石油钻机提升系统的数字孪生模型构建

作     者：井玉霏 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪跃龙

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 12[管理学] 082001[工学-油气井工程] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 

主      题：石油钻机 提升系统 数字孪生 模型构建 

摘      要：石油钻机作为石油钻采过程的核心装备,在钻井作业中起着至关重要的作用。对石油钻机进行数字化技术提升可以达到提高钻井作业自动化水平的目的。考虑到中石油已经建成了装备制造物联网(IOT)系统,该系统可以为客户提供数据支持。本文通过挖掘IOT系统的潜力,利用其提供的数据,采用数字孪生技术对石油钻机进行数字化技术提升,可以提高钻井效率,减少生产损失,具有重要的应用价值,是值得尝试的一种技术思路。论文主要研究内容和取得的成果如下:1、基于中石油云平台所提供的基础数据支持,对比并借鉴当前的数字孪生模型理论架构,设计了石油钻机数字孪生模型架构,并对其实现提出了可行的技术路线。2、考虑到现场设备未安装检测传感器或虽安装但未正常工作,造成重要参数数据缺失的实际状况,从机械结构及其受力与运动分析入手,建立了石油钻机提升系统的运动学与动力学模型,以便于能够利用该模型,从已知信息推断未知参数,补全缺失数据;针对源数据可能存在的野点、断点等数据异常问题,提出了野点剔除、断点再续等预处理方法,处理后的数据具有更高质量;对于数据采集与网络通信延迟造成的数据时滞性问题,使用外推算法对重要参数进行了实时预测,对提升系统当前的工作状态在线估计,进而实现对未来可能出现的异常情况做出预测、预警的功能。3、考虑到孪生过程中数据动态实时变化的特性,基于MySQL设计了提升系统数据库,利用Qt建立了提升系统数字孪生可视化界面,并以示例展示的方式对相关设计做出了说明,实现了对实时数据的存储、管理与可视化功能。通过模拟运行,表明了所设计的数据库、表、界面以及程序、算法是可实现的。进一步表明将数字孪生技术应用于石油钻机系统具有可行性。这些研究工作可为石油钻机数字化发展提供新的技术思路。