元宇宙在油气行业的核心应用解析

在能源行业加速数字化转型的背景下，元宇宙或将成为企业获得竞争优势、保持基业长青的关键。目前，以VR、AR、MR、AI、IoT、大数据等为核心的元宇宙相关技术已经在油气行业得到广泛应用。

在油气生产中，油气企业可利用元宇宙技术提前发现设备故障，并进行前期维护，避免后期造成的时间损失；利用元宇宙进行安全模拟，可提高大型油气钻井平台的安全性；在数字化油田的基础上，通过元宇宙实时模拟并监控生产过程，可实现生产的自动化和最优化。

VR、三维图形等技术已经在勘探开发生产中得到应用，如中石油开发的GeoEast系统、中石化开发的Petro系统使用Open Inventor等三维图形软件开发包获得图层组件，开发生产过程中使用VR引擎与GIS引擎相结合的方式，实现数字化移交与数字化恢复。地球物理勘探领域加速朝数字化、智能化方向发展，设计软件可以更加真实、细致地实现工区仿真，测量作业逐步融入其他工序，与新型装备结合，实现全资产互联、线上运行。地震处理解释得益于大数据、异构计算和AI技术的快速发展，使测井曲线智能合成准确率超过90%，数据处理和图像显示交互效率进一步提升。VR技术逐步进人解释应用领域，通过云计算和高速网络的支撑，使无失真的全息异地协同研究成为可能。

斯伦贝谢公司、中国石油东方地球物理勘探有限责任公司等尝试使用VR引整开发更加逼真、效率更高的地学显示组件，基于诸如Unreal、cesium等开源引擎，构建空、天、地一体化三维人机交工系统。康仕伯、斯伦贝谢等公司基于机理模型，与大数据、AI、loT技术结合，实现对油气藏、井筒、场站、管道、天然气处理厂、储气库等模拟仿真，与数字化封存的资产模型结合，形成映射生产的油气田数字孪生系统。基于其数字孪生系统，开展生产稳/瞬态可视化、瓶颈分析、风险预测、操作培训、工艺优化、能源优化、工作协同等应用。据专家预测，利用元宇宙相关技术打造数字油田，可使油气产量提高2%~ 8%，使采收率提高2%~ 6%，同时还可以有效减少资本支出，降低运营成本。

炼化领域正在积极推进智能工厂3.0建设，建设范围涉及生产管控、供应链管理、设备管理、能源管理、HSE管理、辅助决策等6个核心业务领域。

通过智能炼厂建设，推动生产方式和管控模式变革，提高安全环保、节能减排、降本增效水平，提升劳动效率和生产效益，促进绿色低碳发展。通过开展试点建设，现已初步形成了智能炼厂的基本框架，并取得初步成效：先进控制系统投用率提高10%，达90%以上；生产数据自动采集率提高 10%，达95%以上；劳动生产率提高10%以上；重点环境排放点实现100%实时监控、分析及预警。

挪威国家石油公司、中石化镇海炼化分公司正在建设全生命周期的高仿真数字孪生工厂。这些工厂以生产、设备、安环、能源为基础，实时掌控炼厂运行全貌，实现生产运行的溯源跟踪、智能预测预警、生产作业全方位机器人巡检等，监测生产运行情况、量化分级管控、深度钻取能耗数据，全面优化运行，在虚拟空间中模拟全生命周期过程，反向指导调整加工路线、操作参数、物耗能耗、设备负荷等，为炼厂生产赋智、赋能。

在油气销售领域，加油站正朝综合能源补给中心、O2O(线上到线下) 新零售体验中心方向转型发展。壳牌公司联合微软公司开发边缘智能计算技术，在新加坡和泰国的加油站采用AI技术识别吸烟、盗 窃、不恰当加油操作、驾驶失误等行为。一些销售企业基于VR、AI、loT等技术，在加油站打造精准营销、安全管理、新零售等应用。

油气企业间的交易数额通常较大，交易额次较高，使用基于区块链技术的数字货币交易方式，可减少交易时间、提高交易效率和安全性。利用区块链、loT技术可对数据进行实时监督、验证，对合同、财务、电子商务、审计以及归档等流程进行记录和审核，通过智能合约功能可实现多系统之间自动判别、支付和监管。

在油气行业相关培训方面，VR、AR、MR等技术适合进行沉浸式互动培训和展示体验，可使学员身临其境，仿佛置身地层中、井场里、管道旁，目前在油气企业培训中已广泛应用。美国国家培训实验室研究表明，实践式的学习记忆留存度高达75%，比传统阅读、授课等方式高出35个百分点。

元宇宙基于扩展现实(XR) 技术提供沉浸式体验，利用数字孪生技术生成现实世界的镜像。数字孪生强调由实到虚，并继续强化虚到虚的转化，并到可指导行为，而行为就导致实的变化，进而又产生新的虚的数据。这样既可以是开环又可以是闭环，也可以是螺旋式上升。虚虚实实、虚实融合，可将其比喻成人的DNA。

德勤前合伙人、油气行业顾间Geoffrey Cann认为，能源行业其实已经参与了最终版本的元宇宙，即业内的数字孪生技术。能源行业是由机械泵、阀门、管道和涡轮机等构成的真实世界。生产电力、油气及煤炭，拥有珍贵的资产数据，这些数据分布于ERP(企业资源计划) 系统、工程数把库、图纸和记录中，现实世界的资产、流程以及供应将不会消失。

数字孪生是一种对物理系统、资产或流程的数字仿真技术，通常与IoT技术配套，用于测试仿真系统。孪生体由数据科学和机器学习支撑，为现实世界的活动提供优化。甚至有些专家认为，在数字化变革的过程中，人类终极的理想目标就是在数字世界中建立起和物理世界中的组织（可以是一个企业、行业，甚至一个城市）相对应的一组软件模型。并且，人类需要给这个模型输入组织的运营数据、组织服务的各类对象数据。这可以实现组织的运营模型在数字世界中的映射，并能够实时更新状态，应对外界的变化，部署相应的资源，产生预期的客户价值。这组反映组织运作的软件模型和源源不断的各类数据构成的整体，就是数字孪生组织。从某种意义上讲，数字孪生组织建成之日，就是数字化转型成功之时。

油气行业数字孪生与科技公司元宇宙既有相似之处，又有显著区别，主要体现在3个方面。

(1)科技公司对于元宇宙的愿景是纯数字化的。因为科技公司并不基于实物资产，所以没有实现数字化的可能，制作元宇宙更容易、更快捷，无需连接任何实物。

(2) 科技公司的元宇宙可能是由多个公司以及很多用户共同创建一个虚拟世界。但从保持竞争性和确保能源安全的角度出发，油气企业必须将自己的资产保护起来。因此，油气企业的数字孪生可能只包括公司资产以及有限的、拥有访问权限的用户。

(3) 数字孪生的容错率要远低于元宇宙。对于元宇宙，游戏数据不会因设备的损毁受到损失。但对于数字孪生，如果资产老化的同时，其数字孪生体没有老化，就会对油气企业造成巨大损失。

近几年来，油气行业一直在为实物资产创建数字孪生。油气行业的数字孪生可满足很多需求，包括培训、试验、模拟、经济预测、项目规划、资产管理以及流程建模等。如，道达尔公司采用数字孪生技术缩短项目调试周期，艾默生公司应用数字孪生技术重建海上生产环境，壳牌公司应用数字孪生技术优化资产使用寿命。Aker BP公司应用数字孪生技术助力“少人化作业平台”建设等。

随着构建数字孪生技术所需工具的能力和成熟变不断提高，数字技术与现实世界相结合的能力已得到显著提高。同时，随着下一代传感器和可视化等技术的发展，通过将数字孪生与IoT和AI技术相结合，数字孪生技术的颠覆性力量正在增强。Gartner在《2022年新兴技术和趋势影响力》报告中预测，数字孪生技术将在未来1到3年内取得重大突破。

油气行业若想挖掘数字孪生技术的全部潜力，需加快部署实施数字孪生技术，集成整个生态圈内的系统和数据，将外部实体整合到内部数字化生态系统内，从而提供更富有洞察力的宏观运营模式。