掘削リグ・デジタルツインおよび油井戸建設の最適化

概要

Transocean社は、リグベースの井戸建設サービスを世界中で展開するスイスの沖合掘削会社です。同社は、この分野で大手の請負業者の1つであり、20か国にオフィスを構えています。彼らは、中水、深海、超深海、および過酷な環境のフローターで構成される、汎用性の高い可動性の沖合ユニットを運用しています。同社は、フリート全体の運用を最適化することを目的として、予測および高度な計画機能を有効にするために、井戸建設プロセスのデジタルツインを構築することを決定しました。

問題点

石油およびガス掘削リグは、数千のプロセスを含む非常に複雑なシステムであり、リモート環境および厳しい気象条件で24時間稼働する必要があります。新しい掘削リグの建設には、10億ドル以上の投資が必要になる場合があります。このプロセスには多くの相互依存関係があり、さまざまな障害が発生する可能性があります。その結果、セットアップおよび生産中のシステムの運用上および財務上の特性を予測するのが困難になることがよくあります。

井戸の建設プロセスはいくつかの段階で構成されています。掘削プロセス自体の高度なシミュレーションは既に存在しますが、Transocean社は、掘削、セメント、ケーシングなどの非掘削の段階を含む、井戸建設プロセス全体のシミュレーションを望んでいました。デジタルツインに関する追加情報は、Introduction to Digital Twin Development（デジタルツイン開発の概要）)をご参照ください。

建設プロセス全体をシミュレートすることで、会社は油井戸の最適化をより正確に計画できます。Transocean社は次のことができるようになります。

特定の種類の契約または環境に最適なリグを選択します。
早期の作業完了でボーナスを獲得し、遅延を回避します。
コミットメントを与えるとき、予測に自信を持つことができます。
さまざまなwhat-ifシナリオを実行することにより、安全な仮想環境で機器、プロセス、またはポリシーの変更の潜在的な利点をテストおよび分析します。
リアルタイムの運用データの詳細な分析により、パフォーマンスを最適化および改善します。
可能性のある問題を事前に示すことにより、ダウンタイムと目に見えない損失時間を削減します。

解決策

Transocean社は、概念実証プロジェクトから開始し、満足のいく結果が示された場合は開発を継続することを決定しました。同社は、AnyLogicのマルチメソッドシミュレーションモデリング機能等を評価し、シミュレーションのプラットフォームとしてAnyLogicを選択しました。このプロジェクトでは、システムダイナミクスモデリング、エージェントベースのモデリング、および離散イベントモデリングを組み合わせました。

油井戸計画、機械操作、及びTransoceanの世界的な掘削リグのタイムログ（15分ごとにデータを記録する）からの膨大な量の履歴データがモデルに読み込まれました。これにより、非常に複雑な依存プロセスおよび相互依存プロセスのシミュレーションが可能になりました。

AnyLogicプラットフォームは、正確なデータと統計分布を組み合わせることができる複数レベルの忠実度を備えた坑井建設最適化モデルの作成を容易にしました。これは、エンジニアが高レベルで作業し、モデルの下位レベルに深く入り込んでさらに調査できることを意味します。たとえば、その特性に関するデータをモデルに追加し、what-ifシナリオを実行することにより、新しい機器をテストすることができます。結果は、システム全体における機器のパフォーマンスとその回収率を示しています。

AnyLogic最適化モデルには、魅力的で使いやすいインターフェイスがあります。ユーザーは、油井戸プラントを選択し、さまざまなパラメータを設定し、関連するマシンを調整できます。その結果、掘削リグで実際に進行しているプロセスをリアルタイムで確認し、建設プロセスの予測を取得できます。現場での実際の状況または予測される状況に応じて、さまざまなwhat-ifシナリオを実行して、新しい機器またはサプライチェーンの変更をテストすることができます。結果は、ガントチャート、ログ、2Dおよび3Dモデルに表示されます。

Transocean社は2つの3D油井戸最適化モデルを作成しました。ポリゴンモデルは検証のために作成され、AnyLogicで実装されました。これにより、迅速、簡単、正確かつ明確な視覚化を構築できました。2番目のモデルは、マーケティング目的でUnreal Engineで作成されたもので、特定のプロセスがどのように見えるかを顧客が理解できるようになっています。AnyLogicプラットフォームAPIは、AnyLogicモデルとUnreal Engine視覚化のシームレスな統合を可能にしました。

結果

油井戸最適化シミュレーションモデルは、概念実証プロジェクトであり、実際の坑井建設事例と仮想予測の比較は非常に良好な対応を示しました。さらに、このモデルはすでに機器、プロセス、またはポリシーの変更をテストし、これらの変更による資本費用と運用費用の削減を比較できます。同社がどのように就業日を節約できるかを示しており、その分年間により多くの井戸を掘削できるようになり、収入を増やしました。さらに、問題を引き起こすことなく危険なゾーンから人を排除できる場合に管理方法を示すことにより、安全性の向上にも役立っています。

現在、Transocean社は、次の点に関してより多くの専門知識を取り入れ、モデルを強化することを計画しています：