数字化技术助石油天然气行业实现碳中和

Bentley 软件公司解决方案营销经理 Richard Irwin

石油天然气生产商面临着越来越大的压力，它们需要适应气候变化，减少碳排放，并专注于可再生能源的收入来源。为缓解这种压力，发电机构需要采用可再生替代能源，虽然有些公司已经成为早期采用者，但许多运营商正在考虑对他们的业务模式做出实质性的改变，以适应这种转型。

在向可再生替代能源转型的同时，仍在从事上游经营的石油天然气生产商面临着诸多趋势在影响他们，他们关注的重点放在帮助他们实现目标的数字化技术解决方案上。具体而言，他们希望确保将技术和知识差距保持在最低水平，克服管理和优化当前运营面临的挑战，同时减少对环境的影响，解决数据问题，即如何管理生成的海量数据，挖掘数据价值，并确保每个人都可以访问数据。

现状

石油天然气需求增长的一个主要趋势是，尽管相关部门正在推动可再生能源的普及，但在可再生能源替代传统石油天然气之前，对可靠和更加经济的能源的需求不会消失，对传统石油天然气的依赖可能会延续到未来30至50年。乌克兰战争使我们对能源的依赖更加明显，加剧了对更经济的替代能源的需求。尽管对低碳和零碳能源项目的资本投资在迅速增长，但仍低于对基于化石能源的基础设施的总体投资。这是因为石油天然气生产商主要分为三个不同的阵营：

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

完全转向可再生能源。批量转换策略即完全取代石油天然气生产，转向可再生能源，这是更加环保的方法。这种方法对那些足够灵活和明智的运营商很有吸引力，他们会先于主要的、往往是更大的竞争对手采用替代能源。

逐步过度到可再生能源。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，例如碳捕获、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，这些可再生能源最终将取代核心的石油天然气业务，因为人们普遍预计，不断增长的可再生能源产能将取代化石能源在世界能源结构中的地位。通过探索和获取接近他们的战略机会，例如北海的资产，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，将实现这种转型。

可迁移的技术

加速向可再生能源转型的一个方法是将一个行业的技术和技能重复利用到另一个行业，它可以是人员、技术、解决方案或合作伙伴将一个项目的相同原则应用到另一个项目中。布洛克岛海上风电场就是一个例子，它是美国第一批商业风电场之一，于 2016年12月开始投入商业运营。

与陆地工程结构相比，海洋工程结构面临的挑战更多，因为它们要面对风、海浪和洋流的挑战。在结构上，风机基础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，该公司建造的石油天然气平台经受住了卡特里娜飓风的袭击，没有受到损坏。

公司利用在海洋工程结构的制造、施工和安装方面的知识和经验，注重可施工性、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。该公司与Bentley在海上石油天然气行业有着悠久的合作历史，而且在风机的结构分析方面拥有丰富的专业知识。如果没有这些，在没有必要的成功保证和恢复力的情况下，项目可能需要更长的时间才能完成。

从环境角度来看，那些将逐步转型的公司，以及那些将在未来几十年继续生产石油天然气的公司，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。实现这一目标的方法有许多。

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着诸多挑战，其中的主要挑战之一是从许多不同的数据孤岛整合信息的能力。它可能是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。孤岛式数据会带来瓶颈，因为维护和运营人员找不到快速解决问题所需的信息。当团队将大部分时间用来查找正确的信息并确认是不是最新的和可靠的信息时，作出正确决策需要太长的时间。他们缺乏正确信息的可见性和获取途径。

除了整合孤岛式数据，石油天然气行业还存在一个问题，即如何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。这没有唯一的答案，因为投资回报率可以通过多种方式计算。最近更具协作性的供应链带来的改进与通用数据和信息进一步提升了执行绩效。极为重要的是，这些改进推动制定更佳的决策，从根本上实现了更佳的解决方案。

如果行业要迎接严峻的“净零”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。我们看到的是，随着时间的推移，公司实现了效率提升，它们查找准确的信息，信任这些信息，无需前往海洋工程现场。这些改进很容易量化，但考虑到对安全性的关注，它们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。数字化对于持续运营来说的确是必不可少的，也是公司保持竞争优势和安全性的必需因素。

将分析和机器学习技术融入可靠性解决方案，例如Bentley提供的 AssetWise服务，就可以实现连通性、数据互用性、可视性和洞察，这些在以前全部隐藏在这些数据孤岛中。这些解决方案可以让我们更加全面地全天候了解运营性能和可靠性，因为持续监测和报告可以显示未来事件或问题的早期信号。这些可靠性和分析解决方案可以提供多种使用案例，帮助减少排放，实现净零目标。

如何开启净零之旅

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

第一步是预防故障，因为故障会导致设备无法达到最佳效率，甚至造成停机。例如，水泵的运行效率达不到最佳水平时，不仅会导致能耗增加，也会导致可靠性下降，这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。例如，OQ Upstream制定了资产性能管理战略，这是一家综合能源公司，在阿曼经营和管理着几十家工厂、数千项资产以及超过4500公里的管道。他们在2022年基础设施数字化光辉大奖赛中提名参赛的项目，即 “流程和发电”类别决赛入围项目中，实现了资产性能管理的数字化。他们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。

优化运营的另一种方式是更加高效地监测和管理资产。在最近的McKinsey报告中提到，平均而言，生产效率提高10%，排放强度就会降低 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以及报告与控制排放至关重要。确保这些数据触手可及，可以保证您的业务运营在这些方面符合政府和行业准则：生产、化学品使用、燃烧、水中油污最小化以及许多其他因素。

例如，印度的Cairn Vedanta就是更高效地优化现有资产的典范。他们使用Bentley的AssetWise 4D Analytics，从800多个陆地和海洋油井采集所有油井完整性和流量保证数据。他们将多个系统的数据聚合到一个解决方案中，然后通过分析，创建了近乎实时的资产健康状况和性能图。接下来，他们确定哪些油井在增产后的性能与成本不匹配。有了这些数据，他们就可以决定是继续使用、淘汰还是对油井进行改造，从而在减排和成本方面都得到改善。这使他们能够采取前瞻性的方法进行完整性管理，消除可能的故障，或尽快做出调整，创建更加可持续的运营。

数字孪生的作用

这些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及模型，以及运营和IT信息。数字孪生系统推动理解、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，石油天然气运营数字化程度不断加深，数字孪生技术变得更加重要。Gartner表示，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、现场数据集成以及动态软件配置功能。随着向可再生能源转型的需求不断升级，对复杂的石油天然气数字孪生的需求可能越来越少。无论如何，数字孪生为任何数字化运营带来的优势极具吸引力，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。

• 在实地探访之前，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，重点在于如何构建数字孪生，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，即关于资产的整套信息，而不只是模型和工程。企业如何连接到他们的供应链，保持开放的选择，在全球范围内高效地合作？采用这些实践将决定未来五年石油天然气和能源行业的发展趋势。进入市场的新企业将成为这种转变的催化剂。另一个变化因素将是数字孪生与运营和业务系统的连通。新的联合与集成方法是必不可少的，可用的打包集成工具在业界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的潜力。石油天然气行业是采用数字孪生的引领者。这一点从入围2022年光辉大奖赛决赛的壳牌公司以及他们的深水项目交付数字化平台中可以得到证明。该项目利用PlantSight创建的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。

结论

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，石油天然气公司现在正在努力更新他们的战略和转移资本。数字孪生等技术将发挥巨大的战略作用，因为它们可以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，或者长期投资自主的技术。

最后，石油天然气公司需要与那些拥有专业知识、领域知识和技术的供应商合作。例如，在太阳能、海洋和陆地风能、水电以及其他资源等可再生能源项目中，Bentley应用程序已经被长期应用，涵盖设计到运营阶段，帮助能源转型更加顺利。尽管数字孪生只是实现净零排放未来目标的选择之一，但它仍然是数字化进程和石油天然气行业的关键。