"Всё в мире является энергией. Энергия лежит в основе всего. Если вы настроитесь на энергетическую частоту той реальности, которую хотите создать для себя, то вы получите именно то, на что настроена ваша частота. Это – не философия.” Альберт Эйнштейн.
Энергия - это основной ресурс развития человечества. Все промышленные революции в той или иной мере происходили в моменты качественного скачка развития способов получения энергии из окружающей среды. Вначале это была древесина, затем уголь, а сейчас - нефть и газ.
Первая нефтяная скважина была пробурена ударным способом на Апшеронском полуострове в России в 1874 году. Уже в 1899 году в России был запатентован электробур, а в 1940 году с помощью его более усовершенствованной версии пробурена скважина.
Бурение на море отсчитывает свою историю с 1897 года, когда в Тихом океане в районе острова Сомерленд была пробурена первая морская скважина. Однако, первая морская скважина, давшая нефть, была пробурена в 1925 году в СССР вблизи бухты Ильича.
Сегодня в мире насчитывается десятки тысяч действующих скважин. Ежедневно работают больше 1 500 буровых установок, каждая из которых выполняет тысячи различных операций, предназначенных для строительства одной скважины. Но на данный момент существует всего лишь одна добычная наземная скважина, пробуренная с помощью полностью автоматизированной буровой установки.
Так почему в эпоху автоматизации и роботизации производственных процессов, появлению роботов почти во всех сферах нашей жизни, мы видим, что число роботизированных, а тем более автоматизированных операций при строительстве скважин крайне мало? Почему на буровых установках многие операции до сих пор выполняют буровые инженеры? Почему нефтегазовая отрасль нуждается в автоматизации прямо сейчас? Давайте разбираться с этим вопросом в предстоящих статьях.
Как устроена буровая установка
Для более точного понимания объекта этой статьи, давайте немного уделим внимание процессу бурения скважин и добычи нефти и газа. И начнем с самого главного - чем бурят? Бурение скважины производится наземными и морскими (плавучими) буровыми установками. Они схожи по конструктиву и расположению основных элементов. Не стоит путать буровые установки с добычными. Основной функционал добычных установок (платформ) именно в дОбыче нефти и газа. Очень часто на добычных установках отсутствуют механизмы для бурения скважин.
Любая буровая установка содержит несколько типов органов, которые отличаются по принципу действия и целям. Основные органы:
- Исполнительные части, которые также обозначаются главными или ключевыми. К ним относят буровую вышку, роторный стол, насосы бурового типа, а также системы для циркуляции жидкости.
- Органы для обеспечения сооружения энергией: электрические, бензиновые или дизельные моторы, приводы различного типа, гидравлическая система, пневматические устройства.
- Дополнительные части (вспомогательного типа). К ним относятся механизмы для транспортировки, металлические изделия, запасные лебедки, осветительные приборы, средства по отоплению, водоснабжению и т.д.
- Информационные органы, которые отвечают за регулировку, корректировку и отслеживание параметров процесса бурения.
- Органы управления.
Буровая вышка и роторный стол являются главными узлами во всем оснащении установок, и к числу их функций относятся следующие задачи:
- Поддержка колонны на талевом устройстве.
- Операции по спуску и подъему, при которых используются трубы различного вида (обсадные, а также изделия для бурения).
- Расположение в стволе самих труб для процесса бурения.
- Вращения инструмента, а также поддержки бурильной колонны в процессе создания скважины
Роботизация и автоматизация
Для понимания предмета данной статьи необходимо понять разницу между двумя близкими терминами - роботизация и автоматизация.
Под роботизацией операции будем понимать именно замену простого действия, выполняемого человеком, на действие, выполняемое роботом. А под термином автоматизация - комплекс автономных роботизированных операций, последовательность которых составляет искусственный интеллект (ИИ), а исполнение проводится роботизированной системой.
Для примера обратим внимание на простую и очень распространенную операцию - скрутка буровой трубы.
На буровой трубе в скважину спускается буровой или иной инструмент. Буровая труба скручивается свечами длиной до 36 метров. При средней глубине скважины до 7 000 метров и с учетом того, что за время строительства скважины буровая колонна полностью скручивается и раскручивается десятки раз, количество однотипных операций скрутки и раскрутки при строительстве одной скважины исчисляется сотнями. На данный момент данный процесс роботизирован частично и большая часть операций проводится с участием буровых механиков.
Роботизированные операции - захват буровой трубы и скрутка с заданным крутящим моментом. Нероботизированные операции - закрепление в роторном столе, визуальный осмотр, смазка резьбы, визуальный контроль скручивания, контроль скручивания по графику крутящего момента выполняют буровые механики.
Если бы процесс был полностью автоматизирован, то все вышеперечисленные операции выполнялись бы без участия человека роботизированной системой.
Наземная автоматизированная буровая установка Nabors
Основная цель автоматизации и роботизации любой деятельности, это повышение операционной эффективности, повышение безопасности работников и снижения затрат.
Аварии на буровых установках наносят миллиардный ущерб и оказывают трагическое и необратимое воздействие на окружающую среду. Они также уносят сотни человеческих жизней, и эта статистика не меняется многие десятилетия. Компании в погоне за прибылью оптимизируют наиболее трудоемкие и капиталоемкие операции, часто за счет снижения уровня безопасности их проведения. Именно поэтому в первую очередь роботизации и автоматизации подвергаются такие операции.
Как уже упоминалось ранее, в мире существует всего лишь одна наземная полностью автоматизированная буровая установка (АБУ), которая выполнила бурение первой добычной скважины в октябре 2021 года. Это буровая установка PaceR801 от компании Nabors Industires Ltd. PaceR801 знаменует собой важную веху в автоматизации нефтегазовой промышленности.
PaceR801 имеет автоматизированную буровую площадку и ряд других автоматизированных функций, необходимых для строительства скважина. Основную работу на буровой площадке выполняет мощный робот Canrig, который как перемещает, так и собирает секции труб. Также используется автоматизированные роторный стол, верхний привод, системы контроля состояния резьбы труб и прочее. Каждое автоматизированное устройство является самостоятельным пакетом, который может использовать на других буровых установках по-отдельности. Для координации и подготовки оптимальной процедуры бурения Nabor разработал собственный ИИ.
“В кабине бурового мастера находится человек, который включает систему и нажимает кнопку "play". С этого момента система выполняет все операции самостоятельно” - описывает работу своей разработки Остин Гувер, директор по эксплуатации интеллектуальных продуктов Nabors.
На видео видно, как манипулятор робота поднимает следующий элемент оборудования — обычно это 35 метровый отрезок трубы. Предварительно, этот отрезок трубы был измерен другой системой и проведен визуальный контроль целостности резьбы для соединения с другими трубами. Затем манипулятор перемещает ее по центру роторного стола и удерживает вертикально на месте, в то время как другие системы АБУ распознают рисунок резьбы и вращают трубу, чтобы соединить ее с нужным уровнем крутящего момента. Затем за дело берется другая система, которая опускает буровую колонну в скважину в соответствии с программой бурения. На данный момент PaceR801 устраняет необходимость в нахождении буровых механиков в самых опасных зонах буровой установки - роторном столе и буровой вышке. Но на платформе все равно присутствует инженерный и сервисный персонал, который контролирует работу системы и, в случае необходимости, корректирует процесс. Также персонал на буровой выполняет операции по монтажу различного насосного и противовыбросового оборудования.
Автоматизированная наземная буровая установка PaceR801 является значительным прогрессом на пути к полностью автоматизированному бурению, но до конечной точки еще далеко. Определение полностью автоматизированной буровой установки будет меняться с течением времени. То, что сегодня считается полностью автоматизированной буровой установкой через несколько лет будет казаться паровым двигателем в мире электромобилей. PaceR801 уже бурит быстрее, чем высокопроизводительные буровые установки 5 лет назад. Но до полной победы по эффективности над обычной буровой бригадой еще далеко. Однако, компании Nabors удалось сделать очень важный шаг - полностью вынести работу персонала из наиболее опасных зон буровой установки.
Продолжение про роботизацию и автоматизацию на морских буровых и добычных установках, а также причины, замедляющие этот процесс в нефтегазовой отрасли читайте в следующих частях статьи.
Автор: Борис Лонкин
