건설프로세스 최적화를 위한 시뮬레이션 기반 디지털 트윈

건설프로세스 최적화를 위한 시뮬레이션 기반 디지털 트윈

Transocean 에 대해

Transocean 은 전세계적으로 굴착기 기반의 우물 건설 서비스를 제공하는 가장 큰 해양 굴착 회사 중 하나이다. 그것은 중수, 심해, 초심수, 혹독한 환경 플로터로 구성된 다목적 이동식 해상 유닛의 비행대를 운영한다. 이노베이션에 대한 회사의 헌신과 끊임없는 실적 개선으로 그들은 최고의 기술 솔루션을 모색하게 되었다.

문제

연안 석유 가스 우물 건설은 상당한 시간이 걸리는 복잡한 과정이다. 가능한 한 안전하고 효율적으로 수행되는 수동 및 반자동 작동의 특정 시퀀스를 요구한다. 다른 종류의 장비들은 보통 독립적으로 만들어지고 운용된다. 그러나 이 장비에서는 모든 기술부대가 통합되어 있다. 어떤 종류의 기계의 지연이라도 중요한 시간경로를 증가시켜 전체 성능의 효율을 떨어뜨리고, 재정손실로 이어질 수 있다.

임계 시간 경로는 다음을 포함한 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다.

그러한 변동의 의존성과 그 결과의 비효율성을 전체 프로세스에서 추적하기는 어렵다. 이러한 목적을 위해 엔지니어는 먼저 다양한 장비 상태에 초점을 맞춰 공정을 가장 단순한 수준으로 분해한 다음 이러한 상태를 결합하고, 마지막으로 높은 안전 표준을 포함한 다른 요인의 범위에서 이들이 어떻게 함께 작동하는지 확인할 필요가 있었다.

우물 건설 프로세스의 가능한 변동과 비효율성을 처리하기 위해 Transocean 엔지니어들은 기계와 승무원 타이밍을 포함하여 수십 개의 장비에서 측정치를 수집하고 평가해야 했다. 엄청난 양의 데이터를 수집해서 분석해야 했고, 그들이 수동으로 관리한다면 너무 많은 시간이 소요될 것이다. 그래서 엔지니어들이 장비에서 나오는 제어신호를 포함해 머신 데이터를 기반으로 한 우수한 최적화 시뮬레이션 모델을 구축하기로 결정한 것이다. 시뮬레이션은 엔지니어가 오일 웰 최적화 디지털 트윈을 구축하는 데 도움이 될 것이며, 이는 다운타임을 줄이기 위해 다양한 운영 간의 상호의존성을 반영하고 분석하는 데 도움이 될 것이다. 시뮬레이션 산출물은 관리직원이 시간 손실의 실제 이유를 판단하고 해결책을 찾을 수 있게 할 것이다.

해결책

오일 웰 최적화 모델을 구축할 때 엔지니어는 특히 웰 건설 프로세스의 트립 단계에 초점을 맞췄다. 보통 전체 우물 시공 시간의 20~30%가 소요되며 반자동화 되어 있어 장비 성능에 엄청난 변동성이 있다. 이 과정은 블록 수축, 블록 호이스트, 파이프를 웰 센터로 가져오는 등의 작업으로 구성되며, 일부는 동시에 이루어진다.

추가적인 오일 웰 최적화를 위한 웰 생성 프로세스

추가적인 오일 웰 최적화를 위한 웰 생성 프로세스(클릭하여 확대)

AnyLogic 오일 웰 시공 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하고, 상태 머신 알고리즘과 이산 이벤트 프로세스 모델링을 활용하여 트립 작업을 실시간으로 분석할 수 있었다. 전체 프로세스는 4개의 주요 운영의 계층적 시스템으로 분해되었고, 또한 가장 단순한 수준으로 기능적 요소로 분할되었다. 이를 통해 엔지니어들은 상태 기계 모델을 만들 수 있었다. 이 웰 시공 최적화 모델은 4-5개 기기의 내장된 기계 로직으로 전체 트립 공정의 시스템을 모두 나타내는 이산 이벤트 프로세스 모델과 통합되었다.

건설 최적화를 위한 트란소션 디지털 트윈 구축
건설 최적화를 위한 트란소션 디지털 트윈 구축
오일 웰 시뮬레이션 및 최적화 모델에 대한 통계
오일 웰 시뮬레이션 및 최적화 모델에 대한 통계

AnyLogic 시뮬레이션을 통해 엔지니어는 실시간으로 두 모델에 머신 데이터를 입력하고 대시보드와 컬러 차트에 표시할 수 있는 다양한 결과를 수신하여 머신 상태 및 프로세스 활동을 식별하고, 기술 통계를 캡처하고, 최소화를 위해 운영에 필수적인 시간을 분석할 수 있었다.

응용 프로그램은 데이터를 SQL 데이터베이스로 출력한 다음 BI-tools로 출력한다. 이를 통해 관리 및 운영 팀은 필요한 시각적 지원을 받을 수 있었고, 주어진 정보를 사용하여 다운타임과 성능 비효율성의 정확한 원인을 찾을 수 있었다.

결과

모든 Logic Well 건설 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어로 구축된 Transocean 모델

AnyLogic 오일 웰 시공 프로세스 시뮬레이션을 통해 Transocean 엔지니어는 웰 시공 프로세스의 전체 트립 단계를 대표할 수 있었다. 실시간 머신 데이터(machine data)와 상세한 운용 표현으로 오일웰 최적화 모델을 디지털 트윈(twin)으로 구현해 우물 건설 활동을 분석하는 데 도움을 주었다. 모델 통계는 운용 인력과 장비 관리자들에게 피드백되어 승무원들이 얼마나 잘 수행하고 있는지 평가하고 시간 손실의 원인을 파악할 수 있도록 했다. 초기 결과는 디지털 트윈을 구현함으로써 20% 이상의 시간을 절약할 수 있다는 것을 보여주었다.

이 프로젝트에 대한 유정 건설 프로세스 시뮬레이션의 향후 실행은 새로운 유정 프로파일을 평가하고 유정의 성능을 예측하는 결과를 초래할 수 있다. 프로파일은 모델을 통해 실행될 수 있으며, 기본적으로 가상의 우물을 시추할 수 있으며, 자재 처리, 필요한 자원 및 시설 주변의 물류 등을 고려할 때 우물의 성능에 대한 미래 통찰력을 제공할 수 있다.

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