המרדף הבלתי פוסק של משאבי אנרגיה מניע נפט וגז לחקור את הסביבות המענישות ביותר על פני כדור הארץ - אגן מים עמוקים, אזורי אטומים הארקטי, שדות המדבר המתפתלים, ומדכאים, עתירי טמפרטורה גבוהים (HPHT) בהגדרות אלה, ציוד לא מהווה אי נוחות קטנה אלא אסון, הן מבחינה כלכלית והן סביבתית.

אתגרים של הסביבה הבושה

ציוד חרושת תחת תנאים קיצוניים מטיל קבוצה ייחודית של דרישות פיזיות ותפעוליות.לחץ קיצוניות - מכוחות הידרוסטטיים עמוקים של ים עד 30,000 psi למאגרי לחץ מעל 20,000 psi - יכול למחוץ או לרכיבים קונבנציונליים.טמפרטורות נדנדה, החל מ- 60 מעלות צלזיוס בחורף, כדי להגביר את המשקעים המשתנים של דלקים נוזליים ולהפחית את רמת הפחמן (Ricialustras) ל-Hbrossive growth-Ricial growth-Ricial growth-Ricial growth-Ricial growth) ל-Ricial growth-Ricial growth-Ricial growth-Ricial growth-Ricial growth.

לדוגמה, במפרץ עמוק מים של מקסיקו פעולות, מונעי מכה (BOPs) חייבים לתפקד ללא פגם מתחת 10,000 + psi היטב לחץ וטמפרטורות תת-אפס ים ים. בדומה, קידוחים באוקיינוס הארקטי דורשים ניהול תרמי כדי למנוע תקעים מיובשים ושבר מתפתל.התגובה של התעשייה כבר לפתח ⁇ מיוחדות, מערכות חותם מתקדמות, ניטור אינטליגנטי שיכול לצפות ולהפחית מצבי כישלונות לפני התרחשות.

חידושים אחרונים בעיצוב ציוד

חומרים מתקדמים להגבלות קיצוניות

חדשנות חומרית נותרה אבן הפינה של עיצוב ציוד קשיח-סביבה. ניקל מבוסס Superalloys כגון Inconel 718 ו 725 משמשים כיום בכלים חורפים ורכיבים ראשיים חשופים לטמפרטורות גבוהות ושירות סור. ⁇ אלה לשמור על חוזק גבוה ו עמידות קורוזית אפילו מעל 400 מעלות צלזיוס F. עבור יישומים רגישים משקל כמו תת-מכפליים ועלייה, סגסוגת מים גבוהה יותר (Loltrarosion) כולל ציפוי גבוה יותר של דלק פחמן-Halrvated).

ההתפתחויות האחרונות במרכיבי קרמיקה (CMCs) ותרכובות פולימר מתחילות להיכנס יישומים של Oilfield.לדוגמה, מערכות epoxy (GRE) ו-Folicolic הן עכשיו להחליף פלדה בטיפול נוזלי קורוזי, צמצום משקל וביטול של תקלות כלי רכב פנימיים.מתאים מורכבים עם thermoplasticrs משמשים בזרימה יקרה שבו פלדה קונבנציונלית היה corosive coodere, במהירות, חסימת חומרים דינמית ו-Hol-reshoming.

דוגמה לקישור חיצוני:0 (Schlumberger's HPHT Technology Review)

אוטומציה ותפעול מרחוק

דחיפה להפחית את החשיפה האנושית לסביבות מסוכנות מאיצה את אימוץ טכנולוגיות אוטומציה ובקרת מרחוק. riging rigs הם מצוידים עם מטפלי צינורות אוטומטיים, צווארי ברזל ומערכות קידוח אוטומטיים המפחיתות התערבות ידנית על רצפת השקיקה. Downhole, מערכות הנעה רוטאריות ותוכנות בקרה אוטומטיות למקדחות את מסלול השליטה המשולב בזמן אמת, שיפור יעילות וצמצום זמן לא פרודוקטיבי.

מערכות ייצור צוללות מסתמכות יותר ויותר על כלי רכב המופעלים מרחוק (ROVs) וכלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUVs) לבדיקה, תחזוקה ותיקון (IMR) משימות כלי רכב אלה מצוידים במצלמות בעלות הגנה גבוהה, בנר, וזרועות מניפולטור שיכולים לבצע פעולות מורכבות כמו החלפת מודולים בקרה או תיקון של מכפלי משנה על פני השטח, רחפנים (מערכות לא ידועות) משמשים למתקנים לזיהוי, בדיקות, לחץ דם, בדיקות, בדיקות, לחץ דם, ועלויות ניטור, לחץ דם מרחוק, בדיקות, בדיקות, מחסנים, בדיקות, בדיקות, מחסנים, מחסנים, מחסנים, מחסנים, בדיקות, בדיקות, מחסנים, מחסנים, מחסנים, בדיקות, מחסנים, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, מחסניות, בדיקות, בדיקות, מחסנים, בדיקות, ועלויות ניטור, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, בדיקות, מחסניות באופן משמעותי.

מערכות בקרה מתקדמות עם תאומים דיגיטליים - העתקים וירטואליים של ציוד פיזי - מאפשרים למפעילים לדמות תרחישים ואופטימיזציה של לוחות הזמנים של תחזוקה. חברות כמו בייקר יוז ו- NOV הציגו פלטפורמות מחשוב קצה שממעבדות נתונים של חיישן באופן מקומי על ה הקפדה או פלטפורמה, המאפשרות זיהוי בזמן אמת ללא הסבלנות של תקשורת בענן.שינוי זה לעבר אוטומציה לא רק משפר את הבטיחות אלא גם משפר את זמן התפעולי, עם כמה מפעילי דיווח פחות מ- 30% לאחר פריסה.

דוגמה לקישורים חיצוניים:0Baker Hughes Remote Actionיכולות של ההרחבה 1.

טכנולוגיות משופרות ו-Insulation

מערכות חסימת הן ההליל של ציוד מחסני נפט בסביבה קשה.אימות לא יעילות להוביל דליפת גז, אובדן נוזלים הידראולי, ותוקפנות של מים ים או בוץ - אפילוטים שיכולים במהירות להסלים לתוך כישלונות רציניים. חידושים אחרונים כוללים מתכתי O-rings עם עיצובים ממריצים באביב עבור שירות HPHT, הרחבת FE (eFE) גזי מתכת עבור עמידות כימית, ו-Fireto-Fireto-reto-to-to-reto-reto-reto-to-Fireic.

בידוד הרחם גם ממלא תפקיד קריטי, במיוחד במבנים מים עמוקים ומבנים תת-ימיים שבו הסיכון להיווצרות לחות או השעווה דורש ניהול טמפרטורה זהירה. שמיכות בידוד מבוסס Aerogel - קל משקל קיצוני ומציע מוליכות תרמית כמו 0.015 W / mK - משמש כעת נרחב צינורות תת-קרקעיים ושמיכות אלה יכול להיות מיושם על גבי טמפרטורות מתוחכמות ומאובטחות יותר של צינורות אוויריאטים, כי הם נשארים תחת טמפרטורות מתוחכמות מתקדמות יותר.

3D הדפסה ותוספת ייצור

ייצור אדקטיבית (AM) הופך את שרשרת האספקה עבור ציוד קשיח-סביבה. חלקים קריטיים חסונים - כגון חומרי משאבה, גופי שסתום, ורכיבי כלי מטה - ניתן כעת להיות מיוצר על-ידי דרישה במרכזים לוגיסטיים מרוחקים באמצעות אבקת לייזר או היתוך אנרגיה מכוונת.זה מפחית עלויות מלאי ולהוביל משבועות לימים.

עבור חברות שירות נפטפילד, היכולת להדפיס חלקים בסגסוגת עמידת קורוזיה (למשל, Hastelloy, Inconel, נירוסטה פלדה) באתר הוכיחה בלתי-סבירה.לדוגמה, Halliburton כבר הציב יחידות ייצור תוספי ייצור יישומים ניידים כדי לתמוך בפעילות מרחוק באגן Permian ובים הצפוני.

ניטור וחיזוי Analytics

אין דיון בעיצוב ציוד מודרני להשלים ללא אזכור של השכבה הדיגיטלית.חיישנים משובצים במשאבים, דחוסים, שסתום וכלים מטהר נתונים באופן רציף על טמפרטורה, לחץ, רטט, זרימה וחתימות אקוסטיות. נתונים אלה מוזנים למודלים אנליטיים חיזוייים המזהים סימני אזהרה מוקדמת של לבישת, חוסר איזון, או אלגוריתמים למידה בלתי מאוישים על תבניות היסטוריות יכולים להישאר שימושיים עם דיוק גובר, המאפשרים של תחזוקתיים במקום זאת, בתנאי תחזוקה מתוכננים.

לדוגמה, משאבה רב-phase תת-ימי מצוידת בחיישנים רטט עשוי לזהות את תחילת השבועות לפני כל ירידה בביצועים.המפעיל יכול להתאים מהירות המשאבה או לקבוע התערבות מונעת, הימנעות מכישלון יקר שיכול לעצור את הייצור במשך חודשים. בדומה, מדפי חור וחיישנים מבוזרים סיבים אופטיים (DTS) לספק ניטור בזמן אמת, המאפשר למפעילים אופטימיזציה ואסטרטגיות ייצור אלה הפכו ציוד דיגיטלי לרכיבים סטנדרטיים לרכיבי אחסון.

מאמר זה של המאמר (FLT:0)OE על תחזוקה מבוססת תנאי בשמן וגזFreaLT:1

השפעה על פעילות הנפט

ההשפעה המצטברת של חידושים אלה הפכה ליעילות של התעשייה. ביצועי הבטיחות השתפרו במידה ניכרת: הלשכה האמריקנית לבטיחות ולאכיפה סביבתית (BSEE) דיווחה על ירידה של 60% בתקריות בקרת תת-ימיות בין 2010 ל-2020 מגמה המיוחסת לתכנון BOP טוב יותר, מערכות התערבות אוטומטיות וחומרים משופרים יותר.

תוחלת החיים של ציוד התרחבה באופן משמעותי.לדוגמה, משאבות תת-קרקעיות (ESPs) בשדות הנפט הכבד פועלות כיום במשך יותר משלוש שנים בממוצע בהשוואה ל-18 חודשים לפני עשור, הודות לנושאות של המוח, חלקי חותם משודרגים, ובקרים אינטליגנטיים של מנועים.זה מפחית ישירות את תדירות העבודה ואת העיוותים הקשורים לייצור סביבה גם נהנה: מערכות מתקדמות של צינורות אוויר, ומאפשרות במהירות לצמצום של חומרי גלם, ללא הגבלה דיגיטלית, מחוספסת חומרים מחוספסת חומרים מחוספסים, ומטה, מחוספסים, ומטהור, מחוספסים, ללא מגבלות אחסון אורגניים.

יתר על כן, היכולת להיות שותף ולעקוב אחר ציוד מרחוק אפשרה כוח עבודה בחו"ל קטן יותר, צמצום החשיפה של אנשי הצוות לתנאים מסוכנים.זה היה בעל ערך במיוחד במהלך מגפת COVID-19 ובאזורים עם זמינות עבודה הדוקה.הנתונים שנוצרו על ידי מערכות דיגיטליות גם מזינים במחזורי שיפור מתמשך - עיצבו מהנדסים לנתח כעת נתונים של כשל שדה כדי לחדד את הדורות הבאים, סגירת הלולאה בין פעולות ו-R&D.

  • (FLT:0) פרוטוקולי בטיחות מוכחים: FIRLT:1 למערכות ההשבתה האוטומטיות, ניטור מרחוק, ועיצובי חותם מגוונים מחוסנים להפחית את הסיכון לפגיעות, לדלפות ולפציעות.
  • עלויות תפעוליות:0 (FLT:103) ציוד ארוך יותר תוחלת חיים ותחזוקה נמוכה יותר של תחזוקה ישירה ולהפחית את הייצור המופרע.
  • (FLT:0)Extended ציוד Lifespan:FreaLT:1 חומרים מתקדמים וציפוי להפחית קורוזיה, שחיקה ועייפות תרמית, הכפלה או מרווחי שירות.
  • (FLT:0) הגנה סביבתית: FLT:1 עדיף להכיל פחמימנים, מופחתת פירעון באמצעות דיוק מ"מ, וגילוי מהיר יותר כל לתרום טביעת רגל אקולוגית קטנה יותר.

עתיד עיצוב ציוד הנפט

במבט קדימה, כמה מגמות מבטיח לדחוף את המעטפה קדימה.ייצור אדרטיבי יעבור מ prototyping וחלקים חילוף מרכיבים מבניים ראשוניים עבור תת-ימי וציוד החור, עם ⁇ מוסמך ותהליכים מאומתים להיות הזרם המרכזי.בינתיים, שילוב של בינה מלאכותית (AI) עם תאומים דיגיטליים יאפשרו מודלים חיזויים כדי להתאים באופן אוטומטי פרמטרים הפעלה בזמן אמת, אופטימיזציה של ציוד תוך שמירה על גבולות רובוטיים מאובטחים.

עוד גבול מתפתח הוא התפתחות של חומרים ה-עצמים שיכולים לתקן באופן אוטונומי מיקרו-צריפים בחיתולים, ציפויים ואפילו מתכות מבניות.במעבדה, פולימרים עם מיקרו-קפסולות משובצות המכילות סוכני ריפוי הראו את היכולת לשחזר כוח רב-עוצמה לאחר נזק, וחוקרים חוקרים בוחנים מושגים דומים עבור מערכות מתכתיות. בעוד יישום מסחרי בתחום ציוד הנפט עשוי להיות מספר שנים, פוטנציאל לחסל מצבי כישלונות שלמים.

בנוסף, מעבר האנרגיה משפיע על עיצוב ציוד.כמפעילים מבקשים להפחית את טביעת הרגל פחמן, יש עניין גובר בדחיסות המונעות חשמלית ומשאבות אשר מחליפות טורבינות גז, כמו גם בלכידת פחמן, ניצול ואחסון (CCUS) טכנולוגיות הדורשות ציוד כדי להתמודד עם CO2 קריטי ציוד עבור נוזלים חדשים אלה ולחץ יסיעו חדשנות נוספת בחומרים ובאיטום.

לבסוף, מאמצי סטנדרטיזציה כגון סדרת API 17 עבור ציוד תת-ימי ו- ISO 13679 עבור חיבורים השקועים ממשיכים להתפתח, שילוב של למידה מכישלונות שדה וטכנולוגיות חדשות. גישה שיתופית זו בין מפעילי, יצרנים וגופים רגולטוריים מבטיחה כי חידושים הם פנויים לאמינות ובטיחות לפני פריסה נרחבת.

מסקנה

תעשיית הנפט והגז תמיד תעמוד בפני האתגר של הפעלת הסביבה העוינת ביותר בעולם, אך קצב החדשנות בעיצוב הציוד מעולם לא היה מהיר יותר.מסופרוויסים וקרמיקה לרובוטים אוטונומיים ואנליטיקה המונעת על ידי AI, הכלים הזמינים למהנדסים כיום הם הרבה יותר מסוגלים מאשר לפני עשור אפילו את ההשפעות הללו לא גוברות יותר – הם מאפשרים מודלים חדשים לחלוטין שפועלים, ובאופן עצמאי יותר, כמו גם את יעילותם של התעשייה, אך לא תתחזק יותר, אך ורק יותר ויותר, אך ורק את השינויים הסביבתיים, לא יהיו יותר ויותר, אלא גם את השינויים האלה, ולא יהיו יותר ויותר, אלא גם את השינויים, אלא גם את השינויים האלה, ככל שעדיין לא יהיו יותר ויותר, יותר ויותר חזקים יותר ויותר, כך, כך, כך, כך, כך שעדיין לא יהיו יותר ויותר, יותר ויותר, יותר ויותר, כך שעדיין לא יהיו יותר ויותר, כך שעדיין לא יהיו יותר ויותר, כך שימשיכו יותר ויותר, יותר ויותר, כך שימשיכו יותר ויותר, כך, כך שמשתנים יותר ויותר, כך, כך שמשתנים יותר ויותר, כך שמשתנים יותר ויותר, כך, כך, כך שמשתנים יותר ויותר, כך שמשתנים יותר ויותר, כך שמשתנים יותר ויותר, כך שמשתנים יותר ויותר, כך, כך