Simulationsbasierter digitaler Zwilling zur Optimierung eines Bohrlochbauprozesses

Simulationsbasierter digitaler Zwilling zur Optimierung eines Bohrlochbauprozesses

Über Transocean

Transocean ist eines der größten Offshore-Bohrunternehmen, das weltweit Bohrlochbaudienstleistungen auf Bohrinselbasis anbietet. Das Unternehmen betreibt eine Flotte vielseitiger, mobiler Offshore-Einheiten, die aus Schwimmern für mittlere und tiefe Gewässer, für extrem tiefe Gewässer und für raue Umgebungsbedingungen besteht. Das Engagement des Unternehmens für Innovation und ständige Leistungsverbesserung veranlasste es, nach den besten technischen Lösungen zu suchen.

Problemstellung

Der Offshore-Bau von Öl- und Gasbohrungen ist ein komplexer Prozess, der viel Zeit in Anspruch nimmt. Er erfordert bestimmte Reihenfolgen sowohl manueller als auch halbautomatischer Vorgänge, die gleichzeitig so sicher und so effizient wie möglich ausgeführt werden. Verschiedene Arten von Geräten werden normalerweise unabhängig voneinander erstellt und betrieben. Am Bohrturm sind jedoch alle technischen Einheiten integriert. Jede Art von Maschinenverzögerung erhöht den kritischen Zeitpfad, was die Effizienz der Gesamtleistung verringert und zu finanziellen Verlusten führen kann.

Der kritische Zeitpfad kann abhängig von verschiedenen Faktoren variieren, darunter:

Es ist schwierig, die Abhängigkeiten solcher Variationen und die daraus resultierenden Ineffizienzen im gesamten Prozess zu verfolgen. Zu diesem Zweck mussten sich die Ingenieure zunächst auf die verschiedenen Zustände der Ausrüstung konzentrieren. Der Prozess wurde bis auf die einfachsten Ebenen zerlegt. Dann wurden die Zustände kombiniert. Schließlich konnte man sehen, wie diese im Rahmen anderer Faktoren, einschließlich hoher Sicherheitsstandards, zusammenwirken.

Um mögliche Schwankungen und Ineffizienzen des Bohrlochbauprozesses zu bewältigen, mussten die Ingenieure von Transocean Messungen an Dutzenden Bohrtürmen erfassen und bewerten, einschließlich der Zeitabläufe von Maschinen- und Besatzung. Riesige Datenmengen mussten gesammelt und analysiert werden. Wenn sie manuell verwaltet würden, wäre dies zu zeitaufwändig. Aus diesem Grund haben die Ingenieure beschlossen, ein Modell für die Bohrlochoptimierung zu erstellen, das auf den Maschinendaten einschließlich der Steuersignale der Ausrüstung basiert. Mit Hilfe von Simulationen sollten Ingenieure einen digitalen Zwilling für die Optimierung von Ölbohrungen erstellen, der die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Vorgängen widerspiegelt und analysiert, um Ausfallzeiten zu reduzieren. Die Simulationsergebnisse sollten es den Führungskräften ermöglichen, die tatsächlichen Gründe für den Zeitverlust zu ermitteln und Lösungen zu finden.

Lösung

Bei der Erstellung des Optimierungsmodells für Ölbohrlöcher haben sich die Ingenieure speziell auf die Tripping-Phase des Bohrlochbaus konzentriert. Normalerweise werden für diese Phase 20-30 % der gesamten Bauzeit des Bohrlochs benötigt. Sie ist halbautomatisch, sodass die Leistung der Ausrüstung sehr unterschiedlich ist. Der Prozess besteht aus Vorgängen wie dem Zurückziehen von Blöcken, dem Heben von Blöcken und dem Positionieren des Rohrs in die Bohrlochmitte, von denen einige gleichzeitig ausgeführt werden.

Erstellungsprozess eines Bohrlochs für weitere Optimierung von Erdölbohrungen

Erstellungsprozess eines Bohrlochs für weitere Optimierung von Erdölbohrungen (zum Vergrößern anklicken)

Mit Hilfe der AnyLogic-Software für die Simulation der Bauprozesse von Ölbohrungen und der Nutzung von Zustandsmaschinenalgorithmen und ereignisorientierter Prozessmodellierung konnte Transocean die Tripping-Vorgänge in Echtzeit analysieren. Der gesamte Prozess wurde in ein hierarchisches System von vier Haupttätigkeiten zerlegt, die auch in Funktionselemente bis auf die einfachsten Ebenen verfeinert wurden. Auf diese Weise konnten die Ingenieure das Zustandsmaschinenmodell erstellen. Dieses Modell zur Optimierung des Bohrlochaufbaus wurde in ein ereignisorientiertes Prozessmodell integriert, das das System des gesamten Tripping-Prozesses mit der integrierten Maschinenlogik von 4 bis 5 Geräten darstellt.

Transocean erstellt digitalen Zwilling zur Optimierung des Bohrlochbaus
Transocean erstellt digitalen Zwilling
zur Optimierung des Bohrlochbaus
Statistiken für Ölbohrungssimulation und Optimierungsmodell
Statistiken für Ölbohrungssimulation und Optimierungsmodell

Die AnyLogic-Simulation ermöglichte es den Ingenieuren, Maschinendaten in Echtzeit in beide Modelle einzugeben und eine Reihe von Ergebnissen zu erhalten, die in Dashboards und farbigen Diagrammen dargestellt werden konnten, um Maschinenzustände und Prozessaktivitäten zu identifizieren, beschreibende Statistiken zu erfassen und wichtige Betriebszeiten für ihre Minimierung zu analysieren. Die Anwendung übergab die Daten an eine SQL-Datenbank und anschließend an BI-Tools. Dies verhalf dem Management und den Betriebsteams zu den erforderlichen visuellen Hilfsmitteln, um mit den gegebenen Informationen nach den genauen Gründen für Ausfallzeiten und Leistungsmängel zu suchen.

Ergebnis

Modell von Transocean, das mit der AnyLogic-Software für die Simulation der Bauprozesse von Ölbohrungen erstellt wurde

Mit der AnyLogic-Simulation der Bauprozesse der Ölbohrungen, waren die Ingenieure von Transocean in der Lage, die komplette Tripping-Stufe des Ölbohrungsbauprozesses darzustellen. Mit Maschinendaten in Echtzeit und der detaillierten Darstellung des Betriebs, agierte das Ölbohrungsoptimierungsmodell als ein digitaler Zwilling, der bei der Analyse der Bauaktivitäten unterstütze. Modellstatistiken wurden an das Betriebspersonal und Manager des Bohrturms zurückgemeldet, was ihnen ermöglichte, eine Bewertung der Leistung der Besatzung vorzunehmen und Gründe für Zeitverluste zu identifizieren. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Zeiteinsparungen von über 20 % durch die Implementierung des digitalen Zwillings realisiert werden könnten.

Die zukünftige Implementierung der Simulation für dieses Projekt könnte die Bewertung eines neuen Bohrungsprofils und eine Vorhersage der Leistung der Ölbohrung enthalten. Das Profil könnte durch das Modell ausgeführt werden. Dies bedeutet im Wesentlichen das Bohren eines virtuellen Brunnens, wodurch Einblicke in die zukünftige Leistung der Bohrung, unter Berücksichtigung des Materialtransports, der benötigten Ressourcen und der Logistik rund um das Bohrgerät, geliefert würden.

Ähnliche Fallstudien

Mehr Fallstudien