Schalieproducenten Omarmen Industrie 4.0 Innovaties om Efficiëntie te Verbeteren Tegen Prijsdaling

Energieproducenten kijken naar Industrie 4.0 voor nieuwe ideeën over automatisering, sensorgebruik, big data en remote monitoring, wat kansen creëert voor tech-startups.

Na de instorting van petroleumprijzen in het midden van de jaren 2010, reageerden schalie-olie- en gasproducenten op de daling door technieken en technologie te lenen van de energiesector's offshore putoperaties, productie, en zelfs de medische industrie om efficiëntie te verhogen.

De energieproducenten keken naar Industrie 4.0 voor nieuwe ideeën over automatisering, gebruik van sensoren, big data, en remote monitoring. In het proces creëerden ze kansen voor technologie-startups zoals onbemande luchtvaartuig inspectiebedrijven. Uit de geneeskunde lenen grote energieproducenten zoals ConocoPhillips DNA-sequencing en wiskunde gebruikt in MRI-scannen om minder te vertrouwen op kernmonsterneming en blind boren in hun zoektocht om meer olie en gas uit rots te knijpen.

"Op basis van onze gesprekken met bedrijven, zou ik zeggen dat vóór de instorting van olieprijzen ze niet zo bezorgd waren om alle mogelijke manieren te zoeken om efficiëntie te maximaliseren," zei Artem Abramov, vicepresident schalie-onderzoek voor Rystad Energy (Oslo, Noorwegen), een onafhankelijk energie-onderzoeks- en business intelligence bedrijf dat data, tools, analyses en consultancydiensten levert aan de wereldwijde energie-industrie. "Het creëerde technologie-startups in de laatste twee jaar, en ik verwacht er meer te zien."

Begin 2018 waren er ongeveer 750.000 producerende schalie- en conventionele olie- en gasputten in de Verenigde Staten. Van die, waren 207.000 horizontale hydraulische fracturing putten en 115.000 traditionele horizontale putten, volgens Rystad Energy data. De data tonen aan dat onder de 23.000 nieuwe producerende putten die dit jaar verwacht worden, 15.000 horizontale boorputten zullen zijn met een geschatte kost van $6,45 miljoen per put, hoewel er significante kostenverschillen zijn over bassins heen.

Met verhoogde efficiëntie zou de industrie normaal een daling in werkgelegenheid verwachten. Maar andere krachten hebben een paradoxaal effect gecreëerd op de vraag naar schalie-olie- en gaswerkers, variërend van vrachtwagencoureurs tot petroleumingenieurs. "Aan de ene kant, elke automatisering zou een negatieve impact op werkgelegenheid moeten hebben," zei Abramov. "Maar aangezien de schalie-industrie opwaarts gaat, is de vraag naar gespecialiseerde en zelfs minder gespecialiseerde werkers hoog." Als resultaat is werkloosheid op recordtiefs in gebieden zoals west Texas, locatie van grote afzettingen en booractiviteit in het Permiaanse Bekken.

Ongespecialiseerde werkers zijn niet de enigen in tekortkoming. Toen petroleumprijzen in 2015 instortten, daalde de inschrijving in petroleum engineering universiteitsprogramma's. Dit heeft ingenieurs moeilijk te vinden gemaakt, zei Abramov.

Shell Vindt 'Shale Field of the Future'

Midden in haar opbouw, realiseerde Royal Dutch Shell (Den Haag, Nederland) zich dat om 11 miljard vat ontdekte en potentiële olie in schalie-afzettingen te pompen, het dingen anders moest doen. Bedrijfsleiders daagden de organisatie uit om ofwel opbrengst te verhogen of kosten te verlagen terwijl een vast kapitaalinvestering gehandhaafd werd. Als resultaat leende de producent zwaar van productie en Industrie 4.0.

"Toen we het iShale-programma vormden, keken we heel zorgvuldig en opzettelijk buiten de gebruikelijke exploratie- en productie-industrie-allianties naar enkele van de innovatieve spelers die actief waren in automatisering, digitalisering, enzovoort, in productie," zei Frederic Wasden, iShale projectmanager. "En dat was een echte voorsprong voor ons omdat in Manufacturing 4.0 er een aantal industrieën zijn die al enige tijd daarmee bezig zijn. Voordat we iets nieuws ontwikkelden, was ons doel om bestaande technologie die commercieel beschikbaar is te benutten. Met deze benadering voelen we dat het risico van de technologie van een hardware-perspectief relatief laag is."

Om het schalieveld van de toekomst te bouwen, vormde Shell allianties met bedrijven die de energieproducent kunnen helpen met automatisering, remote monitoring, sensorgebruik, robotica, dataverzameling en analyse, cloud computing en gebruik van zonne-energie en energiedopslagbatterijen om operationele kosten te verlagen.

Dutzenden verschillende soorten sensoren die informatie voeden aan een geavanceerd analytics centrum zullen worden geïmplementeerd voor kritieke functies: camera's om methaanlekken te detecteren; infrarood om tankniveaus te bevestigen en indringers te spotten; en akoestiek om te bepalen of een pijp eroedeert. "We zijn de begunstigden van het werk dat gedaan is door de bredere productiesector in het aannemen van die sensoren en daarmee de leveranciers in staat stellen om deze op te schalen," zei Wasden.

De eerste fase van iShale is om in het Permiaanse Bekken activa aan te tonen dat Shell kostenbesparingen, productieverbeteringen, en veiligheidsverbeteringen kan bereiken door de manier waarop het werkt te wijzigen. Als resultaat kan het profiteren van de data die beschikbaar is in zijn operaties en die informatie combineren met geavanceerde analytics om uit te zoeken hoe productie- en onderhoudspraktijken te optimaliseren.

Remote ondersteuning voor putboren en onderhoud is een van de hoekstenen van het programma. Shell-personeel monitoreerde en adviseerde over een nieuwe put die in Argentinië werd geboord vanuit het monitoringscentrum in Calgary, Alberta. Eenmaal een put operationeel is, kunnen onderhoudspersoneel voorzien van remote surveillance informatie aankomen uitgerust met de juiste veiligheidsuitrusting en onderdelen, wat een ander voordeel demonstreert. Het doel is overspenden te vermijden door onnodig onderhoud te doen terwijl ook operationele afsluitingen worden geëlimineerd omdat een kritisch onderdeel of stuk machines is uitgevallen.

De energiereus heeft ook technologie die gebruikt werd in zijn eigen diepwateroperaties overgedragen naar zijn onshore putten.

"Offshore, zijn gewicht en ruimte op een absolute premie," zei Wasden. "De industrie heeft uitgevonden hoe gas, olie, en water in een heel klein vat te scheiden. Datzelfde technologie onshore gebracht stelt ons in staat om onze scheidingapparatuur op een vrachtwagentransporteerbare skid te plaatsen in plaats van een meer conventionele scheidingsplant of centrale verwerkingsfaciliteit te bouwen."

Greg Guidry, executive vice president van Shell's onconventionele business, vertelde de RigZone website in oktober 2017 de gewenste uitkomsten voor iShale omvatten: geautomatiseerde en geïntegreerde putten en afwerkingen; schaalbare, modulaire centrale faciliteiten ontwerpen; intelligente well pads en draadloze communicatie die multifase stroom en scheiding mogelijk maken; digitalisering en automatisering-ingeschakeld beheer door uitzondering of standaard veldbewaking; en een "organisatie van de toekomst" met "brede vaardighedenbasis" personeel dat digitaal verbonden en cross-getraind is.

Ogen in de Lucht Hangt Af van Bibliotheek van Data

De daling in olieprijzen en de daaropvolgende zoektocht naar kostenbesparingen door producenten bleek erg goed voor bedrijven zoals PrecisionHawk (Raleigh, NC), een remote sensing bedrijf dat onbemande luchtvaartuigen gebruikt om inspecties te doen voor 10 van de top 20 grootste olie- en gas exploratie- en productiebedrijven.

Verschillende regelgevende instanties op staat- en federaal niveau eisen veel typen inspectie van olie- en gasproductie-activa op verschillende schema's van maandelijks tot jaarlijks. Terwijl producenten sensortechnologie in kunnen bouwen om nieuwe well sites te monitoren, is de kost van het retrofitten van die meetapparatuur veel hoger dan het gebruik van drones om hetzelfde type inspecties uit te voeren voor legacy velden.

"Het probleem is dat ze veel well sites hebben die al jaren staan; het maakt geen zin om een $10.000 sensor aan elk toe te voegen," zei Patrick Lohman, vicepresident energie voor PrecisionHawk. "Daar komen drones echt van pas."

Er is een goed reden dat drones een goede fit zijn voor het werk. Well pads kunnen tot de lengte van twee voetbalvelden van elkaar gesitueerd zijn, en lokale wegen bieden meestal een indirecte route van de ene naar de andere. Als resultaat kan een technicus tot 10 sites per dag rijden om inspecties te doen, zei Lohman. In tegenstelling kan een getrainde drone-operator zijn luchtvaartuig naar 100-125 well pads per dag sturen, afhankelijk van dichtheid.

Niet alleen is een drone efficiënter, er kan geen kwaliteitsverlies zijn in het inspectieproces om afwijkingen te zoeken. "In veel gevallen kan een drone alles detecteren wat een persoon kan detecteren," zei Lohman.

Dat omvat camera's om te zien of vegetatie de well pad benadert; thermische imagers om methaanlekken of oververhit componenten te detecteren; methaanlasers om concentraties te meten; en multi-spectrale sensoren om gestagneerd water te detecteren.

"We richten ons op het stapelen van applicaties om klanten diepte in georuimtelijk getagde informatie te leveren," zei Lohman. "Met een diepte van gestructureerde data, zal PrecisionHawk in staat zijn om met klanten te werken om kunstmatige intelligentie applicaties te gebruiken om onderhoudskosten te verlagen."

PrecisionHawk ontwikkelt visuele leertools die in coordinatie met AI-applicaties zullen werken om drone-verzamelde, georuimtelijke data te gebruiken om preventief onderhoud aan te bevelen en apparatuurfouten te voorspellen. Naarmate ze meer data economisch verzamelen, verbetert hun toolset.

Medisch Gaan Voorschrijven Waar Te Boren

Bij ConocoPhillips lenen geowetenschappers technieken die gebruikt worden met medische magnetische resonantie imaging voor het samenstellen en analyseren van data verkregen uit seismische metingen voor een proprietair proces bekend als compressieve seismische imaging, volgens een transcript van een november 2017 analisten- en investeerdersvergadering. Hun doel is het Permiaanse Bekken.

Met compressieve seismische imaging, "in plaats van een ordelijke steekproefpatroon zoals je normaal hebt in seismiek, is er een willekeurige steekproef en dan gebruiken we wiskunde die uit het medische veld komt," zei Al Hirshberg, ConocoPhillips executive vice president van productie, boren, en projecten, tijdens de vergadering.

Wiskunde toegepast op tomografische (d.w.z. per sectie) imaging geeft een 10-voudige toename in definitie. Dezelfde wiskunde kan toegepast worden op seismische puntdata om een vergelijkbare toename in definitie te geven. "… of natuurlijk, je kunt minder seismische punten schieten en dezelfde resolutie krijgen die je eerder had voor een veel lagere kost," zei Hirshberg.

Schalie-operators gebruiken ook DNA-sequencing die essentieel is geworden in de geneeskunde. Maar de energieproducenten's sequencing-doelen zijn de microben die leven in de poriën en breuknetwerken van rotsen. Ze gebruiken de resultaten om het potentieel en de beweging van olie te beoordelen om putplaatsing te optimaliseren, putconnectiviteit te monitoren, en productie over tijd te meten voor afwerkingen, volgens de website van Biota Technology (Houston).