大石油公司正在用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)大夢想。
Covid-19的影響無處不在，即使在偏遠和偏僻的地方，石油和天然氣工業(yè)的偏遠設(shè)施也并非不受Covid-19對世界經(jīng)濟的影響。不過，雖然很明顯，一場大流行會對油價產(chǎn)生影響，但化石燃料行業(yè)還面臨著其他問題。作為回應(yīng)，大石油正在部署人工智能，通過邊緣和云計算實現(xiàn)數(shù)字化，以及越來越多的數(shù)字孿生技術(shù)。
有很多方法可以建立一個數(shù)字孿生。正如GlobalData最近關(guān)于石油和天然氣中的數(shù)字孿生的專題報告所說：“沒有一個單一的模板、解決方案或平臺能夠神奇地創(chuàng)造出數(shù)字孿生”，也不需要具體的技術(shù)來構(gòu)建一個。
數(shù)字孿生是一項旨在優(yōu)化和保護物理環(huán)境的技術(shù)。這是通過實時分析和使用模擬和可視化來實現(xiàn)的。數(shù)字孿生還可以通過故障排除和預(yù)測性維護來降低運營成本，延長設(shè)備壽命，因為數(shù)據(jù)模型預(yù)測是可行的。雖然目前以數(shù)字孿生技術(shù)為核心的專門交易的實際數(shù)量仍然很少，但這種技術(shù)不僅存在于石油和天然氣領(lǐng)域，而且還存在于醫(yī)療、汽車、建筑和國防等領(lǐng)域。
數(shù)字化西伯利亞
“在石油和天然氣行業(yè)，設(shè)備可以連接到智能傳感器和儀表，這些傳感器和儀表收集有價值的數(shù)據(jù)和信息，用于智能能源管理，”Eurotech的首席產(chǎn)品和營銷官Giuseppe Surace解釋道。
“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）允許遠程訪問這些網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)、配電基礎(chǔ)設(shè)施和計量。“數(shù)字孿生”正被用于該行業(yè)，以使流程更加智能，并幫助公司了解流程和系統(tǒng)如何應(yīng)對不斷變化的情況。”
在O&G行業(yè)收入大幅下滑之后，數(shù)字孿生開始在該行業(yè)使用。GlobalData分析師在最近的行業(yè)合同審查報告中指出，2019年至2020年間，全球油氣合同數(shù)量下降了28%。雖然Covid-19導(dǎo)致了下降，但最大的原因是容易獲得的資源短缺。但俄羅斯國家石油公司Gazprom已經(jīng)為這個問題找到了一個技術(shù)解決方案。
俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司（Gazprom）專注于石油的子公司Gazprom Neft在2018年利用數(shù)字孿生的力量，制作了西伯利亞西部地下地層阿奇莫夫斯基地層的首個數(shù)字模型。據(jù)估計，這些地層蘊藏著大量的碳氫化合物，其中許多被歸類為“難以開采”。由綜合地圖和油井?dāng)?shù)據(jù)組成的新數(shù)字孿生系統(tǒng)幫助俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司確定了大約10個潛在的大型發(fā)現(xiàn)，資源潛力超過340億噸。去年有報道稱，目前該地層單井的初始產(chǎn)量為300噸/天，是預(yù)測產(chǎn)量的三倍。該公司目前預(yù)計，到2025年，阿奇莫夫斯基油田的石油產(chǎn)量將達到700萬噸，而就在今年2月，該公司還生產(chǎn)了其他數(shù)字油田。
數(shù)字荷蘭
考慮到工業(yè)項目的運營階段約占所有成本的75%，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司的策略是合理的。正如GlobalData所指出的，即使運營費用（OPEX）減少10%，也可以在項目的整個生命周期內(nèi)節(jié)省數(shù)百萬美元。
隨著供應(yīng)短缺和需求減少的問題，石油公司需要創(chuàng)新的方法來減少運營支出和資本支出（CAPEX）以維持現(xiàn)金流。對馬特波特的EMEA董事總經(jīng)理James Morris Manuel來說，數(shù)字孿生軟件是唯一一款能夠讓O&G公司操縱大型物理結(jié)構(gòu)數(shù)字資產(chǎn)的云軟件。
“那些了解資產(chǎn)運營方面的人可以快速確定來源位置及其與周圍一切事物的關(guān)系。Surace補充說：“數(shù)字孿生利用連接在物理資產(chǎn)上的傳感器的實時數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)和模擬進行進化，讓用戶能夠看到物理資產(chǎn)在此時此刻發(fā)生了什么，并對未來做出基于數(shù)據(jù)的預(yù)測。”
通過這種方式，數(shù)字孿生幫助挪威石油巨頭Equinor在資本支出和運營支出方面分別節(jié)省了30%和50%。該公司的數(shù)字孿生解決方案為所有參與項目開發(fā)和運營的人員提供了一個托管重要信息的界面，從而改善了每個階段的協(xié)作。這些數(shù)據(jù)包括設(shè)計、施工、運營、維護以及后勤和財務(wù)等輔助功能。
Echo還支持增強現(xiàn)實（AR），供人員實時查看設(shè)施的3D可視化效果。這些工具可以極大地支持新人員的培訓(xùn)，并幫助他們在出海前熟悉周圍環(huán)境，盡管使用的是全息透鏡耳機。該系統(tǒng)還通過實時提供最新信息，幫助減少潛在的錯誤和延遲。最后，Echo未來證明Equinor設(shè)施提供了未來的修改納入項目設(shè)計。接口的這種靈活性有助于檢查和維護活動的有效規(guī)劃和執(zhí)行。在某些情況下，這種效率甚至可以延長設(shè)施的生命周期。
數(shù)字孿生技術(shù)公司Akselos通過一系列石油和天然氣設(shè)施的預(yù)測數(shù)字孿生證明了這一點。在北海南部，該公司與殼牌公司合作，將已有半個世紀歷史的荷蘭皇家殼牌平臺的壽命再延長20年。這是通過優(yōu)化資產(chǎn)檢查和加強監(jiān)測來實現(xiàn)的。在北海南部，阿克塞洛斯與殼牌公司合作，將已有半個世紀歷史的荷蘭皇家殼牌平臺的壽命再延長20年。Akselos首席執(zhí)行官Thomas Leurent表示：“通過對整個結(jié)構(gòu)進行最詳細的建模，資產(chǎn)潛力可以通過壽命延長或優(yōu)化得到釋放。”
荷蘭皇家殼牌（Royal Dutch Shell）數(shù)字孿生技術(shù)公司還通過減少影響資產(chǎn)生命周期和環(huán)境的一個O&G問題：停機時間，幫助其實現(xiàn)了與現(xiàn)實生活中的同類產(chǎn)品。
減少停機
Kimberlite 2016年的一項研究顯示，該行業(yè)每年計劃外停機的成本為3800萬美元。對環(huán)境來說，代價更大，世界銀行全球減少天然氣燃燒計劃（GGFR）的數(shù)據(jù)顯示，每年相當(dāng)于2.7億噸二氧化碳排放量從天然氣燃燒釋放到大氣中。天然氣燃燒是指當(dāng)電廠壓力過高時，在計劃外停機期間釋放的過量產(chǎn)品的燃燒。在天然氣燃燒過程中，每年約有1450億立方米的天然氣被釋放出來。GGFR計劃的數(shù)據(jù)表明，每年有相當(dāng)于2.7億噸的二氧化碳排放從天然氣燃燒釋放到大氣中。
通過減少停機時間，數(shù)字孿生可以防止不必要的天然氣燃燒對環(huán)境的危害，同時為大型石油項目節(jié)省資金。這有利于O&G行業(yè)，因為它越來越致力于抵消其對環(huán)境的影響。在即將向更清潔的能源形式過渡的背景下，這種努力被視為越來越重要。
但有一個問題是，數(shù)字孿生技術(shù)通?？梢砸揽吭茢?shù)據(jù)為各方提供所需的信息。大石油意味著大數(shù)據(jù)，云計算需要數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的運行需要大量能源。鑒于一個典型的石油平臺每天可以產(chǎn)生高達2TB的數(shù)據(jù)，正如Leurent所說，運營他們的數(shù)據(jù)中心需要付出環(huán)境成本。為了抵消這一成本，Akselos致力于提高算法效率，據(jù)Leurent稱，與傳統(tǒng)算法的等效計算相比，Akselos可以使用“100000倍更少的資源”來實現(xiàn)運算。在Leurent看來，資產(chǎn)所有者希望為現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施提供環(huán)境友好的解決方案，同時避免使用壽命為20-30年的新建筑。“能源轉(zhuǎn)型也是許多成熟資產(chǎn)重新調(diào)整用途的機會，因此，資產(chǎn)所有者優(yōu)化當(dāng)前的運營以延長未來壽命至關(guān)重要。”
在世界的邊緣
當(dāng)談到大石油的大數(shù)據(jù)流時，另一個困難是，許多海上設(shè)施使用的衛(wèi)星通信帶寬非常有限，延遲非常大。許多海上設(shè)施使用的衛(wèi)星通信帶寬非常有限，延遲時間很長。
深度技術(shù)分布式計算初創(chuàng)公司Hadean的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Craig Beddis表示：“云服務(wù)為數(shù)字孿生帶來了諸多好處，但在分析和交流對時間敏感的數(shù)據(jù)時，可能會遇到延遲問題。”。對于Beddis，一個明顯的解決方案是使用邊緣計算，因為它使計算和數(shù)據(jù)存儲更接近需要的位置。“通過使用邊緣網(wǎng)絡(luò)處理離源較近的數(shù)據(jù)，模擬可以可靠地保持最新數(shù)據(jù)。將邊緣計算與云基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，最終為您帶來分散控制和實時數(shù)據(jù)流的優(yōu)勢。
“5G和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的出現(xiàn)將與邊緣云和分散云并行不悖，肯定會讓大型系統(tǒng)得到適當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)。”Matterport的Morris Manuel補充說，雖然邊緣計算使數(shù)字孿生等大型數(shù)字資產(chǎn)更接近用戶，但在O&G環(huán)境中，這是一個沒有意義的問題，因為用戶通常不需要在查看整個資產(chǎn)之前一次加載所有資產(chǎn)。數(shù)字孿生也有助于減輕數(shù)據(jù)壓力。他解釋說：“數(shù)字孿生技術(shù)使資產(chǎn)能夠按順序加載，使它們可以隨時隨地實時使用。用戶可以直接進入并以高分辨率快速訪問特定區(qū)域。”
AspenTech的高級產(chǎn)品經(jīng)理Louis Philippe Lamoureux認為“邊緣計算的未來是云能力的補充。“這種雙重性將促進離岸設(shè)施和數(shù)據(jù)中心之間的基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險分配。在邊緣上運行數(shù)字孿生將確保模型的實時響應(yīng)和彈性執(zhí)行，同時云端繼續(xù)進行遠程全球監(jiān)控。”
O&G行業(yè)正在采用這種尖端技術(shù)，這是一個有趣的進步。傳統(tǒng)上，化石燃料行業(yè)并不是采用互聯(lián)技術(shù)最快的行業(yè)。但隨著數(shù)字孿生、邊緣計算和云計算、AR甚至人工智能的使用，很明顯，一場數(shù)字革命正在大石油展開，這場革命旨在清理其形象，同時也讓其前哨站在不斷變化的世界中運作更長時間。（小晨編譯）
