Шейловые производители принимают инновации Индустрии 4.0 для повышения эффективности при падении цен

Энергопроизводители смотрят в Индустрию 4.0 за новыми идеями по автоматизации, использованию датчиков, большим данным и удаленному мониторингу, создавая возможности для технологических стартапов.

После обвала нефтяных цен в середине 2010-х шейловые производители нефти и газа ответили на спад, заимствуя техники и технологии из операций морских скважин энергетического сектора, производства и даже медицинской отрасли для повышения эффективности.

Энергопроизводители посмотрели в Индустрию 4.0 за новыми идеями по автоматизации, использованию датчиков, большим данным и удаленному мониторингу. В процессе они создали возможности для технологических стартапов, таких как компании по инспекции беспилотными летательными аппаратами. Из медицины крупные энергопроизводители, такие как ConocoPhillips, заимствовали ДНК-секвенирование и математику, используемую в МРТ-сканировании, чтобы меньше полагаться на кернинг и слепое бурение в их стремлении выжать больше нефти и газа из горной породы.

«Основываясь на наших дискуссиях с компаниями, я бы сказал, что до обвала нефтяных цен они не так обеспокоены были поиском всех возможных способов максимизации эффективности», — сказал Артем Абрамов, вице-президент по шейловым исследованиям Rystad Energy (Осло, Норвегия), независимой энергетической исследовательской и бизнес-интеллектуальной компанией, предоставляющей данные, инструменты, аналитику и консультационные услуги глобальной энергетической отрасли. «Это создало технологические стартапы в последние два года, и я ожидаю увидеть больше».

На начало 2018 года было около 750 000 производящих шейловых и конвенциональных нефтегазовых скважин в США. Из них 207 000 были горизонтальными гидроразрывными скважинами и 115 000 — традиционными горизонтальными, согласно данным Rystad Energy. Данные показывают, что среди 23 000 новых производящих скважин, ожидаемых в этом году, 15 000 будут горизонтальными бурениями с оценочной стоимостью $6,45 млн за каждую, хотя есть значительные различия в затратах по бассейнам.

С повышением эффективности отрасль обычно ожидала бы снижения занятости. Но другие силы создали парадоксальный эффект на спрос на рабочих шейловых нефти и газа, от водителей грузовиков до нефтяных инженеров. «С одной стороны, любая автоматизация должна иметь негативное влияние на занятость», — сказал Абрамов. «Но поскольку шейловая отрасль наращивает обороты, спрос на квалифицированных и даже неквалифицированных рабочих высок. В результате безработица на рекордно низких уровнях в таких районах, как Западный Техас, место больших залежей и бурения в Пермианском бассейне».

Неквалифицированные рабочие не единственные в дефиците. Когда нефтяные цены обвалились в 2015 году, зачисления в университетские программы нефтяного инжиниринга упали. Это сделало инженеров труднодоступными, сказал Абрамов.

Shell изобретает «Шейловое поле будущего»

Посреди своего наращивания, Royal Dutch Shell (Гаага, Нидерланды) поняла, что для откачки 11 млрд баррелей открытого и перспективного нефти в шейловых залежях ей нужно делать вещи иначе. Лидеры компании бросили вызов организации либо увеличить выручку, либо снизить затраты, сохраняя стабильные капитальные инвестиции. В результате производитель сильно заимствовал из производства и Индустрии 4.0.

«Когда мы формировали программу iShale, мы очень внимательно и намеренно смотрели за пределами обычных альянсов исследовательской и производственной отрасли на некоторых инновационных игроках, которые были активны в автоматизации, оцифровке и так далее, в производстве», — сказал Фредерик Васден, менеджер проекта iShale. «И это был настоящий форс-мажор для нас, потому что в Manufacturing 4.0 есть ряд отраслей, которые этим занимаются уже довольно давно. Перед разработкой чего-то нового наша цель была использовать существующую технологию, которая коммерчески доступна. С этим подходом мы чувствуем, что риск технологии с точки зрения железа относительно низок».

Для построения шейлового поля будущего Shell сформировала альянсы с компаниями, которые могли бы помочь энергопроизводителю с автоматизацией, удаленным мониторингом, использованием датчиков, робототехникой, сбором и анализом данных, облачными вычислениями и использованием солнечной энергии и батарей накопления энергии для снижения операционных затрат.

Десятки разных видов датчиков, подающих информацию в продвинутый аналитический центр, будут развернуты для критических функций: камеры для обнаружения утечек метана; инфракрасное для подтверждения уровней в баках и обнаружения 침입еров; и акустика для определения, эродирует ли труба. «Мы бенефициары работы, сделанной более широким производственным бизнесом в принятии тех датчиков и поэтому позволяющей провайдерам масштабировать их», — сказал Васден.

Первая фаза iShale — продемонстрировать в активе Пермианского бассейна, что Shell может достичь экономии затрат, улучшения добычи и улучшений безопасности, модифицируя свой способ работы. В результате она может воспользоваться данными, доступными в своих операциях, и объединить эту информацию с продвинутой аналитикой, чтобы понять, как оптимизировать свои производственные и обслуживающие практики.

Удаленная поддержка бурения и обслуживания скважин — один из краеугольных камней программы. Персонал Shell мониторил и консультировал по новой бурящейся скважине в Аргентине из своего мониторингового центра в Кальгари, Альберта. Как только скважина работает, обслуживающий персонал, снабженный информацией удаленного наблюдения, может прибыть с правильным оборудованием безопасности и запчастями, что демонстрирует еще одно преимущество. Цель — избежать чрезмерных трат на ненужное обслуживание, а также устранить операционные остановки, потому что критическая деталь или кусок maquinaria отказали.

Энергетический гигант также перенес технологию, используемую в собственных глубоководных операциях, на свои наземные скважины.

«В морской среде вес и пространство на абсолютном премиуме», — сказал Васден. «Отрасль разобралась, как разделять газ, нефть и воду в очень малом сосуде. Та же технология, перенесенная на сушу, позволяет нам разместить наше сепарационное оборудование на грузовике-скиде, вместо строительства более конвенционального сепарационного завода или центральной перерабатывающей установки».

Грег Гайдри, исполнительный вице-президент неконвенционального бизнеса Shell, сказал сайту RigZone в октябре 2017 года, что желаемые результаты для iShale включают: автоматизированные и интегрированные скважины и завершения; масштабируемые, модульные дизайны центральных объектов; интеллектуальные кусты скважин и беспроводные коммуникации, позволяющие многофазный поток и разделение; оцифровку и автоматизацию, позволяющие управление по исключению или стандартный полевой надзор; и «организацию будущего» с персоналом «широкой базы навыков», которые цифрово связаны и кросс-обучены.

Глаза в небе зависят от библиотеки данных

Спад нефтяных цен и последующая охота за экономией затрат производителями оказалась очень хорошей для компаний вроде PrecisionHawk (Роли, штат Северная Каролина), компании дистанционного зондирования, использующей беспилотники для инспекций для 10 из топ-20 крупнейших нефтегазовых исследовательских и производственных компаний.

Различные регуляторные органы на уровне штата и федеральном требуют многие типы инспекции нефтегазовых производственных активов по разным расписаниям от ежемесячных до ежегодных. Пока производители могут встроить сенсорную технологию для мониторинга новых кустов скважин, стоимость ретрофита этого измерительного оборудования намного выше, чем использование дронов для выполнения тех же типов инспекций для старых полей.

«Проблема в том, что у них много кустов скважин, которые стоят годами; не имеет смысла добавлять датчик за $10 000 к каждому», — сказал Патрик Ломан, вице-президент по энергетике PrecisionHawk. «Именно здесь дроны действительно вступают в игру».

Есть хорошая причина, почему дроны хорошо подходят для работы. Кусты скважин могут быть расположены на расстоянии до длины двух футбольных полей друг от друга, и местные дороги обычно предлагают косвенный маршрут от одного к другому. В результате техник может доехать до 10 площадок в день для инспекций, сказал Ломан. В контрасте, обученный оператор дрона может отправить свой летательный аппарат к 100–125 кустам скважин в день, в зависимости от плотности.

Не только дрон более эффективен, может не быть потери качества в процессе инспекции для поиска аномалий. «Во многих случаях дрон может обнаружить все, что может обнаружить человек», — сказал Ломан.

Это включает камеры для проверки, не зарастает ли растительность куст скважины; термальные изображения для обнаружения утечек метана или перегретых компонентов; метановые лазеры для измерения концентраций; и мультиспектральные датчики для обнаружения стоячей воды.

«Мы фокусируемся на наложении приложений для доставки клиентам глубины в геопространственно тегированной информации», — сказал Ломан. «С глубиной структурированных данных PrecisionHawk сможет работать с клиентами для использования приложений искусственного интеллекта для снижения затрат на обслуживание».

PrecisionHawk разрабатывает инструменты визуального обучения, которые будут работать в координации с ИИ-приложениями для использования дроном-собранных геопространственных данных для рекомендации превентивного обслуживания и предсказания отказа оборудования. По мере того как они собирают больше данных экономно, их набор инструментов улучшается.

Медицинский подход предписывает, где бурить

В ConocoPhillips геонаученники заимствуют техники, используемые с медицинской магнитной резонансной томографией для сборки и анализа данных, полученных из сейсмических чтений, для проприетарного процесса, известного как компрессивная сейсмическая визуализация, согласно стенограмме встречи аналитиков и инвесторов ноябрь 2017 года. Их цель — Пермианский бассейн.

С компрессивной сейсмической визуализацией, «вместо упорядоченного образца проб, как обычно в сейсмике, есть случайная проба, а затем мы используем математику, приходящую из медицинской сферы», — сказал Аль Хиршберг, исполнительный вице-президент по производству, бурению и проектам ConocoPhillips, во время встречи.

Математика, примененная к томографическому (то есть по срезам) изображению, дает 10-кратное увеличение определения. Та же математика может быть применена к сейсмическим точечным данным для аналогичного увеличения определения.
«... или, конечно, вы можете сделать меньше сейсмических точек и получить то же разрешение, что было раньше, за гораздо более низкую стоимость», — сказал Хиршберг.

Шейловые операторы также используют ДНК-секвенирование, ставшее существенным в медицине. Но цели секвенирования энергопроизводителей — микробы, живущие в поровых пространствах и трещинных сетях горных пород. Они используют результаты для оценки потенциала и движения нефти с целью оптимизации размещения скважин, мониторинга связности скважин и измерения производства во времени для завершений, согласно сайту Biota Technology (Хьюстон).