Gemelo digital: el camino hacia el futuro de la ingeniería inteligente de petróleo y gas

La clave de la transformación digital es lograr la integración del mundo físico y el mundo de la información digital. El gemelo digital tiene las características de mapeo en tiempo real, optimización iterativa, análisis en profundidad y toma de decisiones eficientes, y es ampliamente utilizado en muchas industrias como un método eficaz para comunicar el mundo virtual digital y el mundo físico real. La construcción de un nuevo modelo de negocio de desarrollo de petróleo y gas basado en el gemelo digital del sistema de depósitos de petróleo y gas se está convirtiendo en una nueva dirección de desarrollo para la transformación digital de la industria del petróleo y el gas y la construcción de campos de petróleo y gas inteligentes. Esta edición se centra en el análisis y la investigación en profundidad de la arquitectura del sistema de tecnología gemela digital y los avances tecnológicos de los depósitos inteligentes de petróleo y gas, así que estad atentos.

En los últimos años, bajo el patrón de cambios energéticos globales y la cambiante situación política y económica internacional, la transformación digital se ha convertido en una opción común para las principales compañías de petróleo y gas del mundo para hacer frente a desafíos como la mala calidad de los recursos, la transformación energética y el desarrollo Verde.

La tecnología de gemelo digital de depósitos de petróleo y gas inteligentes es la tecnología central clave para mapear virtualmente los activos físicos de petróleo y gas y realizar la descripción dinámica, el diagnóstico, la predicción y la toma de decisiones de todo el proceso de desarrollo de depósitos de petróleo y gas. es el medio técnico central para realizar la transformación digital y La modernización de la industria de petróleo y gas, y es de gran importancia estratégica para garantizar la seguridad de las fuentes nacionales de energía.

Avances y desafíos de la tecnología de gemelo digital para depósitos inteligentes de petróleo y gas

En la actualidad, las compañías de petróleo y gas nacionales y extranjeras compiten para apoderarse de las alturas dominantes de la tecnología de gemelo digital de depósitos inteligentes de petróleo y gas, y bp, eni, Norwegian National Petroleum y otras compañías petroleras aplican la tecnología de sistema de gemelo digital dinámico al desarrollo de campos de petróleo y gas para optimizar los procesos de producción para maximizar la recuperación de petróleo y gas. Halliburton, edrilling, Aker Solution y otras compañías de servicios petroleros han construido sistemas digitales de gemelo para la construcción de pozos, monitoreando, analizando y pronosticando equipos de tierra en tiempo real, parámetros dinámicos subterráneos para la construcción de pozos, etc., para realizar operaciones inteligentes y mejorar la eficiencia de las operaciones de construcción de pozos. Las empresas petroleras nacionales también han comenzado a aplicar la tecnología de gemelo digital al campo de la ingeniería de petróleo y gas, y han logrado avances positivos.

En vista de los tres componentes principales de la percepción de datos, la gestión de datos y la aplicación de escenarios en la arquitectura de tecnología gemela digital de depósitos inteligentes de petróleo y gas, actualmente hay tres problemas principales en el diseño de patentes y la investigación y el desarrollo de tecnología de tecnología gemela digital de depósitos inteligentes de petróleo y gas En china. En primer lugar, el campo de la percepción de datos se basa principalmente en el seguimiento, y el problema del "cuello atascado" de la tecnología clave es más arriesgado. En comparación con las compañías extranjeras de servicios petroleros como schlumberger, el diseño de patentes y la investigación y el desarrollo tecnológico de las empresas chinas en el campo de la tecnología de topografía y cartografía mientras se perfora, como la exploración delantera de taladros, la inversión mejorada, la imagen de resistencia direccional y la tecnología de monitoreo de fibra óptica todavía están en sus inicios, y la brecha con los países extranjeros es grande. En segundo lugar, la investigación de modelado de datos no es lo suficientemente profunda como para afectar el papel del gemelo digital de los depósitos inteligentes de petróleo y gas. Las patentes de halliburton, Saudi Aramco y Schlumberger en los últimos años se han centrado en la adquisición integral, optimización o predicción de datos en tiempo real utilizando el aprendizaje automático y métodos de aprendizaje profundo, y la mayoría de las patentes chinas se han centrado en resolver la optimización y predicción de parámetros individuales. En tercer lugar, hay pocas patentes de diseño en el extranjero y poca influencia tecnológica. Las empresas extranjeras de servicios petroleros prestan atención al diseño global y establecen equipos de I + D en muchas regiones. Las empresas nacionales y los institutos de investigación científica están orientados principalmente al desarrollo de recursos nacionales de petróleo y gas, y el diseño de patentes en el extranjero es menor.

La tecnología de gemelo digital de los depósitos inteligentes de petróleo y gas se centra en romper la dirección

El gemelo digital es un sistema tecnológico integral que apoya la transformación digital de la ingeniería de petróleo y gas. la tecnología se está desarrollando, la aplicación se está profundizando y el sistema está evolucionando. su promoción de aplicaciones también es un proceso dinámico y evolutivo a largo plazo. El núcleo del gemelo digital incluye plataformas, datos y modelos. las empresas petroleras nacionales tienen muchas deficiencias en la adquisición de datos, la acumulación de modelos algorítmicos y el desarrollo de plataformas abiertas, que se han convertido en cuellos de botella que limitan el desarrollo del gemelo digital. En la actualidad, debemos adherirnos a la tracción de la demanda y la orientación al valor, sobre la base de intensificar los esfuerzos de investigación básica, tomar escenarios de aplicación con necesidades urgentes, buena base y gran potencial como avances, tomar la iniciativa en la realización de avances en áreas clave y enlaces clave, y establecer una serie de modelos típicos y proyectos de muestra.

El primero es llevar a cabo un estudio prospectivo básico sobre la tecnología de gemelo digital. Centrarse en la percepción de datos de gran capacidad, la fusión e interacción de datos de varios tipos y el mecanismo del modelo involucrados en la tecnología de gemelo digital: llevar a cabo la investigación y el desarrollo de tecnologías como la medición de gran capacidad y alto ancho de banda, el registro de alta precisión de la formación mientras se perfora, la detección de fibra óptica y los nanorobots de almacenamiento para proporcionar una base de datos para el gemelo digital; Llevar a cabo la investigación sobre el almacenamiento en la nube de datos de petróleo y gas, el intercambio de Big data y la tecnología de seguridad, estandarizar los datos caóticos basándose en estándares de datos unificados, completar la limpieza de datos en combinación con la lógica empresarial, converger para formar un lago de datos unificado para el modelado y el desarrollo de aplicaciones; Llevar a cabo investigaciones sobre optimización inteligente para el desarrollo de depósitos de petróleo y gas, alerta temprana de riesgos, visualización de depósitos de petróleo y gas, combinar Big data e inteligencia artificial, construir nuevos métodos y algoritmos para el modelado de pozos y depósitos, formar una tecnología inteligente de modelado integrado de ingeniería geológica, mejorar la eficiencia del modelado y la precisión del modelo, y proporcionar soporte para la simulación automática y optimización del plan de operación

El segundo es llevar a cabo la investigación sobre la tecnología de gemelo digital de equipos de petróleo y gas. Sobre la base de la Plataforma de diseño y gestión de equipos de petróleo y gas, se lleva a cabo la investigación de tecnologías gemelas digitales, como equipos de perforación, equipos de fracturación, sistemas de medición mientras se perfora y herramientas de aceleración subterránea, se construye una correlación entre los datos del ciclo de vida, como el diseño, fabricación, uso, gestión y mantenimiento de equipos, se prevé la calidad de los productos, se verifican los datos de pruebas in situ, se optimiza el rendimiento de los equipos, se mejora el proceso de producción, se captan los datos de tareas, los datos ambientales y los datos de apoyo al mantenimiento de los equipos en tiempo real, y se realiza la gestión y monitoreo en tiempo real de todo el Campo

El tercero es llevar a cabo la investigación sobre la tecnología de gemelo digital del pozo. Sobre la base de la descripción de los factores del entorno geológico de perforación, aprovechando al máximo la información de datos de las formaciones perforadas y perforadas, se llevan a cabo investigaciones sobre tecnologías gemelas digitales, como el diseño de perforación y terminación, la navegación de la trayectoria de los pozos, la optimización de los parámetros de operación de perforación y terminación y la alerta temprana de riesgos subterráneos, se adopta un método de Aprendizaje automático basado en datos para establecer un modelo de predicción de perforación y terminación de pozos de petróleo y gas, y se construye un escenario real de mapeo interactivo e integración de la simbiosis entre el espacio físico de perforación y terminación y el espacio virtual, a fin de lograr la transformación de La eficiencia de perforación y terminación de la "evaluación

El cuarto es llevar a cabo la investigación sobre la tecnología de gemelo digital de los depósitos de petróleo y gas. Sobre la base de los campos petroleros digitales, debemos profundizar en los recursos de datos existentes de exploración y desarrollo de petróleo y gas, integrar la aplicación de internet, computación en la nube y tecnología de Big data, explorar formas de implementación del gemelo digital de exploración y desarrollo de petróleo y gas, como la predicción de la capacidad de producción de pozos de petróleo y gas y la optimización de los parámetros de producción, construir un escenario de gemelo digital de mapeo interactivo e integración y simbiosis entre el espacio físico de exploración y desarrollo de petróleo y gas y el espacio digital virtual, y estudiar nuevas tecnologías y modelos para formar exploración de alta calidad de petróleo y gas y desarrollo económico

El quinto es construir una plataforma de gemelo digital integrada para la ingeniería geológica de depósitos inteligentes de petróleo y gas. Basado en el lago de datos de convergencia continua, se construye un gemelo digital subterráneo que se actualiza constantemente dinámicamente, y se construye una plataforma inteligente de aplicación de depósitos de petróleo y gas con este núcleo, y se desarrolla una aplicación comercial con un modelo de datos unificado y un sistema tecnológico para satisfacer las necesidades de aplicación de diferentes escenarios. Al mejorar la interoperabilidad entre los campos de la geofísica, la geología, la ingeniería de yacimientos petrolíferos, la perforación y terminación de pozos y la producción, la plataforma rompe los límites disciplinarios, logra verdaderamente la integración tecnológica y realiza el intercambio abierto de sistemas, proporcionando un ecosistema digital abierto y extensible para la parte a y los socios a través del procesamiento de código abierto.

Sobre la tecnología digital gemela de los depósitos inteligentes de petróleo y gas

■Arquitectura del sistema

Con la tecnología de exploración y desarrollo de petróleo y gas como línea principal y la tecnología digital como soporte, de acuerdo con la cadena de tecnología gemela digital de depósitos inteligentes de petróleo y gas, su arquitectura incluye principalmente tres partes: percepción de datos, gestión de datos y aplicación de escenarios.

（1）Percepción de datos

La percepción de datos se divide principalmente en la percepción de pozos y la percepción de depósitos, que se utiliza para proporcionar soporte de datos de alta precisión en tiempo real para la construcción de modelos digitales de depósitos de petróleo y gas gemelos y la actualización dinámica, y es la base de los depósitos digitales de petróleo y gas gemelos.

（2）Gestión de datos

La gestión de datos se divide en almacenamiento de datos, procesamiento e identificación de datos, intercambio de datos y seguridad, que se utiliza para procesar y gestionar los datos no estándar de múltiples fuentes y tipos medidos, proporcionando datos estandarizados para depósitos digitales de petróleo y gas gemelos.

（3）Aplicación de escenarios

La aplicación de escenarios es el núcleo y el objetivo del modelado digital de depósitos de petróleo y gas gemelos y la actualización dinámica, con el objetivo de mejorar la eficiencia de la exploración y el desarrollo de depósitos de petróleo y gas y el nivel de inteligencia. De acuerdo con el proceso de exploración y desarrollo de petróleo y gas, incluye principalmente modelado de perforación y optimización en tiempo real, modelado de fracturación de terminación de pozos y optimización en tiempo real, modelado de producción y optimización en tiempo real.

■Avances tecnológicos

（1）Gemelo digital de equipos de petróleo y gas

La tecnología de gemelo digital se utiliza para integrar las entidades físicas de los equipos de petróleo y gas con la tecnología de análisis de datos. a través de un modelo de aprendizaje profundo almacenado en la plataforma en la nube, se detectan automáticamente los defectos y anomalías de los equipos, se proporciona alerta temprana de posibles fallas, se formulan planes de detección basados En riesgos y se evitan pruebas y reparaciones periódicas innecesarias.

Eni ha desarrollado un entorno virtual de perforación en cooperación con seban para virtualizar plataformas de perforación semisumergibles, que pueden realizar funciones como caminar por plataformas de perforación virtuales, reproducir procesos operativos, experiencias virtuales interactivas seguras y simulación de Operaciones de pozos de petróleo y gas.

（2）Gemelo digital de pozos de petróleo y gas

El gemelo digital del pozo es la presentación digital del proceso de perforación real, que se puede aplicar a todos los aspectos del ciclo de vida completo de la construcción del pozo, como el diseño, la preparación, el entrenamiento y la predicción en tiempo real, para optimizar los parámetros de la operación de perforación, la alerta temprana de riesgos subterráneos y la navegación inteligente, y mejorar la eficiencia de la operación. En el período de transformación digital, es particularmente importante mejorar la eficiencia de la perforación a través de la simulación y el análisis predictivo.

drilling ha aplicado la tecnología de gemelo digital para construir un sistema de gemelo digital de perforación, cuyo objetivo principal es mejorar la eficiencia de la perforación y acortar el tiempo no productivo. El sistema de gemelo digital se basa en un modelo de base física y utiliza datos de perforación en tiempo real en tierra y pozo para modelar en tiempo real para supervisar y optimizar el proceso de perforación.

（3）El gemelo digital de los depósitos de petróleo y gas

La compañía de petróleo y gas está construyendo un gemelo digital de depósitos de petróleo y gas. a través de sensores instalados en el pozo, se obtiene información sobre herramientas y equipos en el pozo e información sobre el Estado del depósito. el Estado del pozo y el Estado de funcionamiento del equipo se pueden combinar con el Estado de producción del pozo para lograr el desarrollo óptimo del depósito de petróleo y gas.

La compañía Noruega de software futureon combina su aplicación Field AP y su plataforma de gestión de datos basada en la nube Field Twin con la Plataforma itwin de Bentley Systems para lograr la integración de la gestión de datos y el diseño de desarrollo visual y el análisis de modelado, ayudando a construir un gemelo digital para el desarrollo de petróleo y gas marinos, mejorando el nivel de diseño de exploración y desarrollo aguas arriba de petróleo y gas, y permitiendo a la compañía petrolera mejorar aún más el rendimiento, la operación y la rentabilidad de las operaciones de ingeniería.

■Clave de la aplicación

（1）Medición y transmisión de datos de varios tipos

El gemelo digital de los depósitos inteligentes de petróleo y gas implica cuencas digitales, campos petroleros digitales y construcción digital de pozos. la clave es la interacción entre los modelos digitales y las entidades físicas, es decir, reflejar los cambios dinámicos de las entidades físicas a tiempo o en tiempo real, principalmente la medición en tiempo real, la transmisión y la interacción y actualización de datos en el gemelo digital de los depósitos de petróleo y gas.

Si bien la construcción de gemelos digitales en depósitos de petróleo y gas requiere soporte de datos de varios tipos, también necesita garantizar el tiempo real de la medición y transmisión de datos, así como la frecuencia, precisión, fiabilidad y estabilidad de la medición de datos.

（2）Fusión e interacción de datos multiescala

Los depósitos inteligentes de petróleo y gas involucran muchos campos, como geofísica, geología, ingeniería de embalses, ingeniería petrolera, mecánica de rocas, matemáticas e informática. los datos de exploración, desarrollo y producción de campos petroleros tienen problemas como grandes escalas, muchos tipos, grandes diferencias en la cantidad de datos y grandes diferencias de resolución. la utilización integrada de estos datos de diferentes escalas es un cuello de botella de datos para la construcción de gemelos digitales de depósitos inteligentes de petróleo y gas. es necesario lograr la convergencia, estandarización, procesamiento, almacenamiento, gestión, intercambio de datos y mejorar la seguridad de la red para proteger las instalaciones físicas y virtuales de los ataques cibernéticos.

（3）Establecimiento de escenarios de aplicación e investigación de mecanismos

Solo estableciendo escenarios de aplicación en torno a áreas de negocio como exploración, desarrollo, producción y operación de petróleo y gas y apoyándose en el gemelo digital de depósitos de petróleo y gas para proporcionarles soporte de aplicación inteligente podemos lograr el objetivo de empoderar a la industria del petróleo y el gas. Centrándose en varios escenarios de aplicación, la construcción de modelos y la optimización de algoritmos son el núcleo de la tecnología de gemelo digital. es necesario llevar a cabo investigaciones teóricas y metodológicas basadas en inteligencia artificial avanzada y Aprendizaje automático para establecer métodos de monitoreo en tiempo real de herramientas y equipos, diseño de pozos de petróleo y gas, optimización de parámetros de perforación, predicción de riesgos y optimización de producción.