Интернет вещей в нефти и газе:анализ технологий и сценариев использования

Бизнес по добыче и транспортировке нефти и газа полон проблем. Чтобы оставаться конкурентоспособными, компании этой отрасли должны постоянно стремиться производить сырую нефть и нефтепродукты с меньшими затратами. Они также постоянно стремятся увеличить и увеличить стоимость своих существующих активов, а также ищут новые запасы нефти и газа. Экологические стандарты становятся все более строгими, требуя прозрачности в операциях и более жесткого контроля за производством и распространением.

Чтобы преодолеть эти проблемы, нефтегазовые компании во всем мире снова начинают мыслить творчески. Помните, что подобные проблемы не обязательно новы для нефтегазовой отрасли. За последние несколько десятилетий появился огромный стимул для повышения эффективности и сокращения времени простоя, что привело к внедрению таких вещей, как прогнозная аналитика и машинное обучение. (Некоторые классифицируют их как часть Интернета вещей или IoT, но мое определение «IoT» более узкое и относится конкретно к подключенным датчикам и контроллерам и всему, что предшествует этому - вещам, которые создают данные или могут действовать. на основе команды.)

Теперь аналитические данные становится проще получать благодаря Интернету вещей. Технология подключения улучшается, датчики дешевле, доступны технологии с низким энергопотреблением, а батареи могут работать дольше. Все эти разработки означают, что нефтегазовые компании могут использовать больше датчиков в большем количестве мест для мониторинга оборудования и условий окружающей среды - особенно на этой «последней миле», где доступное подключение ранее не было вариантом.

В этой статье мы сначала рассмотрим, как меняются традиционные методы мониторинга, используемые нефтегазовыми компаниями. Затем мы рассмотрим несколько вариантов использования, в которых маломощные глобальные сети (LPWAN) могут предложить уникальное гибридное решение для приложений M2M в нефтегазовой отрасли.

Умные методы мониторинга нефти и газа

Нефтегазовые компании обычно имеют множество удаленных активов, требующих мониторинга. Традиционно используются следующие методы мониторинга:

• Системы программируемых логических контроллеров (ПЛК). По сути, это проводная связь Интернета вещей, и они часто используются в промышленной сфере. Проблема со сбором данных с использованием проводов заключается в том, что кто-то должен их прокладывать, и этот процесс может стать довольно дорогостоящим. Кроме того, архитектура этих проводных систем более сложна, поэтому, когда вы построите систему ПЛК, вы застрянете на ней. Часто в этих системах используются стандарты последовательной связи (например, RS-232 и RS-435).
• Спутниковая связь (например, Iridium и Inmarsat). Недостатком здесь является то, что спутниковая связь может быть дорогостоящей. Однако, поскольку нефтегазовая промышленность традиционно имела большой стимул к удаленному мониторингу, затраты часто были оправданы.
• Физический мониторинг . Многие нефтегазовые компании по-прежнему используют людей для физических прогулок и контроля уровней и измерений вручную. Преимущество этого метода заключается в том, что он относительно прост и прост в реализации, и есть история обучения, чтобы использовать этот метод. С другой стороны, время и трудозатраты, связанные с этим типом мониторинга, могут быть высокими, особенно в удаленных местах (например, там, где расположено много нефтяных и газовых скважин).

У каждого из этих решений есть преимущества и соображения, которые необходимо учитывать. Основные соображения:

• Цена: Стоимость настройки проводной системы обычно довольно высока.
• Сложность: Например, для спутникового мониторинга часто требуются многочисленные каналы связи для доставки информации.
• Время: Физический мониторинг нефтяных и газовых месторождений требует значительных усилий и рабочей силы.

По мере того, как рынок межмашинного взаимодействия (M2M) рос и расширялся за последние несколько лет, некоторые нефтегазовые компании стремятся взять то, что раньше было проводным, и сделать его беспроводным, чтобы они могли еще больше консолидировать свои соединения. Решения беспроводного Интернета вещей позволяют этим компаниям заниматься более разовой деятельностью. Например, они могут добавить 100 датчиков в одну лунку, а затем добавить еще 1000 датчиков, когда сочтут это необходимым. Это намного проще с беспроводными технологиями, чем с ПЛК и другими проводными системами. Примечание. Поскольку процесс мониторинга скважин очень сложен, с большим количеством движущихся частей (и большой ценностью), не всегда имеет смысл использовать беспроводную технологию, даже если она доступна. Это можно определить только в индивидуальном порядке.

Как технология Интернета вещей влияет на нефтегазовую промышленность

Нефтегазовая промышленность все еще развивается, когда дело доходит до полной реализации IoT; он еще не произвел революцию в нефтегазовой отрасли, как это произошло в других отраслях. Однако Интернет вещей есть значительно упростил компаниям сбор жизненно важной информации, что привело к принятию более обоснованных бизнес-решений. Подключенные беспроводные технологии помогают нефтегазовой отрасли:

• Оптимизация для повышения эффективности перекачивания.
• Уход за трубами и колодцами.
• Отслеживайте отказы оборудования и утечки газа.
• Контролируйте толщину трубы, температуру и эрозию на нефтеперерабатывающем заводе.

Беспроводной Интернет вещей позволяет компаниям контролировать больше вещей с помощью сенсорной технологии, снимать меньше показаний вручную и собирать больше данных и информации для лучшей оптимизации бизнес-процессов. Я не могу говорить о том, что происходит за кулисами с большими данными, но могу сказать о том факте, что управляемый датчиками Интернет вещей может существенно упростить процесс сбора этих данных.

Например, даже для небольшой нефтяной компании важно провести надежную оптимизацию скважин, чтобы повысить свою прибыльность. Если компания бурит новую скважину, она должна закачать в скважину химикаты, чтобы препятствовать накоплению горных пород, что обеспечивает вязкость для вытягивания породы вверх во время бурения компании. После того, как скважина будет запущена и начнет добычу, компания должна сбалансировать давление, убедиться в правильности температуры, обеспечить добычу нужного количества нефти и т. Д. Когда есть больше точек данных о микроскопических условиях в скважине (в диапазоне от температуры, давления, дебита, химического состава, вязкости и т. Д.), Компания может собрать необходимые данные, провести постпроизводственный анализ, оптимизировать ток и будущих процессов бурения, и мы надеемся увеличить свою долю на рынке и прибыльность.

Это напоминает промышленные системы управления и их переход к беспроводной связи. Подобно нефти и газу, промышленная автоматизация существует уже очень давно. Эти компании начали использовать оригинальные проводные технологии Интернета вещей для снижения затрат и подключения частей своих контролируемых сетей. Но по мере того, как автоматизация беспроводных датчиков становилась все более распространенной на рынке и, следовательно, более доступной, эти компании могли использовать беспроводные датчики для более простого подключения, сбора большего количества данных, анализа этой информации и улучшения своих процессов.

Давайте посмотрим, как нефтегазовые компании используют Интернет вещей для сбора необходимых данных и, таким образом, для улучшения своей деятельности.

Интернет вещей:5 примеров использования нефти и газа

Сценарии использования Интернета вещей, которые в настоящее время приносят наибольшую пользу нефтегазовой отрасли, связаны с сокращением непродуктивного времени (NPT). NPT, который может быть вызван чем угодно, от неблагоприятных погодных условий до отказов оборудования, оказывает серьезное влияние на выручку, составляя от 10 до 20 процентов общих затрат на бурение. Интернет вещей помогает компаниям бороться с NPT, позволяя им выполнять более качественное профилактическое обслуживание, более точно прогнозировать сбои и быстро обнаруживать утечки - по сути, обнаруживать проблемы до того, как они начнутся.

Но создание нефтегазовой сети Интернета вещей для малонаселенной или изолированной территории может оказаться довольно сложной задачей. Часто отсутствует необходимая последовательность в размещении узлов для ячеистой сети, покрытие сотовой связи часто недоступно, а спутниковые и проводные соединения очень дороги. Во многих случаях маломощные глобальные сети (LPWAN) предлагают хорошую альтернативу M2M-связи в нефтегазовой сфере.

Мониторинг морских нефтяных и газовых буровых установок

Большая часть добычи нефти и газа на шельфе осуществляется в довольно экстремальных условиях, когда доступно несколько существующих сетей связи, что делает мониторинг температуры, давления, скорости потока и других характеристик сложным и дорогостоящим. Часто сотовые сети не подходят. И хотя вы могли бы использовать сеть Wi-Fi или ячеистую сеть, вам, вероятно, придется перестроить ее, чтобы она работала. Чтобы справиться с этими реалиями, критически важные данные обычно извлекаются с помощью спутниковой связи или проводных сетей, и то и другое дорого обходится.

Используя LPWAN, вы можете относительно недорого подключить намного больше точек мониторинга. Например, вы можете подключить xx течеискателей к xx колодцам, расположенным в пределах площади xx квадратных миль в сети LPWAN. Затем каждый из этих детекторов отправляет информацию обратно в центральную точку, которая подключена к спутнику. (Или данные могут просто обрабатываться на месте, в зависимости от желаний и потребностей компании.) Гибридное решение, подобное этому, позволяет собирать гораздо больше данных, чем традиционный метод мониторинга. LPWAN также могут быть полезны при измерении солености (чтобы убедиться в отсутствии утечек воды в топливо) и мониторинге оборудования и персонала на месте.

Мониторинг НПЗ

На нефтеперерабатывающем заводе Интернет вещей можно использовать для отслеживания таких параметров, как толщина трубы, скорость потока, давление в трубе и многое другое. Если эти области доступны для персонала, многие измерения обычно регистрируются вручную. Но ручная регистрация такого количества информации - работа, требующая много времени и довольно дорогостоящая для компании.

Имейте в виду, что некоторые участки нефтеперерабатывающего завода необходимо измерять в точном режиме реального времени - например, клапан, которым необходимо управлять на основе расхода, отслеживаемого в другом месте. В этом случае изменение расхода потребует почти мгновенного управления клапаном. В большинстве радиосистем трудно гарантировать, что данные будут отправляться в реальном времени со 100% точностью - системы LPWAN обычно не рассчитаны на чрезвычайно высокую пропускную способность. Так что, если показания нужно снимать каждую долю секунды, НПЗ, скорее всего, будет полагаться на проводную систему.

Но что Интернет вещей (IoT) делает allow for набирает больше очков для получения более точных данных. Например, многие аспекты нефтеперерабатывающего завода спроектированы с учетом определенных уровней неопределенности, потому что их просто невозможно измерить. Например, определенная часть нефтеперерабатывающего завода может не работать при таком же давлении, как если бы было доступно больше точек считывания. Чтобы решить эту проблему, Интернет вещей может обеспечить более глубокое понимание и дополнительные данные о потоке, позволяя НПЗ работать с большей производительностью. Сеть IoT также сэкономит деньги нефтеперерабатывающего завода за счет ограничения количества персонала, необходимого для ручного мониторинга, или количества оборудования, требующего проводной связи.

Мониторинг конвейера

Одной из основных проблем с нефте- и газопроводами является утечка, а также финансовый, экологический и репутационный ущерб, который она может причинить. Если метан выделяется без сжигания, он оказывает, фунт за фунтом, примерно в 25 раз большее влияние на изменение климата, чем углекислый газ за 100-летний период. Также существует высокий риск взрыва при утечке газа при воздействии атмосферного давления. И хотя нефть не несет риска взрыва, существуют серьезные риски, связанные с утечками из трубопроводов. Компании могут потерять свои активы, а их загрязнение может привести к астрономическим штрафам.

До появления Интернета вещей спутниковый Интернет отслеживал ключевые точки на конвейере и экстраполировал данные для измерения общей производительности системы. Благодаря интеграции межмашинных решений для нефтегазовой отрасли можно отслеживать больше ключевых точек за меньшие деньги.

Интернет вещей также может помочь контролировать компоненты трубопроводов, такие как насосы и фильтры. Без «умной» системы компании, например, пришлось бы посылать кого-то для выполнения периодического планового обслуживания каждые три месяца. Но с дополнительными данными, которые компания может собрать из своей системы IoT, она может дождаться обслуживания и замены насоса и фильтра, пока производительность системы не начнет снижаться (хотя некоторые профилактические работы по-прежнему будут выполняться).

Мониторинг устья скважины

Сегодня существует несколько компаний, таких как Ambyint (ранее PumpWell) и WellAware, которые предоставляют решения IoT для мониторинга устья скважины и насосной станции, а также других потребностей в мониторинге газа и нефти. Согласно WellAware, ее решения по управлению производством помогают компаниям сократить операционные расходы по аренде, минимизировать незапланированные простои и обеспечить безопасность и соблюдение нормативных требований. Информационные компании собирают потоки на платформу, которая может сообщить компании, например, следует ли им закачивать больше химикатов или пара в скважину, или какое давление вакуума является оптимальным в данных условиях.

В процесс добычи нефти и газа входит много всего, и устройства Интернета вещей упрощают мониторинг и сбор данных об этих вещах. На изображении ниже, созданном Emerson Process Management, описаны некоторые из наиболее распространенных угроз производительности скважины.

Грузовые перевозки нефти и газа

Мониторинг нефтегазовых грузовых судов аналогичен варианту использования на море в том смысле, что посреди океана обычно нет подключения, кроме спутникового Интернета. Если вы хотите собирать данные со всего вашего корабля, которые сами по себе могут быть очень большими, ваши возможности ограничены.

Сети LPWAN позволяют удаленно контролировать части корабля, к которым сотрудники не ходят регулярно (или к которым почти невозможно получить доступ). Это добавляет уровень безопасности и удобства. В то время как некоторые элементы судов для перевозки нефти и газа должны быть подключены из-за потребностей силовой установки в реальном времени, некоторые нерабочие элементы - температуры, давления, потоки и т. Д. - не нуждаются в транспортировке через спутник или подключен в режиме реального времени. Поэтому небольшие сети Интернета вещей могут быть отличной альтернативой проводным датчикам и приборам.

Управление цепочкой поставок

Динамичный характер нефтегазовой отрасли может затруднить планирование и оптимизацию запасов. Интернет вещей может помочь в планировании и составлении графика закупок. Например, нефтеперерабатывающие заводы могут использовать датчики для определения того, какие типы сырой нефти или смесей сырой нефти поступают и / или где хранится каждый тип. Наличие этих данных будет полезно для принятия производственных и эксплуатационных решений. Его также можно использовать для измерения состава нефти в целях инвентаризации.

Постоянное развитие

Умные нефть и газ были и будут долгосрочными процессами. Интернет вещей не изменил кардинально эти области, но беспроводные технологии действительно предоставляют газовым и нефтяным компаниям уникальное преимущество. Фактически, я считаю, что они имеют все возможности для того, чтобы сделать некоторые из своих самых больших успехов сейчас, когда подключение «вещей» стало дешевле, а технологии стали более сложными, чем когда-либо. Если компании могут собирать информацию (и, таким образом, проводить дальнейший анализ данных) с ограниченным числом конечных точек, представьте, сколько можно сделать с более подробной информацией.

Возможность подключения - не проблема для всех в нефтегазовой отрасли. Если у вас есть доступ к сотовым сетям и то, что вы отслеживаете, достаточно дорогое, чтобы заслуживать такой ценник, вам может не понадобиться технология LPWAN. Но если вы хотите повысить операционную эффективность и сократить расходы несколькими способами, эта информация может помочь вам победить действующих игроков на рынке.

Если вы столкнулись с проблемами подключения в нефтегазовой сфере, свяжитесь с нами, чтобы узнать, чем мы можем помочь.