中國石油經(jīng)濟技術研究院在長期跟蹤國內(nèi)外石油科技進展的基礎上，結合20年來的國際石油科技十大進展評選結果，同時借助專利地圖等大數(shù)據(jù)分析手段，以及專家研討和問卷調(diào)查，評選出近五年最具影響力的15項油氣勘探開發(fā)技術，和未來10年最具潛力的15項油氣勘探開發(fā)技術。
其中，數(shù)字孿生油氣田全周期管理技術被列為未來十年最具潛力的15項油氣勘探開發(fā)技術之一。數(shù)字孿生是指針對物理實體建立相對應的虛擬模型，并模擬物理實體在真實環(huán)境下的行為。
隨著石油行業(yè)積極開展數(shù)字化轉型，作為一種前沿信息技術，數(shù)字孿生技術已經(jīng)得到了包括BP、雪佛龍、殼牌等多家石油巨頭的青睞，用于油氣勘探作業(yè)及生產(chǎn)監(jiān)控、風險預警與響應、作業(yè)及生產(chǎn)優(yōu)化、方案設計與優(yōu)化、資產(chǎn)管理等，加快了油氣勘探的數(shù)字化轉型。
01. 數(shù)字孿生助力能源巨頭破“困”
近年來，能源系統(tǒng)脫碳化和向凈零轉型成為全球能源領域的焦點話題。在COP28期間，50家全球油氣公司加入《石油和天然氣脫碳章程》。值得注意的是，這50家公司占全球石油產(chǎn)量的40%以上，其中，國家石油公司占簽署公司的60%以上。這也是有史以來承諾實施脫碳倡議的國家石油公司數(shù)量最多的一次。
“脫碳承諾”聲勢浩浩蕩蕩，但在這一過程中，世界各國及企業(yè)面臨著一個共同的“能源三難困境”：既要保障能源安全，又要消除能源貧困、實現(xiàn)公平可及，還要保護生態(tài)環(huán)境。
在《2023年世界能源展望》報告中，石油巨頭BP給出了自己的答案。BP認為能源轉型需要平穩(wěn)過渡和有序發(fā)展，要兼顧安全性和經(jīng)濟性，不應一味的縮減產(chǎn)能，而應將目光聚焦在油氣領域的低碳轉型和數(shù)字化改造方面，要借助包括數(shù)字孿生技術、人工智能等先進技術，助力解決“三難困境”，從而實現(xiàn)其2050年或更早實現(xiàn)碳中和的長期愿景。
早在2017年，BP就開始在其全球生產(chǎn)系統(tǒng)中推出數(shù)字孿生系統(tǒng)。該公司表示，數(shù)字孿生在幫助工程師優(yōu)化資產(chǎn)和識別潛在問題等方面發(fā)揮了重要作用。該公司位于阿塞拜疆的Azeri Central East（ACE）海上開發(fā)項目更是進一步詮釋和驗證了BP的這一理念。
ACE項目是英國石油（BP）及其合作伙伴（包括雪佛龍，埃克森美孚等）共同投資的巨型油田開發(fā)項目，項目總投資為60億美元，預計2023年底投產(chǎn)。該項目將通過新建一座日產(chǎn)能超過10萬桶原油（預計總產(chǎn)出達3億桶）的海上平臺，實現(xiàn)對位于里海的巨型ACG油田的下一階段的開發(fā)。
對于該項目，BP希望給項目人員提供一個值得信賴的數(shù)據(jù)環(huán)境和數(shù)字化解決方案。并對其有提出三大期許：其一，實現(xiàn)項目信息的互聯(lián)互通，在一個數(shù)字平臺中可以獲得所有相關數(shù)據(jù)；其二，用戶操作友好，響應速度快，可提高協(xié)作性以改進業(yè)務決策；其三，實現(xiàn)遠程訪問，提高安全性并朝著減少碳排放的遠程操作愿景邁進。
BP在ACE項目中對數(shù)字孿生技術的期許
通過與長期合作伙伴AVEVA和KBR的合作，BP僅用了5個月的時間就成功部署了一個基于云的數(shù)字孿生平臺，從而實現(xiàn)了這一目標。
在這一數(shù)字孿生平臺的構建中，BP使用AVEVA Point Cloud Manager點云管理器來進行激光掃描，提供精確的原樣數(shù)據(jù)，以便于遠程執(zhí)行常規(guī)檢查和實現(xiàn)精確的項目維護；通過AVEVA E3D Design三維協(xié)同設計平臺來導入激光掃描數(shù)據(jù)，進行逆向3D建模和碰撞檢查等，以確保項目設計與構建的一致性；在AVEVA AIM資產(chǎn)信息管理平臺上，管理項目海量信息，為BP提供基于 Web 的高質(zhì)量標簽數(shù)據(jù)、文檔、圖紙、3D 模型和激光掃描數(shù)據(jù)的可視化，實現(xiàn)項目信息的互聯(lián)互通。
現(xiàn)在，BP的工程師們能夠在基于云的數(shù)字孿生平臺中管理ACE項目的所有相關數(shù)據(jù)信息，團隊成員之間能夠遠程協(xié)作，不必前往海上平臺現(xiàn)場，在陸上就可實現(xiàn)對海上平臺的維護和檢查活動，提高項目效率的同時，還幫助BP朝著減少碳排放的遠程運營愿景邁進，也更加安全。
在不久的將來，BP還計劃在海上平臺投入運營后，使用AVEVA PI System來收集海上平臺的實時運營數(shù)據(jù)，將實時動態(tài)數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生平臺中的靜態(tài)數(shù)據(jù)相結合，從而助力其實現(xiàn)更迅速的運營決策，并為世界提供更加可靠、廉價和低碳的能源。
02. 數(shù)字孿生在油氣行業(yè)的六大應用
多年來，石油巨頭一直在使用數(shù)字孿生來加速勘探生產(chǎn)，降低運營成本，最大限度地降低風險，并改善資產(chǎn)維護和運營方面的決策。數(shù)字孿生技術已經(jīng)被證明是石油和天然氣行業(yè)游戲規(guī)則的改變者。
2019年1月，BP宣布在墨西哥灣Thunder Horse油田發(fā)現(xiàn)了超過10億桶石油，BP將這些發(fā)展歸功于先進的地震成像技術以及數(shù)據(jù)處理技術，其中就包括數(shù)字孿生技術。BP稱，此前需要花費一年時間去分析Thunder Horse的數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在這只需要幾周。
石油巨頭殼牌同樣也一直看好數(shù)字孿生技術的前景。殼牌將通過數(shù)字孿生建立一個虛擬工廠，虛擬煉廠選址在其位于新加坡布科姆島的煉油廠。工程師通過虛擬現(xiàn)實接收工廠運行的實時信息，從而提高煉油生產(chǎn)率、可靠性和安全性，降低維護成本，預計將于2024年完成。
斯倫貝謝、哈里伯頓等公司利用數(shù)字孿生技術對鉆井作業(yè)進行數(shù)字建模，實現(xiàn)鉆井過程控制的自動化，避免各類鉆井問題并提升鉆井效率和安全性。國內(nèi)“三桶油”也進行了一系列數(shù)字孿生的合作與嘗試探索。
簡單來說，“數(shù)字孿生”就是把一個物體完全復制到數(shù)字設備上、便于人們觀察的技術。該技術解決了困擾人們已久的虛擬世界和現(xiàn)實世界連接交互的問題，它可以完全繞過現(xiàn)實實物，直接通過操控數(shù)字孿生體進行模擬、仿真和預測。
目前，數(shù)字孿生技術在油氣行業(yè)的應用主要集中在六大方面:
勘探和鉆井：勘探方面，數(shù)字孿生技術可以對地下儲層進行建模，以預測它們的行為方式。這有助于優(yōu)化提取技術并最大限度地提高儲層的產(chǎn)量；鉆井優(yōu)化方面，數(shù)字孿生有助于模擬真實的鉆井場景以確定設備的可行性。通過識別潛在的問題，應地調(diào)整鉆井策略，提高設備效率并降低油井施工成本。數(shù)字孿生還可增強鉆井活動，減少了整體鉆井時間，同時增加了計劃鉆機移動、鉆井服務等。
油田監(jiān)測和預測性維護：通過預先識別問題，數(shù)字孿生有助于預測資產(chǎn)維護，從而減少計劃外停機時間并優(yōu)化維護成本。預測性分析利用數(shù)字孿生來監(jiān)控現(xiàn)場設備性能，并創(chuàng)建獨特的資產(chǎn)特征，然后將實時數(shù)據(jù)與這些模型進行比較，以識別可能出現(xiàn)的偏差，防止重大故障并確保操作的可靠性。
資產(chǎn)運營優(yōu)化：數(shù)字孿生可以對資產(chǎn)（如石油鉆井平臺或煉油廠）的整個運營進行建模。通過模擬不同的條件，識別系統(tǒng)中的瓶頸或效率低下問題，公司可以找到最有效的運營方式。
健康、安全與環(huán)境：數(shù)字孿生可以在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)緊急情況（如漏油或火災），使工人能夠在安全、可控的環(huán)境中練習他們的反應。數(shù)字孿生可以實時監(jiān)測排放、廢水和其他環(huán)境因素，確保公司符合監(jiān)管標準并減少對環(huán)境的影響。
設施生命周期管理：在建造新設施之前，數(shù)字孿生可以模擬其設計，以確保它們滿足所有要求并確定潛在的改進；隨著設施的使用壽命達到終點，數(shù)字孿生可以幫助規(guī)劃其安全高效的退役。
實時監(jiān)測和控制：在海上或遠程站點，數(shù)字孿生幫助實現(xiàn)遠處監(jiān)視和控制設備，并最大限度減少往返現(xiàn)場的相關成本；系統(tǒng)性能方面，通過不斷將數(shù)字孿生的性能與真實世界的資產(chǎn)進行比較，可以立即發(fā)現(xiàn)差異，從而快速進行干預。
采用新技術總是伴隨著挑戰(zhàn)，在石油和天然氣領域引入數(shù)字孿生也不例外。目前除了對現(xiàn)有員工進行培訓外，與科技公司合作，利用其專業(yè)知識，并針對石油和天然氣行業(yè)特點來調(diào)整解決方案，成為石油巨頭們的共同選擇之一。
