中国石油经济技术研究院在长期跟踪国内外石油科技进展的基础上，结合20年来的国际石油科技十大进展评选结果，同时借助专利地图等大数据分析手段，以及专家研讨和问卷调查，评选出近五年最具影响力的15项油气勘探开发技术，和未来10年最具潜力的15项油气勘探开发技术。
其中，数字孪生油气田全周期管理技术被列为未来十年最具潜力的15项油气勘探开发技术之一。数字孪生是指针对物理实体建立相对应的虚拟模型，并模拟物理实体在真实环境下的行为。
随着石油行业积极开展数字化转型，作为一种前沿信息技术，数字孪生技术已经得到了包括BP、雪佛龙、壳牌等多家石油巨头的青睐，用于油气勘探作业及生产监控、风险预警与响应、作业及生产优化、方案设计与优化、资产管理等，加快了油气勘探的数字化转型。
01. 数字孪生助力能源巨头破“困”
近年来，能源系统脱碳化和向净零转型成为全球能源领域的焦点话题。在COP28期间，50家全球油气公司加入《石油和天然气脱碳章程》。值得注意的是，这50家公司占全球石油产量的40%以上，其中，国家石油公司占签署公司的60%以上。这也是有史以来承诺实施脱碳倡议的国家石油公司数量最多的一次。
“脱碳承诺”声势浩浩荡荡，但在这一过程中，世界各国及企业面临着一个共同的“能源三难困境”：既要保障能源安全，又要消除能源贫困、实现公平可及，还要保护生态环境。
在《2023年世界能源展望》报告中，石油巨头BP给出了自己的答案。BP认为能源转型需要平稳过渡和有序发展，要兼顾安全性和经济性，不应一味的缩减产能，而应将目光聚焦在油气领域的低碳转型和数字化改造方面，要借助包括数字孪生技术、人工智能等先进技术，助力解决“三难困境”，从而实现其2050年或更早实现碳中和的长期愿景。
早在2017年，BP就开始在其全球生产系统中推出数字孪生系统。该公司表示，数字孪生在帮助工程师优化资产和识别潜在问题等方面发挥了重要作用。该公司位于阿塞拜疆的Azeri Central East（ACE）海上开发项目更是进一步诠释和验证了BP的这一理念。
ACE项目是英国石油（BP）及其合作伙伴（包括雪佛龙，埃克森美孚等）共同投资的巨型油田开发项目，项目总投资为60亿美元，预计2023年底投产。该项目将通过新建一座日产能超过10万桶原油（预计总产出达3亿桶）的海上平台，实现对位于里海的巨型ACG油田的下一阶段的开发。
对于该项目，BP希望给项目人员提供一个值得信赖的数据环境和数字化解决方案。并对其有提出三大期许：其一，实现项目信息的互联互通，在一个数字平台中可以获得所有相关数据；其二，用户操作友好，响应速度快，可提高协作性以改进业务决策；其三，实现远程访问，提高安全性并朝着减少碳排放的远程操作愿景迈进。
BP在ACE项目中对数字孪生技术的期许
通过与长期合作伙伴AVEVA和KBR的合作，BP仅用了5个月的时间就成功部署了一个基于云的数字孪生平台，从而实现了这一目标。
在这一数字孪生平台的构建中，BP使用AVEVA Point Cloud Manager点云管理器来进行激光扫描，提供精确的原样数据，以便于远程执行常规检查和实现精确的项目维护；通过AVEVA E3D Design三维协同设计平台来导入激光扫描数据，进行逆向3D建模和碰撞检查等，以确保项目设计与构建的一致性；在AVEVA AIM资产信息管理平台上，管理项目海量信息，为BP提供基于 Web 的高质量标签数据、文档、图纸、3D 模型和激光扫描数据的可视化，实现项目信息的互联互通。
现在，BP的工程师们能够在基于云的数字孪生平台中管理ACE项目的所有相关数据信息，团队成员之间能够远程协作，不必前往海上平台现场，在陆上就可实现对海上平台的维护和检查活动，提高项目效率的同时，还帮助BP朝着减少碳排放的远程运营愿景迈进，也更加安全。
在不久的将来，BP还计划在海上平台投入运营后，使用AVEVA PI System来收集海上平台的实时运营数据，将实时动态数据与数字孪生平台中的静态数据相结合，从而助力其实现更迅速的运营决策，并为世界提供更加可靠、廉价和低碳的能源。
02. 数字孪生在油气行业的六大应用
多年来，石油巨头一直在使用数字孪生来加速勘探生产，降低运营成本，最大限度地降低风险，并改善资产维护和运营方面的决策。数字孪生技术已经被证明是石油和天然气行业游戏规则的改变者。
2019年1月，BP宣布在墨西哥湾Thunder Horse油田发现了超过10亿桶石油，BP将这些发展归功于先进的地震成像技术以及数据处理技术，其中就包括数字孪生技术。BP称，此前需要花费一年时间去分析Thunder Horse的数据，但现在这只需要几周。
石油巨头壳牌同样也一直看好数字孪生技术的前景。壳牌将通过数字孪生建立一个虚拟工厂，虚拟炼厂选址在其位于新加坡布科姆岛的炼油厂。工程师通过虚拟现实接收工厂运行的实时信息，从而提高炼油生产率、可靠性和安全性，降低维护成本，预计将于2024年完成。
斯伦贝谢、哈里伯顿等公司利用数字孪生技术对钻井作业进行数字建模，实现钻井过程控制的自动化，避免各类钻井问题并提升钻井效率和安全性。国内“三桶油”也进行了一系列数字孪生的合作与尝试探索。
简单来说，“数字孪生”就是把一个物体完全复制到数字设备上、便于人们观察的技术。该技术解决了困扰人们已久的虚拟世界和现实世界连接交互的问题，它可以完全绕过现实实物，直接通过操控数字孪生体进行模拟、仿真和预测。
目前，数字孪生技术在油气行业的应用主要集中在六大方面:
勘探和钻井：勘探方面，数字孪生技术可以对地下储层进行建模，以预测它们的行为方式。这有助于优化提取技术并最大限度地提高储层的产量；钻井优化方面，数字孪生有助于模拟真实的钻井场景以确定设备的可行性。通过识别潜在的问题，应地调整钻井策略，提高设备效率并降低油井施工成本。数字孪生还可增强钻井活动，减少了整体钻井时间，同时增加了计划钻机移动、钻井服务等。
油田监测和预测性维护：通过预先识别问题，数字孪生有助于预测资产维护，从而减少计划外停机时间并优化维护成本。预测性分析利用数字孪生来监控现场设备性能，并创建独特的资产特征，然后将实时数据与这些模型进行比较，以识别可能出现的偏差，防止重大故障并确保操作的可靠性。
资产运营优化：数字孪生可以对资产（如石油钻井平台或炼油厂）的整个运营进行建模。通过模拟不同的条件，识别系统中的瓶颈或效率低下问题，公司可以找到最有效的运营方式。
健康、安全与环境：数字孪生可以在虚拟环境中重现紧急情况（如漏油或火灾），使工人能够在安全、可控的环境中练习他们的反应。数字孪生可以实时监测排放、废水和其他环境因素，确保公司符合监管标准并减少对环境的影响。
设施生命周期管理：在建造新设施之前，数字孪生可以模拟其设计，以确保它们满足所有要求并确定潜在的改进；随着设施的使用寿命达到终点，数字孪生可以帮助规划其安全高效的退役。
实时监测和控制：在海上或远程站点，数字孪生帮助实现远处监视和控制设备，并最大限度减少往返现场的相关成本；系统性能方面，通过不断将数字孪生的性能与真实世界的资产进行比较，可以立即发现差异，从而快速进行干预。
采用新技术总是伴随着挑战，在石油和天然气领域引入数字孪生也不例外。目前除了对现有员工进行培训外，与科技公司合作，利用其专业知识，并针对石油和天然气行业特点来调整解决方案，成为石油巨头们的共同选择之一。
