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工程模擬技術另辟蹊徑 應對低油價現狀

工程模擬技術另辟蹊徑 應對低油價現狀

“對于工程設計團隊而言,當前市場提供了一個現場作業評價和學習在行業蕭條期如何借助模擬技術改善設計流程以達到降本增效的機會?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

近幾個月,油氣公司收入報表中反復出現的一個主題:油價長期低迷情況下除了期望長期生存外,還要利用當前市場低迷和帶來的緊迫感,作為機遇來改善體制從而確保其在未來能夠有更好的發展。顯然,油氣行業亟需降低成本并在安全前提下能夠不斷創新。但究竟該怎么做?在其他產業危機中,例如汽車制造商2008年至2009年所經歷的困境,模擬技術在幫助降低工程設計成本、縮短交貨周期方面發揮了關鍵作用,同時允許制造商繼續提供新的創新性解決方案。

雖然每個公司對如何處理這種新模式的看法有所不同,大部分人會繼續日常的工作(提供高質量創新的產品和解決方案),但是會在降低風險的前提下減少開發時間及成本。以工程模擬工具為基礎的“首要原則”將是啟動的關鍵,因為公司將越來越多地依賴于以模擬為基礎的設計勘探。其初衷是為了減少工程成本和時間,但公司作為創新推動者也將從模擬技術中受益。

伴隨著計算機硬件和軟件技術的快速進步,以及最新的可使用授權模式、高效能運算和云解決方案是實現模擬技術的關鍵。隨著云計算的發展,工程師們可以快速、經濟的訪問計算機資源——這一切在十年前是無法想象的。這些進步讓工程師可以設計更多的方案、評估更多的運行條件,能夠全方位的對現場實際情況進行模擬,而不是簡單的進行物理測試,例如模擬高溫高壓下水下分離器與真實流體的作用過程,或在颶風中一個浮動平臺的狀況。模擬的重要性可在后文三個具體實例中體現出來:前兩個分別來自近期的CD-adapco石油天然氣和化學計算流體動力學(CFD)會議,第三個來自其他行業。石油圈原創www.h29736.cn

斯倫貝謝推出了流量控制閥(FCV)。在CD-adapco會議上,來自斯倫貝謝的Reda Bouamra分享了該公司關于井下流量控制閥的設計工作。井筒內積垢是阻礙流體流動一個重要因素,它會降低產量,甚至導致流量控制閥的堵塞,且處理成本非常昂貴。斯倫貝謝的目標是研制出一個不受結垢影響的流量控制閥。其集成CFD實驗設計程序幫助該公司實現了這一目標的同時,縮短了工程交貨期,降低了成本。

斯倫貝謝公司利用CFD軟件設計了一個測試程序,確保它盡可能還原真實的井下條件,并且集中在工程師們關心的可能出現的各類情況。它同時能夠驗證CFD方法,以確保使用CFD軟件探究多種條件下無需測試的設計方案。

進行工程模擬最大的好處之一是方便快捷,有了最初的仿真模型就可以對待定設計或條件進行評估。此外,輸入提供的詳細信息,工程師就可以有效的對一些新型的解決方案進行測試。

可跨越多個項目重復使用的標準化解決方案,滿足了多種作業條件下設備性能仿真的需要。仿真模擬提供了一個最有效的方式實現這一目標。結論:一個集成的CFD -實驗方法使斯倫貝謝減少設計流程的時間和成本,同時,對更多的方案盡可能還原現場實際情況進行評價。

Technip公司的虛擬數字波盆地。美國Technip公司副總裁兼首席技術官Jim O ‘ sullivan介紹了Technip如何在實際項目中全方位使用“數字波盆地”的方法,如深水半潛式平臺吃水后環繞在重力式結構上渦流運動的震蕩效應。與結構撓度有關的震蕩效應頻率遠高于入射波頻率。

在過去,海上部門依靠物理測試和位勢流來評估水動力設計方案。然而,物理測試當前的問題是即昂貴又耗時,獲得的結果還需從模型尺寸轉換至實際尺寸。位勢流忽略(必需調整或者模擬)了重要的物理現象,如粘滯效應和斷波現象。

Technip公司整合了CFD模擬和物理測試項目,該測試項目通過事先對主要區域進行物理模擬,以此減少模擬失敗的幾率。依靠已知物理測試結果進行CFD仿真,然后借助CFD軟件在完全真實的海洋環境下去探究其他的設計方案、條件和性能。

使用測試后的“首要原則”設計工具(如CFD),意味著模擬結果不需要再次進行調整,這樣可以減少在設計周期內或油田上的不可預見性問題。結論:通過使用以CFD為基礎設計的勘探方案, Technip公司能夠有效地優化設計,采用這一手段能夠更好地反應現場作業情況,從而降低風險。

汽車工業中模擬技術的發展。最后一個例子來自油氣行業之外,無論是經歷全球經濟危機、新的競爭者進入市場,還是法規的變化,汽車行業一直致力于提出創新的解決方案來減少時間和成本。

那些已經取得成功的企業正逐步減少對傳統方法(昂貴且耗時的物理方法)的依賴,逐步被大量的工程模擬來替代。石油圈原創www.h29736.cn

捷豹路虎(JLR) 于2008年開始進行戰略轉變。在經濟衰退形勢下,該公司的目標并不局限在只求得生存,反而希望擴充其產品的供應和銷售量,進而增加利潤。JLR要在5年內進行40項“產品行動”,這是一個不小的任務,因為當前的車輛設計過程非常復雜,大約需要考慮9000種客戶需求,最終還要進行3000多項評估。石油圈原創www.h29736.cn

正如捷豹路虎的模擬主管Andy Richardson所言, 石油和天然氣裝備行業很容易的產生類似的業務驅動力并帶來相應的挑戰:開發新技術的同時使其系統管理的復雜性大幅度增加;確定失效模式,建立有效的應對措施來實現正確的首次設計;減少在役設備失效率;對方案進行全方位模擬;達到高效優化產品設計和降低生產成本的目的。

JLR在建立第一個模型之前,順利實現了交付工程設計方案的目標,并且獲得了良好的財政收益,公司利潤在過去5年里(不計利息、稅收、折舊、攤銷)保持了15%以上的增長。結論:在經濟困難時期開展有效的模擬技術研究,主要受到了削減成本需求的推動,捷豹路虎能夠利用這些技術創新所產生的潛力,并在隨后市場狀況改善時充分把握住這些機會。

目前“油價長期低迷”的市場環境給油氣行業帶來了巨大的挑戰。對于工程設計團隊而言,這也提供了一個機會,在對前期現場應用進行評估的同時,也可以學習如何在行業低迷期通過模擬技術優化設計過程,從而達到減少開發時間、降低成本的目的。

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