基于模型的方法是檢測整個水下防噴器控制系統而不是處理組件故障的“創可貼”解決方案。當水下工程師被問及使其夜不能寐的問題是什么時，毫無疑問，防噴器控制系統失效列于首位。在過去的幾十年里，他們為提高防噴器控制系統的可靠性而努力，主要圍繞單個組件的分析進行了大量的研究。然而，當這些組件連接在一起時，它們的動態交互可能導致非預期系統行為，超過了組成組件的總和。如同那些水下工程師所證實的一樣，有時會增加性能問題和系統故障的可能性，不僅對財務會產生不利影響，而且對 HSE 也會產生不利影響?？梢岳斫?，運營商堅持失效能以一種有效且具有成本效益的方式被確定及糾正。

 

一般而言，物理檢驗是驗證唯一的方法，來驗證預期鉆井控制系統預期操作及動態穩定性。今天，高速數字計算為復雜的控制系統動力學建模提供了另一種選擇，從而減少對物理檢驗高代價的依賴。這是一個范式轉換，即從傳統工業實踐制定一項新的計劃，轉變為檢查并了解連接系統?；趯︺@井系統行為的了解， 超過組成部分的總和。這種基于模型的方法用于解決鉆機控制系統的問題，是診斷及處理設備問題，并為運營商不穩定作業提供的一種解決方法。

組件的不穩定
 

這是基于建模方法的一個例子，在最近的案例研究中有記錄。在研究中，某深水船運營商記錄了鉆井控制線路非預期破壞的幾個實例，導致停鉆時間每年超過 30 小時，線路故障主要體現為不穩定的液壓控制組件。在啟動驅動器時，壓力調節器開始劇烈振動， 導致高壓瞬變、后續故障以及調節器或其它硬件無法操作，這需要進行迭代周期的檢修、測試。糾正措施包括：由不同制造商提供另一種壓力調節器；集成液壓蓄能器吸收壓力瞬變；更加堅固的結構和組件支持。這些組件變化只是略微變化，使可靠性至少改進了一年。更重要的是，歷史現場報告的綜合評估建立了十年之前的一系列相關故障數據。

基于建模的方法
 

不幸的是，像這樣的現場故障極其普遍。上面討論的解決方案說明，什么已成為規范行業的方法來解決這些問題：隔離損壞組件故障，發送服務技術，提出的解決方案進行物理檢驗，分析數據和迭代，直到集中在一個解決方案上，即“臨時補救”。這些周期對運營商和廠商來說成本較高。

 

通過把 16 年前美國消費指數（US CPI），和上游資本成本指數（UCCI）年度百分比進行對比，得到上游領域商品及服務通貨膨脹的一個衡量 （來源：IHS） 。 在高峰時期，上游資本成本指數（UCCI）年度百分比達到近 20%。在同一時期，美國消費指數（US CPI）指標不超過3%，超過的多種原因留給讀者來決定，但一個自然的推論是，上述的構建 - 測試 - 故障檢測周期和可靠性問題是促成因素。然而，也許有一種方法可以應對此狀況。在案例研究中提供的有效方法是使用動態計算模型來估計系統行為。與傳統方法相比，這種模型可以提供一個系統性能基線估計，然后數字迭代循環往復，直到找到最佳解決方案。

 

模型是一種把系統輸入和輸出連接的簡單方法。反過來，這個系統可以分解成組成子系統和組件。雖然鉆井控制系統是一個復雜的流體力學系統，通常相對簡單的物理模型仍然可以量化系統行為與可接受程度的完整性。利用流體力學的基本原理和動力學，這類故障液壓控制回路的模型是在一個離散仿真軟件包中被開發出來。

尋找解決方案
 

基于模型的模擬過程，高壓瞬變的根本原因以及造成性能故障的問題被確定。一種空氣入口進入線路的方法被發現，這改變了基本的流體性質，并導致液壓振蕩響應。模型預測，一個簡單的止回閥可以通過防止空氣進入，解決線路消除這個問題。關鍵點是故障出現不是由于調節器或其它組件的內在缺陷，而是由這些簡單的組件安裝在鉆機上連接在一起的突發性行為。

解決實際問題
 

成 功 的 解 決 方 法 是 將 一 種 應用系統解決方案用于一種系統的問題，而不是一個組件解決方案用于系統的問題。最終，專注于組件的癥狀掩蓋了真相，即一個更大的系統障礙在發揮作用，這種障礙出現的原因看似是簡單的組件連接問題，但關鍵不在于基于模型的設計工作而是它的工作原理。英國數學家喬治·考克斯格言：“所有模型都是錯的，有些是有用的。根據定義，模型近似于現實。為了開發一個模型，需要抽象來捕獲底層系統的特征，同時阻止無關的高階效應。”

 

事實上，最初在這個案例研究中，模型預測結果與真實世界系統中所觀察到的相反。這種差異是一個常被建模與仿真引用的評論。然而，明顯缺乏分辨，不應導致避開基于模型的過程。一種基于物理模型有利于直觀、全面地了解系統工程。它允許我們看到一個更大的組件隨著時間推移以復雜方式組合的圖，并捕獲集成系統的突現行為。在這個案例研究中，看到的更大畫面構成允許可測試假設：由于含氣量導致壓力瞬變的組件故障。模型的作用不只是解決這個問題，且首先要在第一時間涉及到這個問題的更多方面，它不是提供答案，而是迫使我們來執行更艱巨的任務。更安全可靠的系統

 

經驗是一位嚴厲的老師，我們先進行測試，然后獲得教訓。鉆井平臺上非生產性時間的教訓實在太昂貴了。幸運的是，先進的數字化工具和工程過程的范式轉變，允許我們提前窺見檢驗問題。鉆井控制系統基于模型的設計與分析，提供了一種彌補法，來了解前端系統行為。這里討論的案例研究，提出的只冰山一角，最近的應用程序，在解決一個有關水下防噴器控制電路性能問題上發揮了關鍵作用，涉及了數百萬美元。

 

通過把數學和物理第一原理和真實世界相結合，我們可以超越靜態工程樣圖，開始捕捉現代鉆井控制系統的動態行為。這將為我們帶來一個更安全、更可持續、更可靠的鉆井體系。