基于仿真的数字孪生建井施工过程优化

基于仿真的数字孪生建井施工过程优化

关于Transocean公司

Transocean是全球最大的海上钻井公司之一,提供基于钻机的油井建造服务。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。公司致力于创新和不断改进性能,因此他们需要寻求最佳的技术解决方案。

问题

海上油气井建设是一个复杂的过程,需要花费大量时间。它要求尽可能安全和高效地同时执行某些手动和半自动操作序列。然而,在钻井平台上,所有技术单元都是集成的。任何一种机械延误都会增加关键时间路径,从而降低整体性能的效率,并可能导致财务损失。

关键时间路径可能因各种因素而异,包括:

很难跟踪这些变量的依赖关系,从而导致整个流程的效率低下。为此,工程师需要首先关注设备的不同状态;将过程分解到最简单的层次,然后将这些状态组合起来,最后看看它们在其他因素(包括高安全标准)的范围内是如何协同工作的。

为了应对油井建造过程中可能出现的变化和效率低下的问题,Transocean工程师需要在数十个钻机上收集和评估测量值,包括机器和船员的时间安排。必须收集并分析大量数据,如果他们手动进行管理,则将非常耗时。这就是为什么工程师们决定建立一个基于机器数据,包括设备控制信号的油井优化仿真模型。仿真将帮助工程师构建油井优化数字孪生系统,它将反映并帮助分析各种作业之间的相互依赖性,以减少停机时间。仿真输出将使管理人员能够确定造成时间损失的真正原因并找到解决办法。

解决方案

在建立油井优化模型时,工程师们特别关注油井施工过程中的起下钻阶段。它通常占整个油井施工时间的20-30%,而且是半自动化的,因此设备性能存在很大的差异。这一过程包括缩块、提块和将管道带到井中心等操作,其中一些操作是同时进行的。

进一步优化油井的建井过程

进一步优化油井的建井过程(点击放大)

利用AnyLogic油井施工过程仿真软件,并利用状态机算法和离散事件过程建模,Transocean能够实时分析起下钻作业。整个过程被分解为一个由四个主要操作组成的层次系统,这些操作也被分解为精细到最简单层次的功能元素。这使得工程师可以创建状态机模型。该井身结构优化模型与离散事件过程模型相结合,用4-5个装置的内置机器逻辑来表示整个起下钻过程系统。

Transocean建立数字孪生模型以优化油井结构
Transocean建立数字孪生模型以优化油井结构
油井仿真和优化模型的统计数据
油井仿真和优化模型的统计数据

AnyLogic仿真允许工程师实时输入两个模型的机器数据并接收一系列结果,这些结果可以显示在仪表板和彩色图表中,以识别机器状态和过程活动,捕获描述性统计数据,并分析对操作至关重要的时间从而将其最小化。

应用程序将数据输出到SQL数据库,然后输出到BI工具。这使得管理和操作团队能够获得必要的视觉帮助,并根据给定的信息,查找停机和性能低下的确切原因。

使用AnyLogic建井过程仿真软件构建的Transocean模型

结果

通过AnyLogic油井施工过程仿真,Transocean工程师能够代表油井创建施工过程的整个起下钻阶段。利用实时的机器数据和详细的操作表示,将油井优化模型作为一个数字孪生体来执行,有助于分析油井施工活动。模型统计数据反馈给操作人员和钻井平台经理,使他们能够评估船员的表现,并确定造成时间损失的原因。初步结果表明,通过实施数字孪生可以节省20%以上的时间。

对该项目油井施工过程仿真的进一步实施,将有助于评价新的井身剖面,预测油井的动态。该剖面可以贯穿整个模型,本质上是钻一口虚拟井,并且可以在考虑材料处理、所需资源和钻机周围物流的情况下,考察油井的未来性能。

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