Produtores de Xisto Adotam Inovações da Indústria 4.0 para Aumentar Eficiência em Meio a Queda de Preços

Produtores de energia buscam na Indústria 4.0 novas ideias sobre automação, uso de sensores, big data e monitoramento remoto, criando oportunidades para startups de tecnologia.

Após o colapso dos preços do petróleo em meados da década de 2010, produtores de petróleo e gás de xisto responderam à queda emprestando técnicas e tecnologia das operações de poços offshore do setor de energia, manufatura e até da indústria médica para aumentar a eficiência.

Os produtores de energia buscaram na Indústria 4.0 novas ideias sobre automação, uso de sensores, big data e monitoramento remoto. No processo, criaram oportunidades para startups de tecnologia como empresas de inspeção por veículos aéreos não tripulados. Da medicina, grandes produtores de energia como a ConocoPhillips pegaram emprestado sequenciamento de DNA e matemática usada em ressonância magnética para depender menos de amostragem de núcleo e perfuração às cegas em sua busca para extrair mais petróleo e gás da rocha.

"Com base em nossas discussões com empresas, eu diria que antes do colapso nos preços do petróleo eles não estavam tão preocupados em buscar todas as maneiras possíveis de maximizar a eficiência", disse Artem Abramov, vice-presidente de pesquisa de xisto para a Rystad Energy (Oslo, Noruega), uma empresa independente de pesquisa e inteligência de negócios de energia fornecendo dados, ferramentas, análises e serviços de consultoria para a indústria global de energia. "Isso criou startups de tecnologia nos últimos dois anos, e espero ver mais."

No início de 2018, havia cerca de 750.000 poços produtores de xisto e petróleo e gás convencionais nos Estados Unidos. Desses, 207.000 eram poços de fraturamento hidráulico horizontal e 115.000 eram poços horizontais tradicionais, segundo dados da Rystad Energy. Os dados mostram que entre 23.000 novos poços produtores esperados este ano, 15.000 serão perfurações horizontais com custo estimado de US$ 6,45 milhões cada, embora haja diferenças significativas de custo entre bacias.

Com maior eficiência, a indústria normalmente esperaria ver uma diminuição no emprego. Mas outras forças criaram um efeito paradoxal na demanda por trabalhadores de petróleo e gás de xisto, variando de motoristas de caminhão a engenheiros de petróleo. "Por um lado, qualquer automação deve ter impacto negativo no emprego", disse Abramov. "Mas como a indústria de xisto está acelerando, a demanda por trabalhadores qualificados e até menos qualificados é alta." Como resultado, o desemprego está em mínimos recordes em áreas como oeste do Texas, local de grandes depósitos e atividade de perfuração na Bacia Permiana.

Trabalhadores não qualificados não são os únicos em falta. Quando os preços do petróleo caíram em 2015, a matrícula em programas universitários de engenharia de petróleo caiu. Isso tornou engenheiros difíceis de encontrar, disse Abramov.

Shell Inventa 'Campo de Xisto do Futuro'

Em meio à sua aceleração, a Royal Dutch Shell (Haia, Holanda) percebeu que, para bombear 11 bilhões de barris de petróleo descoberto e prospectivo em depósitos de xisto, precisava fazer as coisas de forma diferente. Líderes da empresa desafiaram a organização a aumentar a receita ou reduzir custos mantendo investimento de capital estável. Como resultado, o produtor emprestou pesadamente da manufatura e da Indústria 4.0.

"Quando enquadramos o programa iShale, olhamos muito cuidadosa e intencionalmente fora das alianças habituais de exploração e produção em alguns dos jogadores inovadores que estavam ativos em automação, digitalização e assim por diante, na manufatura", disse Frederic Wasden, gerente de projeto iShale. "E isso foi um verdadeiro começo para nós porque na Manufatura 4.0 há várias indústrias que estão nisso há bastante tempo. Antes de desenvolver algo novo, nosso objetivo era alavancar tecnologia existente que está comercialmente disponível. Com esta abordagem, sentimos que o risco da tecnologia do ponto de vista de hardware é relativamente baixo."

Para construir o campo de xisto do futuro, a Shell formou alianças com empresas que poderiam ajudar o produtor de energia com automação, monitoramento remoto, uso de sensores, robótica, coleta e análise de dados, computação em nuvem e uso de energia solar e baterias de armazenamento de energia para reduzir custos operacionais.

Dezenas de diferentes tipos de sensores que alimentam informações para um centro de análises avançadas serão implantados para funções críticas: câmeras para detectar vazamentos de metano; infravermelho para confirmar níveis de tanque e detectar intrusos; e acústica para determinar se um tubo está erodindo. "Somos beneficiários do trabalho que foi feito pelo negócio de manufatura mais amplo na adoção desses sensores e, portanto, permitindo que os provedores os escalem", disse Wasden.

A primeira fase do iShale é demonstrar no ativo da Bacia Permiana que a Shell pode alcançar economia de custos, melhorias de produção e aprimoramentos de segurança modificando a forma como trabalha. Como resultado, pode aproveitar os dados disponíveis em suas operações e combinar essa informação com análises avançadas para descobrir como otimizar suas práticas de produção e manutenção.

Suporte remoto para perfuração e manutenção de poços é uma das pedras angulares do programa. Pessoal da Shell monitorou e aconselhou sobre um novo poço sendo perfurado na Argentina a partir de seu centro de monitoramento em Calgary, Alberta. Uma vez que um poço está operando, pessoal de manutenção fornecido com informações de vigilância remota pode chegar equipado com o equipamento de segurança e peças certas, o que demonstra outra vantagem. O objetivo é evitar gastos excessivos fazendo manutenção desnecessária enquanto também elimina paralisações operacionais porque uma peça crítica ou maquinário falhou.

O gigante de energia também transferiu tecnologia usada em suas próprias operações em águas profundas para seus poços terrestres.

"Offshore, peso e espaço estão em um prêmio absoluto", disse Wasden. "A indústria descobriu como separar gás, petróleo e água em um vaso muito pequeno. Essa mesma tecnologia trazida para terra nos permite colocar nosso equipamento de separação em um skid montado em caminhão em vez de construir uma planta de separação mais convencional ou instalação de processamento central."

Greg Guidry, vice-presidente executivo do negócio não convencional da Shell, disse ao site RigZone em outubro de 2017 que os resultados desejados para o iShale incluem: poços e completações automatizados e integrados; designs de instalações centrais escaláveis e modulares; plataformas de poço inteligentes e comunicações sem fio permitindo fluxo multi-fásico e separação; digitalização e gerenciamento por exceção ou vigilância de campo habilitada por automação; e uma "organização do futuro" com pessoal de "base de habilidades ampla" que estão digitalmente conectados e cruzadamente treinados.

Olhos no Céu Dependem de Biblioteca de Dados

A queda nos preços do petróleo e a subsequente caça por economia de custos pelos produtores acabou sendo muito boa para empresas como a PrecisionHawk (Raleigh, NC), uma empresa de sensoriamento remoto que usa veículos aéreos não tripulados para fazer inspeções para 10 das 20 maiores empresas de exploração e produção de petróleo e gás.

Vários órgãos reguladores nos níveis estadual e federal exigem muitos tipos de inspeção de ativos de produção de petróleo e gás em diferentes cronogramas, de mensais a anuais. Embora os produtores possam construir tecnologia de sensoriamento para monitorar novos locais de poços, o custo de retrofit desse equipamento de medição é muito maior do que usar drones para realizar o mesmo tipo de inspeções para campos legados.

"O problema é que eles têm muitos locais de poços que estão ativos há anos; não faz sentido adicionar um sensor de US$ 10.000 a cada um", disse Patrick Lohman, vice-presidente de energia da PrecisionHawk. "É aí que os drones realmente entram."

Há uma boa razão para drones serem adequados para o trabalho. Plataformas de poço podem estar situadas a até o comprimento de dois campos de futebol uma da outra, e estradas locais geralmente oferecem uma rota indireta de uma para outra. Como resultado, um técnico pode dirigir até 10 locais por dia para fazer inspeções, disse Lohman. Em contraste, um operador de drone treinado pode enviar seu veículo aéreo a 100-125 plataformas de poço por dia, dependendo da densidade.

Não apenas um drone é mais eficiente, pode não haver perda de qualidade no processo de inspeção para procurar anomalias. "Em muitos casos, um drone pode detectar qualquer coisa que uma pessoa pode detectar", disse Lohman.

Isso inclui câmeras para ver se vegetação está invadindo a plataforma de poço; imageadores térmicos para detectar vazamentos de metano ou componentes superaquecidos; lasers de metano para medir concentrações; e sensores multiespectrais para detectar água acumulada.

"Estamos focando em empilhar aplicações para entregar aos clientes profundidade em informações geoespacialmente marcadas", disse Lohman. "Com uma profundidade de dados estruturados, a PrecisionHawk poderá trabalhar com clientes para usar aplicações de inteligência artificial para reduzir custos de manutenção."

A PrecisionHawk está desenvolvendo ferramentas de aprendizado visual que funcionarão em coordenação com aplicações de IA para usar dados geoespaciais coletados por drones para recomendar manutenção preventiva e prever falhas de equipamentos. À medida que coletam mais dados economicamente, seu conjunto de ferramentas melhora.

Indo Médico Prescreve Onde Perfurar

Na ConocoPhillips, geocientistas estão pegando emprestadas técnicas usadas com ressonância magnética médica para montar e analisar dados obtidos de leituras sísmicas para um processo proprietário conhecido como imagem sísmica compressiva, de acordo com a transcrição de uma reunião de analistas e investidores em novembro de 2017. Seu alvo é a Bacia Permiana.

Com imagem sísmica compressiva, "em vez de um padrão de amostragem ordenado como você normalmente tem em sísmica, há uma amostragem aleatória e então usamos matemática que vem do campo médico", Al Hirshberg, vice-presidente executivo de produção, perfuração e projetos da ConocoPhillips, disse durante a reunião.

Matemática aplicada a imagem tomográfica (isto é, por seções) dá um aumento de 10 vezes na definição. A mesma matemática pode ser aplicada a dados de pontos sísmicos para dar um aumento similar na definição.
"... ou é claro, você pode atirar menos pontos sísmicos e obter a mesma resolução que tinha antes por um custo muito menor", disse Hirshberg.

Operadores de xisto também empregam sequenciamento de DNA que se tornou essencial na medicina. Mas os alvos de sequenciamento dos produtores de energia são os micróbios que vivem nos espaços porosos e redes de fraturas das rochas. Eles usam os resultados para avaliar o potencial e movimento do petróleo a fim de otimizar colocação de poços, monitorar conectividade de poços e medir produção ao longo do tempo para completações, de acordo com o site da Biota Technology (Houston).