IoT em petróleo e gás:analisando tecnologia e casos de uso

O negócio de extração e transporte de petróleo e gás está repleto de desafios. Para se manterem competitivas, as empresas desse setor devem se esforçar continuamente para produzir petróleo bruto e produtos refinados a um custo menor. Eles também estão constantemente procurando aumentar e estender o valor de seus ativos existentes, ao mesmo tempo em que buscam novas reservas de petróleo e gás. E os padrões ambientais estão se tornando cada vez mais rigorosos, exigindo transparência nas operações e controles mais rígidos sobre a produção e distribuição.

Para superar esses desafios, as empresas de petróleo e gás em todo o mundo estão pensando de forma criativa mais uma vez. Lembre-se de que desafios como esses não são necessariamente novos para a indústria de petróleo e gás. Nas últimas décadas, houve um grande incentivo para melhorar a eficiência e reduzir o tempo de inatividade, o que levou à implementação de coisas como análise preditiva e aprendizado de máquina. (Alguns classificariam isso como sendo parte da Internet das Coisas, ou IoT, mas minha definição de "IoT" é mais restrita, referindo-se especificamente a sensores e controladores conectados e tudo a montante disso - coisas que criam dados ou podem agir com base no comando.)

Agora, os dados analíticos estão se tornando mais fáceis de adquirir graças à IoT. A tecnologia de conectividade está melhorando, os sensores estão mais baratos, a tecnologia de baixa energia está disponível e as baterias podem durar mais. Todos esses desenvolvimentos significam que as empresas de petróleo e gás podem usar mais sensores em mais lugares para monitorar o maquinário e as condições ambientais - especialmente na “última milha”, onde conectividade acessível anteriormente não era uma opção.

Neste artigo, vamos primeiro explorar como os métodos tradicionais que as empresas de petróleo e gás usam para monitoramento estão mudando. Em seguida, veremos vários casos de uso em que as redes de longa distância (LPWAN) de baixo consumo de energia podem oferecer uma solução híbrida exclusiva para aplicações M2M na indústria de petróleo e gás.

Métodos inteligentes de monitoramento de óleo e gás

As empresas de petróleo e gás normalmente possuem vários ativos remotos que requerem monitoramento. Tradicionalmente, eles utilizaram os seguintes métodos de monitoramento:

• Sistemas de controlador lógico programável (PLC). Estas são essencialmente comunicações IoT com fio e são usadas com frequência no campo industrial. O desafio de coletar dados usando fios é que alguém precisa fazer esses fios e esse processo pode se tornar muito caro. Além disso, a arquitetura desses sistemas com fio é mais complexa - então, uma vez que você constrói um sistema PLC, você está preso a ele. Freqüentemente, esses sistemas usam padrões de comunicação serial (como RS-232 e RS-435).
• Comunicações por satélite (como Iridium e Inmarsat). A desvantagem aqui é que a conectividade por satélite pode ser cara. No entanto, como as indústrias de petróleo e gás tradicionalmente tinham um grande incentivo para o monitoramento remoto, os custos eram frequentemente justificados.
• Monitoramento físico. Empregar indivíduos para caminhar fisicamente e monitorar níveis e medições manualmente é algo que muitas empresas de petróleo e gás ainda fazem. A vantagem desse método é que ele é relativamente simples e fácil de implementar, e há um histórico de treinamento para acompanhar esse método. Por outro lado, os custos de tempo e mão de obra associados a este tipo de monitoramento podem ser altos, especialmente em locais remotos (como onde muitos poços de petróleo e gás estão localizados).

Cada uma dessas soluções tem benefícios e considerações a serem levadas em consideração. As principais considerações são:

• Preço: O custo de configuração de um sistema com fio normalmente é bastante alto.
• Complexidade: O monitoramento de satélite, por exemplo, geralmente requer vários links de comunicação para fornecer informações.
• Horário: O monitoramento físico de campos de petróleo e gás exige esforço e mão de obra substanciais.

À medida que o mercado máquina a máquina (M2M) cresceu e se expandiu nos últimos anos, algumas empresas de petróleo e gás estão procurando pegar o que costumava ser com fio e torná-lo sem fio, para que possam consolidar ainda mais suas conexões. As soluções de IoT sem fio permitem que essas empresas façam as coisas de uma maneira mais ad hoc. Por exemplo, eles são capazes de adicionar 100 sensores em um único poço e, em seguida, adicionar outros 1.000 sensores quando julgarem necessário. Isso é muito mais fácil com tecnologias sem fio do que com PLC e outros sistemas com fio. Nota:Como o processo de monitoramento de poços é altamente complexo, com muitas peças móveis (e muito valor), nem sempre faz sentido usar a tecnologia sem fio - mesmo se estiver disponível. Isso só pode ser determinado caso a caso.

Como a tecnologia IoT está moldando as indústrias de petróleo e gás

A indústria de petróleo e gás ainda está evoluindo quando se trata de compreender o valor total da IoT; ainda não revolucionou o petróleo e o gás como outras indústrias. No entanto, a IoT é tornando muito mais fácil para as empresas coletar informações vitais, o que levou a decisões de negócios mais informadas. A tecnologia sem fio conectada está ajudando as indústrias de petróleo e gás:

• Otimize para atividades de bombeamento eficientes.
• Faça a manutenção dos tubos e poços.
• Monitore falhas de equipamentos e vazamentos de gás.
• Monitore a espessura do tubo, as temperaturas e a erosão em uma refinaria.

A IoT sem fio permite que as empresas monitorem mais coisas usando tecnologia de nível de sensor, façam menos leituras manualmente e reúnam mais dados e informações para otimizar melhor os processos de negócios. Não posso falar sobre o que está acontecendo nos bastidores com Big Data, mas posso falar sobre o fato de que a IoT orientada por sensores pode tornar o processo de coleta de dados substancialmente mais fácil.

Por exemplo, é importante mesmo para uma pequena empresa de petróleo ter uma otimização de poço sólida para aumentar sua lucratividade. Se a empresa está perfurando um novo poço, ela precisa injetar produtos químicos no poço para evitar que as rochas se acumulem, o que fornece viscosidade para puxar as rochas para cima enquanto a empresa está perfurando. Uma vez que o poço está online e em produção, a empresa tem que fazer um balanço de pressão, certificar-se de que as temperaturas estão corretas, garantir que está extraindo as quantidades certas de óleo e assim por diante. Quando há mais pontos de dados sobre as condições microscópicas em um poço (variando de temperaturas, pressões, taxas, composições químicas, viscosidade, etc.), a empresa é capaz de coletar os dados necessários, executar análises de pós-produção, otimizar a corrente e futuros processos de perfuração e, com sorte, aumentar sua participação no mercado e lucratividade.

Isso é uma reminiscência de sistemas de controle industrial e sua progressão para sem fio. Como o petróleo e o gás, a automação industrial existe há muito tempo. Essas empresas começaram a usar tecnologias IoT com fio originais para reduzir os custos e conectar partes de suas redes controladas. Mas, à medida que a automação de sensores sem fio se tornou mais prevalente no mercado - e, portanto, mais acessível - essas empresas puderam usar sensores sem fio para se conectar mais facilmente, capturar mais dados, analisar essas informações e melhorar seus processos.

Vamos dar uma olhada em algumas das maneiras como as empresas de petróleo e gás estão usando a IoT para reunir esses dados acionáveis, melhorando assim as operações.

Internet das coisas:5 casos de uso de petróleo e gás

Os casos de uso de IoT que atualmente estão gerando mais valor para o setor de petróleo e gás giram em torno da redução do tempo não produtivo (NPT). O NPT - que pode ser causado por qualquer coisa, desde mau tempo a falhas de equipamento - tem um grande impacto na receita, sendo responsável por cerca de 10 a 20 por cento dos custos totais de perfuração. A IoT está ajudando as empresas a combater o NPT, permitindo que executem uma manutenção preditiva melhor, prevejam falhas com mais precisão e detectem vazamentos rapidamente - essencialmente, para encontrar problemas antes que comecem.

Mas construir uma rede de petróleo e gás IoT para uma área escassamente povoada ou isolada pode ser bastante desafiador. Freqüentemente, não há a consistência necessária no posicionamento dos nós para uma rede mesh, a cobertura celular geralmente não está disponível e as conexões via satélite e com fio são muito caras. Em muitos casos, as redes de área ampla de baixa potência (LPWAN) oferecem uma boa alternativa para a comunicação M2M em petróleo e gás.

Monitoramento de plataforma de petróleo e gás offshore

A maior parte da produção de petróleo e gás offshore é feita em ambientes bastante extremos, onde existem poucas redes de comunicação disponíveis, o que torna o monitoramento de temperaturas, pressões, taxas de fluxo e outras características complicadas e caras. Freqüentemente, as redes celulares não são uma opção. E embora você possa usar uma rede WiFi ou uma rede mesh, provavelmente terá que fazer engenharia excessiva para que funcione. Para lidar com essas realidades, os dados críticos são normalmente extraídos por meio do uso de comunicações por satélite ou redes com fio, ambas com um custo altíssimo.

Usando LPWANs, você pode conectar muito mais pontos de monitoramento de forma relativamente barata. Por exemplo, você pode conectar xx detectores de vazamento em xx poços localizados em uma área de xx milhas quadradas em uma rede LPWAN. Cada um desses detectores então envia informações de volta a um ponto central, que é conectado a um satélite. (Ou, os dados podem simplesmente ser processados ​​no local, dependendo dos desejos e necessidades da empresa.) Uma solução híbrida como esta permite que você colete muito mais dados do que o método de monitoramento tradicional. LPWANs também podem ser úteis na medição de salinidade (para garantir que não haja vazamentos de água para combustível) e monitorar equipamentos e pessoal no local.

Monitoramento da refinaria

Em uma refinaria de petróleo e gás, a Internet das Coisas pode ser usada para monitorar coisas como espessura, taxa de fluxo, pressão do tubo e muito mais. Se essas áreas forem acessíveis ao pessoal humano, muitas medições são normalmente registradas à mão. Mas registrar essa quantidade de informações manualmente é um trabalho demorado e bastante caro para a empresa.

Lembre-se de que algumas áreas de uma refinaria precisam ser medidas em tempo real exato - por exemplo, uma válvula que precisa ser controlada com base em uma taxa de fluxo monitorada em outro lugar. Nesse caso, uma mudança na taxa de fluxo exigiria controle quase instantâneo da válvula. Com a maioria dos sistemas de rádio, é difícil garantir que os dados estão sendo enviados em tempo real com 100% de precisão - os sistemas LPWAN não são normalmente projetados para taxas de transferência extremamente altas. Portanto, se as leituras precisam ser feitas a cada fração de segundo, a refinaria provavelmente dependerá de um sistema com fio.

Mas o que a Internet das Coisas (IoT) faz permitir é atingir mais pontos para dados mais precisos. Por exemplo, muitos aspectos de uma refinaria são projetados com níveis específicos de incerteza porque eles simplesmente não podem ser medidos. Por exemplo, uma parte específica da refinaria pode não ser capaz de operar com a mesma pressão que faria se mais pontos de leitura estivessem disponíveis. Para resolver esse problema, a IoT poderia fornecer maior percepção e dados extras sobre o fluxo, permitindo que a refinaria funcione com maior capacidade. A rede IoT também economizaria dinheiro da refinaria, limitando o pessoal necessário para monitorar manualmente ou a quantidade de equipamento que requer comunicações com fio.

Monitoramento de pipeline

Uma das principais preocupações com oleodutos e gasodutos é o vazamento e os danos financeiros, ambientais e de reputação que podem causar. Se o gás metano for liberado sem ser queimado, terá, libra por libra, cerca de 25 vezes mais impacto sobre a mudança climática do que o dióxido de carbono em um período de 100 anos. Também há um alto risco de explosão de vazamento de gás quando exposto à pressão atmosférica. E embora o petróleo não apresente risco de explosão, existem grandes riscos associados a vazamentos no oleoduto. As empresas podem perder seus ativos e sua poluição pode levar a multas astronômicas.

Antes da IoT, a Internet via satélite monitorava pontos-chave no pipeline e extrapolava dados para medir o desempenho total do sistema. Com a integração das soluções de óleo e gás máquina a máquina (M2M), mais pontos-chave podem ser monitorados por menos dinheiro.

A IoT também pode ajudar a monitorar os componentes da tubulação, como bombas e filtros. Sem um sistema “inteligente”, uma empresa teria que enviar alguém para fazer manutenções periódicas de rotina a cada três meses, por exemplo. Mas com os dados extras que a empresa pode coletar de seu sistema IoT, ela pode esperar pela manutenção e substituição da bomba e do filtro até que o desempenho do sistema comece a diminuir (embora alguma quantidade de manutenção preventiva ainda seja realizada de forma prudente).

Monitoramento de poço

Hoje, existem várias empresas - como Ambyint (anteriormente PumpWell) e WellAware - que fornecem soluções de IoT para monitoramento de cabeças de poço e coletores de bomba e outras necessidades de monitoramento de gás e óleo. De acordo com a WellAware, suas soluções de gerenciamento de produção ajudam as empresas a reduzir as despesas operacionais com leasing, minimizar o tempo de inatividade não planejado e garantir a segurança e a conformidade regulatória. As empresas de dados coletam feeds em uma plataforma que pode dizer à empresa, por exemplo, se ela deve injetar mais produtos químicos ou vapor no poço, ou que tipo de pressão de vácuo é ideal, dadas as condições.

Há muita coisa envolvida no processo de extração de petróleo e gás, e os dispositivos IoT facilitam o monitoramento e a coleta de dados sobre essas coisas. O visual abaixo, criado pela Emerson Process Management, descreve algumas das ameaças comuns ao desempenho do poço.

Transporte de carga de petróleo e gás

O monitoramento de navios de carga de petróleo e gás é semelhante ao caso de uso offshore em que normalmente não há conectividade no meio do oceano além da Internet via satélite. Se você deseja coletar dados ao redor de seu navio, que pode ser muito grande, suas opções são limitadas.

LPWANs permitem monitorar remotamente partes do navio que o pessoal não vai regularmente (ou são quase impossíveis de acessar). Isso adiciona uma camada de segurança e conveniência. Embora alguns elementos de navios de carga de petróleo e gás tenham que ser conectados devido às necessidades em tempo real da planta de propulsão, alguns elementos não operacionais - temperaturas, pressões, fluxos, etc. - não precisam ser retrocedidos por satélite ou conectado em tempo real. Portanto, pequenas redes IoT podem ser ótimas alternativas para sensores e medidores com fio.

Gerenciamento da cadeia de suprimentos

A natureza dinâmica da indústria de petróleo e gás pode dificultar o planejamento e a otimização do estoque. A IoT pode ajudar no planejamento e programação de aquisições. Por exemplo, as refinarias podem usar sensores para detectar quais tipos de petróleo bruto ou misturas de petróleo bruto estão entrando e / ou onde cada tipo é armazenado. Ter esses dados disponíveis seria valioso para decisões de produção e operação. Também pode ser usado para medir a composição do petróleo bruto para fins de inventário.

Evolução constante

O petróleo e o gás inteligentes têm sido, e continuarão a ser, processos de longa evolução. A Internet das Coisas não mudou drasticamente esses campos, mas a tecnologia sem fio colocou as empresas de gás e petróleo em uma vantagem única. Na verdade, acredito que eles estão bem posicionados para dar alguns de seus maiores avanços, agora que conectar “coisas” é mais barato e a tecnologia está mais sofisticada do que nunca. Se as empresas podem coletar informações (e, portanto, executar análises de dados adicionais) com um número limitado de terminais, imagine o quanto poderia ser feito com informações mais granulares.

A conectividade não é um problema para todos na indústria de petróleo e gás. Se você tem acesso a redes de celular e o que está monitorando é de alto valor o suficiente para merecer o preço, você pode não precisar da tecnologia LPWAN. Mas se você está procurando melhorar a eficiência operacional e cortar custos de várias maneiras, essas informações podem ajudá-lo a enfrentar os titulares do mercado.

Se você estiver lidando com problemas de conectividade em sua aplicação de petróleo e gás, entre em contato conosco para ver como podemos ajudar.