近日，数据分析公司GlobalData发布了《油气行业的数字孪生技术》调研报告。根据GlobalData的数据，目前全球油气行业相关领域有40多家公司从事数字孪生技术的开发和应用，包括老牌油气公司、技术供应商，以及崭露头角的初创企业。预计到2025年，全球数字孪生技术市场的价值将突破400亿美元。到2030年，该市场价值将增至1540亿美元，其中大部分由服务组成，其余由软件组成。
数字孪生技术备受关注
GlobalData的报告概述了数字孪生技术及其在油气作业过程中的影响，分析了主要油气公司在开发和利用数字孪生技术以实现业务目标方面的作用。
报告表示，在油气项目从设计到调试的整个生命周期内，数字孪生技术均能提供支持，还可以在运营期间监督资产性能，并辅助人员培训。
GlobalData油气分析师普拉尼克表示，“随着油气公司努力优化资产性能，并最大限度减少意外停产现象，数字孪生技术逐渐成为油气运营的支柱，旨在使油气作业相对更安全，同时减少碳足迹，提高盈利能力。此外，油气公司还将该技术用于远程监控和预测性维护等方面”。
普拉尼克指出，“数字孪生技术利用实时数据进行模拟和分析，可以为资产运营提供意见，帮助油气公司简化生产流程，预防故障，强化安全措施。此外，数字孪生技术还可以提供全面的作业视图，有助于油气公司制定更精确的决策，由此成为油气作业过程中不可或缺的工具。该技术的最终目标是实现生产单元的自主操作，以提高安全性和生产效率”。
数字孪生技术在油气行业的最初应用是在资本密集型的油气生产设施上，以简化流程、减少碳足迹和节省成本。之后，油气公司陆续建立了管道系统、天然气厂、液化天然气（LNG）终端，以及炼厂和石化综合体的数字孪生体。
普拉尼克表示，“油气公司也热衷于将数字孪生技术用于油气以外的新项目，如碳捕集与封存（CCS）、可再生能源等。数字孪生技术在提高CCS项目的效率，以及预测风电场或光伏电厂的发电量方面有很大潜力。此外，在供应链和库存管理方面，数字孪生技术能实时跟踪产品，确保应用程序的及时可用性，有助于降低物流成本”。
石油巨头对数字孪生技术的应用
bp对数字孪生技术的应用最早可追溯到2017年，当时其大规模部署了APEX模拟和监测系统。2017年，APEX模拟和监测系统在bp的全球投资组合中每日可增加约3万桶油当量的油气产量。2019年9月，bp宣布，已在墨西哥湾的4个生产平台上部署了数字孪生技术。2020年10月，bp在阿塞拜疆的ACE平台成为全球首座从概念、前端工程设计和详细设计所有阶段都采用数字孪生技术的平台，总投资为60亿美元，工程师能在基于云的数字孪生平台上管理ACE项目的所有相关数据，团队成员之间可远程协作，不必前往海上平台现场，在陆上就能对海上平台进行维护和检查。
2023年，bp开始在墨西哥湾的Argos平台生产石油，Argos平台是其在墨西哥湾运营的最先进的数字平台，采用了该公司专有的LoSal提高原油采收率技术和动态数字孪生技术，可将复杂数据和3D数字模型连接起来，允许远程操作人员佩戴虚拟设备访问实时数据，以提高决策效率和安全性。
壳牌在数字孪生技术应用领域也是动作频频，如携手瑞士Akselos SA公司为其位于尼日利亚尼日尔河三角洲的浮式储油卸油装置（FPSO）“Bonga Main”号成功部署了结构化数字孪生技术。这是数字孪生技术首次在FPSO上部署。这项突破性的技术部署还可以借助对资产实际剩余寿命的准确评估，替代传统模拟软件所做的过于保守的估计，从而延长资产的安全寿命。这也被称为当时世界上最大的结构数字孪生体。
壳牌在挪威的大型天然气处理中心Nyhamna同样引入了数字孪生技术，通过与Kongsberg Digital公司的合作，成功建立了数字孪生体，以优化生产和能源使用流程。壳牌表示，数字孪生技术可以帮助Nyhamna工厂的操作员实时控制生产系统，使得一切设置更接近操作限制，从而降低能耗。
壳牌还在新加坡布科姆岛的炼厂利用数字孪生技术建立了一个虚拟工厂。此外，壳牌已与Aveva公司签署了合作协议，共同打造工程数据仓库，以支持数字孪生技术在资产生命周期管理过程中的应用。2022年12月，壳牌与Kongsberg Digital公司达成了一项为期5年的协议，采用Kongsberg Digital的数字孪生技术对其全球资产进行数字化改造。
埃克森美孚对构建数字现实生态系统的方法也持开放态度。该公司一直致力于建立开放的数据基础设施、实现跨部门数据访问，并推动数据驱动决策。埃克森美孚在圭亚那近海的“Liza Unity”号和“Liza Destiny”号FPSO上部署了Aize数字孪生技术。该技术提高了处理工程和相关数据的能力，并将内部和外部来源的信息整合到一个界面中。
油服公司积极从事数字孪生技术服务工作
油服公司哈里伯顿已与科威特石油公司（KOC）签订合同，协助其对资产进行数字化转型。通过运用数字孪生技术，科威特石油公司将实现油田设计和运营工作流程的自动化，从而缩短从数据到决策的时间。
近期，哈里伯顿还与巴西国家石油公司签订了重要合同，为巴西近海的巨型盐下油田开发数字孪生系统。哈里伯顿表示，数字孪生技术将助力桑托斯盆地的梅罗油田减少资本支出，缩短生产周期，并通过实时数据分析提高原油回收率。为此，哈里伯顿将开发一个综合的动态数字孪生生产系统，涵盖储层、油井和海底网络。
知识链接：数字孪生技术
数字孪生是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。作为一种超越现实的概念，数字孪生可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。简而言之，数字孪生技术是通过数字化手段在虚拟空间构建一个与现实实体一致的虚拟实体的技术。
数字孪生是一种普遍适用的理论技术体系，适用于众多领域，尤其是在产品设计、产品制造、医学分析和工程建设等领域应用广泛。在国内，该技术在工程建设领域的应用最深入，在智能制造领域的关注最高。
油气行业可以利用数字孪生技术对油田现场进行分析、预测、诊断，从而优化生产决策，不仅能最大限度减少现场所需的人员数量，而且能提前识别设备故障，提高生产安全性，并降低运营成本。
延伸阅读：数字孪生技术在油气领域的应用
数字孪生技术最初被美国宇航局用于准备太空任务，随着各行各业对技术的迫切需求，其应用范围逐渐扩大。对于油气运营商而言，数字孪生技术有助于实现以下目标。
1.预测性维护：数字孪生技术在油气行业最有益的应用之一是预测性维护（PdM）。数字孪生技术可以持续从物理资产中收集数据，并使用预测分析和机器学习（ML）算法来预测未来的性能。通过持续监控设备性能并将其与虚拟设备进行比较，操作员可以预测潜在的故障。
2.高效安全的操作：数字孪生技术可以显著提高运营效率，通过模拟各种操作场景，帮助团队了解不同的操作参数如何影响性能，并使用这些信息优化运营，提高效率和生产力。
3.优化资产：数字孪生技术使得油气运营商能充分利用关键的油气资产，如帮助油气运营商更好地了解油藏情况，并有效规划开采策略。
4.安全和应急准备：数字孪生技术可以通过多种方式提高安全性，帮助油气运营商优化操作程序并减少潜在风险。例如，在石油管道系统应用数字孪生技术可以预测潜在的泄漏或破裂，操作员能在故障发生前修复管道。数字孪生技术还可用于员工培训，在无风险的环境中真实模拟危险情况，以便员工学习新技能，并了解如何应对紧急情况。
5.可持续发展：在减少对环境的影响方面，油气行业面临越来越大的压力。数字孪生技术正是解决这一难题的宝贵工具。通过模拟运营及其对环境的影响，油气企业可以制定减少碳排放、管理废物和遵守环境法规的策略。数字孪生技术还可以模拟新法规或技术的影响，帮助油气行业随着技术的进步而不断适应新状况。
6.优化钻井作业：钻井作业复杂且成本高昂，数字孪生技术可以通过模拟各种钻井场景，并提供最佳策略来简化操作流程。例如，在钻井作业过程中应用数字孪生技术可以确定最佳钻井速度和方向，从而提高整体钻井精度。
7.油藏管理：油气运营商利用数字孪生技术可以实现对油藏的可视化，优化钻井策略并最大限度提高原油采收率，而且有助于延长储层的生命周期。
8.供应链优化：油气供应链非常复杂，维护团队可以利用数字孪生技术模拟整个供应链，深入了解运营和物流流程，并识别潜在的瓶颈。
9.新系统设计和测试：设计和测试新系统是一个成本高昂、劳动密集型的过程，但借助数字孪生技术，工程师可在虚拟环境中设计、测试和完善新系统，然后再去构建，能显著缩短开发周期，并提高最终产品的性能。
10.技能培训：数字孪生技术可以作为培训工具。例如，炼厂的数字孪生技术与VR技术集成后可为员工提供一个真实的环境来培训技能，从而提高安全性和产品整体质量。
