Digitaler Zwilling einer Bohrinsel und Konstruktionsoptimierung für ein Bohrloch

Digitaler Zwilling einer Bohrinsel und Konstruktionsoptimierung für ein Bohrloch

Überblick

Transocean ist ein schweizerisches Offshore-Bohrunternehmen, das weltweit Baudienstleistungen für Bohrinseln erbringt. Das Unternehmen ist einer der größten Auftragnehmer der Branche und unterhält Niederlassungen in 20 Ländern. Es betreibt eine Flotte vielseitiger, mobiler Offshore-Einheiten, die aus Plattformen für mittlere und tiefe Gewässer, für extrem tiefe Gewässer und für raue Umgebungsbedingungen besteht. Das Unternehmen entschloss sich, einen digitalen Zwilling seiner Bauprozesse für Bohrlöcher zu erstellen, um Vorhersagen und erweiterte Planungsfunktionen mit dem Ziel zu ermöglichen, den Betrieb seiner gesamten Flotte zu optimieren.

Flussdiagramm des Bohrloch-Bauprozesses

Problemstellung

Öl- und Gasbohrplattformen sind sehr komplexe Systeme mit Tausenden von Prozessen, die in abgelegenen Umgebungen und bei rauen Wetterbedingungen rund um die Uhr ausgeführt werden müssen. Der Bau neuer Bohrinseln kann Investitionen von mehr als einer Milliarde Dollar erfordern. Der Prozess hat viele Abhängigkeiten und es können viele verschiedene Fehler auftreten. Infolgedessen sind die betrieblichen und finanziellen Eigenschaften eines Systems während der Einrichtung und Produktion oft schwer vorherzusagen.

Der Bau eines Bohrlochs besteht aus mehreren Schritten. Es gibt bereits einige fortgeschrittene Simulationen des Bohrprozesses selbst, aber Transocean strebte eine Simulation des gesamten Bohrlochbauprozesses an, einschließlich der Phasen, in denen nicht gebohrt wird: Tripping, Zementieren, Casing usw. Das Ergebnis sollte ein digitaler Zwilling des Bohrlochbauprozesses sein (lesen Sie mehr über die Technologie digitaler Zwillinge – Einführung in die Entwicklung digitaler Zwillinge).

Die Simulation des gesamten Bauprozesses sollte dem Unternehmen helfen, die Optimierung der Ölbohrungen genauer zu planen. Transocean sollte in der Lage sein:

Die Architektur des Bohrlochoptimierungsmodells

Die Architektur des Bohrlochoptimierungsmodells

Simulierte Prozesse, die von verschiedenen Faktoren abhängen und voneinander abhängen

Simulierte Prozesse, die von verschiedenen
Faktoren abhängen und voneinander abhängen

Die Modellschnittstelle

Die Modellschnittstelle

Lösung

Transocean entschied sich, mit einem Proof-of-Concept-Projekt zu beginnen und die Entwicklung im Fall zufriedenstellender Ergebnisse fortzusetzen. Das Unternehmen wählte aus mehreren Gründen AnyLogic als Plattform für seine Simulation aus. Hierzu zählte auch die Fähigkeit zur Multimethodensimulationsmodellierung. In diesem Projekt wurden Systemdynamikmodellierung, agentenbasierte Modellierung und ereignisorientierte Modellierung kombiniert. Die Ingenieure verwendeten für das Modell einen auf Flussdiagrammen basierenden Ansatz mit Verzögerungsblöcken für Prozesse auf hoher Ebene.

Unmengen historischer Daten, z. B. von Bohrplänen, des Betriebs von Maschinen und von Zeitprotokollen der weltweiten Flotte der Transocean-Bohrplattformen (die alle 15 Minuten Daten aufzeichnen), wurden in das Modell geladen. Dies ermöglichte die Simulation von Prozessen, die über komplexe Zusammenhänge oder direkt voneinander abhängig sind.

Die AnyLogic-Plattform erleichterte die Erstellung des Optimierungsmodells für die Bohrlochkonstruktion mit mehreren Genauigkeitsstufen, die präzise Daten und statistische Verteilungen kombinieren konnten. Dies bedeutet, dass Ingenieure auf hoher Ebene arbeiten können. Anschließend können sie tief in die unteren Ebenen des Modells abtauchen, um weitere Untersuchungen anzustellen. Sie können beispielsweise neue Geräte testen, indem dem Modell Daten zu ihren Eigenschaften hinzugefügt und Was-wäre-wenn-Szenarien ausgeführt werden. Die Ergebnisse zeigen die Leistung des Geräts im Gesamtsystem und seine Rendite.

Das Modell zur Bohrlochoptimierung verfügt in AnyLogic über eine attraktive und benutzerfreundliche Schnittstelle. Benutzer können eine Bohrlochanlage auswählen, verschiedene Parameter einstellen und alle zugehörigen Maschinen anpassen. Auf diese Weise ist es möglich, die tatsächlichen Vorgänge in einer Bohrplattform in Echtzeit zu sehen und Vorhersagen bezüglich des Bauprozesses zu erhalten. Es ist möglich, verschiedene Was-wäre-wenn-Szenarien durchzuführen, um neue Geräte oder Änderungen in der Lieferkette entsprechend der tatsächlichen oder prognostizierten Situation vor Ort zu testen. Die Ergebnisse werden in Gantt-Diagrammen, Log-Dateien sowie in 2D- und 3D-Modellen angezeigt.

Transocean erstellte zwei 3D-Bohrlochoptimierungsmodelle. Das polygonale Modell wurde zu Überprüfungszwecken erstellt und in AnyLogic implementiert, wodurch schnell und einfach eine genaue und klare Visualisierung erreicht werden konnte. Das zweite Modell wurde für Marketingzwecke mit Unreal Engine erstellt, damit Kunden sehen und verstehen können, wie bestimmte Prozesse aussehen. Die Plattform-API von AnyLogic ermöglichte die nahtlose Integration des AnyLogic-Modells in die Unreal Engine-Visualisierung.

Öl- und Gassimulation — Bohrlochoptimierungsmodell in 3D

Ergebnis

Das Simulationsmodell für die Bohrlochoptimierung war ein Proof-of-Concept-Projekt. Der Vergleich der realen Bohrlochkonstruktionsfälle mit den virtuellen Vorhersagen ergab eine sehr gute Übereinstimmung. Darüber hinaus ist das Modell bereits in der Lage, Geräte-, Prozess- oder Richtlinienänderungen zu testen und die Kapitalkosten und die Reduzierung der Betriebskosten aufgrund dieser Änderungen zu vergleichen. Es zeigt, wie das Unternehmen Arbeitstage einsparen kann (von denen jeder Transocean u. U. mehrere Millionen Dollar kostet) und das Einkommen dadurch steigert, dass mehr Bohrlöcher pro Jahr fertiggestellt werden können. Darüber hinaus hat das Modell auch zur Verbesserung der Sicherheit beigetragen, indem es dem Management aufgezeigt hat, wann es möglich ist, Personen aus gefährlichen Zonen zu entfernen, ohne Probleme zu verursachen.

Jetzt plant Transocean mehr Fachwissen einzubringen und das Modell in Bezug auf Folgendes zu erweitern:

Dieses Projekt hat die Effizienz der AnyLogic-Software im Offshore-Bereich für Öl und Gas bewiesen.

Sie können die Präsentation von Jason Baker und Abe Hudson von The AnyLogic Conference herunterladen.

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