压裂船是一种用于海洋油气资源开发的特种船舶，其作业环境复杂，设备众多且技术含量高，其运维管理至关重要。压裂船数字孪生运维平台是一个集数据采集、建模分析、多元异构数据融合及智能决策于一体的综合性数字化解决方案。该平台充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成对压裂船实体的映射。通过实体压裂船与虚拟模型的交互联动，可实现对压裂船施工全流程的精准监控和资源统计。可辅助用户决策，帮助用户完成井场的数字化运维工作。解决了当前压裂工程运维数据业务价值不高、数据结构性太弱、数据统计分析不强、数据利用率较低的问题。
1. 压裂船数字孪生运维平台架构
压裂船数字孪生运维平台主要由数据采集层、数据传输层、数据处理层、模型构建层和应用展示层组成。
1.1 数据采集层
在压裂船上安装各类传感器，如压力传感器、温度传感器、液位传感器、振动传感器等，实时采集船体结构应力、设备运行参数、海洋环境数据等多源数据。同时，通过与船上的控制系统和监测设备进行数据对接，获取更全面的运行信息。
1.2 数据传输层
采用高速、稳定的通信技术，将采集到的数据实时传输至数据处理中心。可以利用卫星通信、无线局域网等多种方式，确保数据传输的及时性和可靠性。
1.3 数据处理层
对采集到的大量数据进行清洗、转换和存储。运用数据挖掘和分析技术，提取有价值的信息，为模型构建和决策提供数据支持。同时，建立数据仓库，实现历史数据的存储和查询。
1.4 模型构建层
基于采集到的数据，利用数字孪生技术构建压裂船的三维虚拟模型。包括船体结构模型、设备模型、工艺流程模型等。通过模型的不断优化和更新，确保其与实际压裂船的高度一致性。
1.5 应用展示层
通过直观的可视化界面，将数字孪生模型和实时数据展示给用户。用户可以随时随地查看压裂船的运行状态、施工进度、资源使用情况等信息。同时，提供丰富的数据分析和决策支持功能。
2. 压裂船数字孪生运维平台建设内容
压裂船数字孪生运维平台建设内容主要包含孪生模型数据连桥平台、压裂物料使用监控平台、压裂设备状态监控平台、压裂施工报警监控平台。
2.1 孪生模型数据连桥平台
孪生模型数据连桥平台主要连接物理压裂船和数字孪生模型，实现数据的实时传输和交互。同时为数字孪生模型提供准确的数据源，确保模型的真实性和可靠性。
2.2 压裂物料使用监控平台
压裂物料使用监控平台可实时监控压裂船在施工过程中的物料使用情况，包括压裂液、燃料、备品备件等。同时提供物料消耗分析和预测功能，帮助管理人员优化物料采购和库存管理。
2.3 压裂设备状态监控平台
压裂设备状态监控平台可实时监控压裂船的设备运行状态，包括压裂设备、动力系统、导航系统等。提供设备故障诊断和预警功能，帮助维修人员及时发现和解决设备问题。
2.4 压裂施工报警监控平台
压裂施工报警监控平台可时监控压裂船的施工过程，当出现异常情况时，及时发出报警信号。提供报警信息的查询和统计功能，帮助管理人员了解施工安全状况。
3. 压裂船数字孪生运维平台功能
压裂船数字孪生运维平台功能主要包含施工全流程数字孪生监控和资源统计。
3.1 施工全流程数字孪生监控
压裂船数字孪生运维平台的施工全流程数字孪生可视化功能包含供电状态、阀门状态、装备状态、物料供应、应急处理和报警信息等，为压裂船的高效、安全施工提供了有力保障。
（1）供电状态可视化
供电状态的可视化是为了显示电路是否畅通，能够实时展示压裂船开闭所、变压器、VFD控制房等电源相关设施的供电状态，确保关键设备的稳定运行，当出现供电故障时，可视化界面会迅速发出警报，并准确显示故障位置和原因，方便维修人员快速定位并解决问题。
（2）阀门状态可视化
阀门在压裂船的施工中起着关键的控制作用。数字孪生可视化功能可以实时显示高压管汇管路阀门和低压管汇管路阀门的开启状态（全开、半开、全闭等），当阀门状态异常时，系统会立即发出警报，提醒操作人员及时处理。
（3）装备状态可视化
装备状态可视化功能可以实时监测压裂船上各种关键装备（包含电动压裂撬、电动混砂橇、电动混配橇、电动供液橇、油电混控仪表橇/车、供酸橇、高低压管汇橇等）的运行状态，包含设备的功率、温度、负荷、压力等。通过数字孪生模型，操作人员可以直观地了解装备的工作情况，提前发现潜在的故障隐患，并制定相应的维护计划。
（4）物料供应可视化
物料供应可视化功能可以实时监控压裂船施工过程中的物料供应情况。包括水、酸、粘液、砂、添加剂等物料的库存数量、消耗速度以及供应渠道等信息。通过数字孪生模型，操作人员可以清晰地了解物料的使用情况，及时安排物料的采购和补充，确保施工的连续性。
（5）应急处理可视化
在压裂船施工过程中，可能会遇到各种突发情况，如设备故障、泄漏事故、恶劣天气等。应急处理可视化功能可以为操作人员提供详细的应急预案和处理流程，帮助他们快速、有效地应对突发事件。
通过数字孪生模型，可以模拟各种应急情况，并展示相应的应急处理措施和资源调配方案。操作人员可以在可视化界面上直观地了解应急处理的步骤和要求，提高应急响应的速度和准确性。同时，应急处理可视化还可以记录应急事件的处理过程和结果，为后续的事故分析和改进提供参考。
（6）报警信息可视化
报警信息可视化是数字孪生运维平台的重要功能之一。当压裂船出现异常情况时，系统会自动发出报警，并在可视化界面上突出显示报警信息，推送报警信息，并在获得响应前持续闪烁。报警信息包括报警类型、报警位置、报警时间以及报警级别等内容。操作人员可以通过报警信息可视化功能迅速了解问题的严重程度，并采取相应的措施进行处理。
3.2 资源统计
压裂船数字孪生运维平台的资源统计可视化功能包含用水统计、用电统计、用液统计、用砂统计等，为压裂船的高效运营和资源优化提供了有力支持。
（1）用水统计可视化
用水统计可视化功能能够实时展示压裂船在施工过程中单压裂阶段、单井、井场总用水的情况，并形成用水的对比图表。通过数字孪生模型，可以清晰地看到各个用水环节的用水量、用水时间以及用水趋势，包括单日的用水统计，单井每阶段压裂的用水，井场每井的用水，每日的用水，井场累计的用水总量等。这有助于管理人员了解压裂船的用水需求，合理安排水资源的供应和管理。
（2）用电统计可视化
用电统计可视化功能可以实时展示压裂船阶段、单井、井场单日的用电情况，并形成用电的对比图表。通过数字孪生模型，可以看到各个用电设备的耗电量、用电时间以及用电趋势，主要包括单井每阶段压裂的用电，井场每井的用电，每日的用电，井场累计的用电总量。这有助于管理人员了解压裂船的电力需求，合理安排电力资源的供应和管理。
（3）用液统计可视化
用液统计可视化功能可以实时展示压裂船在施工过程中阶段、单井、井场单日的用液情况，并形成用液的对比图表。通过数字孪生模型，可以看到各种压裂液、化学药剂等液体的使用量、使用时间以及使用趋势，包括单井每阶段压裂的用液，井场每井的用液，每日的用液，井场累计的用液总量，液体包含氯化钾、高粘液等。这有助于管理人员了解压裂船的液体需求，合理安排液体资源的供应和管理。
（4）用砂统计可视化
用砂统计可视化功能可以实时展示压裂船在施工过程中阶段、单井、井场单日的用砂情况，并形成用砂的对比图表。通过数字孪生模型，可以看到各种支撑剂（如石英砂、陶粒等）的使用量、使用时间以及使用趋势，包括单井每阶段压裂的用砂，井场每井的用砂，每日的用砂，井场累计的用砂总量。这有助于管理人员了解压裂船的用砂需求，合理安排砂资源的供应和管理。
压裂船数字孪生运维平台通过施工全流程数字孪生监控和资源统计等功能，辅助用户决策，提高了压裂船的运营效率和资源利用效率，帮助用户完成井场的数字化运维工作。
