使用数字双预测钻井平台的实时性能
韦斯顿约翰逊博士,雷诺阿咨询有限责任公司
现代钻井平台高度复杂的系统:液压、气动、电气、机械和热系统和子系统都必须精心设计的钻机操作。考虑到它们的复杂性和规模,这些庞然大物现代制造和控制设计的是一个奇迹。但将新设计的在线和证明它的能力是无法承受的,学生对于任何新产品,没有“最终”设计。甚至一个认证的设计只是暂时的,因为客户要求定制和技术的不断改善。
我们的一个客户,Helmerich &佩恩,Inc . (H&P),全球领先的钻井平台的设计和管理,想知道如果他们能进行预测一个特定平台改变而无需安排一个工作平台和船员。简而言之,测试和认证过程可以简化和缩短?
市场战略问题是这样的:如果本司客户想要改变一个钻井平台基于经济考虑,该地区的一个关键组件的可用性,或天气和温度条件下,优化钻井平台可以满足这些需求,减少设计周期?对我的团队来说,关键的问题是:什么影响单个部分演奏全部吗?有可能快速设计系统的一个方面,同时保持整个系统的平衡,和变化的影响可以量化吗?
什么影响单个部分演奏全部吗?有可能快速设计系统的一个方面,同时保持整个系统的平衡?
我们的解决方案是开发一个数字双计算机模拟,可以准确地预测复杂系统的实时性能。
数字双将使H&P衡量变化的影响在整个系统的一部分,从而确定区域性现有电机或泵将会影响到其他平台。它也会使客户端预测不同的电机类型如何影响钻井性能之前他们购买了汽车。这种量化性能增强的能力通过模拟帮助我们的客户与form-wound汽车取代传统的random-wound汽车,减少机械振动和提高可靠性。
捕获一个真实系统的物理特性
因为双胞胎可以重现或关键设备的基本物理模型,如汽车,长电缆运行时,和驱动控制算法,它可以准确地预测整个钻机的性能和识别的物理问题导致的性能提升,偏差或失败。
复制每个设备的物理的能力有助于确保这两个不是一个“黑匣子”,简单地再现一个特定的输出信号。相反,基于物理双胞胎描述设备的物理特性(电机、水泵、总线参数),包括材料性能、使用数学和动态系统分析工具,捕捉这些设备的真实反应。
此外,通过建模的物理设备,我们可以观察到的性能指标不在现实世界中可用。例如,基于物理双胞胎可以预测应力轴,在电动机的绕组温度梯度,甚至改变电机的电感原理,同时显示在(附近)实时事件可能发生的原因。这些性能指标允许客户端开发新产品和测试控制场景,而无需安排钻机和船员,或聘请外部测试设备测试一个假设。下载188bet金宝搏这个钻井平台物理可观测性使得双子一个强大的工具来降低开发成本和缩短设计周期。
复制每个实际的物理设备的能力有助于确保交付的双胞胎不是一个“黑匣子”,简单地再现一个特定的输出信号。
示例:使用数字双优化发电机组的选择
创建一个精确的双匹配设备性能不仅需要经验,石油设备和工业过程也是数学描述的物理过程的能力。金宝app动态仿真模块®有大量的预先构建的模块来描述许多类型的设备,以及先进的功能,如自动控制调优,大型图书馆集,模块化编码。这些功能使效率和准确性的过程建模地上机电系统和子系统的物理。
构建一个发电机组模型的能力,使用它来确定最优发电机组尺寸和配置为一个特定的平台是一个很好的例子,这些功能价值的过程。一个发电机组柴油发动机和发电机的结合(图1)。
图1所示。发电机组图。
发电机组单位提供所有设备的电力系统,包括钻井绞车、泥浆泵电机,因此现代电动钻机的一个重要组成部分。通常,平台将有三个柴油发电机组,但根据钻井现场和地质学,它可能更高效地运行只有一个大型发电机组或多达四个更小的单位。然而,添加更多的机组或增加他们的大小并不一定提高性能。团队是如何决定哪些配置将提供最好的回应,同时尽量减少经济成本?
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,但是没有两个发电机组是相同的。即使很小的差异使它具有挑战性的模式并行gensets-two或更多的机组在公共汽车是因为他们导致不同的引擎速度和转矩命令信号的自动电压调节器(AVR)和个人发动机控制系统(ECS)。如果这些差异是在物理设备置之不理,然后一个电压发生器可以产生比另一个,导致洋流发电机组之间的流通,而不是提供平台的负载。(这是一个众所周知的问题,通常使用纠正解决控制系统称为活性下垂赔偿。)
一个发电机组双建在仿真软件可以精确模型的内部条金宝app件引擎,励磁机,发电机和各自控制系统(图2)。
图2。发电机组子系统建模仿真软件。金宝app
正确的计算硬件,双胞胎可以同时模型励磁电流和磁通分布在发电机励磁线圈,产生一个输出电压,以满足负载的需求。双胞胎也可以复制控制系统调节励磁电流(AVR)完成了在现实世界中,生动地展示了AVR基于励磁电流调节参数,电枢电流和无功功率。
更广泛,基于物理的双胞胎可以详细系统的响应和技术经验,指出解决防止过电压下降管条件,以及测试许多经济场景来确定发电机组的最优数量和实力评级一个钻井平台。
创建模型的每个设备有足够精度允许的模型被称为“数字双”通常包括三个主要步骤:参数估计、优化和验证(图3)。
图3。双发展步骤:评估、优化和验证。
确认详细的双模型可以是一个挑战,因为历史数据可能丢失或断裂。在这些情况下,最好经常从一个简化的双模型,可以验证一个根组件上基于历史数据可用。一旦一个简化的模型验证,每个设备的性能细节可以添加从oem厂商逐步实现所需的模型保真度。在实践中,与实践中,一个数字双(系统和设备级的)应该能够预测误差小于3 - 5%的性能与历史字段数据相比,大多数工业应用和设备。
这样就可以
双发展集中在特定的物理电气、机电设备、地上的权力和控制流程和控制系统平台。通过使用一个双胞胎,工程师熟悉平台操作可以期待下面的结果:
- 显著减少产品开发时间和成本
- “如果”场景的快速评估
- 强烈支持领域问金宝app题的根源分析
孪生,甚至实时双晶,可能是由于现代的先进的计算能力的硬件和软件,仿真软件。金宝app这些创新的工具,成本和时间可以大大减少开发新平台和钻井平台产品。下载188bet金宝搏随着硬件和软件继续进步,可以捕获更多细节和复杂性在数字的双胞胎。
2019年出版的
