數字孿生技術在鉆井領域的應用探索

楊傳書

（中國石化石油工程技術研究院, 北京 102206）

以新興的大數據、人工智能、物聯網和云計算等IT技術為基礎，在復雜系統分析、優化、預測、診斷和維護等需求的推動下，將生產流程及物理實體數字化已經成為大勢所趨，而數字孿生技術則是其中重要的代表技術。數字孿生技術于2017—2019年連續3年被列為未來十大戰略技術之一，認為數字孿生技術是產品生命周期管理的關鍵元素，有可能節省數十億歐元[1]。

2002 年，M.Grieves等人[2]首先提出了數字孿生技術的核心思想，即構建一個包含有關物理系統所有信息的新虛擬系統，其包括真實空間、虛擬空間、數據從真實空間流向虛擬空間的鏈接、信息從虛擬空間流向真實空間的鏈接及虛擬子空間，數字孿生按照產品的生命周期分為創建（create）、生產制造（build）、使用維護（use/sustain）和退役（dispose）等4個階段[3]。2010年，NASA正式提出了數字孿生（digital twin），并將數字孿生定義為基于模擬的系統工程，主要用于飛行器發射之前的試飛模擬和飛行器正式飛行過程中的實時鏡像、潛在風險診斷、參數改變的模擬與決策等4個方面[4]。德國A.Deuter等人[5]認為數字孿生在不同的場景下有不同的闡釋，很難進行普適性定義，在德國工業4.0（RAMI 4.0）中，數字孿生在進行產品全生命周期、多層級資產等多維度建模時具有重要作用。多年來，不同學者和研究機構對于數字孿生的定義雖有差異，但本質相同，綜合來看，數字孿生是充分利用傳感器更新、運行歷史等數據，融合物理模型與數據驅動模型，通過多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真模擬，對物理空間進行描述、診斷、預測與決策，從而實現物理空間與虛擬空間的實時交互映射。……