Разработка цифрового двойника для оптимизации строительства буровых скважин

Разработка цифрового двойника для оптимизации строительства буровых скважин

О компании

Transocean — крупнейшая компания-подрядчик оффшорного бурения. Она сдаёт в аренду скважины для добычи полезных ископаемых в открытом море. Transocean управляет флотом буровых платформ, среди которых средне-глубоководные, глубоководные, ультра-глубоководные, а также пригодные для суровых погодных условий плавучие буровые установки. Приверженность компании инновациям и постоянное стремление повышать свою производительность ведут к необходимости улучшения используемых технических решений.

Проблема

Строительство нефтяных и газовых скважин в открытом море — это сложный процесс, который занимает существенное количество времени. Для его реализации необходима определенная последовательность как ручных, так и полуавтоматических операций, выполняемых согласованно, и при этом наиболее эффективным и безопасным образом. Различные виды оборудования, как правило, создаются и впоследствии эксплуатируются независимо друг от друга. Однако на буровой установке технические узлы должны скоординировано работать в комплексе. Любая машинная задержка увеличивает максимально допустимое время операции, что снижает общую производительность и приводит к финансовым потерям.

На максимально допустимое время операции влияют различные факторы:

Сложно отслеживать зависимости между этими факторами и причины неэффективности на протяжении всего процесса. Для этого специалистам сначала необходимо разложить процесс до простейших составляющих, проанализировать разные режимы работы оборудования, и затем, совместив эти режимы, наконец, понять, как они влияют на процесс совместно с другими факторами, в том числе с учётом высоких стандартов безопасности.

Так как Transocean работает на десятках буровых установок и имеет 24-часовую ротацию бригад, ручной сбор измерений на каждой скважине (замеры времени работы машин, замеры времени работы бригад) и их дальнейший анализ могли занять много времени. Поэтому инженеры Transocean решили использовать имитационную модель на основе данных от различных устройств. Так они смогли бы воссоздать процесс работы скважин и проанализировать нужные показатели.

Программное обеспечение AnyLogic было выбрано для достижения этих задач, так как оно позволяет применить подход агентного моделирования, необходимый для отслеживания режимов работы оборудования, и дискретно-событийный подход, необходимый для моделирования последовательности операций, а также наблюдать за их совместной динамикой.

Основной целью проекта было максимально оптимизировать время операций путём анализа взаимозависимостей между ними в процессе бурения. Эти данные должны были помочь управленческому персоналу определить реальные причины потери из-за простоев и найти конкретные решения.

Решение

Для того, чтобы определить масштаб задач, инженеры компании Transcocean поделили процесс строительства скважины на три основных этапа: бурение, обсадка и цементирование скважины. Они отметили, что на всех перечисленных этапах строительства совершаются спуско-подъемные операции, которые занимают порядка 20-30% от общего времени подготовки скважины к эксплуатации.

Спуско-подъемные операции включают циклически повторяющиеся в определённой последовательности действия, некоторые из которых выполняются одновременно. Весь процесс был разделён на иерархическую систему из четырёх основных операций, которые также были разбиты на функциональные элементы, вплоть до самых простых уровней.

Процесс строительства скважины

Схема процесса строительства скважины (нажмите для увеличения)

В результате инженеры создали модель в виде диаграммы состояний. Эту модель совместили с дискретно-событийной моделью. В итоге была разработана имитация всего процесса спуско-подъемных операций со встроенной логикой из 4-5 устройств.

Цифровой двойник для работ по созданию буровой скважины
Цифровой двойник для работ
по созданию буровой скважины
Статистика для анализа состояний техники и технологических операций
Статистика для анализа состояний
техники и технологических операций

AnyLogic позволил в режиме реального времени встраивать машинные данные в модель и получать наборы визуализированной информации для анализа состояний техники и технологических операций, изменения критического времени операций, а также для сбора описательной статистики.

Модель позволяет выгружать результаты моделирования в базу данных SQL, которая интегрирована с BI-платформами. Это помогает лучше анализировать полученные результаты и эффективнее управлять процессом.

Результат

Transocean Model Built with AnyLogic Well Construction Process Simulation Software

Внедрение AnyLogic позволило инженерам смоделировать спуско-подъемные операции в цифровой среде. Анализ информация с датчиков на оборудовании в реальном времени и детальное представление операций позволили создать цифровой двойник для мониторинга работ по созданию буровой скважины.

Поскольку менеджеры буровой установки имели доступ к данным, полученным в результате работы модели, они смогли оценить качество работы бригад и определить реальные причины простоев. Также было отмечено, что применение подобных решений может сэкономить более 20% от всех потерь времени.

Опыт этого проекта может быть применим для подобных проектов в будущем. Более того, этот опыт поможет предсказать производительность и оптимизировать конфигурации новых скважин. Можно смоделировать работу такой системы в динамике и учесть при этом перегрузочные работы, необходимые ресурсы и логистические процессы на буровой скважине.

Похожие проекты

Другие истории успеха