Обзор
Transocean – швейцарская компания, предоставляющая услуги по морскому бурению скважин по всему миру. Компания является одним из крупнейших подрядчиков в своем секторе и имеет филиалы в 20 странах. Transocean владеет парком многофункциональных мобильных подводных буровых комплексов (ПБК), ориентированных на разные глубины, а также на суровые погодные условия. Руководство компании решило создать имитационную модель процесса сооружения скважин, чтобы расширить возможности прогнозирования и долгосрочного планирования и, таким образом, оптимизировать работу ПБК.
Этапы строительства скважин
Проблема
Нефтяные и газовые буровые установки – это сложнейшие системы, интегрирующие тысячи процессов, а строительство одной такой системы может стоить миллиарды долларов США. Из-за сложности взаимосвязанных процессов на этапе планирования и строительства проекта бывает трудно предсказать его будущие рабочие и финансовые характеристики.
Transocean разделяет строительство скважины на нескольких этапов. Некоторые из них, например, этап бурения, уже были смоделированы: эти модели использовались компанией в планировании. Однако Transocean хотела смоделировать весь процесс строительства скважины, в том числе спускоподъёмные операции, цементирование и крепление обсадными трубами, создав цифрового двойника этого процесса. [Аналитическая статья – Введение в разработку цифровых двойников (англ.)]
Цифровой двойник позволил бы компании более детально планировать строительные работы, а также:
- подбирать наиболее подходящую буровую установку под конкретный проект и для конкретной окружающей среды;
- досрочно завершать строительство и избегать неустоек за задержек;
- давать точные прогнозы по срокам строительства;
- тестировать в безрисковой виртуальной среде любое оборудование, изменения в процессах и стратегии, а также анализировать потенциальные преимущества нововведений, прорабатывая различные сценарии «что если»;
- оптимизировать работу и повышать производительность благодаря более детальному анализу текущих оперативных данных в реальном времени;
- сокращать время простоя и скрытые потери времени, находя возможные проблемы заранее.
Структура модели оптимизации
процессов сооружения скважины
Моделирование взаимозависимых процессов
Интерфейс модели
Решение
Transocean решила начать разработку цифрового двойника с пробного проекта и, если руководство будет удовлетворено результатами, продолжить её. Для создания модели для пробного проекта компания выбрала AnyLogic. В том числе из-за возможности использовать одновременно несколько подходов к моделированию: системно-динамический, агентный и дискретно-событийный. В модели инженеры использовали диаграммы процесса с объектами Delay для имитации верхнеуровневых процессов.
В модель был загружен большой объем ретроспективных данных, собранных с ПБК по всему миру. В них вошли планы по бурению скважин и статистика работы оборудования, в том числе бурильных установок, регистрирующих данные каждые 15 минут. Это позволило смоделировать сложные взаимозависимые процессы.
Возможности AnyLogic упростили разработчикам создание модели оптимизации строительства скважины. Программа позволяет совмещать в одной модели разные уровни детализации и сочетать точные и заданные статистическим распределением данные. Таким образом, инженеры могут создавать модели на высоком уровне абстракции, не вдаваясь в подробности, а затем погружаться в детали на более низких уровнях. Например, в безрисковой среде можно протестировать новое оборудование, добавив в модель данные о его характеристиках и запустив различные сценарии «что если». Результаты отражают его коэффициент окупаемости, а также производительность оборудования относительно всей системы.
Для удобства работы с моделью был разработан интерфейс, который будет понятен конечным пользователям. С помощью него можно выбрать вид ПБК, выставить различные параметры и настроить используемое в процессе строительства оборудование. В итоге модель позволяет в режиме реального времени наблюдать за процессами, протекающими на буровой установке, и прогнозировать ход строительства. С помощью модели можно прорабатывать различные сценарии «что если», чтобы тестировать работу нового оборудования или вносить изменения в цепочку поставок исходя из реальной или прогнозируемой ситуации на площадке. Модели анимированы в 2D и 3D, а результаты моделирования выводятся в виде специализированных отчётов календарных графиков для удобства планирования.
Специалисты Transocean также создали две детальные 3D модели для оптимизации процессов работы скважин. Чтобы сократить процесс разработки, первую построили в AnyLogic: она использовалась инженерами для наглядности и верификации. Вторая модель была создана с помощью движка Unreal Engine: её планировалось использовать в маркетинговых целях, чтобы демонстрировать клиентам, как взаимосвязаны процессы и как проходит работа. API AnyLogic обеспечил бесперебойную интеграцию модели с визуализатором Unreal Engine.
Трехмерная визуализация
Результат
Имитационная модель оптимизации строительства и работы скважин была пробным проектом. В результате сравнение результатов моделирования и примеров строительства скважин из практики показало высокий уровень совпадений. Более того, уже на данном этапе модель позволила протестировать новое оборудование, внести изменения в процессы или стратегию и рассчитать капитальные затраты и операционные расходы. Модель подсказывает, как можно сократить срок строительства (каждый день строительства стоит компании Transocean до нескольких миллионов долларов), и демонстрирует, как эффективно использовать дополнительные скважины для увеличения прибыли. Кроме того, модель позволила повысить уровень безопасности, определив процедуры, при которых можно вывести людей из опасных зон без вреда для осуществляемых процессов.
В настоящее время компания Transocean планирует привлечь больше специалистов и усовершенствовать модель:
- добавить больше вариантов чрезвычайных ситуаций (выход из строя и отказ оборудования, неблагоприятные погодные условия, динамические скважинные условия и т. д.);
- улучшить общую архитектуру за счет упрощения и оптимизации логики, а также обеспечить её независимость от вида скважины и буровой установки.
Этот проект доказал эффективность применения AnyLogic для моделирования морских нефтяных и газодобывающих платформ.
Скачайте PDF-презентацию (на английском языке) с выступления Джейсона Бейкера и Эйба Хьюдсона на конференции AnyLogic.