基于模型的方法是检测整个水下防喷器控制系统而不是处理组件故障的“创可贴”解决方案。当水下工程师被问及使其夜不能寐的问题是什么时，毫无疑问，防喷器控制系统失效列于首位。在过去的几十年里，他们为提高防喷器控制系统的可靠性而努力，主要围绕单个组件的分析进行了大量的研究。然而，当这些组件连接在一起时，它们的动态交互可能导致非预期系统行为，超过了组成组件的总和。如同那些水下工程师所证实的一样，有时会增加性能问题和系统故障的可能性，不仅对财务会产生不利影响，而且对 HSE 也会产生不利影响。可以理解，运营商坚持失效能以一种有效且具有成本效益的方式被确定及纠正。

 

一般而言，物理检验是验证唯一的方法，来验证预期钻井控制系统预期操作及动态稳定性。今天，高速数字计算为复杂的控制系统动力学建模提供了另一种选择，从而减少对物理检验高代价的依赖。这是一个范式转换，即从传统工业实践制定一项新的计划，转变为检查并了解连接系统。基于对钻井系统行为的了解， 超过组成部分的总和。这种基于模型的方法用于解决钻机控制系统的问题，是诊断及处理设备问题，并为运营商不稳定作业提供的一种解决方法。

组件的不稳定
 

这是基于建模方法的一个例子，在最近的案例研究中有记录。在研究中，某深水船运营商记录了钻井控制线路非预期破坏的几个实例，导致停钻时间每年超过 30 小时，线路故障主要体现为不稳定的液压控制组件。在启动驱动器时，压力调节器开始剧烈振动， 导致高压瞬变、后续故障以及调节器或其它硬件无法操作，这需要进行迭代周期的检修、测试。纠正措施包括：由不同制造商提供另一种压力调节器；集成液压蓄能器吸收压力瞬变；更加坚固的结构和组件支持。这些组件变化只是略微变化，使可靠性至少改进了一年。更重要的是，历史现场报告的综合评估建立了十年之前的一系列相关故障数据。

基于建模的方法
 

不幸的是，像这样的现场故障极其普遍。上面讨论的解决方案说明，什么已成为规范行业的方法来解决这些问题：隔离损坏组件故障，发送服务技术，提出的解决方案进行物理检验，分析数据和迭代，直到集中在一个解决方案上，即“临时补救”。这些周期对运营商和厂商来说成本较高。

 

通过把 16 年前美国消费指数（US CPI），和上游资本成本指数（UCCI）年度百分比进行对比，得到上游领域商品及服务通货膨胀的一个衡量 （来源：IHS） 。 在高峰时期，上游资本成本指数（UCCI）年度百分比达到近 20%。在同一时期，美国消费指数（US CPI）指标不超过3%，超过的多种原因留给读者来决定，但一个自然的推论是，上述的构建 - 测试 - 故障检测周期和可靠性问题是促成因素。然而，也许有一种方法可以应对此状况。在案例研究中提供的有效方法是使用动态计算模型来估计系统行为。与传统方法相比，这种模型可以提供一个系统性能基线估计，然后数字迭代循环往复，直到找到最佳解决方案。

 

模型是一种把系统输入和输出连接的简单方法。反过来，这个系统可以分解成组成子系统和组件。虽然钻井控制系统是一个复杂的流体力学系统，通常相对简单的物理模型仍然可以量化系统行为与可接受程度的完整性。利用流体力学的基本原理和动力学，这类故障液压控制回路的模型是在一个离散仿真软件包中被开发出来。

寻找解决方案
 

基于模型的模拟过程，高压瞬变的根本原因以及造成性能故障的问题被确定。一种空气入口进入线路的方法被发现，这改变了基本的流体性质，并导致液压振荡响应。模型预测，一个简单的止回阀可以通过防止空气进入，解决线路消除这个问题。关键点是故障出现不是由于调节器或其它组件的内在缺陷，而是由这些简单的组件安装在钻机上连接在一起的突发性行为。

解决实际问题
 

成 功 的 解 决 方 法 是 将 一 种 应用系统解决方案用于一种系统的问题，而不是一个组件解决方案用于系统的问题。最终，专注于组件的症状掩盖了真相，即一个更大的系统障碍在发挥作用，这种障碍出现的原因看似是简单的组件连接问题，但关键不在于基于模型的设计工作而是它的工作原理。英国数学家乔治·考克斯格言：“所有模型都是错的，有些是有用的。根据定义，模型近似于现实。为了开发一个模型，需要抽象来捕获底层系统的特征，同时阻止无关的高阶效应。”

 

事实上，最初在这个案例研究中，模型预测结果与真实世界系统中所观察到的相反。这种差异是一个常被建模与仿真引用的评论。然而，明显缺乏分辨，不应导致避开基于模型的过程。一种基于物理模型有利于直观、全面地了解系统工程。它允许我们看到一个更大的组件随着时间推移以复杂方式组合的图，并捕获集成系统的突现行为。在这个案例研究中，看到的更大画面构成允许可测试假设：由于含气量导致压力瞬变的组件故障。模型的作用不只是解决这个问题，且首先要在第一时间涉及到这个问题的更多方面，它不是提供答案，而是迫使我们来执行更艰巨的任务。更安全可靠的系统

 

经验是一位严厉的老师，我们先进行测试，然后获得教训。钻井平台上非生产性时间的教训实在太昂贵了。幸运的是，先进的数字化工具和工程过程的范式转变，允许我们提前窥见检验问题。钻井控制系统基于模型的设计与分析，提供了一种弥补法，来了解前端系统行为。这里讨论的案例研究，提出的只冰山一角，最近的应用程序，在解决一个有关水下防喷器控制电路性能问题上发挥了关键作用，涉及了数百万美元。

 

通过把数学和物理第一原理和真实世界相结合，我们可以超越静态工程样图，开始捕捉现代钻井控制系统的动态行为。这将为我们带来一个更安全、更可持续、更可靠的钻井体系。