数字化技术助力油气行业碳中和

近年来，石油天然气生产商正面临越来越大的压力——全球能源行业需适应气候变化，减少碳排放，并关注可再生能源业务的收入情况。为缓解这种压力，发电机构正采用可再生能源替代传统化石能源。虽然一些石油天然气生产商已成为早期转型者，但许多运营商正考虑对业务模式进行实质性改变，以适应这种转型。

同时，仍从事上游经营的石油天然气生产商也面临诸多转型挑战，其中重点之一便是实现目标的数字化技术解决。具体而言，他们希望尽可能缩小技术和知识差距，克服管理难点及应对运营面临的挑战，并减少方案实施过程中对环境的影响，解决数据的相关问题。换言之，就是采集管理生成的海量数据，并挖掘数据价值，以及确保每个人都可以访问数据。

(资料图片仅供参考)

石油天然气生产商分为三大阵营

当前，石油天然气需求持续增长，重要原因便是全球能源相关部门正在推动可再生能源普及，但在此之前，全球对可靠和更加经济能源的需求不会消失，对传统石油天然气的依赖可能延续30—50年。俄乌冲突使得相关方对能源更加依赖，并加剧了全球对更经济替代能源的需求。尽管低碳和零碳能源项目投资迅速增长，但仍低于对化石能源基础设施的总体投资。究其原因，是石油天然气生产商主要分为三个不同阵营。

持续生产传统能源阵营。面对传统能源居高不下的需求和价格，这些公司继续保持生产，这意味着其在未来几年仍将饱受经济低迷和衰退影响，但强劲的回报将帮助他们度过未来30年甚至更长时间，同时，他们也将趁窗口保持开放时立即变现。

完全转向可再生能源阵营。该阵营采取批量转换策略，即完全以可再生能源取代石油天然气生产，这是更环保的方法。该方法对于那些足够灵活和明智的运营商很有吸引力，他们会先于主要且往往是更大的竞争对手采用替代能源。

逐步过渡到可再生能源阵营。混合战略意味着一方面继续生产传统能源，另一方面削减核心业务，减少碳排放，调研和投资可再生替代能源，如碳捕获、能源存储、电气化、氢项目、太阳能和海上风能。随着时间的推移，可再生能源最终将取代这些生产商核心的石油天然气业务。多方预测，全球不断增长的可再生能源产能将取代化石能源的主体地位。该阵营通过探索和获取接近这些能源的战略机会，以及在设计和运营中进一步推动数字孪生和分析等数字化进步，实现转型。

加速向可再生能源转型

加速向可再生能源转型的途径之一，是将一个行业的技术和技能转移利用到另一个行业，比如人员、技术、解决方案或合作伙伴等。

布洛克岛海上风电场是美国第一批商业风电场之一，于2016年12月投入商业运营。与陆地工程结构相比，海洋工程结构面临的挑战更多，因为要面对风、海浪和洋流的影响，在结构上，风机基础也需要更多的工程分析。布洛克岛风电场的工程结构设计由Keystone Engineering完成，其建造的石油天然气平台曾经受住了卡特里娜飓风袭击，没有损坏。Keystone Engineering利用在海洋工程结构制造、施工和安装方面的知识和经验，重点关注可施工性、制造效率和缩短安装时间，使其在设计布洛克岛风电场基础结构时具备了关键优势。同时，该公司与基础设施工程软件公司Bentley Systems, Incorporated在海上石油天然气行业有着悠久的合作历史，后者在风机结构分析方面也具有拥有丰富的专业知识。

从环境角度来看，那些将逐步转型的公司以及将在未来几十年继续生产石油天然气的公司，都将面临更加严格的审查，他们必须表明在朝着净零排放迈进。

迈向数字化

石油天然气生产商全面采用数字化解决方案面临诸多挑战，其中之一是拥有从不同的数据孤岛整合信息的能力，比如存储在工程建模系统和控制系统中的数据、维护和运营数据、数据历史记录和其他来源的数据。孤岛式数据会带来发展瓶颈，将导致维护和运营人员找不到快速解决问题所需的信息。当工程团队将大部分时间用来查找正确的信息并确认是否是最新和可靠的信息后，再做出正确决策，所需的时间已经太长。

除整合孤岛式数据外，石油天然气行业还需要解决的一个问题是计算数字化和业务转型解决方案的投资回报率，其中数据属性和数据集成是主要和基本的可交付成果。近年来，更具协作性的供应链带来了改进与通用数据和信息，进一步提升了执行绩效。更重要的是，这些改进推动了相关部门制定更佳的决策，从根本上实现了更好的解决方案。

石油天然气行业如果要迎接严峻的净零排放挑战，更加完善的解决方案必不可少。然而，这些改进更难量化。需要注意的是，随着时间推移，一些企业实现了效率提升，能够查找准确且值得信任的信息，无需前往工程现场。但同时，考虑到对安全性的关注，这些信息对于减少劳动力和开发部署最佳技能组合的灵活性至关重要。因此，数字化对于持续运营来说必不可少，是企业保持竞争优势和安全性的必需因素。

由此可见，将分析和机器学习技术融入可靠性解决方案呼之欲出。例如Bentley提供的AssetWise服务，可以实现连通性、数据互用性、可视性和洞察，而此前，这些全部隐藏在数据孤岛中。这些服务可以让企业更加全面地了解方案的运营性能和可靠性，并进一步提供多种使用案例，帮助减少碳排放，实现净零目标。

开启净零之旅

日益迫切的环境、社会和治理 (ESG) 需求将在很大程度上影响生产商的整体战略，ESG可能将被视为一项竞争优势。当前，石油天然气公司越来越多地寻求数字化解决方案，如数字孪生、数据平台和其他技术，而不是仅限于监测和控制碳排放。事实证明，他们在朝着正确的方向迈进。如果这种迈进尚未开始，为了减少碳排放量，运营商要做的第一件事就是优化运营。尽管优化运营不算新鲜事，但其对环境的影响却显而易见。如果一切都按预期顺利运营，将可以最大限度减少能源支出。

预防故障将有利于优化运营，因为故障会导致设备无法达到最佳效率，甚至造成停机。如水泵的运行效率达不到最佳水平时，不仅会导致能耗增加，还会导致可靠性下降，两者都将导致排放量升高，因此必须拥有稳健的资产性能管理战略。

OQ Upstream是一家综合能源公司，在阿曼经营和管理着几十家工厂、数千项资产及超过4500公里管道，制定了资产性能管理战略。该公司推荐的一项目在2022年基础设施数字化光辉大奖赛中入围了 “流程和发电”类别决赛。该项目可以识别提升可靠性、减少故障和意外停机的影响因素，从而提升资产可靠性，显著减少功能性故障、计划外工单和维护成本，实现资产性能管理数字化。

优化运营的另一种方式是更加高效地监测和管理资产。麦肯锡在最近发布的一项报告中提出，平均而言，生产效率提高10%，排放强度会降低4%。流程工业会产生海量的数据，因此访问、监测、分析和报告这些数据对于实现最佳的资产性能及报告与控制排放至关重要。确保这些数据触手可及，可以保证企业的业务运营符合政府和行业准则。

例如，印度石油生产商Cairn Vedanta就是更高效优化现有资产的典范。该公司使用Bentley的 AssetWise 4D Analytics，从800多个陆地和海洋油井采集所有油井的完整性和流量保证数据，并将多个系统的数据聚合到一个解决方案中，通过分析，创建了近乎实时的资产健康状况和性能图。随后，他们筛选出哪些油井在增产后的性能与成本不匹配。有了这些数据，该公司就可以决定对这些油井是继续使用、淘汰还是改造，从而在减排和成本方面得到改善。同时，AssetWise 4D Analytics帮助该公司采取前瞻性的举措进行完整性管理，消除了可能出现的故障或提前做出调整，做到更加可持续的运营。

数字孪生助力数字化运营

此前，上述优化技术通常作为独立解决方案提供，而现在，可以在数字孪生中提供。数字孪生是真实世界实体和流程的虚拟表示，结合了工程和设计数据、模型，以及运营和IT信息。数字孪生系统推动明晰、支持最佳决策制定和采取有效行动，从而实现业务转型。

为了提高运营绩效，保持竞争力和可持续发展，石油天然气运营的数字化程度不断加深，数字孪生技术日益重要。国际知名研究机构Gartner认为，到2024年，至少90%的新建项目投资将具备全面的数字孪生模型、现场数据集成及动态软件配置功能。随着全球向可再生能源转型要求的不断升级，对复杂的石油天然气数字孪生的需求可能越来越少。具体而言，数字孪生为数字化运营带来的优势包括：

助力实现自动化、支持远程运营、最少化人工、高效且更加可持续的资产。

在资产全生命周期内提供精确、可靠的信息来源。

跨多个团队的可访问性，包括从工程设计和移交到运营和维护。

在实地探访前，提供培训和熟悉运营的设施。

将第三方模型、数据和信息集成到一个应用程序的多专业集成。

通过增加模拟和预测功能来改进整体决策。

目前，行业的重点任务是如何构建数字孪生，应用程序为其提供基础，例如Bentley的PlantSight和AssetWise。然而，越来越重要的是，企业如何让这些数字孪生保持最新和精确，而不只是模型和工程。同时，企业要思考如何连接供应链，保持开放的选择，在全球范围内高效地合作。这些实践将决定未来5年石油天然气和其它能源行业的发展趋势，进入市场的新公司将成为这种转变的催化剂。

此外，另一个变化特点将是数字孪生与运营和业务系统连通，新的联合与集成方法必不可少。目前，打包集成工具在交付这些集成方面处于领先地位。

总体而言，数字孪生可以对动态行为进行建模，提高资产运营商的态势感知能力，优化资产性能。作为资产运营的中心系统，数字孪生在改善石油天然气公司的资产和业绩方面拥有巨大潜力，同时，石油天然气行业也是采用数字孪生的引领者，这从入围 2022 年光辉大奖赛决赛的壳牌公司及其深水项目交付数字化平台中可以得到证明。该项目利用PlantSight创建了数字孪生，聚合各个来源的数据，展示项目全貌，帮助参与项目的各个团队保持清楚、一致的沟通协作。

综上所述，随着过去几年关于气候变化的争论不断升级，作为能源转型的一部分，石油天然气公司正努力更新战略和转移资本。数字孪生等技术将发挥巨大作用，提供可视化和情境化，并在正确的时间提供正确的信息。通过提供精确的能源资产概述，数字孪生有助于提高效率，减少排放，加速能源转型，这可能需要收购可再生能源公司或长期投资自主的技术。

同时，石油天然气公司需与拥有专业知识、领域知识和技术供应商合作。如在太阳能、海洋和陆地风能、水电及其他资源等可再生能源项目中，Bentley应用程序已经长期应用，涵盖从设计到运营的过程，助力能源转型更加顺利。

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