Desafío

Implementar tecnologías más seguras para el control de pozos es un enfoque principal de la industria de perforación en alta mar. Una de las tecnologías clave para permitirlo es la perforación con presión gestionada (MPD por sus siglas en inglés), la cual introduce un sistema de bombeo de lodo en circuito cerrado para controlar activamente la presión y detectar ingresos y pérdidas durante la perforación.

Los sistemas MPD requieren unidades de control para barreras hidráulicas críticas para la seguridad que deben permanecer funcionales bajo operación normal, condiciones degradadas y fallas de componentes. Deben ser monitoreados continuamente durante operaciones de perforación en vivo.

En la Conferencia de System Modeler 2026, Robert Prince-Wright y Konstantinos Antoniadis de Berkeley & Imperial demostraron cómo desarrollaron una solución operativa de gemelos digitales para unidades de control hidráulico MPD, utilizando System Modeler como el motor de simulación principal basado en física e integrándolo con equipos reales mediante estándares de comunicación industrial.

Los desafíos fueron:

• Verificar y validar funciones hidráulicas complejas y comportamientos de falla
• Apoyar la inyección sistemática de fallas y el análisis de modos de falla
• Visualizar hidráulica y mecatrónica como animaciones 2D
• Asegurar que la simulación pueda ejecutarse en tiempo real
• Sincronizar estados del gemelo digital con datos de sensores en vivo de la plataforma
• Implementar múltiples instancias del gemelo de forma segura en entornos operativos
• Proporcionar diagnósticos y alertas accionables a operadores en segundos
• Agregar, analizar y visualizar datos a nivel de flota

Solución

Berkeley & Imperial construyó una pila tecnológica de gemelos digitales centrada en una simulación en System Modeler del sistema de control hidráulico MPD.

Se creó un modelo hidráulico basado en física y computacionalmente eficiente en System Modeler y se verificó frente a resultados de pruebas de integración del sistema. El modelo fue diseñado para admitir ejecución en tiempo real, inicialización robusta desde condiciones de estado estacionario y comportamiento estable tanto en escenarios nominales como de falla.

El flujo de trabajo de gemelos digitales combina:

• System Modeler para simulación en tiempo real del comportamiento hidráulico y de control
• Wolfram Language como la capa de orquestación, análisis y automatización
• Estudios estructurados de inyección de fallas y confiabilidad impulsados desde cuadernos
• Intercambio seguro de datos en vivo utilizando OPC UA

El equipo desarrolló dos modos operativos.

En modo de simulación, se utiliza una simulación independiente de System Modeler para estudios de diseño, optimización, análisis de sensibilidad, entrenamiento de operadores y diagnósticos en tiempo real.

En modo centinela, una simulación modificada de System Modeler se sincroniza con equipos en vivo. Las posiciones de válvulas, velocidades de bombas y presiones se transmiten al modelo mediante un cliente OPC UA de Wolfram incrustado, y el gemelo digital calcula continuamente el comportamiento físico esperado del sistema. Las desviaciones entre el comportamiento predicho y medido se detectan y generan alarmas en tiempo real, tanto en la misma plataforma como en un centro de operaciones remoto.

Para permitir la implementación industrial, la simulación de System Modeler se exporta como un ejecutable y se implementa en entornos contenedorizados, permitiendo que múltiples instancias de gemelos digitales se ejecuten en paralelo para diferentes pozos o plataformas.

Beneficios

Al usar System Modeler como el motor principal de gemelos digitales, el equipo de Berkeley & Imperial logró operaciones más seguras, reducción de riesgos y perforación sostenible, con:

• Gemelos digitales en tiempo real basados en física para sistemas de control hidráulico críticos para la seguridad
• Flujos de trabajo automatizados de verificación, incluyendo inyección de fallas y análisis de modos de falla
• Validación operativa continua comparando datos de sensores en vivo con predicciones de gemelos digitales
• Detección rápida de anomalías y generación de alertas para operaciones de perforación
• Implementación escalable de múltiples gemelos digitales sincronizados mediante ejecución contenedorizada

Este proyecto lleva a System Modeler más allá de la simulación fuera de línea para convertirse en la base de gemelos digitales operativos para monitoreo en tiempo real y aseguramiento de seguridad en sistemas MPD.