【中國(guó)石化報(bào)】近日，數(shù)據(jù)分析公司GlobalData發(fā)布了《油氣行業(yè)的數(shù)字孿生技術(shù)》調(diào)研報(bào)告。根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù)，目前全球油氣行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域有40多家公司從事數(shù)字孿生技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，包括老牌油氣公司、技術(shù)供應(yīng)商，以及嶄露頭角的初創(chuàng)企業(yè)。預(yù)計(jì)到2025年，全球數(shù)字孿生技術(shù)市場(chǎng)的價(jià)值將突破400億美元。到2030年，該市場(chǎng)價(jià)值將增至1540億美元，其中大部分由服務(wù)組成，其余由軟件組成。

數(shù)字孿生技術(shù)備受關(guān)注

GlobalData的報(bào)告概述了數(shù)字孿生技術(shù)及其在油氣作業(yè)過程中的影響，分析了主要油氣公司在開發(fā)和利用數(shù)字孿生技術(shù)以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)方面的作用。

報(bào)告表示，在油氣項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到調(diào)試的整個(gè)生命周期內(nèi)，數(shù)字孿生技術(shù)均能提供支持，還可以在運(yùn)營(yíng)期間監(jiān)督資產(chǎn)性能，并輔助人員培訓(xùn)。

GlobalData油氣分析師普拉尼克表示，“隨著油氣公司努力優(yōu)化資產(chǎn)性能，并最大限度減少意外停產(chǎn)現(xiàn)象，數(shù)字孿生技術(shù)逐漸成為油氣運(yùn)營(yíng)的支柱，旨在使油氣作業(yè)相對(duì)更安全，同時(shí)減少碳足跡，提高盈利能力。此外，油氣公司還將該技術(shù)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)等方面”。

普拉尼克指出，“數(shù)字孿生技術(shù)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和分析，可以為資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供意見，幫助油氣公司簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，預(yù)防故障，強(qiáng)化安全措施。此外，數(shù)字孿生技術(shù)還可以提供全面的作業(yè)視圖，有助于油氣公司制定更精確的決策，由此成為油氣作業(yè)過程中不可或缺的工具。該技術(shù)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)單元的自主操作，以提高安全性和生產(chǎn)效率”。

數(shù)字孿生技術(shù)在油氣行業(yè)的最初應(yīng)用是在資本密集型的油氣生產(chǎn)設(shè)施上，以簡(jiǎn)化流程、減少碳足跡和節(jié)省成本。之后，油氣公司陸續(xù)建立了管道系統(tǒng)、天然氣廠、液化天然氣（LNG）終端，以及煉廠和石化綜合體的數(shù)字孿生體。

普拉尼克表示，“油氣公司也熱衷于將數(shù)字孿生技術(shù)用于油氣以外的新項(xiàng)目，如碳捕集與封存（CCS）、可再生能源等。數(shù)字孿生技術(shù)在提高CCS項(xiàng)目的效率，以及預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)或光伏電廠的發(fā)電量方面有很大潛力。此外，在供應(yīng)鏈和庫存管理方面，數(shù)字孿生技術(shù)能實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)品，確保應(yīng)用程序的及時(shí)可用性，有助于降低物流成本”。

石油巨頭對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用

bp對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用最早可追溯到2017年，當(dāng)時(shí)其大規(guī)模部署了APEX模擬和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2017年，APEX模擬和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在bp的全球投資組合中每日可增加約3萬桶油當(dāng)量的油氣產(chǎn)量。2019年9月，bp宣布，已在墨西哥灣的4個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)上部署了數(shù)字孿生技術(shù)。2020年10月，bp在阿塞拜疆的ACE平臺(tái)成為全球首座從概念、前端工程設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)所有階段都采用數(shù)字孿生技術(shù)的平臺(tái)，總投資為60億美元，工程師能在基于云的數(shù)字孿生平臺(tái)上管理ACE項(xiàng)目的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)成員之間可遠(yuǎn)程協(xié)作，不必前往海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)，在陸上就能對(duì)海上平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)和檢查。

2023年，bp開始在墨西哥灣的Argos平臺(tái)生產(chǎn)石油，Argos平臺(tái)是其在墨西哥灣運(yùn)營(yíng)的最先進(jìn)的數(shù)字平臺(tái)，采用了該公司專有的LoSal提高原油采收率技術(shù)和動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生技術(shù)，可將復(fù)雜數(shù)據(jù)和3D數(shù)字模型連接起來，允許遠(yuǎn)程操作人員佩戴虛擬設(shè)備訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以提高決策效率和安全性。

殼牌在數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也是動(dòng)作頻頻，如攜手瑞士Akselos SA公司為其位于尼日利亞尼日爾河三角洲的浮式儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）“Bonga Main”號(hào)成功部署了結(jié)構(gòu)化數(shù)字孿生技術(shù)。這是數(shù)字孿生技術(shù)首次在FPSO上部署。這項(xiàng)突破性的技術(shù)部署還可以借助對(duì)資產(chǎn)實(shí)際剩余壽命的準(zhǔn)確評(píng)估，替代傳統(tǒng)模擬軟件所做的過于保守的估計(jì)，從而延長(zhǎng)資產(chǎn)的安全壽命。這也被稱為當(dāng)時(shí)世界上最大的結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生體。

殼牌在挪威的大型天然氣處理中心Nyhamna同樣引入了數(shù)字孿生技術(shù)，通過與Kongsberg Digital公司的合作，成功建立了數(shù)字孿生體，以優(yōu)化生產(chǎn)和能源使用流程。殼牌表示，數(shù)字孿生技術(shù)可以幫助Nyhamna工廠的操作員實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)系統(tǒng)，使得一切設(shè)置更接近操作限制，從而降低能耗。

殼牌還在新加坡布科姆島的煉廠利用數(shù)字孿生技術(shù)建立了一個(gè)虛擬工廠。此外，殼牌已與Aveva公司簽署了合作協(xié)議，共同打造工程數(shù)據(jù)倉庫，以支持?jǐn)?shù)字孿生技術(shù)在資產(chǎn)生命周期管理過程中的應(yīng)用。2022年12月，殼牌與Kongsberg Digital公司達(dá)成了一項(xiàng)為期5年的協(xié)議，采用Kongsberg Digital的數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)其全球資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化改造。

埃克森美孚對(duì)構(gòu)建數(shù)字現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)的方法也持開放態(tài)度。該公司一直致力于建立開放的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)現(xiàn)跨部門數(shù)據(jù)訪問，并推動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策。埃克森美孚在圭亞那近海的“Liza Unity”號(hào)和“Liza Destiny”號(hào)FPSO上部署了Aize數(shù)字孿生技術(shù)。該技術(shù)提高了處理工程和相關(guān)數(shù)據(jù)的能力，并將內(nèi)部和外部來源的信息整合到一個(gè)界面中。

油服公司積極從事數(shù)字孿生技術(shù)服務(wù)工作

油服公司哈里伯頓已與科威特石油公司（KOC）簽訂合同，協(xié)助其對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，科威特石油公司將實(shí)現(xiàn)油田設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)工作流程的自動(dòng)化，從而縮短從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策的時(shí)間。

近期，哈里伯頓還與巴西國(guó)家石油公司簽訂了重要合同，為巴西近海的巨型鹽下油田開發(fā)數(shù)字孿生系統(tǒng)。哈里伯頓表示，數(shù)字孿生技術(shù)將助力桑托斯盆地的梅羅油田減少資本支出，縮短生產(chǎn)周期，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析提高原油回收率。為此，哈里伯頓將開發(fā)一個(gè)綜合的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)，涵蓋儲(chǔ)層、油井和海底網(wǎng)絡(luò)。

知識(shí)鏈接：數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。作為一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，數(shù)字孿生可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，數(shù)字孿生技術(shù)是通過數(shù)字化手段在虛擬空間構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)實(shí)體一致的虛擬實(shí)體的技術(shù)。

數(shù)字孿生是一種普遍適用的理論技術(shù)體系，適用于眾多領(lǐng)域，尤其是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、醫(yī)學(xué)分析和工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在國(guó)內(nèi)，該技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用最深入，在智能制造領(lǐng)域的關(guān)注最高。

油氣行業(yè)可以利用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)、診斷，從而優(yōu)化生產(chǎn)決策，不僅能最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)所需的人員數(shù)量，而且能提前識(shí)別設(shè)備故障，提高生產(chǎn)安全性，并降低運(yùn)營(yíng)成本。

延伸閱讀：數(shù)字孿生技術(shù)在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字孿生技術(shù)最初被美國(guó)宇航局用于準(zhǔn)備太空任務(wù)，隨著各行各業(yè)對(duì)技術(shù)的迫切需求，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。對(duì)于油氣運(yùn)營(yíng)商而言，數(shù)字孿生技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

1.預(yù)測(cè)性維護(hù)：數(shù)字孿生技術(shù)在油氣行業(yè)最有益的應(yīng)用之一是預(yù)測(cè)性維護(hù)（PdM）。數(shù)字孿生技術(shù)可以持續(xù)從物理資產(chǎn)中收集數(shù)據(jù)，并使用預(yù)測(cè)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法來預(yù)測(cè)未來的性能。通過持續(xù)監(jiān)控設(shè)備性能并將其與虛擬設(shè)備進(jìn)行比較，操作員可以預(yù)測(cè)潛在的故障。

2.高效安全的操作：數(shù)字孿生技術(shù)可以顯著提高運(yùn)營(yíng)效率，通過模擬各種操作場(chǎng)景，幫助團(tuán)隊(duì)了解不同的操作參數(shù)如何影響性能，并使用這些信息優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，提高效率和生產(chǎn)力。

3.優(yōu)化資產(chǎn)：數(shù)字孿生技術(shù)使得油氣運(yùn)營(yíng)商能充分利用關(guān)鍵的油氣資產(chǎn)，如幫助油氣運(yùn)營(yíng)商更好地了解油藏情況，并有效規(guī)劃開采策略。

4.安全和應(yīng)急準(zhǔn)備：數(shù)字孿生技術(shù)可以通過多種方式提高安全性，幫助油氣運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化操作程序并減少潛在風(fēng)險(xiǎn)。例如，在石油管道系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可以預(yù)測(cè)潛在的泄漏或破裂，操作員能在故障發(fā)生前修復(fù)管道。數(shù)字孿生技術(shù)還可用于員工培訓(xùn)，在無風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中真實(shí)模擬危險(xiǎn)情況，以便員工學(xué)習(xí)新技能，并了解如何應(yīng)對(duì)緊急情況。

5.可持續(xù)發(fā)展：在減少對(duì)環(huán)境的影響方面，油氣行業(yè)面臨越來越大的壓力。數(shù)字孿生技術(shù)正是解決這一難題的寶貴工具。通過模擬運(yùn)營(yíng)及其對(duì)環(huán)境的影響，油氣企業(yè)可以制定減少碳排放、管理廢物和遵守環(huán)境法規(guī)的策略。數(shù)字孿生技術(shù)還可以模擬新法規(guī)或技術(shù)的影響，幫助油氣行業(yè)隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷適應(yīng)新狀況。

6.優(yōu)化鉆井作業(yè)：鉆井作業(yè)復(fù)雜且成本高昂，數(shù)字孿生技術(shù)可以通過模擬各種鉆井場(chǎng)景，并提供最佳策略來簡(jiǎn)化操作流程。例如，在鉆井作業(yè)過程中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可以確定最佳鉆井速度和方向，從而提高整體鉆井精度。

7.油藏管理：油氣運(yùn)營(yíng)商利用數(shù)字孿生技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏的可視化，優(yōu)化鉆井策略并最大限度提高原油采收率，而且有助于延長(zhǎng)儲(chǔ)層的生命周期。

8.供應(yīng)鏈優(yōu)化：油氣供應(yīng)鏈非常復(fù)雜，維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以利用數(shù)字孿生技術(shù)模擬整個(gè)供應(yīng)鏈，深入了解運(yùn)營(yíng)和物流流程，并識(shí)別潛在的瓶頸。

9.新系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試：設(shè)計(jì)和測(cè)試新系統(tǒng)是一個(gè)成本高昂、勞動(dòng)密集型的過程，但借助數(shù)字孿生技術(shù)，工程師可在虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)、測(cè)試和完善新系統(tǒng)，然后再去構(gòu)建，能顯著縮短開發(fā)周期，并提高最終產(chǎn)品的性能。

10.技能培訓(xùn)：數(shù)字孿生技術(shù)可以作為培訓(xùn)工具。例如，煉廠的數(shù)字孿生技術(shù)與VR技術(shù)集成后可為員工提供一個(gè)真實(shí)的環(huán)境來培訓(xùn)技能，從而提高安全性和產(chǎn)品整體質(zhì)量。