Комплексное руководство по цифровым двойникам в нефтегазовой отрасли

В отраслях, которые в значительной степени зависят от активов и операций, таких как нефть и газ, обеспечение эффективного мониторинга, обслуживания и управления оборудованием и процессами имеет решающее значение. В этом отношении цифровые двойники в нефтегазовой отрасли фундаментально меняют операционную среду нефтегазовых компаний. Исследования, проведенные Обществом инженеров-нефтяников (SPE),  показали, что время, потраченное на предотвращение осложнений и аварий, составляет примерно 20–25% от общего времени строительства скважин.

Основы цифровых двойников в нефтегазовой отрасли  

Что такое цифровой двойник?

Цифровой двойник служит виртуальной копией физических активов, развернутых на местах: от насосов и компрессоров до турбин и трубопроводов.

Чтобы концепция цифровых двойников была эффективной, необходимо иметь доступ к актуальным оперативным данным в режиме реального времени, относящимся к этим активам. Хотя достижения в области облачных вычислений, расширенной аналитики и искусственного интеллекта произвели революцию в отрасли, эффективность цифрового двойника зависит от его интеграции с централизованным хранилищем данных, содержащим исчерпывающую информацию, связанную с активами.

Создание цифрового двойника следует алгоритмическому процессу. Первоначально создается 3D-модель, а затем она обогащается важными деталями, включая компоновку, геометрию, схемы и технические характеристики, собранные из различных источников. Этот консолидированный набор данных используется различными отделами, включая проектирование, закупки и эксплуатацию.

Поскольку цифровой актив автоматически обновляется с использованием новейших данных об эксплуатации и техническом обслуживании, операторы могут без труда получать соответствующую информацию о состоянии и производительности активов с помощью тегов данных. Благодаря упреждающему устранению сбоев или перебоев в производстве меры профилактического обслуживания имеют приоритет над мерами реагирования, что продлевает срок службы активов и снижает расходы на техническое обслуживание в долгосрочной перспективе.

Преимущества цифровых двойников в нефтегазовой отрасли

Экономия затрат

Интеграция цифровых двойников дает существенные преимущества в экономии средств. Например, их внедрение в шельфовые нефтегазовые проекты в Северном море привело к экономии, превышающей 2 миллиона евро для проектов с верхними строениями весом 10 000 тонн. Согласно исследованию GEP, цифровые двойники и интеллектуальные системы данных могут снизить общие затраты на проекты вывода из эксплуатации для операторов нефти и газа на 9–15%. Более того, если прогнозы Gartner оправдаются, к 2021 году почти половина основных промышленных приложений будут использовать цифровые двойники, что повысит операционную эффективность на 10%.

Операционная эффективность

Цифровой двойник служит сложной копией физических активов, охватывающей подробные планы всей инфраструктуры, включая трубопроводы, системы сбора, теплообменники, турбины, насосы и компрессоры. Такое комплексное представление позволяет компаниям моделировать процессы, осуществлять контроль и облегчать мониторинг состояния оборудования. Цифровые двойники повышают производительность производства за счет упреждающего выявления проблем с оборудованием, открытия возможностей для улучшения процессов и минимизации незапланированных простоев. Благодаря использованию цифровых двойников нефтегазовые компании быстро получают значительные выгоды. Даже скромное увеличение производства на 0,1%, обусловленное повышением технологической и операционной эффективности, оборачивается для этих компаний дополнительными доходами в миллионы долларов.

Безопасность на рабочем месте

Используя интеллектуальные носимые устройства, такие как умные часы, носимые голографические компьютеры, интеллектуальные проекционные дисплеи (HUD), метки Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) и интеллектуальную рабочую одежду (включая биометрические жилеты, каски и ботинки), нефтегазовые компании эффективно повышение безопасности труда. Эти устройства, дополненные цифровыми двойниками, позволяют в режиме реального времени узнавать о местонахождении оператора в конкретных условиях, контролировать воздействие опасных сред, снижать усталость оператора как основную причину инцидентов и доставлять важную информацию на завод в режиме реального времени, когда наиболее нужный.

Применение цифровых двойников в нефтегазовой отрасли

1. Мониторинг нефтяных месторождений и прогнозное обслуживание

Цифровые двойники играют ключевую роль в прогнозном обслуживании активов, заблаговременно выявляя потенциальные проблемы, тем самым сокращая незапланированные простои и оптимизируя затраты на техническое обслуживание. Используя прогнозную аналитику, цифровые двойники постоянно контролируют производительность полевого оборудования, генерируя уникальные сигнатуры активов, которые инкапсулируют важную информацию, такую ​​как условия окружающей среды, эксплуатационные параметры и исторические данные о загрузке. Затем данные в реальном времени сравниваются с этими моделями для обнаружения любых отклонений в закономерностях и запускают уведомления раннего предупреждения, чтобы предотвратить серьезные сбои и обеспечить эксплуатационную надежность.

2. Проведение динамического моделирования для достижения оптимальных производственных процессов.

Динамическое моделирование, осуществляемое с помощью цифровых двойников, революционизирует производственные рабочие процессы, позволяя осуществлять тщательное планирование и анализ перед развертыванием. Запуская моделирование перед физическим развертыванием, разработчики рабочих процессов получают полное представление о потенциальных узких местах и ​​неэффективности, что позволяет им оптимизировать процессы для повышения производительности. Цифровые двойники, интегрированные с моделированием и аналитикой данных, предлагают полезную информацию о текущих рабочих процессах, помогая в упреждающем решении проблем и предлагая жизнеспособные альтернативы для решения производственных проблем по мере их возникновения.

3. Моделирование реальных сценариев бурения для определения возможности использования оборудования.

Цифровые двойники представляют собой сложную платформу для моделирования реальных сценариев бурения , предоставляя бесценную информацию о осуществимости оборудования. Заблаговременно выявляя потенциальные проблемы и проблемы, операторы могут оптимизировать эффективность оборудования и снизить общие затраты на строительство скважин. Кроме того, цифровые двойники улучшают геотермальное бурение за счет оптимизации операций и ускорения сроков строительства скважин  , тем самым оптимизируя плановые перемещения буровых установок и другие услуги по обслуживанию скважин.

4. Оптимизация производства с помощью цифровых двойников

Цифровые двойники помогают оптимизировать добычу нефти и газа, предоставляя анализ данных на пяти различных этапах, а именно:

• Организация и внедрение компьютеризированной системы управления техническим обслуживанием (CMMS)
• Повышение надежности активов
• Управление конфигурацией информации
• Оптимизация операционной информации
• Пожизненное обслуживание и управление активами (вечнозеленые цифровые двойники)

5. Интеграция данных для интеллектуального управления активами 

Интеллектуальное управление активами предполагает получение данных из нескольких источников данных, включая SCADA, данные дистанционного зондирования, данные наблюдения за недрами и т. д., что предполагает интеграцию между внутренними и внешними системами и операциями бэк-офиса.

Таким образом, управление физическими активами с помощью цифровых двойников требует не только обслуживания в режиме реального времени, но и измерения эффективности активов в различных сценариях «что, если». Более того, это сводит к минимуму расходы, связанные с поездками на место и обратно.

Rockwell стала партнером службы Интернета вещей Microsoft для активного управления своими нефтегазовыми активами. Rockwell использует платформу Интернета вещей для мониторинга двигателей с регулируемой скоростью своих насосов из своего командного центра в Огайо. Затем компания может заранее выявлять проблемы в режиме реального времени, экономя до 300 000 долларов США в день, которые в противном случае мог бы стоить неисправный насос.

6. Повышение безопасности труда

Интеллектуальные носимые устройства Интернета вещей, такие как умные часы, биометрические жилеты и Bluetooth-метки, помогают отслеживать деятельность сотрудников, отслеживать местонахождение операторов, информировать об усталости сотрудников и получать доступ к важной информации на производстве.

7. Поддержание неявных корпоративных знаний с помощью цифровых двойников

Средний возраст сотрудников нефтегазовой отрасли составляет 56 лет, и они получат право на пенсию в следующем десятилетии, что грозит отрасли острой нехваткой навыков.

Поддерживая централизованное хранилище информации об активах, концепция цифровых двойников помогает достичь операционной эффективности и снизить эксплуатационные расходы за счет устранения необходимости найма дорогостоящего персонала.

Заключение

Таким образом, внедрение цифровых двойников в нефтегазовой отрасли предлагает значительные преимущества, включая повышение эффективности, безопасности и снижения затрат. По мере развития технологий потенциал цифровых двойников, способных произвести революцию в операциях, будет продолжать расти. Чтобы в полной мере использовать эти инновации, компании должны инвестировать в надежную инфраструктуру и квалифицированный персонал. Использование цифровых двойников имеет важное значение для сохранения конкурентоспособности и устойчивости на динамично развивающемся рынке нефти и газа.