现代钻机是高度复杂的系统:液压、气动、电气、机械和热系统和子系统都必须精心设计，以保持钻机的运行。考虑到它们的复杂性和规模，这些庞然大物是现代制造和控制设计的一个奇迹。但是，将一种新设计发布到网上并证明其能力不是为胆小者准备的——而且，就像任何新产品一样，没有“最终”设计。即使是经过认证的设计也只是暂时的，因为客户有理由要求定制，技术也在不断改进。
我们的客户之一，Helmerich & Payne, Inc. (H&P)是全球钻机设计和管理的领导者，他们想知道是否可以在不安排工作钻机和人员的情况下对特定的钻机更换进行预测试。简单地说，测试和认证过程是否可以简化和缩短?
战略市场问题是:如果H&P的客户想要基于经济考虑、关键部件的区域可用性或天气和温度条件来改变钻机，是否可以优化钻机以满足这些需求，同时最小化设计周期?对于我的团队来说，关键问题是:单个部分对整体有什么影响?是否有可能在保持整个系统的平衡的同时快速地重新设计系统的一个方面，并且这种变化的影响能够被量化?
一个单独的部分对整体有什么影响?是否有可能在保持整个系统平衡的同时快速地重新设计系统的一个方面?
我们的解决方案是发展a数字双胞胎，一种能准确预测复杂系统实时性能的计算机模拟。
数字双胞胎将使H＆P能够测量变化对整个系统的一部分的效果，从而确定如何影响区域可用的电动机或泵会如何影响钻机的其余部分。它还将使客户端预测不同的电机类型如何影响钻井性能前他们买了一台发动机。这种通过仿真量化性能增强的能力帮助我们的客户将传统的随机绕线电机替换为形式绕线电机，从而最大限度地减少机械振动，提高可靠性。
捕获真实世界系统的物理属性
由于twin可以重现或模拟关键设备的基本物理特性，如电机、长电缆运行和驱动控制算法，它可以准确预测整个钻机的性能，并识别导致性能改善、偏离或故障的物理问题。
复制每个设备物理特性的能力，有助于确保这两个设备不是一个简单地再现特定输出信号的“黑匣子”。相反，基于物理的双胞胎描述设备的物理属性(电机、泵、总线参数)，包括材料属性，使用数学和动态系统分析工具捕捉这些设备的真实世界响应。
此外，通过建模每个设备的物理，我们可以观察性能指标不在现实世界中提供。例如，基于物理的双胞胎可以预测电动机绕组的轴，温度梯度的压力，甚至在电动机的电感中加热时的变化，同时在（接近）实时显示事件可能发生的原因。这些性能指标允许客户开发新产品和测试控制方案，而无需安排钻机和工作人员，或者雇用外部测试设施以测试假设。下载188bet金宝搏这种钻机物理的可观察性使双胞胎成为降低开发成本和缩短设计周期的强大工具。
复制每个真实世界设备的物理特性的能力，有助于确保交付的双胞胎设备不是一个简单地再现特定输出信号的“黑匣子”。
示例:使用数字双胞胎优化发电机组选择
创造一种能够精确匹配设备性能的孪生设备不仅需要石油设备和工业过程的经验，还需要能够用数学方法描述这些过程的物理特性。金宝app动态仿真模块®具有大量的预构建模块，用于描述多种类型的设备，以及高级功能，如自动控制调优、大型库集和模块化编码。这些能力为地面机电系统和子系统的物理建模过程带来了效率和准确性。
建立发电机组模型并使用它来确定特定钻机的最佳发电机组大小和配置的能力，是这些能力给流程带来价值的一个很好的例子。发电机组是柴油发动机和发电机的组合(图1)。
图1. Genset图。
发电机组为所有钻机系统提供电力，包括钻井、牵引和泥浆泵马达，因此是现代电动钻机的重要组成部分。一般情况下，一个钻井平台将使用3台柴油发电机组，但根据钻井地点和地质情况，仅使用一台大型发电机组或多达4台小型机组可能会更有效地运行。然而，增加更多的发电机组或增加它们的大小不一定能提高性能。那么，团队如何决定哪种配置将提供最佳响应，同时最小化经济成本?
每一个钻井平台运营商都知道,如果一个管下降或发生故障时,钻井平台可能飙升的母线电压和强制关闭消息的主要运动系统,但是几乎没人能解释为什么下降管结果电压上升或能够做些什么来减少其影响钻井平台。
为了回答这些问题，需要详细的发电机组模型，但没有两个发电机构是相同的。即使是小的差异也使得模拟平行的发电机构 - 两个或更多个发电机组饲喂到公共总线 - 因为它们导致自动电压调节器（AVR）和各个发动机控制系统（ECS）的不同发动机速度和扭矩指令信号。如果在物理设备中未选中这些差异，则一个发电机可以产生比另一个发电机更多的电压，从而产生电流，导致在发电机组之间循环而不是提供钻机的负载。（这是一种众所周知的问题，通常使用称为反应下垂补偿的矫正控制系统来解决。）
在Simulink中内置的发电机组可以精确地模金宝app拟发动机、励磁机和发电机的内部条件以及它们各自的控制系统(图2)。
图2。发电机组子系统在Simulink中建模。金宝app
利用正确的计算硬件，双胞胎可以同时模拟发电机场线圈中的激励器电流和磁通量分布，该电流引起输出电压以满足负载的需要。双胞胎还可以复制控制激励器电流的控制系统（通过AVR在现实世界中完成），并以图形方式示出AVR如何根据激励器电流，电枢电流和无功功率调制其参数。
More broadly, a physics-based twin can detail the systems’ response and, with technical experience, point to a solution to prevent the over-voltage from a pipe drop condition, as well as test numerous economic scenarios to determine the optimal number and power ratings for the gensets of a rig.
以足够的精度创建每个设备的模型，以允许模型称为“数字双胞胎”一般涉及三个主要步骤：参数估计，优化和验证（图3）。
图3。两个开发步骤:估计、优化和验证。
由于历史数据可能丢失或断裂，验证一个详细的孪生模型可能具有挑战性。在这些情况下，通常最好从一个简化的孪生模型开始，该模型可以基于可用的历史数据在根组件上进行验证。一旦简化的模型得到验证，从oem获得的每个设备的性能细节可以递增，以实现所需的模型保真度。在实践中,与实践，数字双胞胎（系统和设备和设备级）应该能够在与历史现场数据相比，对于大多数工业应用和设备相比，误差的性能预测出误差小于3-5％。
这样就可以
Twin的开发重点是某些电气、机电设备的物理特性，以及钻机地面电源和控制系统的控制过程。通过使用双井架，熟悉钻机操作的工程师可以预期以下结果:
- 显著减少产品开发时间和成本
- 加快对“如果”情况的评估
- 对现场问题的根金宝app本原因分析提供强有力的支持
孪生，即使是实时孪生，也是由于现代硬件和软件的先进计算能力，如Simulink。金宝app利用这些创新工具，开发新钻机和钻机产品的成本和时间表可以大幅减少。下载188bet金宝搏作为硬件和软件继续前进，可以在数字双胞胎中捕获更详细的细节和复杂性。
