数字孪生赋能钻井工程新模式

2020-07-29 09:47:26
二丫
数字孪生
数字化转型
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《2020年数字中国产业发展报告》中指出,“未来,基于边缘智能的数字孪生平台,将会进一步深化物理世界和信息空间的集成,成为数字化转型和第四次工业革命的重要载体。”

数字孪生可谓是钻井领域的数字化之源。简言之,即通过利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多资料、多物理量、多尺度、多概率的方针过程,在虚拟空间中完成对物理资产(例如钻机等)的映射。

自2018年起,数字孪生技术逐渐广受关注。特别是在油价低迷期,油公司尤其希望能够利用数字化技术,充分提高作业效率和绩效表现。

例如,荷兰皇家壳牌公司(Royal Dutch Shell)近期启动了一项为期两年的数字孪生计划,以帮助石油及天然气运营商更加高效地管理海上资产,加强工人安全保障,及探索可预见的维护时机。

生产流程数字孪生模拟(图片来源:德勤《工业4.0与数字孪生》)

德勤《2020技术趋势报告》中提到,数字孪生发展势头迅猛,得益于快速发展的仿真和建模能力、更好的互操作性和物联网传感器,以及更多可用的工具和计算的基础架构等。因此,各领域内的大小型企业都可以更多地接触到数字孪生技术。

IDC预测,到2022年,40%的物联网平台供应商将集成仿真平台、系统和功能来创建数字孪生,70%的制造商将使用该技术进行流程仿真和场景评估。

实际上,任何领域的数字孪生建设与发展,除了专业领域业务本身以外,还依赖着数据、云计算、人工智能等一系列技术的集成。例如在钻井工程领域,除了基础的地层与岩性数据,若要实现数字孪生,则还要通过传感器获取大量的井场实时数据,例如工程参数、工具参数、地质参数等等,同时还要结合各类复杂算法,进行数据的收集和整合。

eDrilling公司CEO表示:“有了数字孪生,我们可以实时建模,并同步获取井下工况,从而了解到油井的实时测量值在哪里偏离了模型。我们可以从井下获取诊断信息,并识别开始发生、已经发生或是可能发生的潜在问题。基于此,下一步就可以针对当前的作业施工或者未来的设计规划作出更明智的决策。”

2017年,eDrilling与俄罗斯Gazprom Neft合作建立了钻井管理中心(DMC),通过获取实时地面和井下钻探数据以及井身结构数据,实现井眼及钻井过程实时可视化。据eDrilling数据显示,自DMC成立以来,Gazprom Neft的NPT每年减少了约8%-10%,整体钻速提高20%。

2020年1月,中石化授予eDrilling实时优化软件合同,将其整合到自己(中石化斯里兰卡)的钻井自动化解决方案中。

2020年4月,中石油塔里木油田与eDrilling公司就建井规划软件套件达成合作,旨在在井眼设计中实现更逼真的井下环境动态建模,从而解决井眼中的瞬时效应。该软件将用于支持动态多相水力和温度模拟,包括控压钻井和双梯度钻井和井控等。大约在同一时间,eDrilling还获得了道达尔的一份合同,将其建井规划软件集成到道达尔的钻井工程软件套件(T-desk)中。

eDrilling的钻井全生命周期模拟概念将先进的动态钻井模型和诊断技术与3D可视化相结合,形成“虚拟井眼”,从规划和设计(WellPlanner)、培训和方案开发(WellSim)、实时监控/操作(WellAhead)到后期分析和经验转化(WellAhead Replay和WellAhead ReCale),各种钻探模型相互作用,为整个钻井全生命周期提供价值。

WellPlanner可针对油井施工效果进行高质量规划模拟和优化,并使用先进的分析工具为钻井作业提供规划和质量保证。该软件主要包括四个模块,即动态水力学&温度模块(DHT)、井控评估模块(WCE)、井涌余量模块(KT)、摩阻评估模块(TDE)。

WellSim是用于所有油井工程学科的工程和培训软件解决方案,通过提高对动态油井环境的洞察和反馈,该软件有助于用户优化钻井设计和施工方案。WellSim是目前唯一可以预钻油井,并允许整个团队(包括服务商、运营商等)于正式施工之前在动态数字孪生虚拟环境中进行预练习的软件解决方案。

WellSim采用先进的井下模拟器Intellectus,包括动态ROP模型以及流体、扭矩/摩阻耦合模型。该软件可模拟作业的时间发展,并综合考虑惯性、减速度、温度和压力变化等动态条件对井下过程的实际影响。

WellSim hiDRILL:

用于钻台人员协作培训的VR模拟器。

WellSim Interact:

通用钻井参数的桌面控制。

WellSim Third Party:

WellSim API适用于任何第三方钻井模拟器接口。

石油圈原创,石油圈公众号:oilsns

2020年6月,eDrilling与工程咨询公司WellSpec宣布成立合资公司,专注于优化WellSim在控压钻井方案、高温高压环境以及施工工程相关的应用。

WellAhead将所有可用的实时钻井数据(地面和井下)与实时建模和作业计划相结合,对作业全过程实时监控,并提供决策参考,实现更优化的钻井过程。所采集到的的信息以可视化形式呈现在用户界面。

以eDrilling解决方案为代表的钻井数字孪生技术,目前已经逐渐扩展到钻井全生命周期中。基本架构总体可概括为:通过对地面和井下信息及数据的检测,结合各类工程模拟技术,优选最佳钻井设计和施工方案,并进行故障诊断、异常处理等决策分析。

《2020年数字中国产业发展报告》中指出,“未来,基于边缘智能的数字孪生平台,将会进一步深化物理世界和信息空间的集成,成为数字化转型和第四次工业革命的重要载体。”

数字孪生尚处于“婴儿”时期,发展轨迹尚无定论。但可以确定的是,随着技术的不断发展和迭代,数字孪生的应用场景会逐渐增多,所创造的价值也会随之扩大。数字孪生也终是油气行业,乃至整个制造业优化工程体系、提升业务水平、实现高质量发展的关键方向。

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