数字孪生：智慧油气工程的未来之路

  [中国石油新闻中心2024-03-17]
  阅读提示
  数字化转型的关键是实现物理世界与数字信息世界的相互融合。数字孪生具有实时映射、迭代优化、深度分析、高效决策等特点，作为沟通数字虚拟世界和现实物理世界的有效方法被广泛应用于众多行业。基于油气藏系统的数字孪生体构建油气开发业务新模式，正在成为油气行业数字化转型和智慧油气田建设新的发展方向。本版围绕智慧油气藏数字孪生技术体系架构、技术进展等方面进行深入分析研究，敬请关注。
  近年来，在全球能源变革、国际政治经济局势多变的格局下，为应对资源品质劣质化、能源转型、绿色发展等挑战，数字化转型已成为全球领先油气公司的共同选择。
  智慧油气藏数字孪生技术是将油气物理资产进行虚拟映射，实现油气藏开发全过程动态描述、诊断、预测、决策的关键核心技术，是实现油气产业数字化转型升级的核心技术手段，对保障国家能源安全具有重要战略意义。
  智慧油气藏数字孪生技术进展及挑战
  目前，国内外油气公司竞相抢占智慧油气藏数字孪生技术制高点，bp、埃尼、挪威国家石油等油公司将动态数字孪生系统技术应用到油气田开发，优化生产流程，以最大程度提高油气采收率。哈里伯顿、eDrilling、AkerSolution等油服公司构建了建井数字孪生系统，实时监控、分析和预测地面装备、建井井下动态参数等，实现智能化作业，提高建井作业效率。国内石油企业也开始将数字孪生技术应用于油气工程领域，并取得了积极进展。
  针对智慧油气藏数字孪生技术体系架构中的数据感知、数据管理和场景应用三大组成部分，目前我国智慧油气藏数字孪生技术专利布局和技术研发主要存在三个方面的问题。一是数据感知领域以跟随为主，关键技术“卡脖子”问题风险较大。相较斯伦贝谢等国外油服公司，我国企业在钻头前探、增强反演、方向电阻率成像等随钻测绘技术和光纤监测技术领域专利布局和技术研发还处于起步阶段，与国外差距较大。二是数据建模研究深度不够，影响智慧油气藏数字孪生作用的发挥。哈里伯顿、沙特阿美、斯伦贝谢近年的专利都集中于利用机器学习、深度学习方法进行实时数据的综合获取、优化或预测，我国专利多集中于解决单项参数的优化及预测。三是海外布局专利少，技术影响力不大。国外油服公司注重全球化布局，在多个地区设置研发团队。国内企业与科研院所主要面向国内油气资源开发，海外专利布局较少。
  智慧油气藏数字孪生技术重点突破方向
  数字孪生是支撑油气工程数字化转型的综合技术体系，技术在发展，应用在深化，体系在演进，其应用推广也是一个动态的、演进的长期过程。数字孪生的核心包括平台、数据和模型，国内石油企业在数据采集、算法模型积累和开放平台开发等方面存在诸多短板，成为制约数字孪生发展的瓶颈。当前，要坚持需求牵引和价值导向，在加大基础研究攻关力度的基础上，以需求迫切、基础较好、潜力巨大的应用场景作为突破口，在重点领域、重点环节率先实现突破，树立一批典型模式和样板工程。
  一是开展数字孪生技术基础前瞻研究。围绕数字孪生技术涉及的大容量数据感知、多类型数据融合与交互、模型机理进行研究：开展大容量高带宽测量、随钻地层高精度测井、光纤传感、储层纳米机器人等技术研发，为数字孪生提供数据基础；开展油气数据云存储、大数据共享与安全技术研究，依托统一的数据标准将纷乱的数据进行规范化处理，结合业务逻辑完成数据清洗，汇聚形成统一的数据湖，供建模及应用开发使用；开展油气藏开发智能优化、风险预警、油气藏可视化等技术研究，结合大数据、人工智能技术，构建井筒-储层建模新方法、新算法，形成智能化地质工程一体化建模技术，提高建模效率和模型精度，为作业方案自动模拟优化提供支撑。
  二是开展油气装备数字孪生技术研究。以油气装备设计、管理平台为基础，开展钻机装备、压裂装备、随钻测量系统、井下提速工具等数字孪生技术研究，构建装备设计、制造、使用、管理、维护等生命周期数据之间的关联，预见产品质量，进行现场试验数据验证，优化装备性能，改进生产工艺，实时掌握装备的任务数据、环境数据、维修保障数据，实现油气装备全领域、全生命周期的实时管理和监测。
  三是开展井筒数字孪生技术研究。以钻井地质环境因素描述为基础，充分利用已钻井和已钻地层的数据信息，开展钻完井设计、井眼轨迹导航、钻完井作业参数优化、井下风险预警等数字孪生技术研究，采取基于数据驱动的机器学习方法，建立油气井钻完井预测模型，构建钻完井物理空间与虚拟空间交互映射、融合共生的现实场景，实现钻完井效率从“事后评价”向“事前预测”的转变。
  四是开展油气藏数字孪生技术研究。以数字化油田为基础，深度挖掘已有油气勘探开发数据资源，融合应用互联网、云计算、大数据技术，探索油气井产能预测、生产参数优化等油气勘探开发数字孪生实施途径，构建油气勘探开发物理空间与虚拟数字空间交互映射、融合共生的数字孪生场景，研究形成油气高质量勘探、经济有效开发的新技术和模式。
  五是搭建智慧油气藏地质工程一体化数字孪生平台。基于持续汇聚的数据湖，构建不断动态更新的地下数字孪生体，并以此为核心搭建智慧油气藏应用平台，以统一的数据模型与技术体系进行业务应用开发，以满足不同场景的应用需求。平台通过增强地球物理、地质学、油藏工程、钻完井和生产领域之间的互通性，打破学科界限，真正实现技术一体化，并实现系统开放共享，通过开源处理为甲方和合作伙伴提供一个开放、可扩展的数字化生态系统。