数字孪生油气数字化创新

中东石油智库数字孪生助力油气产业转型欧美最新油气田数字化应用从陆上到海上，从上游到下游UPP数字化双胞胎系统可行性研究与挪威国家石油公司的联合项目生产平台无人值守，位于挪威海相关资产见附件:

OsebergH数字化双胞胎系统JohanSverdrup第一/二阶段(研究)与Johan

Sverdrup机构的联合项目事实证明具有扩展至极大资产的能力数据流、业务API、

2D/3D可视化降低技术风险证实了Omnia集成模式Peon早期数字化双胞胎系统(研发项目)与挪威国家石油公司R&T的联合项目早期重心、概念管理一键式启动改进

UPP概念NYHAMNA天然气设施的动态数字化双胞胎系统从2019年第四季度开始结出硕果，并且不断迭代改进初期重心集中在协作、

生产优化和能效等可能在壳牌全球各公司大规模推广无人值守/远程操控大规模海上资产重点关注运维早期边际油田大规模陆上资产.初期重心集中在跨学科协作、生产和能效优化2数字孪生，是针对物理世界中的物体，通过数字化的手段在数字世界中构建一模一样的虚拟体，借此实现对物理实体的了解、分析和优化数字孪生是设施及其在相关环境中动态变化的完全虚拟复制品利用数字孪生实现无人化少人化的技术方案是数字化智能化最具潜力的技术措施，其技术特性可有效的进行远程控制以及平台的高度自治运营，因此，数字孪生技术成为数字化的必然选择欧美油气田数字化趋势：井口平台无人化，中心平台少人化；远程决策支持中心覆盖所有油气田数字孪生及其必然性3成立于1814年，200多年技术与创新与注于从深海至外空间，从能源至军工的高尖端技术服务不方案4

北海某油气公司作业模式演化1AssetX2AssetXAssetY3AssetXAssetY综合作业中心（IOC）作业生产优化工况监测专家中心定期检修和修复性维护计划维护区域作业队伍作业中心（OPS）生产优化组（POG）技术完整性（TI）区域A区域B区域C巡游维护队伍海上作业后勤维护和规划应急

7通向智能化运营的旅程数字化是手段远程作业现在人直接控制。生产效率取决于控制系统的质量和过程操作员的能力水平自劢化系统现场作业丌久人仍然控制，但是“数字孪生”给出的指导（和操作限制）提高了生产效率自劢化系统“数字孪生”未来“数字孪生”确保了在所有运行条件下的最高生产效率。启用自主操作自劢化系统“数字孪生”高度自动化和自主作业自劢化系统自劢化系统ARY-SeeStatementofProprietaryinformationWORLDCLASS–Throughpeople,technologyanddedication KONGSBERGPROPRIET8生产优化和远程自动化新冠疫情期间的远程作业困难方案优点为了支持远程作业，作业公司计划用自动化代理代替工人来控制设定参数，优化原油生产作业，同时确保工况安全高效。强化学习算法：给定当前状态之后可预测将来动作（设定值），优化原油生产作业。RL代理先对系统执行动作，之后观察系统的反应，以这种方式学习。根据原油产量的多少，RL代理会得到一些奖励，但如果触发警报，则会受到惩罚。对工况的任何微小改进也会节约大量资金，且不会影响生产计划。在生产环节中引进人类训练后的人工智能可将作业人员解放出来，从事更具创造性的任务。减少设施值守人员后每人每年可实现的节约$100万RL代理根据当前状态学习预测下一个动作，获得最大回报状态流程系统工况奖励奖励-采油体积惩罚-触发警报动作在流程系统中改变设定值基于实体的模型、模拟器数字孪生的组成-支持增强协作、实验验证和更高自主程度的智能化技术数字化双胞胎系统用最简单的方法实现资产和流程的2D和3D可视化…

添加资产数据，保证资产信息和文档来自同一个来源…

添加实时数据，与高保真实体模型结合使用，改善规划、生产作业和维护活动…

叠加在数据驱动模型之上，与基于高保真实体的模拟模型配合使用，提高精度，

实现数据驱动的决策流程...

假以时日，以上功能可为复杂决策的自动化和更高程度的自主化奠定坚实基础实际状态模拟状态预测分析（假设场景）使用案列8数字孪生的基石-动态数字化双胞胎系统创造价值的关键部分动态模拟模型可扩展的云端环境协作式作业模型工艺流程模拟器生成用于描述设施现状的高精度模拟，验证并补充传感器测量结果一个安全的云平台可让多个模型大规模自主运行，支持可扩展的分析和预测分析为了获得最高效率，底层业务框架设计必须基于跨部门合作和数据驱动的决策流程9某国际油气公司数字孪生部署路线大型组合型资产10部署方法及时间快捷部署最佳实践11

MVP1–协作资产信息模型趋势可在屏幕上轻松查看，用于即时协作和排除问题MVP1：协作资产信息模型调查问题的协作环境，提供远程支持资产等级实况信息图，可轻松导航操作员价值和适用性协作环境为操作员提供了一个统一的基于浏览器的界面，便于企业协作和解决问题，包括拥有丰富数据的“实况”管道与仪表流程图、信息图，用户轻松一点便可通过多种方式访问时间序列数据、事件（只有在出现后才可见）和工程数据。因为文档和数据已经情境化并且便于使用，所以工人效率大幅提高。工程师可直接利用文档和数据趋势解决问题熟悉的管道与仪表流程图提供了效率工程数据、文档和相关生产无处不在，通过云端提供给设备和工作站连接资产，支持协作拥有丰富数据的“实况”管道与仪表流程图—在熟悉环境下访问工程和生产数据全3D模型导航，实时数据输入MVP2–同步资产数据和数字孪生系统实时流程数据与设计数据一直在线的动态模型基于云端的模型引擎kognifai边缘网关传感器数据实际状态模拟状态预测状态(假设场景)设计数据On-demandModelsOn-demandModelsOn-demandModelsOn-demandModelsOn-demandModelsOn-demandModels按需模型集成式作业中心办公室和现场工人3D双胞胎视图网络应用程序历史数据13MVP3-适用于资产全生命周期的机理模型概念评估不断完善设计和作业指导原则设计和验证提出改进，实现可视化，修改设计物流规划优化作业计划预测运输问题，优化后勤流程培训在现场培训后勤、海上和维护团队，提供支持生产优化排除薄弱环节，优化生产作业发现改进机会调查问题为现场队伍提供支持降低能耗和排放维护预测问题，优化维护计划性能监测监测性能，调查并解决问题，为现场队伍提供支持可行性研究概念筛选FEED试运行开始生产作业运维虚拟调试优化控制策略和作业程序培训作业人员Kognitwin®Energy服务平台改造14MVP4–第三方模型集成15-SeeStatementofProprietaryinformationWORLDCLASS–Throughpeople,technologyanddedication KONGSBERGPROPRIETARY数字孪生系统总框架18用户体验数字化双胞胎服务平台（Azure公有云租户）网络应用程序适用于任何设备的网络应用程序本地应用程序iOS、安卓、Windows可视化数据模型外部模型数字孪生服务API可轻松启动数字驱动的各种应用程序，带给用户美好体验，可通过统一、安全、受控、文件齐全的自助服务API访问情境化引擎各种微服务，可利用数据发现关系，绘制关系图，提高质量并进行情境化模型引擎Kubernetes基础设施运行模型：一直在线和按需模型可插拔引擎内置实体和ML模型数据与集成支持作业公司主数据平台的数据流某油气公司主数据平台（现场和云端）地下和井数据储层、地震、基于深度和时间的数据、泥浆、井眼轨迹和形状的OSDU实时和历史数据传感器读数、控制信号、趋势系列、历史数据源模型PDMS、CAD（管道仪表流程图、PFD、图形）、点云、水深测量、照相测量、模拟器模型资产数据工程数据、设备等级、语义模型、映射结构、警报主数据业务数据交易数据、SAP、AIF、WO、PtW、ERP、HCAccounting、文件本地/第三方应用程序分析案例1:无故障工作时间为天然气出口压缩机开发了机器学习模型无故障工作时间模型精确采集燃料系统相关事件分时数据目标预测故障目标预测分析案例2:控制室优化查明每班生产大幅波动的原因撸起袖子加油干：利用

5000个参数

/2年数据进行数据练习发现~300个数据模式其中~10个模式很有意思创建3ML模型流量时间预测结果表明生产速度会提高~2%每班平均产油量（桶/日）流量预测控制变量压力控制器4流量控制器17温度 控制控制器 阀9控制阀17控制阀22旧设置新设置分析案例3:轴承故障模型虚拟摩擦传感器组件数字化双胞胎系统（ANN）（~10个月预警期）测量轴承温度分析案例4:虚拟流量计量𝑄𝑂𝑖𝑙,𝑄𝐺𝑎𝑠,𝑄𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟=𝑓𝑝𝐷𝐻,𝑝𝑈𝐶,𝑝𝐷𝐶,𝑇𝐷𝐻,𝑇𝑈𝐶,𝑇𝐷𝐶,𝑃𝑜𝑠𝐶ℎ𝑜𝑘𝑒PDH,TDHPUC,TUCPDC,TDC节流阀时间油气水实际预测油流量气流量水流量WORLDCLASS–Throughpeople,technologyanddedication

23案例1:OSEBERG-H海上无人井口平台主要应用:项目初期数字化方案规划基于动态数字孪生技术的数字化平台劢态实时在线仿真模拟器H-box:各方数据采集器数据及接口集成数据分析智能化应用，远程监控，生产优化不AMS整合的船舶运行监控系统基于订阅模式的年检服务数字化和数字孪生技术带来效益:原开发和运营计划投资总金额55亿人民币*，数字化优化后该项目成本显著降至43亿人民币*。

CAPEX节省约

21.8%增加

Oseberg区块可采储量1760万*

吨油当量远程监控使线路巡检维护成本节省30%*，不此同时减少相应的物流成本。*数据来源麦肯锡和挪国油挪威能源巨头Equinor在北海推出了全球首个全自劢石油和天然气平台Oseberg-H。Oseberg-H造价为6.06亿英镑，上面没有居住生活区。Oseberg-H是一个全新的无人井口平台，是北海OsebergVestflanken2开发项目的一部分。挪威石油协会NPD说，Oseberg-H是一种新型井口平台，这种平台无人化模式开创了一种经济、高效的油气田开发解决方案。被业界认为这是未来行业发展的方向。2430%CAPEX50%OPEX增产10%通过劢态数字孪生技术实现高度无人化作业，远程操作和生产优化来节省运营成本，直接效益是生产运营成本从每桶35美元降低到每桶17美元以下。最早设计每班工作人员250-280人，现在减少到150人左右。案例2：北海大陆架上的某大型油气田项目初期的数字化规划基于动态数字孪生技术的数字平台–

Digital

Twin劢态在线模拟器H-box:

各方数据采集器智能应用基于订阅模式的年度维护数字化创造价值123钻完井油气田开发生产及维护456789油气井建设油气井工程分析油气井数字化