中國石油經濟技術研究院在長期跟蹤國內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據分析手段，以及專家研討和問卷調查，評選出近五年最具影響力的15項油氣勘探開發技術，和未來10年最具潛力的15項油氣勘探開發技術。
其中，數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項油氣勘探開發技術之一。數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境下的行為。
隨著石油行業積極開展數字化轉型，作為一種前沿信息技術，數字孿生技術已經得到了包括BP、雪佛龍、殼牌等多家石油巨頭的青睞，用于油氣勘探作業及生產監控、風險預警與響應、作業及生產優化、方案設計與優化、資產管理等，加快了油氣勘探的數字化轉型。
01. 數字孿生助力能源巨頭破“困”
近年來，能源系統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、實現公平可及，還要保護生態環境。
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過渡和有序發展，要兼顧安全性和經濟性，不應一味的縮減產能，而應將目光聚焦在油氣領域的低碳轉型和數字化改造方面，要借助包括數字孿生技術、人工智能等先進技術，助力解決“三難困境”，從而實現其2050年或更早實現碳中和的長期愿景。
早在2017年，BP就開始在其全球生產系統中推出數字孿生系統。該公司表示，數字孿生在幫助工程師優化資產和識別潛在問題等方面發揮了重要作用。該公司位于阿塞拜疆的Azeri Central East（ACE）海上開發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項目，項目總投資為60億美元，預計2023年底投產。該項目將通過新建一座日產能超過10萬桶原油（預計總產出達3億桶）的海上平臺，實現對位于里海的巨型ACG油田的下一階段的開發。
對于該項目，BP希望給項目人員提供一個值得信賴的數據環境和數字化解決方案。并對其有提出三大期許：其一，實現項目信息的互聯互通，在一個數字平臺中可以獲得所有相關數據；其二，用戶操作友好，響應速度快，可提高協作性以改進業務決策；其三，實現遠程訪問，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字孿生平臺，從而實現了這一目標。
在這一數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，提供精確的原樣數據，以便于遠程執行常規檢查和實現精確的項目維護；通過AVEVA E3D Design三維協同設計平臺來導入激光掃描數據，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 的高質量標簽數據、文檔、圖紙、3D 模型和激光掃描數據的可視化，實現項目信息的互聯互通。
現在，BP的工程師們能夠在基于云的數字孿生平臺中管理ACE項目的所有相關數據信息，團隊成員之間能夠遠程協作，不必前往海上平臺現場，在陸上就可實現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據，將實時動態數據與數字孿生平臺中的靜態數據相結合，從而助力其實現更迅速的運營決策，并為世界提供更加可靠、廉價和低碳的能源。
02. 數字孿生在油氣行業的六大應用
多年來，石油巨頭一直在使用數字孿生來加速勘探生產，降低運營成本，最大限度地降低風險，并改善資產維護和運營方面的決策。數字孿生技術已經被證明是石油和天然氣行業游戲規則的改變者。
2019年1月，BP宣布在墨西哥灣Thunder Horse油田發現了超過10億桶石油，BP將這些發展歸功于先進的地震成像技術以及數據處理技術，其中就包括數字孿生技術。BP稱，此前需要花費一年時間去分析Thunder Horse的數據，但現在這只需要幾周。
石油巨頭殼牌同樣也一直看好數字孿生技術的前景。殼牌將通過數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。工程師通過虛擬現實接收工廠運行的實時信息，從而提高煉油生產率、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字孿生技術對鉆井作業進行數字建模，實現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“三桶油”也進行了一系列數字孿生的合作與嘗試探索。
簡單來說，“數字孿生”就是把一個物體完全復制到數字設備上、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實世界連接交互的問題，它可以完全繞過現實實物，直接通過操控數字孿生體進行模擬、仿真和預測。
目前，數字孿生技術在油氣行業的應用主要集中在六大方面:
勘探和鉆井：勘探方面，數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。這有助于優化提取技術并最大限度地提高儲層的產量；鉆井優化方面，數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，應地調整鉆井策略，提高設備效率并降低油井施工成本。數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。
油田監測和預測性維護：通過預先識別問題，數字孿生有助于預測資產維護，從而減少計劃外停機時間并優化維護成本。預測性分析利用數字孿生來監控現場設備性能，并創建獨特的資產特征，然后將實時數據與這些模型進行比較，以識別可能出現的偏差，防止重大故障并確保操作的可靠性。
資產運營優化：數字孿生可以對資產（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、安全與環境：數字孿生可以在虛擬環境中重現緊急情況（如漏油或火災），使工人能夠在安全、可控的環境中練習他們的反應。數字孿生可以實時監測排放、廢水和其他環境因素，確保公司符合監管標準并減少對環境的影響。
設施生命周期管理：在建造新設施之前，數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，數字孿生可以幫助規劃其安全高效的退役。
實時監測和控制：在海上或遠程站點，數字孿生幫助實現遠處監視和控制設備，并最大限度減少往返現場的相關成本；系統性能方面，通過不斷將數字孿生的性能與真實世界的資產進行比較，可以立即發現差異，從而快速進行干預。
采用新技術總是伴隨著挑戰，在石油和天然氣領域引入數字孿生也不例外。目前除了對現有員工進行培訓外，與科技公司合作，利用其專業知識，并針對石油和天然氣行業特點來調整解決方案，成為石油巨頭們的共同選擇之一。
