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　　數字孿生、增材制造……小到設備工具，大到產業布局，當新生態系統不斷涌現、行業邊界漸趨模糊，越來越多的傳統企業都在試圖通過擁抱新技術，重構自身業務模式，以從容應對企業的周期問題和行業變革的挑戰。數字技術驅動作為其共有的特性，通過協助人工提升工作效率、改善作業鏈流程、節約生產成本，給未來帶來新的可能性。

　　據中國石油經濟技術研究院發布的《2050年世界與中國能源展望》，以數字化、智能化和納米技術為主要特征的第五次油氣生產技術革命正在來臨。在此情景下，2020年數字化和智能化技術開始在油氣生產領域規?；瘧?，可以提高油氣采收率20%以上，成本下降20%以上。

　　物理世界和虛擬世界的“橋梁”

　　數字孿生(Digital Twin)，字面意思是指物理產品在虛擬空間中的“數字化雙胞胎”。在“雙胞胎中”，一個是存在于現實世界的實體，它可以小到一枚零件，又可以大到一家工廠甚至是一座城市；而另一個則是利用數字化技術營造出來的與現實世界相對稱的虛擬鏡像。因而有人生動地將其比一座能夠在物理世界和數字世界之間全面建立準實時聯系的橋梁。數字孿生的建立與成熟，有賴于大數據、云計算、人工智能等一系列技術的集成?？梢哉f，數字孿生將引發設計和流程的顛覆式創新。

　　數字孿生一大亮點，在于其能夠貫穿產品的全生命周期，從設計、采購到施工、調試再到運營，復雜資產或流程建模均可適用。傳統的復雜資產或流程會與周圍的環境發生不同形式的交互作用，因而很難在整個產品的生命周期內開展結果預測。數字孿生的創建可結合各種不同的實際情況，通過實時更新數字拷貝，監測操作的完整性和運營流程、運轉設施等性能，還可以通過分析收集到的信息，模擬并評估相應行為，不斷優化從油井到處理設施的操作。

　　因此，在建立數字孿生的過程中，油氣公司保持工程信息和過程數據的實時更新至關重要。在不久前的長三角一體化論壇上，國家工信部相關負責人提出，加強5G、大數據、人工智能等新一代信息技術與制造業的技術融合，加快企業全鏈條數字化改造，加強各業務環節數字化應用和數字的集成共享，面向重點行業產品全生命周期打造數字孿生系統。

　　在能源領域，數字孿生將成為推進油氣行業轉型的加速器。一方面，數字孿生能夠搭建物理事物或系統的動態軟件模型，并依賴傳感器數據理解其狀態，對變化做出及時響應。簡言之，數字孿生通過模擬一系列工藝流程，能夠在不涉及物理實體的情況下提供解決方案。由于油氣工業資產密集型的性質以及對大量昂貴儀器設備的依賴，再加上這些設備通常在偏遠、不安全的地方運行，尤其是對海上作業來說，一經開始就不能輕易關井停產，但各種作業調整、防護及突發事件往往又影響到實際生產，業內人士分析數字孿生最終將成為技術人員與傳統監測控制設備組合的代理，有效解決上述難題。

　　另一方面，數字孿生可以幫助油氣企業對設備故障提前響應，使業主運營商能夠在故障發生之前預判風險并實施糾正性防護措施，縮短故障停機時間，減少運營成本。今年10月，康士伯數字化公司簽署了一項協議，旨在將挪威的Nyhamna天然氣處理廠設施實現數字化，作為Nyhamna的技術服務提供商，A/S挪威殼牌公司董事總經理Johnsgaard-Lewis表示，殼牌的數字化戰略由價值驅動，其基礎是找到更好的解決方案，以推動業務成果的改進，進一步提高天然氣設施的生產效率和穩定性。

　　利用數字孿生驅動價值創造，在油氣行業目前已有實際應用。BP公司應用油田生產模擬與監控系統APEX，創建了生產系統的虛擬副本，以優化上游生產。從海底巖石流到井筒立管，再到復雜的石油管道網絡，最后到原油加工基礎設施，開采石油的流動路徑龐大復雜。石油工程師每天都要經過大量計算，確定打開哪些閥門、施加哪些壓力、注入多少水。在以往，這些操作都需要個人憑借技能和經驗，決策制定相應措施，卻也埋藏著潛在的風險。而利用數字孿生模擬與監視系統，能夠以數字化形式重現真實世界設施的每個元件，快速模擬即將發生的后果，提升了作業的穩定性與安全性。

　　尖端制造業發展的重要方向

　　增材制造(Additive Manufacturing)是近年來工業制造領域的又一變革，是指通過運用計算機輔助設計(CAD)或三維物體掃描儀，以分層制造、逐層疊加的方法制造實體零件。增材制造可分為快速原型制造和金屬構件直接制造兩大類。

　　快速原型制造的主要方法有3D打印、立體印刷、疊層實體造型、熔融沉積造型、選擇性激光燒結等，主要用于制造尺寸較小的原型樣件或模型?？焖僭椭圃炀邆渖蓮碗s幾何圖形的能力，從而減少了零件數量和裝配時間，提升機械性能。而傳統的制造方式是將整體拆分成不同的零部件，以便進行后續安裝，比如許多部件被分為兩半，再最終焊接成一個完整的構件。相比之下，3D打印則可以直接生成部件，減少損耗。GE(美國通用電氣)在其位于意大利的石油天然氣工廠開設了一條增材制造零部件生產線，用于制造以激光為基礎的燃氣輪機，其打印的最大燃氣渦輪機運作效率高達64%。

　　快速原型制造的另一優勢體現在能夠實現“零庫存”。傳統情況下，油氣工業所需的一些備件使用頻率不高，但卻對生產至關重要。一方面，由于故障停機所產生的高成本，使得及時交付高質量的部件進行維護維修，成為成本控制的重要環節。

　　油氣公司只能通過儲存大量的關鍵部件，以努力將非計劃停機時間縮至最少，卻也造成了大量閑置資源的浪費。另一方面，由于很多大油氣公司的業務遍布世界各地，如果部件沒有足夠的庫存支撐，而在調度部件上花費過多時間，又將產生昂貴的停機費用。增材制造正是解決這一困境的有效方法。通過按需打印的方式，縮短了備件生產和調配的時間，更減輕了庫存壓力，優化了設備維護流程。

　　除快速原型制造外，增材制造的另一類型——金屬構件直接制造，采用高功率激光束、電子束、等離子束等對粉末或絲材進行逐層熔化或凝固堆積，直接制造出致密金屬零件。相較于傳統的大規模生產，這種生產方式在小批量定制產品的生產上更具優勢，已在航天、核工業等領域成功應用。盡管金屬材料的增材制造技術實現難度較大，但作為整個增材制造體系中最具前沿性的技術，已成為未來先進制造技術發展的重要方向。

　　探索場景下的多個應用可能

　　中國石油集團石油管工程技術研究院正朝著此方向進行深入探索，曾聯合南方增材科技有限公司，在國內首次將電熔增材技術應用于高鋼級、大口徑、厚壁三通的制造，產品性能滿足“中俄東線站場低溫環境用OD1422 X80熱擠壓三通”的標準要求。據參與此項目的技術專家吉玲康介紹，電熔增材制造技術是對傳統制造技術的一次重大變革，通過采用數字化、智能制造技術，無需模具加工，克服了制造能力的壁厚壁壘和無厚度局限，使產品質量更加穩定，同時具有優異的綜合性能，力學性能達到甚至超過鍛件的水平，其各部位、各方向、壁厚心部和表面的性能和組織均勻，無方向性和厚度效應。

　　“電熔增材技術通過提升三通的材料性能，使其能夠較好適應零下40攝氏度的環境?！奔峥当硎?，大口徑高強度厚壁三通一直都是我國高壓長輸管線建設的瓶頸之一。傳統的熱擠壓三通制造方法，受到設備熱加工能力的局限性，無法滿足標準的壁厚要求。在支管熱拔過程中，多次的高溫熱處理與后續熱處理造成表面和中心部位的組織、性能差異明顯，中心部位的屈服強度和夏比沖擊吸收能量顯著下降，屈服強度下降意味著更易發生不可恢復的永久變形，沖擊吸收能量下降意味著韌性更低，更易發生脆性斷裂。三通管體的焊縫采用手工電弧焊接，焊接效率低、焊縫沖擊韌性差制約著管件的整體性能提升。而油氣工業的復雜機械需具備魯棒性能(robust performance)并且滿足當地的環境條件，因而采用電熔增材技術成為破解這個難題的有效措施，目前石油管工程技術研究院還在進行相關技術的驗證實驗。

　　盡管增材制造的應用場景豐富，并體現出諸多優勢，但在法律和監管方面仍需注意，尤其是行業內的認證問題。傳統生產模式下，制造商既擁有知識產權，同時又在集中設施中生產零部件。而在增材制造的新模式下，制造商得以在不同地方使用數據實現生產，因而引發了對合理使用知識產權的爭議。業界專家認為，解決這一問題可以參照“iTunes”模式，即藝術家通過授權數字媒體播放應用程序，使得公眾可以下載音樂，油服公司也可以通過授權使用CAD數據，實現相關零件的3D打印。

　　油氣行業擁抱智能化 迎接新挑戰

　　12月上旬，由北京市人民政府和國務院發展研究中心主辦的“2019全球能源轉型高層論壇”在京召開。論壇主題是能源技術革命引領產業發展和新業態，物聯網、人工智能、大數據、云計算、5G等新一代智能化技術成為會議探討的熱點，技術的快速發展，為全球能源轉型提供了強有力的支撐，正在重塑油氣工業的格局，帶來新的發展機遇和價值。

　　行業挑戰呼喚良策

　　由于油氣資源稟賦差及外界環境因素，我國油氣工業在經歷多年高速發展后，近年來正面臨多個方面的嚴峻挑戰。

　　我國主力油田普遍進入特高含水后期開發階段，采出液含水率超過90%，剩余油高度分散，產量呈嚴重遞減趨勢，開采難度日益增大，成本大幅提高，嚴重影響石油產量，全國石油產量連續3年下滑至2018年的1.89億噸?？刂飘a量遞減幅度成為老油田的迫切任務。

　　隨著勘探程度不斷加深，常規油氣田大型發現的幾率很小，非常規資源成為重要的接替，新發現的優質資源越來越少，特低、超低滲透和致密等低品位資源占70%以上。非常規油氣的大規模開發需要借鑒北美的新技術。在斯倫貝謝北亞區總經理趙剛看來，開發非常規油氣時，思維方式、利用新技術新設備的方式，以及商業模式也需要相應變化。因為各個職能部門之間的協調機制不完善，國內油氣產業形成碎片化的布局，制約上游生產效率。

　　當前，油氣生產外部環境形勢依然嚴峻。一方面面臨低油價困境，國際油價于2014年下半年斷崖式下跌，此后持續低迷，近期雖有回升，但中低油價仍可能持續相當長的時間。在低油價下，油田必須降本增效，才能盈利。另一方面，安全環保壓力加大，安全環保標準提高，成本增加?！碍h保區域內的生產井要全部關閉，全國每年大體影響1000萬噸產量?！敝袊こ淘涸菏宽n大匡說。

　　盡管面臨諸多挑戰，國內油氣勘探開發力度仍不斷加大，以緩解逐年攀升的油氣對外依存度，保障國家能源安全。解決上述難題，需要大幅提高效率、降低成本，在油氣生產中引入智能化技術是重要手段。如利用大數據、人工智能技術可以有效增加勘探的科學性，減少不確定性，從而增加高品位儲量的發現，緩解石油資源劣質化的趨勢。

　　智能化帶來新變化

　　油氣勘探開發要入地，俗話說，上天容易入地難，這是因為地下看不見摸不著，不確定性太大，但是隨著新技術的發展，透視地下已經不再是神話。在論壇上，潛能恒信能源技術股份有限公司董事長周錦明，用動畫演示了雄安新區地下整個立體結構，透視深度可達一萬米以下。他介紹，這是采用目前最先進的多震源的傳感器，采集地下數據，利用人工智能與三維WEFOX成像技術透視獲得的結果?！澳壳跋M的能源85%以上來源于地下，地面僅占14%，地下的東西看不見摸不著，都需要透視地球，融合現在的人工智能，地下資源的勘探開發將更加智慧?！?/span>

　　盡管透視地球融合人工智能技術目前并未應用于油氣勘探開發，但已有的實踐表明，智能化建設確實能給油氣生產帶來紅利。華為公司中國區企業方案首席技術官董偉嗣介紹，基于AI知識計算平臺，測井油氣層識別效果顯著，實例顯示，新井解釋效率從數天降至1天，新井識別符合率提升15%，解釋時間減少80%，綜合成本下降50%。

　　智能化技術飛速發展，為石油企業的轉型升級提供了一條全新的進階之路?？梢钥吹?，目前全球的大型石油公司也都為迎接這場智能化轉型做了大量準備。例如，殼牌就宣布在石油行業大規模推行AI應用，方向為機器學習和問答/對話機器人領域；英國石油也在認知計算和知識圖譜領域重金投入，開發了基于知識圖譜的問答式查詢服務以及基于深度神經網絡的仿真建模；而哈里伯頓則聚焦邊緣計算、智能機器人、自然語言處理等方向，希望能夠將AI技術整合到油氣勘探和生產生命周期中。

　　國內各大石油公司也在不斷探索智能油氣田的建設模式。中國石油11月27日發布了勘探開發夢想云平臺2.0版本，其上游業務信息化邁入一個更高階段，開啟數字化轉型新篇章。截至目前，夢想云平臺統一數據湖已管理48萬口井、600個油氣藏、7000個地震工區、4萬座站庫，共計1.7PB。中國石化在國內石化行業率先開展智能工廠，生產運行管理水平有效提升，生產數據自動采集率提高10個百分點。中國海油目前正在開展數字化轉型頂層設計工作，將在2025年基本建成智能油田。

　　加快推進智能化發展

　　招商局集團海洋工程技術中心總經理劉建成在演講中表示，海洋鉆井平臺自動化智能化的進程確實比較慢，雖然鉆井技術有了顯著發展，但是很多操作還是停留在人工干預上面。近20年來，平臺上配置的人員基本沒有變化，甚至有的還增多。

　　事實上，不僅是海洋鉆井領域，整個油氣行業的智能化程度都不足。斯倫貝謝展示了國外研究機構對全世界各行業數字化程度的研究結果，數據顯示，油氣行業數字化程度幾乎排在最末端，遠遠落后于旅游、媒體和電信等行業。目前我國油氣行業的信息化處于較高級階段，數字化技術已經起步，但距離真正的智能化還相差很遠，亟須加快發展步伐。

　　劉建成表示，盡管低油價等因素減緩了鉆井智能化發展，但是不能否定的是，數字化、智能化在石油鉆井中的應用降低人員操作風險，使系統的可靠性和操作性得以提升。預計在2030年左右有望實現全自動鉆井，如果油價回升更多，會更早實現。為了適應深水、北極、沙漠等惡劣環境的需求，2050年前后會有望實現無人化鉆井，給鉆井平臺帶來一次新的革命。

　　中國石油集團經濟技術研究院的預測顯示，到2020年，數字化和智能化技術開始在全球油氣生產領域規?；虡I應用；2025年前后，在全球油氣生產領域大規模推廣；2030年后，將得到全面應用。數字化和智能化技術在油氣生產領域的應用可以提高油氣采收率20%以上，而成本可以下降20%以上。這將大大增加全球油氣資源量，提升油氣競爭力。

　　全球能源行業都在呼喚著油氣生產效率得到革命性提升，國內出于國家能源安全的考慮，近幾年油氣大規模增儲上產，提速增效更加緊迫，很多可動用資源是非常規的?！爸悄芑瘯寗幽茉葱袠I在短時間內產生革命性、爆發性的變化，蘊藏著巨大的商機?！壁w剛對能源行業的智能化前景充滿信心。（記者 李小松）

　　人工智能對于油氣行業發展影響深遠

　　現代工業的血液、人類工業發展的支柱等等溢美之詞，用來形容石油對于人類社會發展的貢獻并不為過。自內燃機替代蒸汽機以來，石油在能源界的統治地位無可撼動，作為現代工業最重要的組成部分，影響著社會發展的方方面面。從衣食住行都離不開石油工業的影子，實體經濟的發展依賴于石油行業發展。然而，時代的變遷促使人類利用化石能源的節奏需要改變，科技時代互聯網的進步讓人們體會到了前所未有的親近感，網絡技術幾乎滲透到了生活的每個方面，去哪里加油、加什么型號的油早已成為了每個個體在網絡時代留下的痕跡，這一切綜合因素的總合，就是未來數字化、智能化、人工智能、網絡等多方面、多維度的影響，將傳統能源行業同這些部分相融合在一起。如果想象力足夠，這甚至會對行業發展產生顛覆性的創新。

　　近年來，國際石油天然氣公司會在各種場合提及并重點關注人工智能、數字化發展的問題。目前，兩個行業的互融互通依舊相對有限，處在較為初級階段?；ヂ摼W將數字化快速地數據分析轉化為有型的數據資產，油氣行業由于全產業鏈較長各部分業務差異較大，因此數字資產整合更加繁瑣，如何能通過網絡和人工智能綜合性提升油氣行業全產業鏈發展，需要更大膽的創新與探索。但可以肯定的是，人工智能未來對于油氣行業的影響是巨大的，油氣勘探開發行業引入的數字化模型技術，已經讓地下那個未知的世界正在如實地還原其本來面貌，3D技術隨時可以了解地下油氣藏的分布，鉆井效率大幅提升，成本隨之下降；煉油化工行業則通過數字化整合，將各生產環節的物料配比達到最優，從而使得成本下降，產品質量更有保障，對于市場的需求反映也更加快速；銷售行業同互聯網、人工智能的銜接則更加緊密，直面消費市場的敏感，讓數據更加人性化服務于客戶消費體驗。這些可以想象到的場景，實際已經在逐步實現了，未來更大的全景式互動場景將產生更加巨大的革新性變化。(蘇子開)