劉遵港

[摘? ? 要 ]半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，大量的設(shè)備在管理、維護(hù)起來(lái)也十分困難。為了提高半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行的安全性，必須應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬的半潛式鉆井平臺(tái)模型，并綜合利用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)構(gòu)建全新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，切實(shí)提高半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行的安全性。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng);半潛式鉆井平臺(tái);智能技術(shù)

[中圖分類號(hào)]U674.381 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]The operation environment of semi submersible drilling platform is very bad， and it is very difficult to manage and maintain a large number of equipment. In order to improve the safety of semi submersible drilling platform operation， it is necessary to build a virtual semi submersible drilling platform model by using digital twin technology， and build a new monitoring system by comprehensively using artificial intelligence technology and big data mining technology， so as to realize real-time monitoring of various equipment operation status and effectively improve the safety of semi submersible drilling platform operation.

[Keywords]digital twin drive; semi submersible drilling platform; intelligent technology

通過(guò)利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)的五維數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以推動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)，構(gòu)建全新的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備的故障問(wèn)題能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的維護(hù)管理工作也能夠變得更加高效。

1 數(shù)字孿生概述

數(shù)字孿生是一種極其先進(jìn)、超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以看做是一種由一個(gè)或多個(gè)互相聯(lián)系的裝備系統(tǒng)所構(gòu)成的數(shù)字映射系統(tǒng)。數(shù)字孿生綜合利用了傳感器信息、運(yùn)行歷史、物理模型等數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)形成多概率、多物理量、多尺度的仿真過(guò)程，并在虛擬空間中完成映射，將相應(yīng)實(shí)體裝備的運(yùn)行過(guò)程完全反映出來(lái)。美國(guó)國(guó)防部率先將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到航天飛行器的維護(hù)保養(yǎng)工作中，結(jié)合真實(shí)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)將飛機(jī)模型建立到數(shù)字空間中，并依靠傳感器來(lái)獲得飛機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，在航天飛機(jī)完成飛行任務(wù)后，可以將之前收集到的數(shù)據(jù)信息、結(jié)構(gòu)狀況和目前的數(shù)據(jù)信息、結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行對(duì)比，從而判斷出航天飛機(jī)的狀態(tài)，判斷航天飛機(jī)是否可以承受住下次飛行任務(wù)的載荷，判斷航天飛機(jī)是否需要進(jìn)行維修保養(yǎng)。通過(guò)將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到航天飛行器的維護(hù)保養(yǎng)工作中，可以大大提高維護(hù)保養(yǎng)工作的效率和質(zhì)量，航天飛機(jī)的一點(diǎn)微小結(jié)構(gòu)變化都可以及時(shí)在數(shù)字空間中的飛機(jī)模型中顯示出來(lái)，工作人員不必對(duì)航天飛機(jī)進(jìn)行細(xì)致的人工檢查。實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生需要綜合利用多種先進(jìn)技術(shù)，比如高性能計(jì)算技術(shù)、多物理量建模等，這些不同領(lǐng)域的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合利用能夠有效評(píng)估裝備的健康狀況。數(shù)字孿生是一個(gè)非常具有顛覆性、超越現(xiàn)實(shí)的概念，能夠?qū)⑽锢硎澜缰械母黜?xiàng)因素展示在數(shù)字空間中，能夠?qū)崿F(xiàn)物理世界、數(shù)字空間的一致。數(shù)字孿生技術(shù)需要結(jié)合各種數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，數(shù)字空間中的各種信息能夠更加準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)和物理世界的動(dòng)態(tài)一致。

2 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的研究現(xiàn)狀

半潛式鉆井平臺(tái)是一種大部分結(jié)構(gòu)處于水面下的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，主要由立柱、平臺(tái)本體、浮箱、下體等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在立柱和平臺(tái)、立柱和立柱之間都有著一些支撐相連接，通過(guò)這些相連接的支撐來(lái)減少半潛式鉆井平臺(tái)在水面上移動(dòng)時(shí)的阻力。半潛式鉆井平臺(tái)需要長(zhǎng)時(shí)間在海面上運(yùn)行，會(huì)受到海浪、暴風(fēng)等長(zhǎng)時(shí)間的影響，運(yùn)行環(huán)境非常的惡劣，一旦半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，這些問(wèn)題很容易擴(kuò)大，使得半潛式鉆井平臺(tái)無(wú)法正常運(yùn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)嚴(yán)重威脅半潛式鉆井平臺(tái)上工作人員的人身安全。為了確保半潛式鉆井平臺(tái)的安全以及能夠順利運(yùn)行，必須為半潛式鉆井平臺(tái)配備齊全的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。目前我國(guó)大多數(shù)半潛式鉆井平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠總線技術(shù)來(lái)對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，比如儀表、傳感器等，通過(guò)連接這些設(shè)備來(lái)掌握各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并將各種運(yùn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)展示在監(jiān)控系統(tǒng)中。雖然這種監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，但是不同部分之間沒(méi)有進(jìn)行有效的聯(lián)系，各部分仍然處于獨(dú)立的狀態(tài)，數(shù)據(jù)難以互通、共享，不同設(shè)備運(yùn)行信息的類型、格式不同，難以將這些信息進(jìn)行綜合利用，監(jiān)控系統(tǒng)也難以徹底對(duì)設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)信息進(jìn)行挖掘，在管理、維護(hù)方面也比較困難。為了對(duì)現(xiàn)有的半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行完善，提高對(duì)信息的利用率，相關(guān)工作人員需要將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到半潛式鉆井平臺(tái)中，構(gòu)建全新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保障半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行。利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠依靠物聯(lián)網(wǎng)快速獲得大量的數(shù)據(jù)信息，并且這些數(shù)據(jù)信息是一直處于更新?tīng)顟B(tài)，還可以記錄大量的歷史數(shù)據(jù)信息，最終利用這些數(shù)據(jù)信息在信息空間中構(gòu)建物理實(shí)體，形成一種能夠自動(dòng)檢測(cè)、分析、執(zhí)行的數(shù)字孿生體，最終推動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)朝著更加智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。

我國(guó)重視對(duì)海洋鉆井平臺(tái)的數(shù)字化研究，并取得了一定的成果，比如我國(guó)已經(jīng)將三維地理信息系統(tǒng)和三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行了融合，共同應(yīng)用到了海洋鉆井平臺(tái)模型的構(gòu)建中。通過(guò)應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)、細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋鉆井平臺(tái)的信息化、可視化管理，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了海洋鉆井平臺(tái)的消防仿真系統(tǒng)供工作人員進(jìn)行演練。我國(guó)海洋鉆井平臺(tái)的安全檢測(cè)、預(yù)警以及維護(hù)保養(yǎng)工作的水平也在各種數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、模型的幫助下而不斷提高。

3 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

半潛式鉆井平臺(tái)的工作環(huán)境十分惡劣，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，并且在有限的空間內(nèi)需要堆放大量的設(shè)備，難以有效對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理。針對(duì)這些問(wèn)題，工作人員需要建立半潛式鉆井平臺(tái)的五維系統(tǒng)，將半潛式鉆井平臺(tái)本體、利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)、孿生數(shù)據(jù)、運(yùn)維服務(wù)以及各種子系統(tǒng)進(jìn)行有效連接。構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)模型是現(xiàn)實(shí)半潛式鉆井平臺(tái)在信息空間的1：1映射，二者在規(guī)模、結(jié)構(gòu)等方面都是完全一樣的。通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)進(jìn)行處理，可以將現(xiàn)實(shí)中一些難以實(shí)現(xiàn)的、危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)景還原出來(lái)，一些原本只能夠通過(guò)數(shù)字進(jìn)行展示的信息也可以通過(guò)圖形、表格等形式展示出來(lái)，更加的直觀，工作人員可以依靠信息空間的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)模型對(duì)各種操作進(jìn)行模擬，并可以更加實(shí)時(shí)、有效的對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相關(guān)的管理、維護(hù)工作也能夠變得更加簡(jiǎn)單。在通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)虛擬模型的過(guò)程中，工作人員不僅要收集半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體的各種信息，還需要綜合利用通信技術(shù)和傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將各種動(dòng)態(tài)的信息直觀顯示出來(lái)。不同半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)際的工作環(huán)境、狀況不同，因此工作人員還需要利用先進(jìn)的通訊技術(shù)來(lái)將各個(gè)半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)疥懙囟说墓芾硐到y(tǒng)中，對(duì)各個(gè)半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、對(duì)比，從而讓后續(xù)的控制決策變得更加智能、準(zhǔn)確。例如，工作人員需帶著極高責(zé)任感對(duì)所收集的多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)且全面化分析，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)完成細(xì)致化對(duì)比，通過(guò)物理實(shí)體所帶來(lái)溫度、壓力和其振動(dòng)情況等多種不同且準(zhǔn)確的信息完成決策設(shè)計(jì)，在驗(yàn)證與優(yōu)化的方式下對(duì)分析機(jī)制進(jìn)行極大程度完善，能夠使健康指標(biāo)凸顯出科學(xué)性，也可對(duì)診斷規(guī)則做到相應(yīng)明確，對(duì)于可能發(fā)生的操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行切實(shí)有效規(guī)避，能夠讓處理技術(shù)及成效呈現(xiàn)出高效性，在質(zhì)量與精準(zhǔn)度上達(dá)到較高要求，滿足數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的多種需求。實(shí)踐中，該平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字孿生五要素進(jìn)行深入化探索，將其與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合而呈現(xiàn)出可視化服務(wù)，能夠在平臺(tái)與陸地間做好遠(yuǎn)程化通訊。

在利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，工作人員必須對(duì)不同設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)掌握，了解加速度的數(shù)值，對(duì)油液分析儀也做好監(jiān)測(cè)，同時(shí)將沖擊脈沖所帶來(lái)的信息完成精準(zhǔn)化收集，能夠把控傳感器的感知能力，繼而借助采集卡、對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，還應(yīng)配以嵌入式控制器的使用來(lái)保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。除此之外，工作人員還依托光纖交換機(jī)的配合，將所需數(shù)據(jù)完成共享與傳輸，待服務(wù)器接收后會(huì)進(jìn)行集成存儲(chǔ)，讓平臺(tái)可以在先技術(shù)及多種設(shè)備的輔助下完成實(shí)時(shí)化監(jiān)控操作。正常來(lái)講，通訊卡或智能平臺(tái)下的硬接線讀取系統(tǒng)能夠?qū)?shí)際電流、溫度、電壓等工況參數(shù)和當(dāng)前控制系統(tǒng)進(jìn)行極大程度結(jié)合，能夠保證數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)性，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析帶來(lái)飽含時(shí)代氣息之助力。為保證平臺(tái)具有極強(qiáng)智能性，使中管理凸顯精準(zhǔn)與科學(xué)性，工作人員需要通過(guò)倒譜分析、波形頻譜分析等方法對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)深入挖掘、整理各種數(shù)據(jù)，構(gòu)建故障標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和特征征兆故障庫(kù)，最終形成一種能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、對(duì)故障進(jìn)行智能診斷的監(jiān)控系統(tǒng)。半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)還要設(shè)計(jì)歷史趨勢(shì)分析模塊，工作人員可以對(duì)設(shè)備在任意時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得設(shè)備全生命周期中所有的異常數(shù)據(jù)，后續(xù)構(gòu)建設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的智能、交互管理。例如，系統(tǒng)涵蓋多個(gè)人機(jī)交互環(huán)節(jié)，增設(shè)留言記錄與報(bào)警等模塊，在進(jìn)行平臺(tái)管理時(shí)可借助消息交流對(duì)平臺(tái)對(duì)設(shè)備養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行分享與探討，結(jié)合報(bào)警模塊所提供的準(zhǔn)確信息來(lái)完成有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)，彰顯關(guān)鍵效用，也能夠?qū)f(xié)同管理做到極大程度完善。數(shù)字孿生鉆井平臺(tái)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，應(yīng)注重主機(jī)發(fā)電機(jī)軸承、推進(jìn)器電機(jī)軸承和頂驅(qū)電機(jī)軸承等，在運(yùn)行狀態(tài)的掌握中制定并優(yōu)化后續(xù)養(yǎng)護(hù)方案，讓平臺(tái)得到穩(wěn)定且長(zhǎng)效化的運(yùn)行，滿足實(shí)際操作中的多樣化需求，使之發(fā)揮出其應(yīng)有效用。

4 總結(jié)

將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到半潛式鉆井平臺(tái)的智能化建設(shè)中，工作人員需要利用傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)將半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體在信息空間中構(gòu)建出來(lái)，確保構(gòu)建的虛擬模型和實(shí)體是完全相同的，并運(yùn)用數(shù)據(jù)仿真技術(shù)對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，從虛擬的信息空間中提前預(yù)知、解決現(xiàn)實(shí)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，切實(shí)提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率和準(zhǔn)確性，能夠?qū)崿F(xiàn)半潛式鉆井平臺(tái)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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劉遵港

[摘? ? 要 ]半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，大量的設(shè)備在管理、維護(hù)起來(lái)也十分困難。為了提高半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行的安全性，必須應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬的半潛式鉆井平臺(tái)模型，并綜合利用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)構(gòu)建全新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，切實(shí)提高半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行的安全性。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng);半潛式鉆井平臺(tái);智能技術(shù)

[中圖分類號(hào)]U674.381 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]The operation environment of semi submersible drilling platform is very bad， and it is very difficult to manage and maintain a large number of equipment. In order to improve the safety of semi submersible drilling platform operation， it is necessary to build a virtual semi submersible drilling platform model by using digital twin technology， and build a new monitoring system by comprehensively using artificial intelligence technology and big data mining technology， so as to realize real-time monitoring of various equipment operation status and effectively improve the safety of semi submersible drilling platform operation.

[Keywords]digital twin drive; semi submersible drilling platform; intelligent technology

通過(guò)利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)的五維數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以推動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)，構(gòu)建全新的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備的故障問(wèn)題能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的維護(hù)管理工作也能夠變得更加高效。

1 數(shù)字孿生概述

數(shù)字孿生是一種極其先進(jìn)、超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以看做是一種由一個(gè)或多個(gè)互相聯(lián)系的裝備系統(tǒng)所構(gòu)成的數(shù)字映射系統(tǒng)。數(shù)字孿生綜合利用了傳感器信息、運(yùn)行歷史、物理模型等數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)形成多概率、多物理量、多尺度的仿真過(guò)程，并在虛擬空間中完成映射，將相應(yīng)實(shí)體裝備的運(yùn)行過(guò)程完全反映出來(lái)。美國(guó)國(guó)防部率先將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到航天飛行器的維護(hù)保養(yǎng)工作中，結(jié)合真實(shí)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)將飛機(jī)模型建立到數(shù)字空間中，并依靠傳感器來(lái)獲得飛機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，在航天飛機(jī)完成飛行任務(wù)后，可以將之前收集到的數(shù)據(jù)信息、結(jié)構(gòu)狀況和目前的數(shù)據(jù)信息、結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行對(duì)比，從而判斷出航天飛機(jī)的狀態(tài)，判斷航天飛機(jī)是否可以承受住下次飛行任務(wù)的載荷，判斷航天飛機(jī)是否需要進(jìn)行維修保養(yǎng)。通過(guò)將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到航天飛行器的維護(hù)保養(yǎng)工作中，可以大大提高維護(hù)保養(yǎng)工作的效率和質(zhì)量，航天飛機(jī)的一點(diǎn)微小結(jié)構(gòu)變化都可以及時(shí)在數(shù)字空間中的飛機(jī)模型中顯示出來(lái)，工作人員不必對(duì)航天飛機(jī)進(jìn)行細(xì)致的人工檢查。實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生需要綜合利用多種先進(jìn)技術(shù)，比如高性能計(jì)算技術(shù)、多物理量建模等，這些不同領(lǐng)域的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合利用能夠有效評(píng)估裝備的健康狀況。數(shù)字孿生是一個(gè)非常具有顛覆性、超越現(xiàn)實(shí)的概念，能夠?qū)⑽锢硎澜缰械母黜?xiàng)因素展示在數(shù)字空間中，能夠?qū)崿F(xiàn)物理世界、數(shù)字空間的一致。數(shù)字孿生技術(shù)需要結(jié)合各種數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，數(shù)字空間中的各種信息能夠更加準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)和物理世界的動(dòng)態(tài)一致。

2 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的研究現(xiàn)狀

半潛式鉆井平臺(tái)是一種大部分結(jié)構(gòu)處于水面下的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，主要由立柱、平臺(tái)本體、浮箱、下體等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在立柱和平臺(tái)、立柱和立柱之間都有著一些支撐相連接，通過(guò)這些相連接的支撐來(lái)減少半潛式鉆井平臺(tái)在水面上移動(dòng)時(shí)的阻力。半潛式鉆井平臺(tái)需要長(zhǎng)時(shí)間在海面上運(yùn)行，會(huì)受到海浪、暴風(fēng)等長(zhǎng)時(shí)間的影響，運(yùn)行環(huán)境非常的惡劣，一旦半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，這些問(wèn)題很容易擴(kuò)大，使得半潛式鉆井平臺(tái)無(wú)法正常運(yùn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)嚴(yán)重威脅半潛式鉆井平臺(tái)上工作人員的人身安全。為了確保半潛式鉆井平臺(tái)的安全以及能夠順利運(yùn)行，必須為半潛式鉆井平臺(tái)配備齊全的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。目前我國(guó)大多數(shù)半潛式鉆井平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠總線技術(shù)來(lái)對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，比如儀表、傳感器等，通過(guò)連接這些設(shè)備來(lái)掌握各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并將各種運(yùn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)展示在監(jiān)控系統(tǒng)中。雖然這種監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，但是不同部分之間沒(méi)有進(jìn)行有效的聯(lián)系，各部分仍然處于獨(dú)立的狀態(tài)，數(shù)據(jù)難以互通、共享，不同設(shè)備運(yùn)行信息的類型、格式不同，難以將這些信息進(jìn)行綜合利用，監(jiān)控系統(tǒng)也難以徹底對(duì)設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)信息進(jìn)行挖掘，在管理、維護(hù)方面也比較困難。為了對(duì)現(xiàn)有的半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行完善，提高對(duì)信息的利用率，相關(guān)工作人員需要將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到半潛式鉆井平臺(tái)中，構(gòu)建全新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保障半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行。利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠依靠物聯(lián)網(wǎng)快速獲得大量的數(shù)據(jù)信息，并且這些數(shù)據(jù)信息是一直處于更新?tīng)顟B(tài)，還可以記錄大量的歷史數(shù)據(jù)信息，最終利用這些數(shù)據(jù)信息在信息空間中構(gòu)建物理實(shí)體，形成一種能夠自動(dòng)檢測(cè)、分析、執(zhí)行的數(shù)字孿生體，最終推動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)朝著更加智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。

我國(guó)重視對(duì)海洋鉆井平臺(tái)的數(shù)字化研究，并取得了一定的成果，比如我國(guó)已經(jīng)將三維地理信息系統(tǒng)和三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行了融合，共同應(yīng)用到了海洋鉆井平臺(tái)模型的構(gòu)建中。通過(guò)應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)、細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋鉆井平臺(tái)的信息化、可視化管理，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了海洋鉆井平臺(tái)的消防仿真系統(tǒng)供工作人員進(jìn)行演練。我國(guó)海洋鉆井平臺(tái)的安全檢測(cè)、預(yù)警以及維護(hù)保養(yǎng)工作的水平也在各種數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、模型的幫助下而不斷提高。

3 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

半潛式鉆井平臺(tái)的工作環(huán)境十分惡劣，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，并且在有限的空間內(nèi)需要堆放大量的設(shè)備，難以有效對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理。針對(duì)這些問(wèn)題，工作人員需要建立半潛式鉆井平臺(tái)的五維系統(tǒng)，將半潛式鉆井平臺(tái)本體、利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)、孿生數(shù)據(jù)、運(yùn)維服務(wù)以及各種子系統(tǒng)進(jìn)行有效連接。構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)模型是現(xiàn)實(shí)半潛式鉆井平臺(tái)在信息空間的1：1映射，二者在規(guī)模、結(jié)構(gòu)等方面都是完全一樣的。通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)構(gòu)建的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)進(jìn)行處理，可以將現(xiàn)實(shí)中一些難以實(shí)現(xiàn)的、危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)景還原出來(lái)，一些原本只能夠通過(guò)數(shù)字進(jìn)行展示的信息也可以通過(guò)圖形、表格等形式展示出來(lái)，更加的直觀，工作人員可以依靠信息空間的虛擬半潛式鉆井平臺(tái)模型對(duì)各種操作進(jìn)行模擬，并可以更加實(shí)時(shí)、有效的對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相關(guān)的管理、維護(hù)工作也能夠變得更加簡(jiǎn)單。在通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)虛擬模型的過(guò)程中，工作人員不僅要收集半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體的各種信息，還需要綜合利用通信技術(shù)和傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將各種動(dòng)態(tài)的信息直觀顯示出來(lái)。不同半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)際的工作環(huán)境、狀況不同，因此工作人員還需要利用先進(jìn)的通訊技術(shù)來(lái)將各個(gè)半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)疥懙囟说墓芾硐到y(tǒng)中，對(duì)各個(gè)半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、對(duì)比，從而讓后續(xù)的控制決策變得更加智能、準(zhǔn)確。例如，工作人員需帶著極高責(zé)任感對(duì)所收集的多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)且全面化分析，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)完成細(xì)致化對(duì)比，通過(guò)物理實(shí)體所帶來(lái)溫度、壓力和其振動(dòng)情況等多種不同且準(zhǔn)確的信息完成決策設(shè)計(jì)，在驗(yàn)證與優(yōu)化的方式下對(duì)分析機(jī)制進(jìn)行極大程度完善，能夠使健康指標(biāo)凸顯出科學(xué)性，也可對(duì)診斷規(guī)則做到相應(yīng)明確，對(duì)于可能發(fā)生的操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行切實(shí)有效規(guī)避，能夠讓處理技術(shù)及成效呈現(xiàn)出高效性，在質(zhì)量與精準(zhǔn)度上達(dá)到較高要求，滿足數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)半潛式鉆井平臺(tái)的多種需求。實(shí)踐中，該平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字孿生五要素進(jìn)行深入化探索，將其與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合而呈現(xiàn)出可視化服務(wù)，能夠在平臺(tái)與陸地間做好遠(yuǎn)程化通訊。

在利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，工作人員必須對(duì)不同設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)掌握，了解加速度的數(shù)值，對(duì)油液分析儀也做好監(jiān)測(cè)，同時(shí)將沖擊脈沖所帶來(lái)的信息完成精準(zhǔn)化收集，能夠把控傳感器的感知能力，繼而借助采集卡、對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，還應(yīng)配以嵌入式控制器的使用來(lái)保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。除此之外，工作人員還依托光纖交換機(jī)的配合，將所需數(shù)據(jù)完成共享與傳輸，待服務(wù)器接收后會(huì)進(jìn)行集成存儲(chǔ)，讓平臺(tái)可以在先技術(shù)及多種設(shè)備的輔助下完成實(shí)時(shí)化監(jiān)控操作。正常來(lái)講，通訊卡或智能平臺(tái)下的硬接線讀取系統(tǒng)能夠?qū)?shí)際電流、溫度、電壓等工況參數(shù)和當(dāng)前控制系統(tǒng)進(jìn)行極大程度結(jié)合，能夠保證數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)性，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析帶來(lái)飽含時(shí)代氣息之助力。為保證平臺(tái)具有極強(qiáng)智能性，使中管理凸顯精準(zhǔn)與科學(xué)性，工作人員需要通過(guò)倒譜分析、波形頻譜分析等方法對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)深入挖掘、整理各種數(shù)據(jù)，構(gòu)建故障標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和特征征兆故障庫(kù)，最終形成一種能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、對(duì)故障進(jìn)行智能診斷的監(jiān)控系統(tǒng)。半潛式鉆井平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)還要設(shè)計(jì)歷史趨勢(shì)分析模塊，工作人員可以對(duì)設(shè)備在任意時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得設(shè)備全生命周期中所有的異常數(shù)據(jù)，后續(xù)構(gòu)建設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的智能、交互管理。例如，系統(tǒng)涵蓋多個(gè)人機(jī)交互環(huán)節(jié)，增設(shè)留言記錄與報(bào)警等模塊，在進(jìn)行平臺(tái)管理時(shí)可借助消息交流對(duì)平臺(tái)對(duì)設(shè)備養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行分享與探討，結(jié)合報(bào)警模塊所提供的準(zhǔn)確信息來(lái)完成有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)，彰顯關(guān)鍵效用，也能夠?qū)f(xié)同管理做到極大程度完善。數(shù)字孿生鉆井平臺(tái)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，應(yīng)注重主機(jī)發(fā)電機(jī)軸承、推進(jìn)器電機(jī)軸承和頂驅(qū)電機(jī)軸承等，在運(yùn)行狀態(tài)的掌握中制定并優(yōu)化后續(xù)養(yǎng)護(hù)方案，讓平臺(tái)得到穩(wěn)定且長(zhǎng)效化的運(yùn)行，滿足實(shí)際操作中的多樣化需求，使之發(fā)揮出其應(yīng)有效用。

4 總結(jié)

將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到半潛式鉆井平臺(tái)的智能化建設(shè)中，工作人員需要利用傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)將半潛式鉆井平臺(tái)實(shí)體在信息空間中構(gòu)建出來(lái)，確保構(gòu)建的虛擬模型和實(shí)體是完全相同的，并運(yùn)用數(shù)據(jù)仿真技術(shù)對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，從虛擬的信息空間中提前預(yù)知、解決現(xiàn)實(shí)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，切實(shí)提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率和準(zhǔn)確性，能夠?qū)崿F(xiàn)半潛式鉆井平臺(tái)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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