油气钻采数字孪生模型构建方法及应用案例

油气钻采过程中地质的不确定性、井下实时工况的不可见性、工程仿真的复杂性阻碍了其科学高效的设计及施工。数字孪生技术能够提供实时智能且可视化的方案设计和工程决策,但缺乏针对油气钻采的系统建模方法。对此,本文首先剖析油气钻采数字孪生的国内外研究及应用现状,进而应用成熟度指标定量评价该技术的发展程度;其次,逐次提出油气钻采数字孪生模型的建模方法,包括建模流程、拆分策略、装配及融合架构、建模工具,并以钻井井壁稳定和海上生产系统为例,介绍数字孪生在钻井与开采方面的应用案例;最后,分析困难与挑战并提出发展建议。研究发现,相对制造业,钻采孪生多处于可视化阶段,整体成熟度偏低。油气钻采系统的复杂需求被拆分为若干清晰且较容易实现的子需求;基于需求分析将建模对象在粒度、维度、生命周期上拆分为不同的子模型,通过模型层、功能层、需求层逐层装配子模型,进而实现多维度、多领域模型间的融合。同时,需要在模型管理、数据管理和工程仿真方面完善方法和提高效率。此外,钻采孪生面临多源异构数据选择与融合困难、子模型定义模糊、模型验证不清的问题,以及复杂动力学过程、多部门多任务协同、自主软件工具开发方面的挑战。综上,本文提出的数字孪生模型构建方法和案例能为油气钻采工程提供方法指导和应用参考。

基于数字孪生的变压器多粒度建模与仿真分析

为了实现电力系统的数字孪生,针对常规数字孪生建模方法中单一粒度的模型不能满足复杂系统仿真运行需求的问题,将多粒度建模思想融入到数字孪生建模理论中,提出了基于多粒度的数字孪生建模方法并基于COMSOL有限元仿真实现。为了解决系统变阶方法删除关键参数无法实现降阶的问题,提出了系统属性变阶方法,并在基于聚合解聚对变压器模型进行层次化粒度划分的基础上,利用该方法对变压器模型作进一步的粒度划分。以400 kVA变压器为例,利用能量守恒原理分析变压器热传递特性。应用磁-热-流耦合温度场进行仿真计算,分析变压器的温升特性及不同粒度下仿真耗时,由系统属性变阶得到的粗粒度模型在较小的误差下,仿真耗时更短。

数字孪生技术在油田的应用及其对生产优化的影响

本文探讨了数字孪生技术在油田的应用及其对提高生产效率、降低运营成本和增强决策支持的影响。通过案例分析,评估了数字孪生在实时监控、预测分析、设备维护和生产流程优化等方面的效能。研究表明,利用数字孪生技术可以准确模拟油田操作环境,实现数据驱动的决策制定,优化资源分配,提升开采效率,减少不必要的浪费与环境影响。

中国石油油气生产数字化智能化发展思考

在能源结构调整和产业优化升级加速推进的新形势下,国际石油公司加大对物联网、云计算、大数据、人工智能、数字孪生等新一代信息技术的应用力度,打造现代油气生产方式。中国石油高度重视信息化建设与数字化应用,积极推进物联网建设,目前已在16个油气田规模化应用,累计超12万口油气水井、7300多座场站、200万台套设备实现数字化统一管理,形成了标准化、可复制的物联网建设模式。与国际先进水平相比,中国石油仍需进一步完善物联网平台建设,提升数据质量和共享能力,加强数字化智能化支撑业务应用的范围与深度。未来数字化智能化在石油开发与生产领域的发展方向,建议重点搭建新一代油气生产智能物联网平台,加强物联网全覆盖建设和数据治理,充分利用新一代人工智能技术,加强数字孪生应用构建新一代智能工厂。

“数字孪生技术”在油田的应用现状及发展前景

数字化转型是增强企业核心竞争力的关键,为推动企业数字化转型工作,作为试点企业,西北油田在前期智能油气田建设与发展过程中已完成了大量的数据采集及分析,为提高控制精度和控制效果,实现对所有数据和信息的处理,以及油田数字孪生技术的构建奠定了基础。探讨了智能油气田“数字孪生体”在生产工艺参数优化、安全生产预报警与管道及装置泄漏定位等方面的建设方案及应用。

元宇宙应用探索与展望

新一代信息技术的集中爆发,使得整合性技术“元宇宙”成为产业界和学术界瞩目的焦点。元宇宙对于现实世界的发展和影响备受关注。本文从时代背景出发,对元宇宙概念进行概述,围绕元宇宙本质特征与元宇宙发展核心技术(扩展现实、数字孪生、人工智能、区块链等)进行知识梳理,并提供元宇宙技术功能架构;对元宇宙目前主要的应用领域,即技术创新、产业变革、行业升级、虚实交融、智慧城市应用等进行分类综述,指出元宇宙有利于人类社会教育模式创新、生活方式重构和生产效率提高。最后,本文对元宇宙的未来发展方向进行了分析和展望,元宇宙的发展呈现出从社会主要行业产业的场景应用融合向外扩展,再纵向深入发展的趋势。

油气工业数字化智能化发展趋势

数字化智能化在油气工业中的应用正迎来前所未有的发展机遇。综合分析政策导向、技术发展、业务需求和产业前景,提出了油气工业数字化智能化未来发展的八大趋势,依据各趋势在行业发展应用的程度,由深到浅依次为:油气工业数字化转型进入“深水区”;工业互联网平台成为企业通用平台;数据驱动成为业务升级的新方向;油气工业核心工业软件自主研发全面发力;油气工业从传统工业衍变为数字工业;行业人工智能应用开启大模型模式;科技创新开启第五范式——AI范式;油气工业元宇宙蓄势待发。把握数字化智能化重大趋势,对企业有效应对油气行业复杂变局将产生深远影响。

基于AI的油气管道数字孪生技术专利分析

人工智能、数字孪生等技术近年在油气管道建设中广泛应用,推动了传统油气管网向智慧管网转变。数字孪生技术的专利申请数量自2016年开始稳步增长,60.37%的发明专利处于审中状态。截至2022年8月31日,我国数字孪生技术专利申请量3045件,全球领先,其次分别为美国、世界知识产权组织、韩国。全球主要申请人中,西门子公司专利申请262件,位居第一且优势明显,我国有4家单位处于领先地位。基于AI的油气管道数字孪生技术专利分析显示,全球专利分布主要集中在中国、WIPO、美国、韩国等国家和组织;中国石油大学(华东)、兰德马克图形公司、国家管网、中国石油、通用电气等位居全球申请人前列;专利风险主要存在于空间模型、动态建模、实时建模、运作模式等领域。研究揭示了专利申请趋势、申请地域分布、重点专利权人、技术壁垒,并对油气管道企业针对性加大技术研发和专利布局、提高专利申请质量、加强专利保护范围提出了相关建议。

一种面向油气田地面工程的智能建造系统模型及应用

将新型信息技术与油气田地面工程建造技术深度融合,分析研究了国内外智能建造技术发展现状,提出了油气田地面工程智能建造应具备建造过程标准统一、建造信息实时感知、建造要素集中融合、建造业务高度协同、建造管理先知先觉和建造结果数字智能等基本特征。在此基础上,设计了一种面向油气田地面工程的智能建造系统模型,并阐述了模型需要重点关注的内容和对应关键技术,最后探讨了油气田地面工程智能建造场景及应用前景。研究成果可为当前及未来油气田地面工程智能建造提供理论参考和方法指导。

油浸式变压器的故障诊断方法研究

油浸式变压器作为电力系统中的重要设备在电力系统中的作用不可忽视,而其故障的高发性使故障诊断技术成为保障电力系统可靠运行的必要条件。本文结合油浸式变压器故障诊断方法的研究现状,从故障诊断的状态监测——离线监测和在线监测,及变压器故障诊断方法——传统、智能及基于仿真模型的故障诊断方法的角度进行分析,并提出变压器故障诊断可能的发展方向,为变压器的故障诊断研究提供一定的参考。

数字孪生体在中缅原油管道智能化建设中的应用

近年来,国家大力推进智慧管网的建设,数字孪生体概念也运用到了油气管网的建设中。中缅原油管道地质地形条件恶劣,运行情况复杂,管网智能化建设尚未成熟,为此引入数字孪生体技术改善该管网的智能化建设。讨论了该技术的内涵以及在中缅原油管道建设中的作用,以实际运行情况为例,分析了数字孪生体在管道内检测、调度优化、设备运行维护、高后果区监测与预警和全生命周期管理等5个方面的应用。数字孪生体技术为新一轮的数字化管网建设提供了新思路。

数字孪生在油气工程领域的应用研究

随着信息化、智能化技术的发展,数字孪生将成为推动油气勘探开发模式升级的重要技术手段之一。数字孪生系统在物理实体与虚拟模型之间创建联系,并在感知数据与核心算法的支持下高效地应对油气开发中的工程问题,从而辅助工程决策。经过近些年与高级仿真、机器学习、大数据、云平台等信息技术相关的融合研究,数字孪生技术在油气工程领域的应用逐渐深入。

油田站场智能化运维应用场景展望

油田站场是油田生产运行的核心,通过站场数字化交付,构建数字孪生体,并在数字孪生上加载机理模型,可实现站场智能化分析和预判的科学管控,从而提高油田站场经济效益和生产效率。阐述了油田站场智能化运维建设思路——实施站场全生命周期的数字化交付、数字孪生站场与机理模型有机结合;描述了油田站场设备资产管理、日常维护、智能巡检、生产管控、HSE(健康、安全、环境)管理、优化运行和辅助决策等应用场景的智能运维场景;最后提出了加快数字化交付技术应用、构建油田站场智能化运维联动系统的建议。

数字化协同设计及交付应用研究

随着油气工业数字化转型、智能化发展战略的推进,工程设计经历了二维设计二维交付、二三维设计二维交付后,目前正加速从全专业二三维数字化协同设计向二三维关联交付方向发展,设计成果的二三维关联交付不仅可用于指导物理实体工程建设,也面向数字孪生虚拟工程的交付。由于智能油气田建设及数字化交付内涵和外延的变化,全专业二三维数字化协同设计的新设计理念正快速成形。总结了面向智能油气田全专业二三维数字化协同设计的特点,提出了由数字化交付需求决定全专业二三维数字化协同设计的组织方式,归纳了面向智能油气田全专业二三维数字化协同设计的方法和应用成效,其成果可为智能油气田的形成提供基础条件。

一种面向智能油气田数据资产管理的数据编码方法及应用

提升数据的资产化程度,保障数据资产的快速交付、敏捷应用和高效查询是智能油气田数据资产管理的核心业务关注点,分析研究了智能油气田数据资产管理的目标、内容和方法,提出了一种基于固定码的数据编码方法,形成了数据编码模型和规则。利用数据编码模型和规则建立的数据编码可对智能油气田物理实体对象与描述物理实体对象的数据进行关联,并进一步推动智能油气田通过“数据生态”支撑的“应用生态”建设,促进数据资产价值的持续释放。同时,还探讨了数据编码的应用方法和场景,为智能油气田数据资产管理的研究者和实践者提供数据编码的技术指导。

数字孪生技术在油气管道管理中的应用

随着互联网技术、人工智能技术的发展,数字孪生技术已逐渐应用到各行各业。文章对现有油气管道安全管理技术进行了总结,重点总结概述了数字孪生技术在油气管道管理中的应用,介绍了数字孪生技术在油气管道管理中的应用现状、发展趋势,提出了数字孪生技术在油气管道管理领域的发展建议。

Digital twin in hydrocarbon industry

The hydrocarbon industry is considering a range of digital technologies to improve productivity,efficiency,and safety of their operations while minimizing capital and operating costs,health and environmental risks,and variability in oil and gas project life cycles.Due to the emergence of industry 4.0 the improvement in performance,efficiency,and cost reduction,the hydrocarbon industry is gradually shifting towards solutions that are data-oriented.Understanding such complex systems involves the analysis of data from various sources at the same time.Digital Twin(DT)modelling is the foundation for the next generation of real-time production monitoring and optimization systems.It is a solution that boosts productivity by combining information,simulation,and visualization throughout the entire value chain of an operational firm,from subsurface equipment to central production plants.Oil and gas companies can majorly benefit from Hydrocarbon Exploration with the right use of such advanced technologies.This study focuses on the advancements in technology in the context of DT and how it has been used by the hydrocarbon industry.The study discusses about the emergence of the DT concept,various types,5D representation,and tools for DT.Further,the study tries to implement fields of DT in hydrocarbon industry especially in the domains of exploration,drilling,and production.Challenges associated with DT strategy like accessibility,confidentiality integration,and maintenance are also discussed.

关于中国智慧管道发展的认识与思考

智慧管道是覆盖油气长输管道全生命周期的综合管理系统,是SCADA系统、电子管道、数字管道、智能管道在物联网、云计算、人工智能时代的延续和发展。剖析了油气管道行业智慧管道的内涵与外延,梳理了智慧管道技术发展的历史脉络,揭示了数字孪生体技术的实质与应用现状,在此基础上,建议中国智慧管道建设宜坚持需求驱动、问题导向、突出重点、体现特色、开放融合、数据共享、滚动发展、持续改进的原则,以期为中国智慧管道的健康持续发展提供参考。

数字孪生油气藏:智慧油气田建设的新方向

对地下储层和流体的认识程度严重制约油气田开发的生产举措,而油气藏描述在油气田开发中占有重要地位,构建油气藏系统的数字孪生体是油气藏描述的最高境界。在对油气田开发研究现状与发展趋势和数字化转型生产需求分析的基础上,提出了数字孪生油气藏理论,将数字孪生油气藏定义为“构建油气藏的数字孪生仿真模型,最大限度地量化逼近真实油气藏,及时准确地表征油气藏全生命周期动态变化,模拟物理世界油气藏实体在真实环境下的开发行为”,为油气藏描述与油气藏工程一体化研究指明了方向。论述了基于数字孪生油气藏的智慧油气田建设重点方向与建设内容,指出通过建立油气藏开发系统的数字化副本——油气藏数字孪生体,以此为基础在云端优化开发与科学管理油气田,将带来油气田开发领域的一场新的技术革命,数字孪生油气藏将为智慧油气田建设赋予新的内涵。

基于数字孪生的智慧油气站场设计与开发

随着中国油气站场建设规模不断扩大,生产运行及安全管理的要求日益严苛,但目前管道及站场实体可视化应用及综合展示非常匮乏,无法以三维场景查看站场内各区域分布及运行数据,尚未建立与实际情况高度一致的设施设备模型。为此,提出了基于数字孪生的智慧油气站场系统化解决方案:在数字孪生理论的基础上,以ArcGIS系统为基础平台,运用3Ds Max软件建立等比例、高精度的站场模型,搭建真实映射物理站场的数字孪生站场,辅以先进传感、大数据分析及人机交互技术,形成智慧化的输油气站场信息物理系统。以陕西某压气站为例进行了系统设计与开发示范,结果表明:该系统能够实现站场全要素的三维展示、站场状态的实时监测、站场管理的统筹决策,有利于全方位提升站场安全生产的宏观监管、重点监管、精准监管水平。