是定义“井”这一概念的字典,那么KG1则包含了你的“A01号井”的具体、鲜活的记录,包括其实时生产数据、维护历史和地质背景。KG1是动态演进的,构成了平台的“动态血肉”。
02
智能中枢:大模型、RAG
与智能体
平台的“大脑”是一个集成了先进AI能力的智能中枢,负责理解用户意图、编排任务并驱动业务执行。
JuraSeek (行业大模型):这是一个在通用大语言模型基础上“外挂”全业务知识图谱。它深刻理解行业术语(如“孔渗饱”、“狗腿度”)和复杂的业务逻辑,是实现专业领域认知智能的基础。
JuraRAG (检索增强生成):为解决大模型的“幻觉”问题,确保生成内容的专业性和准确性,平台采用RAG架构。当用户提问时,系统会首先在实例资源图谱(KG1)中进行精准检索,将找到的相关事实依据(如某口井的真实生产数据、邻井的压裂方案)作为上下文提供给大模型,确保其回答言之有物、有据可查。
JuraAgent (自主智能体):这是平台的“执行单元”。基于ReAct(Reason+Act)框架(该框架使智能体能够在执行任务(Act)前先创建逻辑计划(Reason),模拟专家解决问题的过程),JuraAgent能够自主理解复杂的业务任务(如“帮我分析X区块的剩余油潜力”),将其拆解为多个步骤,并自动调用知识图谱中挂载的工具(Process)来按序执行,最终完成任务。
03
JuraX:连接模型与现实
的桥梁
JuraX是连接通用大模型与企业特定专业数据的核心能力平台。它的关键作用是利用五维业务本体作为“翻译器”,使大语言模型能够准确理解、查询和操作油气领域的专业数据,而不会产生事实性错误或幻觉。JuraX是实现“让大模型真正‘懂’油气业务”的技术关键。
04
核心平台组件
在业务本体的驱动下,平台构建了三大基础组件,为上层智能应用提供支撑:
JuraData:全业务数据管理平台。基于业务本体,实现对多源异构数据的自动归集、清洗、标准化和治理,将原始数据转化为可用的数据资产。
JuraConpinets:全组件工具管理平台。将传统的、庞大的专业软件,按照业务节点解耦为一系列可独立调用、可复用的“业务组件”(如“曲线校深组件”、“递减分析组件”)。
GeoMap Pro:全业务可视化平台。打破传统GIS平台的限制,实现“图-数-业”一体化的全息透视,任何地理或模型上的对象都可以直接关联到其背后的数据和业务活动。
这一集成的技术架构,将“大模型+知识图谱+Agent”的前沿模式成功落地于油气行业,为驱动全方位的范式变革创造了前所未有的核心价值。
核心价值:驱动油气行业全方位的范式变革
新一代智能平台的价值不仅在于技术层面的革新,更在于它能够从根本上重塑油气行业的作业方式、决策流程和知识管理,驱动一场深刻的范式变革。
01
业务流程重构:从“串行分段”
到“智能协同”
传统工作流中,勘探、开发、工程、生产等环节如同孤立的岛屿,数据和成果依赖人工通过文件拷贝传递,流程断点多、协同效率低。在新模式下,在KG0流程图谱的指引下,并利用KG1中索引的工具,JuraAgent 如同贯穿全流程的“智能调度员”,无缝衔接不同专业环节,实现“地质-工程-经济”一体化的闭环智能协同,彻底打破专业壁垒。
02
管理决策转型:从“经验驱动”
到“数据与知识双驱动”
新模式将我们的“双引擎”哲学付诸实践。它融合了JuraSeek大模型中蕴含的全行业知识与KG1实例图谱中捕获的企业特有的实时动态,为管理者提供前瞻性的风险预警、生产优化建议和投资效益分析。这实现了决策模式从事后响应到事前预测的根本性转变,让决策更加科学、敏捷。
03
知识传承革新:从“个体经验”
到“可计算的组织智慧”
油气行业普遍面临“人才断层”和专家隐性知识流失的痛点。新模式将专家的宝贵经验固化在业务本体图谱(KG0)行业大模型中,将企业的成功实践案例和数据沉淀在 实例资源图谱(KG1) 中。这共同构成了一个动态演进、人人可用的“组织智慧大脑”,不仅巩固和普及了核心知识资产,更从根本上缩短了下一代人才的成长周期。
04
技术应用升级:从“工具堆砌”
到“能力融合”
传统模式下,各类专业软件林立,形成了难以逾越的“工具壁垒”。新平台通过五维业务本体作为通用的“齿轮系统”,首次实现了大模型(通用推理能力)与各类专业算法小模型(如地震解释、油藏模拟)的完美啮合。这彻底打通了人工智能与企业数据资源的通道,构建了一个真正统一、协同、能力可组合的油气智能平台。
这种全方位的变革是油气行业在新的时代背景下,实现高质量、可持续发展的必由之路。
典型业务场景应用
理论和架构的最终价值体现在解决实际业务问题上。本章将通过两个油气行业的核心业务场景,具体展示OiO平台的应用价值。
场景一:老油田智能挖潜与生产优化
业务痛点:老油田普遍进入高含水、高采出程度阶段,面临产量递减快、剩余油分布不清、人工调整注采方案周期长且效率低的严峻挑战。
OiO解决方案:
工况智能诊断:平台利用卷积神经网络(CNN)等算法,自动识别抽油机实时回传的示功图。它能精准判断供液不足、气体影响、游动阀 失、固定阀 失、结蜡等异常泵况,诊断准确率达到95%以上,并能自动生成维修工单,通过移动端精准推送至一线作业班组。
剩余油潜力智能分析:JuraAgent接到“分析剩余油潜力”指令后,可自动调用知识图谱中的历史生产数据、测井解释成果和油藏数值模拟模型,结合大模型的综合分析能力,快速识别出剩余油的富集区域,并以可视化图件形式呈现。
注采联动与方案自动调优:平台基于图神经网络技术,深入分析井网中的注采矛盾关系。它能自动生成针对每一口注水井的配注量调整建议,实现精细化注水,并可预测方案执行后带来的产油量提升效果(例如,预测可提升5%),辅助工程师高效决策。
场景二:复杂地质条件下井位智能优化与协同研究
业务痛点:传统模式下,勘探部门与开发部门的工作流程脱节。勘探建立的三维地质模型在移交给开发部门时,往往存在信息丢失或降维,导致开发人员需耗费大量时间重新建模。这不仅效率低下,更易造成井位部署与地质认识不一致,显著增加钻探风险。
OiO解决方案:
统一地质格架与模型版本管理:平台建立统一的“地质格架库”,实现勘探模型向开发模型的实时同步与版本控制。这种类似于软件开发中Git的机制,支持对不同版本的地质模型进行差异化比对,确保了地质认识的无缝继承与迭代。
多模态数据智能融合:平台能够自动融合地震、测井、录井、岩心等多源异构数据。利用大模型强大的模式识别能力,辅助地质专家在海量地震数据体中识别出传统方法难以发现的微小断层或有利沉积相带,提升储层预测精度。
井位部署智能推荐:JuraAgent能够综合地质模型、风险图谱、邻井成功案例和经济评价模型,自动生成多个候选井位部署方案。同时,它还能对每个方案进行优劣势对比分析(如预测产能、钻探风险、投资回报率等),为专家最终决策提供强有力的智能支持。
这些场景仅仅是平台能力的缩影,它展示了新一代智能操作系统在赋能油气核心业务、提升生产力方面的巨大潜力。
实施路径:分“三步走”的智能化建设方略
智能化转型并非一蹴而就的“大爆炸”工程,而是一个需要系统规划、分步实施、持续演进的系统性变革。基于行业实践经验,我们提出一个务实、循序渐进的“三步走”建设路径,以确保转型稳步推进、风险可控且价值持续兑现。
1. 第一阶段:夯实基础 (周期:6-8个月)
目标:建成企业级数智底座,实现核心数据入湖与关键业务的可视化查询。
核心任务:部署私有云环境;构建企业级业务本体(KG0),统一数据标准;完成核心历史数据(如近5年)的清洗、标准化与入湖;上线统一数据查询门户与多维度可视化驾驶舱。
预期成果:打破核心数据孤岛,实现“家底清晰”。
2. 第二阶段:业务迁移与组件化 (周期:12-18个月)
目标:逐步替代老旧系统,实现核心业务流程的线上化协同与通用能力的组件化沉淀。
核心任务:利用新平台重构并替代老旧的单体系统(如生产日报、钻井报表系统);将地质绘图、递减分析等通用业务能力沉淀为可复用的业务组件;实现勘探、开发、工程等核心业务流的全面线上协同作业。
预期成果:消除“烟囱系统”,提升业务协同效率,为智能化应用积累丰富的线上数据和能力组件。这将直接提升业务效率,并带来可量化的成果,例如新井投资审批处理效率提升30%。
3. 第三阶段:全面智能升级 (周期:持续演进)
目标:深化AI应用,实现人工智能从“辅助业务”到“驱动业务”的根本性转变。
核心任务:在全公司范围内全面推广JuraSeek(智能搜索)、JuraAgent(智能助手)等智能应用;在成熟领域探索自主钻井、智能增产等前沿自主智能场景;建立持续迭代的模型、算法和知识库运营机制。
预期成果:全面进入智能化作业时代,实现生产力跨越式提升。
结语:未来已来,迈向自主智能的油气勘探开发
本白皮书的核心论点在于:以“五维业务本体”为基石,深度融合“大模型、知识图谱、Agent”三位一体技术的新一代智能操作系统,是油气行业应对当前挑战、实现跨越式发展的必然选择。
这一架构是行业深层顽疾的终极解决方案:它通过智能体粉碎了专业壁垒,通过统一的知识图谱将数据孤岛转化为企业的数字孪生,并以一个灵活、自适应的核心取代了僵化的遗留系统。
我们平台的最终愿景是“让大模型真正‘懂’油气业务”。通过在原子层面精确地定义每一项业务活动,我们已经为实现一个能够自主进行油气勘探与开发的智能系统解锁了路径。
未来已来。一个更加智能、高效、协同的油气工业新时代正加速向我们走来。让我们共同拥抱这场变革,迈向自主智能的油气勘探开发新纪元。
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