□ 趙汩凡 孫 鍵

長慶油田采用智能巡檢機(jī)器人。李曉東 供圖

國內(nèi)油氣上游領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面數(shù)字化仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)多樣、數(shù)據(jù)共享難、現(xiàn)場各系統(tǒng)兼容性較差和信息孤島等問題。

當(dāng)前，全球信息化進(jìn)入了全面滲透、跨界融合、加速創(chuàng)新、引領(lǐng)發(fā)展的新階段，融合了機(jī)器人、數(shù)字化、新材料的先進(jìn)制造技術(shù)正在加速推進(jìn)制造業(yè)向智能化、綠色化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為世界主要國家的普遍共識和共同選擇?？v觀國內(nèi)外能源化工行業(yè)，特別是油氣上游領(lǐng)域，數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級正呈加速趨勢。國際油公司和油服公司紛紛加大信息化投入，力圖在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中塑造新優(yōu)勢。道達(dá)爾建立數(shù)字工廠開發(fā)人工智能技術(shù)，以便在勘探和生產(chǎn)項目上節(jié)省數(shù)億美元。斯倫貝謝、貝克休斯等國際油服公司相繼與微軟、C3.ai等成立合資公司開發(fā)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)。

數(shù)字孿生是最早由美國國防部提出并利用的“與物理產(chǎn)品等價的虛擬數(shù)字化表達(dá)”技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)、5G及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字孿生得到工業(yè)界的廣泛高度關(guān)注，許多國際著名企業(yè)已開始探索數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)等方面的應(yīng)用，同時結(jié)合工業(yè)4.0等技術(shù)，嘗試推動傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

國內(nèi)油氣上游相關(guān)企業(yè)仍存在數(shù)字化服務(wù)能力較弱、一體化服務(wù)模式不完善等問題。市場競爭將更加激烈，非油領(lǐng)域的公司（例如華為等）已進(jìn)入油氣行業(yè)，數(shù)字化技術(shù)必將成為油服行業(yè)發(fā)展的新藍(lán)海。持續(xù)向一體化服務(wù)模式轉(zhuǎn)變的同時，更加需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生技術(shù)可以作為油氣上游數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新抓手，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字化技術(shù)在油氣上游領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

數(shù)字孿生的概念和相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用前景

數(shù)字孿生是將現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)映射成數(shù)字模型，進(jìn)行設(shè)計、仿真、制造、檢測和保障等實(shí)時評價與優(yōu)化，是面向物理實(shí)體全壽命周期、單一數(shù)據(jù)源的物理空間和信息空間的雙向連接。數(shù)字孿生具有實(shí)時同步、忠實(shí)映射、高度保真等特性，是解決物理世界與信息世界交互、共融問題的有效途徑。裝備的數(shù)字孿生是基于設(shè)計階段生成的物理與功能模型，以及后期產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用，并通過與裝備物理實(shí)體之間的數(shù)據(jù)映射、信息交互，不斷提高自身的完整性和精確度，最終完成對裝備實(shí)體的完全和精確描述。

數(shù)字孿生的本質(zhì)是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，借助數(shù)據(jù)模擬物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，是未來信息化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)更扎實(shí)、應(yīng)用前景更廣闊、應(yīng)用范式更智能。

油氣上游數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

數(shù)字孿生可以利用虛擬模型的仿真技術(shù)探討和預(yù)測未知世界，尋找和發(fā)現(xiàn)更好的方法和途徑，為當(dāng)前制造業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的理念和工具。目前，數(shù)字孿生技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域。美空軍現(xiàn)已用于F35戰(zhàn)斗機(jī)的生產(chǎn)，加工決策時間縮短33%。羅爾斯—羅伊斯公司已將數(shù)字孿生技術(shù)用于代替航空發(fā)動機(jī)破壞性試驗，有效降低成本。西門子公司將數(shù)字孿生融入其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、設(shè)計、制造、維護(hù)等產(chǎn)品生命周期、不同應(yīng)用場景的閉環(huán)數(shù)字孿生，大幅優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。

國內(nèi)油氣上游領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級正呈加速趨勢，但距離實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化仍很遠(yuǎn)，面臨諸多挑戰(zhàn)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)多樣、數(shù)據(jù)共享難、現(xiàn)場各系統(tǒng)兼容性較差和信息孤島等問題。只有解決這些問題，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。信息孤島和數(shù)據(jù)問題是兩個主要問題。系統(tǒng)設(shè)計不全面、集成不夠，很多方面還沒有建立起統(tǒng)一的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是導(dǎo)致信息孤島問題的根源。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要相關(guān)業(yè)務(wù)部門和信息部門聯(lián)合攻關(guān)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成應(yīng)用。要開展數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，就離不開數(shù)據(jù)，需要掌握更多的數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)企業(yè)的大量數(shù)據(jù)散落在各部門，數(shù)據(jù)割裂和私有化現(xiàn)象突出，要花大力氣解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)共享問題，建立數(shù)據(jù)共享管理機(jī)制，做好數(shù)據(jù)梳理、歸集、存儲等工作。

發(fā)揮數(shù)字化、智能化在促進(jìn)上游提質(zhì)增效升級、安全發(fā)展中的作用的同時，還要重視網(wǎng)絡(luò)安全問題。在數(shù)字化時代，網(wǎng)絡(luò)安全是系統(tǒng)性、全局性的。數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要站在整個領(lǐng)域深度融合的角度，重新梳理現(xiàn)有的管理流程、作業(yè)模式，在確保安全可靠的前提下，主動利用數(shù)字化技術(shù)推動油氣上游管理轉(zhuǎn)型、流程優(yōu)化和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

數(shù)字孿生等技術(shù)在油氣上游領(lǐng)域的綜合應(yīng)用建議

國內(nèi)企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提高認(rèn)識、轉(zhuǎn)變觀念，主動應(yīng)對數(shù)字革命，抓住新一代數(shù)字技術(shù)給企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展帶來的機(jī)遇，加快數(shù)字化、智能化發(fā)展。數(shù)字孿生是一項顛覆性的新技術(shù)，建議開展數(shù)字孿生為代表的數(shù)字技術(shù)綜合應(yīng)用研究，以數(shù)字孿生為抓手、以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為依托、以深度學(xué)習(xí)為加速器，探討數(shù)字孿生等數(shù)字技術(shù)在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用方向，統(tǒng)籌開展數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用試點(diǎn)。

一是開展依托于數(shù)字化孿生等技術(shù)的油氣勘探開發(fā)綜合數(shù)字化系統(tǒng)的探索性研發(fā)。以數(shù)字化油田為基礎(chǔ)，深度挖掘已有油氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)資源，融合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等，探索油氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)孿生實(shí)施途徑，構(gòu)建油氣勘探開發(fā)物理空間與虛擬數(shù)字空間交互映射、融合共生的數(shù)字孿生系統(tǒng)，改進(jìn)已有的油氣勘探、經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的技術(shù)和模式，實(shí)現(xiàn)降本增效。

二是開展石油工程裝備全生命周期數(shù)字化管理系統(tǒng)的研發(fā)。以石油工程裝備設(shè)計、管理平臺為基礎(chǔ)，開展石油裝備全數(shù)字化技術(shù)研究，構(gòu)建裝備工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計、制造、使用、管理、維護(hù)等生命周期數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，預(yù)見產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)行現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)驗證，優(yōu)化裝備性能，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控裝備的任務(wù)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、維修保障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)石油裝備全領(lǐng)域、全生命周期的實(shí)時管理和監(jiān)控，全面實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)字化，為“智能+”奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

三是開展鉆完井?dāng)?shù)字孿生技術(shù)研究。以鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述為基礎(chǔ)，充分利用已鉆井和已鉆地層的數(shù)據(jù)信息，融合現(xiàn)有鉆井風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)，開展鉆完井?dāng)?shù)字孿生技術(shù)研究，采取基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的深度學(xué)習(xí)方法，建立油氣井鉆井預(yù)測模型，構(gòu)建鉆完井物理空間與虛擬空間交互映射、融合共生的現(xiàn)實(shí)場景，實(shí)現(xiàn)鉆完井效率從事后評價向事前預(yù)測轉(zhuǎn)變，有效提升鉆完井效率和安全性。

四是加強(qiáng)具有石油工程背景的信息化隊伍建設(shè)。信息化越發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型越成功，就越需要一流的信息化隊伍來支撐。突出專業(yè)背景，加強(qiáng)信息化特需人才培養(yǎng)和引進(jìn)。結(jié)合數(shù)字化技術(shù)發(fā)展新趨勢，組織開展信息化人員及本專業(yè)技術(shù)人員新技術(shù)學(xué)習(xí)、業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高整個團(tuán)隊的數(shù)字化認(rèn)識和技術(shù)創(chuàng)新能力。加大人工智能、5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等方面技術(shù)人才、業(yè)務(wù)骨干的培養(yǎng)和選拔力度。

隨著江蘇油田采油二廠進(jìn)入“數(shù)字化油田”時代，許多年輕的技術(shù)骨干抓緊時間學(xué)習(xí)新設(shè)備的操作技能。陳冬 攝