大石油公司正在用数字孪生技术实现大梦想。
Covid-19的影响无处不在，即使在偏远和偏僻的地方，石油和天然气工业的偏远设施也并非不受Covid-19对世界经济的影响。不过，虽然很明显，一场大流行会对油价产生影响，但化石燃料行业还面临着其他问题。作为回应，大石油正在部署人工智能，通过边缘和云计算实现数字化，以及越来越多的数字孪生技术。
有很多方法可以建立一个数字孪生。正如GlobalData最近关于石油和天然气中的数字孪生的专题报告所说：“没有一个单一的模板、解决方案或平台能够神奇地创造出数字孪生”，也不需要具体的技术来构建一个。
数字孪生是一项旨在优化和保护物理环境的技术。这是通过实时分析和使用模拟和可视化来实现的。数字孪生还可以通过故障排除和预测性维护来降低运营成本，延长设备寿命，因为数据模型预测是可行的。虽然目前以数字孪生技术为核心的专门交易的实际数量仍然很少，但这种技术不仅存在于石油和天然气领域，而且还存在于医疗、汽车、建筑和国防等领域。
数字化西伯利亚
“在石油和天然气行业，设备可以连接到智能传感器和仪表，这些传感器和仪表收集有价值的数据和信息，用于智能能源管理，”Eurotech的首席产品和营销官Giuseppe Surace解释道。
“物联网（IoT）允许远程访问这些网络，实现智能电网、配电基础设施和计量。“数字孪生”正被用于该行业，以使流程更加智能，并帮助公司了解流程和系统如何应对不断变化的情况。”
在O&G行业收入大幅下滑之后，数字孪生开始在该行业使用。GlobalData分析师在最近的行业合同审查报告中指出，2019年至2020年间，全球油气合同数量下降了28%。虽然Covid-19导致了下降，但最大的原因是容易获得的资源短缺。但俄罗斯国家石油公司Gazprom已经为这个问题找到了一个技术解决方案。
俄罗斯天然气工业股份公司（Gazprom）专注于石油的子公司Gazprom Neft在2018年利用数字孪生的力量，制作了西伯利亚西部地下地层阿奇莫夫斯基地层的首个数字模型。据估计，这些地层蕴藏着大量的碳氢化合物，其中许多被归类为“难以开采”。由综合地图和油井数据组成的新数字孪生系统帮助俄罗斯天然气工业股份公司确定了大约10个潜在的大型发现，资源潜力超过340亿吨。去年有报道称，目前该地层单井的初始产量为300吨/天，是预测产量的三倍。该公司目前预计，到2025年，阿奇莫夫斯基油田的石油产量将达到700万吨，而就在今年2月，该公司还生产了其他数字油田。
数字荷兰
考虑到工业项目的运营阶段约占所有成本的75%，俄罗斯天然气工业股份公司的策略是合理的。正如GlobalData所指出的，即使运营费用（OPEX）减少10%，也可以在项目的整个生命周期内节省数百万美元。
随着供应短缺和需求减少的问题，石油公司需要创新的方法来减少运营支出和资本支出（CAPEX）以维持现金流。对马特波特的EMEA董事总经理James Morris Manuel来说，数字孪生软件是唯一一款能够让O&G公司操纵大型物理结构数字资产的云软件。
“那些了解资产运营方面的人可以快速确定来源位置及其与周围一切事物的关系。Surace补充说：“数字孪生利用连接在物理资产上的传感器的实时数据，通过机器学习和模拟进行进化，让用户能够看到物理资产在此时此刻发生了什么，并对未来做出基于数据的预测。”
通过这种方式，数字孪生帮助挪威石油巨头Equinor在资本支出和运营支出方面分别节省了30%和50%。该公司的数字孪生解决方案为所有参与项目开发和运营的人员提供了一个托管重要信息的界面，从而改善了每个阶段的协作。这些数据包括设计、施工、运营、维护以及后勤和财务等辅助功能。
Echo还支持增强现实（AR），供人员实时查看设施的3D可视化效果。这些工具可以极大地支持新人员的培训，并帮助他们在出海前熟悉周围环境，尽管使用的是全息透镜耳机。该系统还通过实时提供最新信息，帮助减少潜在的错误和延迟。最后，Echo未来证明Equinor设施提供了未来的修改纳入项目设计。接口的这种灵活性有助于检查和维护活动的有效规划和执行。在某些情况下，这种效率甚至可以延长设施的生命周期。
数字孪生技术公司Akselos通过一系列石油和天然气设施的预测数字孪生证明了这一点。在北海南部，该公司与壳牌公司合作，将已有半个世纪历史的荷兰皇家壳牌平台的寿命再延长20年。这是通过优化资产检查和加强监测来实现的。在北海南部，阿克塞洛斯与壳牌公司合作，将已有半个世纪历史的荷兰皇家壳牌平台的寿命再延长20年。Akselos首席执行官Thomas Leurent表示：“通过对整个结构进行最详细的建模，资产潜力可以通过寿命延长或优化得到释放。”
荷兰皇家壳牌（Royal Dutch Shell）数字孪生技术公司还通过减少影响资产生命周期和环境的一个O&G问题：停机时间，帮助其实现了与现实生活中的同类产品。
减少停机
Kimberlite 2016年的一项研究显示，该行业每年计划外停机的成本为3800万美元。对环境来说，代价更大，世界银行全球减少天然气燃烧计划（GGFR）的数据显示，每年相当于2.7亿吨二氧化碳排放量从天然气燃烧释放到大气中。天然气燃烧是指当电厂压力过高时，在计划外停机期间释放的过量产品的燃烧。在天然气燃烧过程中，每年约有1450亿立方米的天然气被释放出来。GGFR计划的数据表明，每年有相当于2.7亿吨的二氧化碳排放从天然气燃烧释放到大气中。
通过减少停机时间，数字孪生可以防止不必要的天然气燃烧对环境的危害，同时为大型石油项目节省资金。这有利于O&G行业，因为它越来越致力于抵消其对环境的影响。在即将向更清洁的能源形式过渡的背景下，这种努力被视为越来越重要。
但有一个问题是，数字孪生技术通常可以依靠云数据为各方提供所需的信息。大石油意味着大数据，云计算需要数据中心，数据中心的运行需要大量能源。鉴于一个典型的石油平台每天可以产生高达2TB的数据，正如Leurent所说，运营他们的数据中心需要付出环境成本。为了抵消这一成本，Akselos致力于提高算法效率，据Leurent称，与传统算法的等效计算相比，Akselos可以使用“100000倍更少的资源”来实现运算。在Leurent看来，资产所有者希望为现有基础设施提供环境友好的解决方案，同时避免使用寿命为20-30年的新建筑。“能源转型也是许多成熟资产重新调整用途的机会，因此，资产所有者优化当前的运营以延长未来寿命至关重要。”
在世界的边缘
当谈到大石油的大数据流时，另一个困难是，许多海上设施使用的卫星通信带宽非常有限，延迟非常大。许多海上设施使用的卫星通信带宽非常有限，延迟时间很长。
深度技术分布式计算初创公司Hadean的首席执行官兼联合创始人Craig Beddis表示：“云服务为数字孪生带来了诸多好处，但在分析和交流对时间敏感的数据时，可能会遇到延迟问题。”。对于Beddis，一个明显的解决方案是使用边缘计算，因为它使计算和数据存储更接近需要的位置。“通过使用边缘网络处理离源较近的数据，模拟可以可靠地保持最新数据。将边缘计算与云基础设施相结合，最终为您带来分散控制和实时数据流的优势。
“5G和物联网设备的出现将与边缘云和分散云并行不悖，肯定会让大型系统得到适当的表现。”Matterport的Morris Manuel补充说，虽然边缘计算使数字孪生等大型数字资产更接近用户，但在O&G环境中，这是一个没有意义的问题，因为用户通常不需要在查看整个资产之前一次加载所有资产。数字孪生也有助于减轻数据压力。他解释说：“数字孪生技术使资产能够按顺序加载，使它们可以随时随地实时使用。用户可以直接进入并以高分辨率快速访问特定区域。”
AspenTech的高级产品经理Louis Philippe Lamoureux认为“边缘计算的未来是云能力的补充。“这种双重性将促进离岸设施和数据中心之间的基础设施风险分配。在边缘上运行数字孪生将确保模型的实时响应和弹性执行，同时云端继续进行远程全球监控。”
O&G行业正在采用这种尖端技术，这是一个有趣的进步。传统上，化石燃料行业并不是采用互联技术最快的行业。但随着数字孪生、边缘计算和云计算、AR甚至人工智能的使用，很明显，一场数字革命正在大石油展开，这场革命旨在清理其形象，同时也让其前哨站在不断变化的世界中运作更长时间。（小晨编译）
