技术｜斯伦贝谢CCS规模化高效运营之路——智能化CCS运营

2022年11月埃及气候峰会（COP27）达成了历史性协议，由发达国家向较贫穷国家支付费用，补偿气候变化造成的经济损失。各个国家正在全力以赴达到1.5°C的温控目标，据IEA估计到2060年全球CCS运营项目将超过1000个，从当前约年封存能力40MtCO 2 （百万吨）提升到年7600 MtCO 2 ，平均增长15-20%。

SLB于2021年宣布了2050年净零排放的承诺，作为能源科技服务公司第一次将范围三的排放也涵盖在内。同时，SLB参与了全球50%以上的CCUS/CCS项目，提供了咨询、设备、现场服务以及端到端的数字化平台帮助客户实现碳中和目标，其中端到端数字化CCUS解决方案获得2022年度数字化CCUS技术大奖*。

*该奖项由弗若斯特沙利文咨询公司主持评选

SLB基于DELFI平台所搭建的CCS数字化平台，涵盖了从封存区选址、碳捕集、运输、存储、建井设计、注入监测、一体化优化以及专业咨询等全链条服务

CCS项目运营过程中的关键是要确保CO2得到永久式封存，同时避免因为泄露而给环境、人员安全带来的风险。因此，在项目初期就需要根据法律法规制定持续性的监测措施，监测时间涵盖了注入过程以及注入结束后较长时间的验证性与保障性监测过程。目前监测手段包括地面设备运行状态监测、地面管线完整性与流动保障监测、CO2注入流量监测、井筒（油管、套管）完整性与流动保障检测、羽流前沿跟踪、封存箱体盖层/断层完整性监测、地面/近地表土壤与水质监测、地面沉降监测等等。

CCS属于低利润、高复杂度的运营项目，碳中和的雄心计划又需要规模化的注入与永久性的封存来满足环境的需要。利用数字化技术，在运营过程中广泛连接分散独立的生产单元，通过持续性的监测确保注入的安全性，通过建立一体化模型与监测数据来加强对封存箱体的认识并提高预测精度，确保注入过程与优化方案的一致性，通过融合IT与OT的物联网技术确保风险得到及时管控、决策可以及时执行，最终降低运营成本、提高管理效率，实现规模化运营。

集群化的CCS（例如CCS Hub）运营管理对数字化运营系统提出了更高的要求，多个独立的分散的控制系统极大的增加了决策周期与管理的敏捷性。新一代融合OT与IT的物联网技术可以更好的连接智能的边缘设备与企业端云平台，将快循环的决策工作流部署于边缘端中实现自动化操控，将慢循环的一体化决策工作流布置与企业端实现更加精细的管理，确保CO2注入效果可预测、注入过程可跟踪、边缘控制算法可以远程更新，最终实现CCS项目“分析-执行-回顾”的敏捷管理模式。

基于边缘计算网关连接生产网络与办公网络，实现多个分散的独立系统的统一管理是实现集群化CCS项目管理、并加速决策到执行的关键技术。

基于Agora边云协同搭建新的CCS运营管理模式

Agora为SLB休斯顿物联网研发中心（SLIIC）所开发的新一代边缘计算平台，Agora边缘网关是经过强化过后的边缘计算设备，也是Agora平台解决方案的核心，具有强大的算力，智能分析算法，并具有高扩展性。其可以采集、集成并传输现场数据到企业级管理平台，包括4G LTE蜂窝通信，卫星以及以太网通信。边缘算法以及领域相关工作和算法可以被容器化部署于边缘网关之中，使得在边缘侧即可洞现数据背后的信息并发送自动优化控制命令。

Agora边缘网关的获得了美国电气制造商协会NEMA防护等级NEMA 4 X （IP 66）认证，符合CCS运营作业现场的恶劣户外环境要求（包括温度、物理冲击、振动等）。网关从设计之初即进行了严格的安全设计，基于TPM v2.0加密芯片的硬件安全模块来确保边缘端与云端数据通信安全，联邦身份认证与安全硬件令牌一起确保只有被授权的用户可以访问设备数据和执行操作，最小化袭击者侵入设备并获得重要数据的风险。

基于强大的OLGA多相动态流动模拟器与Symmetry地面处理模拟器可以建立复杂CCS注入管网与注入井筒的实时数字孪生模型，其中OLGA在CO2项目中应用已经超过了13年，通过2019年开始持续三年的CO2 FACT以及目前正在开展的CO2 REACH计划，基于大量实验室数据以及工业运营数据验证，模拟器精度与鲁棒性得到了持续性提升。

基于Petrel一体化地学研究平台以及SLB强大的油藏数值模拟器INTERSECT与ECLIPSE，以及岩石力学模拟器VISAGE，多相稳态流动模拟器PIPESIM，地面流程模拟器Symmetry可以搭建四维封存箱体数字孪生模型，实现一体化的资产管理、封存箱体地质力学风险管控、注入方案优化，为实现长期稳定封存保驾护航。

由于CCS项目业务链条长、监测要求多等特点，多种类型与多个服务商不同格式数据存储与管理对于规模化CCS运营是一个非常重要的挑战，同时多维度数据以及持续性的数据流也是CCS科学化智能化管理的基石。SLB将OSDU地下数据管理生态与Cognite data fusion（CDF）运行数据管理生态融合，形成了支撑CCS项目运营全生命周期的企业级数据解决方案，同时结合数字孪生、AI平台以及云端数据与工作流服务开发了运营中所需要的智能分析工作流，实现了数据从采集、存储、挖掘、决策到控制的闭环管理。

SLB与 Cognite合作建立的企业级地下数据与运营数据管理平台，支撑Smart CCS运营中心建设

基于SLB和Cognite合作的Data fusion数据解决方案可以实现IT数据、OT运行数据以及ET工程数据的统一高效管理，管理者通过基于机器学习的数据情景化工具，包括基于机器学习的数据自动映射以及知识图谱等，可以从多个维度建立数据之间、以及数据与物理仿真模型的关系，进一步深入的挖掘数据背后的洞见。

Cognite公司Data fusion解决方案

情景化后的多维度CCS运营数据为人工智能技术成功应用奠定了基础，SLB创新工场推出客户化的创新服务，帮助实现机器学习与领域专家创新想法的落地，2022年创新工场为Pertamina公司提供了基于机器学习的自动属性建模解决方案，极大的提升了工程师的工作效率。

Pertamina公司基于机器学习技术进行自动化属性建模工作流开发