钻机数字孪生和建井优化

概述

Transocean是一家瑞士海上钻井公司，在全球范围内提供基于钻机的油井建造服务。 Transocean是近海钻探领域最大的承包商之一，在20个国家设有办事处。该公司拥有一支可处理中水、深水、超深水和恶劣环境漂浮物的多用途、可移动的海上作业舰队。 Transocean决定建立一个建井流程的数字孪生模型，实现预测功能和高级计划功能，以优化整个舰队的业务。

油井施工工艺流程图

问题

石油和天然气钻机是非常复杂的系统，其中包含成千上万个过程，并且这些过程必须在偏远环境和恶劣天气条件下每天24小时不间断运行。 一个新钻机建设可能需要超过十亿美元的投资。建设过程包含许多的相互依赖关系，同时可能发生各种各样的故障，导致在安装过程和生产期间通常难以预测系统的运营和财务特征。

施工过程分为几个阶段。已经有一些先进仿真技术可以模拟钻井过程，但Transocean希望能够模拟整个钻井的施工过程，包括非钻井阶段：下钻、固井、套管等。对此，提出的解决方案是搭建建井施工过程的数字孪生（ 阅读更多有关数字孪生技术的信息-数字孪生开发简介）。

油井优化模型的体系结构

不同因素间依赖关系及相互作用的仿真过程

模型界面

解决方案

Transocean决定从概念验证项目开始，如果结果令人满意，则继续进行开发。该公司之所以选择将AnyLogic作为其仿真平台，有几个原因，其中包括AnyLogic的多方法仿真建模功能。系统动力学建模、基于智能体建模和离散事件建模在这个项目中都有应用。工程师们使用流程图的方法来处理带有延迟模块的高层次过程模型。

将来自诸如钻井计划，机器操作以及Transocean全球钻机船队的时间日志（每15分钟记录一次数据）之类的大量历史数据加载到模型中。这样就可以仿真非常复杂的交互过程。

AnyLogic平台简化了油井建设优化模型的创建，模型具有多个保真度级别，可以将精确的数据和统计分布结合起来。这意味着工程师可以进行高层次的工作，然后深入模型的底层进行更多的调查。例如，可以通过向模型中添加有关新设备特性的数据并运行假设情景来测试新设备。仿真结果可表明设备在整个系统中的性能和回报率。

在AnyLogic中创建的建井优化模型具有一个有吸引力及用户友好的界面。用户可选择油井设备、设定不同的参数、调整任何关联的设备。因此，可以实时看到钻机中正在进行的实际过程，并获得施工过程的预测。根据现场的实际情况或预测情况，可以运行不同的假设情景来测试新设备或供应链中的变化。仿真结果可以显示在甘特图、日志、2D和3D模型中。

Transocean创建了2个3D油井优化模型。为验证优化效果在AnyLogic中创建了多边形模型，该逻辑可以快速轻松地实现准确而清晰的可视化构建。第二个模型是用于营销目的在虚拟引擎（Unreal Engine）中制作的，以便客户能够看到并了解某些流程。AnyLogic平台的API可使AnyLogic模型与Unreal Engine模型无缝集成。

油气仿真——三维油井优化模型

结果

油井优化仿真模型是一个概念验证项目，通过与实际油井施工实例和虚拟预测结果的比较，反映出两者具有很好的一致性。另外，该模型已经能够测试设备、流程或政策的变化，并比较这些变化导致的资本费用和运营费用的减少。项目结果展示了该公司怎样减少工作日（每个工作日可能花费Transocean数百万美元），并通过每年钻探更多井来增加收入。此外，它还有助于提高安全性，当有在尽量不造成问题的情况下将人员从危险区域转移出去的情况时，它会向管理人员展示这一内容。

目前，Transocean正计划引入更多的专业知识，并在以下方面增强模型：

• 向模型中添加更多中断事件（功能或操作故障、设备故障、天气事件、动态井下条件等）。
• 通过简化的逻辑改进整体架构，使其结构更加完善且能够进行钻探的预测。

该项目证明了AnyLogic软件在海上油气领域的有效性。

您可以下载Jason Baker和Abe Hudson在AnyLogic会议上的演示文稿 。